該不該讓民眾做抗體檢測,來評估新冠病毒的盛行率、死亡率?

該不該讓民眾做抗體檢測,來評估新冠病毒的盛行率、死亡率?
Photo Credit: 中央社

我們想讓你知道的是

受病毒感染的人並不一定有症狀,而一般人是有症狀才會尋求病毒檢測,以確診數來估算病毒盛行率不但不準確,而且會高估了感染死亡率。很多公衛專家因此主張抗體檢測,是估算盛行率較好的方法。

最近有些地區,開始檢測居民血清中的新冠病毒抗體。因為受病毒感染的人並不一定有症狀,而一般人是有症狀才會尋求病毒檢測,以確診數來估算病毒盛行率不但不準確,而且會高估了感染死亡率。很多公衛專家因此主張抗體檢測,是估算盛行率較好的方法。

4月14日,有17位專家學者便在medRxiv網站上,發表了在加州聖克拉拉郡做的抗體檢測研究。這個網站所發表的都是未經同儕審查的初步報告(preprint),這項研究之所以受到特別注意,是因為它的作者中有一位有名的史丹佛大學醫學院教授、近年來以批判傳統頻率學派統計檢定方法聞名的John P. A. Ioannidis。

研究結果發現,經過加權之後盛行率的估計值是2.8%,意味聖克拉拉郡有5萬4000居民受過病毒感染,是當時該郡官方確診數1000的54倍!但這項研究因為使用的是自願樣本,不是隨機抽樣,受到很多批評,連帶使得Ioannidis的聲譽受到影響。

5月18日,上述報告的作者之一、南加大學者Neeraj Sood帶領的研究團隊,在《美國醫學會期刊》(JAMA)上,發表了一篇以抗體檢測結果,推估新冠病毒盛行率的研究信函(research letter)。這篇信函提供了很可能是在主要醫學期刊上,發表的第一篇以隨機樣本做抗體檢測的研究報告。

此研究於4月中旬,在加州洛杉磯郡對863位隨機抽樣的居民,實施測流免疫抗體檢測(lateral flow immuneoassay test)。檢測結果顯示35位受測者呈陽性反應,佔所有受測者的4.06%。經過人口學變數、敏感性、特異性的加權之後,陽性率調整為4.65%,其95%信心區間為2.52%~7.07%。

根據盛行率4.65%來估算,全郡成人應該有36萬7000人受到新冠病毒感染,為當時該郡確診案例8430的43.5倍。至於感染死亡率,同一時間的死亡人數為241,佔確診案例2.86%,但同樣的死亡數字佔抗體檢測盛行率估算的全郡陽性人口,則只有0.066%。

值得注意的是:

  1. 這研究的樣本,是從市場研究公司宣稱能代表全郡居民的數據庫為母體,分層隨機抽樣。最初抽中的1952人,有1702人同意受測,但最後只有863成功樣本數。這863人中有13%有發燒兼咳嗽症狀,9%發燒兼呼吸短促,6%喪失味覺或嗅覺。
  2. 研究所使用的檢測試劑,其敏感性為82.7%(信心區間76.0%~88.4%),特異性為99.5%(信心區間99.2%~99.7%)。

然而美國CDC在5月23日發出一份「關於新冠病毒抗體檢測的臨時性指導方針」。這份文件旨在說明血清抗體檢測缺乏精確性,警告各界不要輕易以檢測的結果作為解封、復工決定的依據。文件並提出一些改進抗體檢測精密性的方法,包括提高檢測試劑的特異性,以及以「二採陽」作檢定結果的最終判斷。

CDC這份文件,以實例說明抗體檢測之「陽性預測值」(positive predictive value,PPV),與病毒盛行率(prevalence)的密切關係;指出當特異性、盛行率都不夠高時,PPV可能甚低。

所謂PPV就是數據科學的「精密性」(precision)。我們知道醫學檢測的品質,有特異性(specificity)與敏感性(sensitivity)兩個基本面向。特異性是真陰性的比例,也就是未帶原者檢測陰性的比例。敏感性是真陽性的比例,也就是真帶原者檢測陽性的比例。以統計檢定的型一錯誤(偽陽性)機率α和型二錯誤(偽陰性)β來表示:特異性=1-α,敏感性=1-β。

PPV(精密性)則是檢測陽性者真帶原的比例,它因此是敏感性的「反機率」,需要用貝氏定理來算。但用貝氏定理則必須納入先驗機率,這裡先驗率就是真帶原者佔檢測人口比例的初步估計,也就是盛行率π的估計值。我在附註文章中算得的結果是:

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這個公式不論用在病毒核酸檢測(PCR)、快篩或血清抗體檢測,都是一樣的。但這三種檢測工具的特異性和敏感性,則通常有所差別。因此即使盛行率一樣,它們的PPV也不會一樣。以台灣防疫中心和美國CDC所舉過的例子來看,這三種工具的品質可列表比較如下:

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從這表可以看出,因為CDC抗體檢測的特異性比快篩低,在盛行率只有0.05的情況下,抗體檢測的PPV比快篩還要低很多,更不用說與PCR相比了。只有在盛行率高達超過50%的時候,抗體檢測的PPV才能達到95%的統計門檻。圖一顯示精密性與盛行率的關係:

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圖片來源:林澤民

在盛行率π=0.05時,PPV=0.4865是什麼概念?它是說抗體檢測為陽性者,其中只有不到一半(48.65%)是真帶原者,也就是偽陽性的比例超過一半。

那麼盛行率0.05又是什麼概念?以武漢為例,根據《德國之聲》中文網5月18日的報導,「武漢在全市範圍內開展了全員新冠病毒核酸篩查。財新網報導指出,初步評估武漢核酸檢測結果顯示,1000萬人中,至少有50萬人已經感染。」

如果這個數字屬實,武漢的盛行率就是0.05,可見這樣的盛行率在全世界極高了。可是如果以美國CDC引為案例的檢測試劑在武漢全面實施抗體檢測,所得陽性結果中會有一半是偽陽性。

前述洛杉磯郡抗體檢測估計的盛行率為4.65%,也非常接近0.05了。如果也是用CDC引為案例的試劑做的抗體檢測,所得的35個確診數會有18個偽陽性。但是南加大研究團隊用的試劑特異性高達0.995,已經超過台灣CDC的快篩試劑特異性,敏感性也有0.827,所以它的PPV可以高達0.89,也就是35位確診者只有4位偽陽性。如果考慮盛行率的信心區間,PPV的信心區間為0.81~0.93,偽陽性在1~7位之間。

那如果抗體施測單位所獲得的試劑品質不高怎麼辦?CDC在「關於新冠病毒抗體檢測的臨時性指導方針」中建議以「二採陽」作檢定結果的判斷。如果是以相同品質的試劑採檢兩次,則先算出:

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二採特異性=1-(1-一採特異性)2

二採敏感性=(一採敏感性)2

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再把二採的特異性、敏感性套入上面的公式即可。以CDC所引抗體檢測試劑為例,二採特異性是0.9975,敏感性是0.81,則在盛行率0.05時的PPV可以從0.4865增加到0.9446,增加了將近一倍。

CDC在南加大的研究報告刊出之後發表指導方針,也許不是偶然。當各地、各界、甚至各行各業開始相信新冠病毒感染致死率,沒有原來想像中那麼高的時候;CDC及時發出指示,提醒大家要謹慎解讀抗體檢測的結果,以免貿然解封、復工可能帶來的災難。

延伸閱讀

有關檢測工具精密性的計算,請參考作者另外三篇文章:

本文經林澤民授權刊登,原文刊載於此

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航


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