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新型冠状病毒肺炎病例密切接触者筛检阳性的“无症状感染者”中可能有一定比例的假阳性

2021-01-16  贰师兄EPO
引用本文
庄贵华, 沈明望, 曾令霞, 米白冰, 陈方尧, 刘文骏, 裴磊磊, 齐欣, 李超. 新型冠状病毒肺炎病例密切接触者筛检阳性的“无症状感染者”中可能有一定比例的假阳性[J]. 中华流行病学杂志, 2020, 41(4): 485-488
Zhuang Guihua, Shen Mingwang, Zeng Lingxia, Mi Baibing, Chen Fangyao, Liu Wenjun, Pei Leilei, Qi Xin, Li Chao. Potential false-positive rate among the 'asymptomatic infected individuals' in close contacts of COVID-19 patients[J]. Chinese Journal of Epidemiology, 2020, 41(4): 485-488.
新型冠状病毒肺炎病例密切接触者筛检阳性的“无症状感染者”中可能有一定比例的假阳性
庄贵华, 沈明望, 曾令霞, 米白冰, 陈方尧, 刘文骏, 裴磊磊, 齐欣, 李超     
西安交通大学医学部公共卫生学院流行病与卫生统计学系 710061
收稿日期: 2020-02-21
基金项目: 西安市新型冠状病毒肺炎疫情应急防治科技专项(20200005YX005)
通信作者: 庄贵华,Email:zhuanggh@mail.xjtu.edu.cn
摘要: 目的 随着新型冠状病毒肺炎疫情防控工作不断深入,很多地区开展了对病例的密切接触者的核酸检测主动筛查工作,但是该措施阳性结果中假阳性比例尚未见报道。搞清此问题对科学防控疫情具有一定参考价值。方法 基于目前能够获得的信息,估计相关指标的点值和合理变动范围,推演主动筛查措施阳性结果中假阳性比例,单因素和多因素概率敏感性分析探讨结果的稳健性。结果 当密切接触者的感染率和报告的灵敏度和特异度均取点估计值时,主动筛查措施阳性预测值仅为19.67%,相反,阳性结果中假阳性比例为80.33%。多因素概率敏感性分析结果支持本研究的基准结果,阳性结果中假阳性比例>47%的可能性为75%。结论 在新型冠状病毒肺炎病例的密切接触者中,核酸检测主动筛查发现的'无症状感染者'可能有近一半,甚至更多为假阳性者。
关键词: 新型冠状病毒肺炎    密切接触者    核酸检测    筛查    假阳性    
Potential false-positive rate among the 'asymptomatic infected individuals' in close contacts of COVID-19 patients
Zhuang Guihua, Shen Mingwang, Zeng Lingxia, Mi Baibing, Chen Fangyao, Liu Wenjun, Pei Leilei, Qi Xin, Li Chao     
Department of Epidemiology and Biostatistics, School of Public Health, Xi'an Jiaotong University Health Science Center, Xi'an 710061, China
Corresponding author: Zhuang Guihua, Email:zhuanggh@mail.xjtu.edu.cn.
Fund program: Xi'an Special Science and Technology Projects on Prevention and Treatment of Novel Coronavirus Pneumonia Emergency (20200005YX005)
Abstract: Objective As the prevention and control of COVID-19 continues to advance, the active nucleic acid test screening in the close contacts of the patients has been carrying out in many parts of China. However, the false-positive rate of positive results in the screening has not been reported up to now. But to clearify the false-positive rate during screening is important in COVID-19 control and prevention Methods Point values and reasonable ranges of the indicators which impact the false-positive rate of positive results were estimated based on the information available to us at present. The false-positive rate of positive results in the active screening was deduced, and univariate and multivariate-probabilistic sensitivity analyses were performed to understand the robustness of the findings. Results When the infection rate of the close contacts and the sensitivity and specificity of reported results were taken as the point estimates, the positive predictive value of the active screening was only 19.67%, in contrast, the false-positive rate of positive results was 80.33%. The multivariate-probabilistic sensitivity analysis results supported the base-case findings, with a 75% probability for the false-positive rate of positive results over 47%. Conclusions In the close contacts of COVID-19 patients, nearly half or even more of the 'asymptomatic infected individuals' reported in the active nucleic acid test screening might be false positives.
Key words: COVID-19    Close contacts    Nucleic acid test    Screening    False-positive    

随着COVID-19疫情防控工作不断深入,各地按照国家卫生健康委员会《新型冠状病毒肺炎防控方案(第四版)》(《方案》)的建议,加强了对确诊病例、疑似病例的密切接触者隔离观察期间出现发热、寒战、干咳等任何症状者的核酸检测工作(实时荧光RT-PCR检测)。很多地区还将这一工作演变为对未出现症状的密切接触者的主动筛查工作,一些地区甚至将其扩大到密切接触者的密切接触者(也称“二代接触者”)、发热门诊一般就诊者(无任何接触史)和返工人员中,以期防控工作关口前移,尽早发现传染源(无症状感染者)进行隔离,并对其密切接触者进行隔离医学观察,最大可能地尽快控制、扑灭本地疫情。这一核酸检测主动筛查措施对控制本地疫情确实会发挥积极作用。然而,即使是一个高灵敏、高特异的检测方法,其在临床针对疑似病例诊断价值良好,但对一般人群的筛查结果未必理想。原因在于一般人群患病率(或感染率)低,而患病率大小直接影响阳性预测值的大小,两者呈正相关关系。本研究针对目前开展的对COVID-19病例密切接触者的主动筛查可能存在的假阳性问题,基于已知信息,估计相关指标的合理变动范围,推演主动筛查措施阳性结果中的假阳性比例(即1-阳性预测值),为疫情防控提供科学依据,以指导防控工作的合理安排。

资料与方法

1.相关信息的获取:通过查阅正式发表/发布的文献、网络公开发布的专家评述,咨询疾控人员和临床医生,了解个别实验室的检测数据等方法获得相关信息。

(1)目前实时荧光RT-PCR检测方法及阳性检测结果确认上报流程的基本情况:根据《方案》,确诊病例必须要有实验室特异性检测证据,即“呼吸道标本或血液标本实时荧光RT-PCR检测新型冠状病毒核酸阳性”或“呼吸道标本或血液标本病毒基因测序,与已知的新型冠状病毒高度同源”。因为第2种方法需要较高的实验条件和技术,且等待时间长,目前,各地各类型实验室普遍采用的是实时荧光RT-PCR检测方法[1]。《方案》指出,该方法主要针对2019-nCoV基因组中开放读码框1ab(ORF1ab)和核壳蛋白N基因,在实验室操作中判定新冠病毒感染阳性必须满足“同一份标本中新型冠状病毒2个靶标(ORF1ab、N)特异性实时荧光RT-PCR检测结果均为阳性”。2月22日新发布的《方案》(第五版)已不再要求这个判定阳性的必须满足条件,而是增加了其他替代条件,提示阳性判定标准在降低,以提高检测的灵敏度。一些试剂盒生产厂家在保证《方案》要求的2个针对性靶标基础上,还增加了其他针对性靶标如包膜蛋白E和S基因,以辅助实验室诊断。但是,在试剂盒说明书中,阳性判定标准仍然遵照《方案》要求。

理论上讲,若采集标本时机合适、质量高,标本运输、接收、处理规范,实验室设备、技术达标,检测过程(核酸提取、核酸扩增、阳性和阴性对照比对等)严格按照试剂盒说明书执行,实时荧光RT-PCR检测这一成熟方法应该具有高的灵敏度和特异度[1-2]。但是,在实际操作中,每个环节都可能出现非理想化影响,导致检测结果的准确性存疑,从而导致假阴性和假阳性结果,特别是采集标本质量不高会大幅度降低检测的灵敏度[1]。而本次COVID-19疫情具有时间紧迫性等特点,使得各厂家研发的试剂盒来不及完成正常的临床验证与评估流程,特别是无法得到一定数量临床患者标本的验证[1]。用这些试剂盒进行检测得到结果的准确性和可靠性在目前尚无评价,仅见到一篇针对确诊病例不同采样时间和不同类型标本检出阳性率的报道[3]

虽然《方案》中没有明确要求初检阳性必须复检符合方可确认阳性上报,但是,出于对确诊病例报告的谨慎考虑,目前各地多采取初检阳性结果典型直接上报,初检阳性结果不典型增加复检,复检阳性再上报的流程。

(2)支持相关指标估计的信息:影响阳性预测值大小的因素有检测人群的患病率/感染率和检测方法的灵敏度和特异度。

针对尚未出现症状的密切接触者,其已感染2019-nCoV的感染率应该相对不高,特别是非疫情源头地区。本研究从一个非疫情源头地区疫情防控指挥部了解到,在当地截至2月22日累积登记的确诊病例和疑似病例的5 165名密切接触者中(2 000余人尚未解除隔离),有49人被确诊(均为先出现症状,后有检测结果确认),占0.949%;另有17人被确认为“无症状感染者”,占0.329%;在监测的返工人员中仅有不到2人/10 000检测结果为阳性。其他2个被询问的非疫情源头地区的情况大体相同。汇总后估计确诊病例和疑似病例的密切接触者中主动筛查发现并确认上报的“无症状感染者”比例在1%左右。咨询4个非疫情源头地区的7名CDC人员,均认为该指标最高不超过10%,最低肯定<1%。

针对检测方法的灵敏度和特异度,实验室人员反映检测方法本身值得信赖。在不考虑试剂盒质量、前述各影响检测结果准确性因素的前提下,按照《方案》规定的2019-nCoV感染阳性判定标准,单次实时荧光RT-PCR检测方法的灵敏度和特异度应该均>90%。但是,这里讨论的是基于实际工作、基于检测结果最终确认上报的灵敏度和特异度。本研究不考虑从样本采集到最终检测结果报告过程中可能存在的质量问题,也不考虑各厂家生产的试剂盒可能存在的质量问题,仅考虑采样获得的标本类型。主动筛查的密切接触者没有症状,只能采集他们的上呼吸道标本(咽拭子、鼻拭子、鼻咽抽取物等)进行核酸检测,即便采样规范达到要求,已感染者也可能采集不到病毒或采集到的病毒量太少检测不出[1-2],这会降低报告的灵敏度,正如多地报道的疑似病例经若干次采样(包括采集下呼吸道标本)检测才最终判断为确诊病例的情况[3]

经咨询4个非疫情源头地区6名临床医生和实验室人员,汇总反馈信息,估计实际工作中单次实时荧光RT-PCR检测的灵敏度在50%~70%(包括对疑似病例的确诊)。由于实际工作中对部分标本采取了初检+复检双阳才上报阳性结果的流程,这一措施会增加报告的特异度,而降低报告的灵敏度。根据以上实验室人员的判断和实际工作情况,另外,本研究从个别CDC了解到初检阳性复检符合率在80%~90%(随着工作熟练程度增加该符合率有所增加)——这说明假阳性检测结果确实存在,本研究估计报告的特异度在95%左右。

2.主动筛查的密切接触者的感染率和报告的灵敏度和特异度估计:基于以上了解到的信息,本研究估计主动筛查的密切接触者中2019-nCoV的感染率以及报告的灵敏度和特异度见表 1

表 1 主动筛查的密切接触者的感染率和报告的灵敏度和特异度的点和区间估计

为了保守估计主动筛查阳性结果中假阳性比例,本研究提高密切接触者的感染率点估计值到2%,并把其合理区间的上限调整到最大可能性10%。另外,保持灵敏度在50%~70%范围,不考虑初检+复检双阳才上报阳性结果的流程会降低灵敏度的情况;把特异度合理区间的上限调整到一个很高的值99%。

3.数据分析:先计算感染率、灵敏度和特异度指标在点估计值下筛查的阳性预测值和阳性结果中假阳性比例,获得最可能的结果(基准结果)。随后进行单因素敏感性分析,即让每个影响阳性预测值的指标在各自合理区间内单独变动,看阳性结果中假阳性比例的变化。最后,实施多因素概率敏感性分析(Monte Carlo模拟),让3个影响阳性预测值的指标在各自合理区间内按各自分布随机取值,计算每次模拟的阳性结果中假阳性比例,共模拟10万次,再计算10万次模拟结果的中位数、四分位数、最小和最大值,用箱式图表达。因为目前无法确定3个影响阳性预测值的指标各自的分布,出于谨慎考虑,本研究采用了简单的三角分布和均匀分布来假设3个指标的分布。在进行敏感性分析时,本研究不考虑灵敏度和特异度指标相互影响的负相关关系。

结果

1.基准结果:当感染率、灵敏度和特异度均取点估计值时,假设筛查1 000人,计算获得筛查的阳性预测值和阳性结果中假阳性比例见表 2

表 2 3个指标均取点估计值时筛查的阳性预测值和阳性结果中假阳性比例

2.敏感性分析结果:单因素敏感性分析结果显示,灵敏度在其合理区间内单独变动对阳性结果中假阳性比例影响不大(从83.05%到77.78%)。但是,感染率和特异度两个指标在各自合理区间内单独变动对阳性结果中假阳性比例影响很大:随着感染率从1%增加到10%,阳性结果中假阳性比例从89.19%逐步下降到42.86%;随着特异度从90%增加到99%,阳性结果中假阳性比例从89.09%先缓慢下降、后迅速下降到44.95%。无论哪个指标在合理区间内单独变动且任意取值,阳性结果中假阳性比例均会>40%。见图 1

注:×表示基准结果图 1 单因素敏感性分析结果

3个指标概率敏感性分析结果显示(图 2),当3个参数均为三角分布时,10万次模拟阳性结果中假阳性比例的中位数为67.16%,四分位数为56.82%和76.55%,最小和最大值分别为26.61%和93.85%;当3个指标均为更保守的均匀分布时,中位数(60.98%)和四分位数(47.69%和73.31%)均有下降,极差增大。提示阳性结果中假阳性比例>47%的可能性为75%。

注:感染率、灵敏度和特异度三个指标均为三角分布或均为均匀分布时分析结果箱式图(10万次模拟)图 2 多因素概率敏感性分析结果
讨论

随着COVID-19核酸检测试剂盒生产厂家不断增加、产量满足需要,实验室检测、病例诊断权限下移,防控工作不断深入,在很多地区核酸检测已变成了一个主动筛查措施,并且筛查对象在不断扩大,这无疑会报告越来越多的“无症状感染者”。本研究基于目前能够获得到的信息,估计相关指标的合理变动范围,推演在病例的密切接触者中主动筛查措施阳性结果中假阳性比例。

本研究发现,当密切接触者的感染率和报告的灵敏度和特异度均取估计的最可能值时,阳性预测值仅为19.67%,相反,阳性结果中假阳性比例为80.33%。多因素概率敏感性分析结果显示,阳性结果中假阳性比例>47%的可能性为75%,提示在COVID-19病例的密切接触者中,核酸检测主动筛查发现的“无症状感染者”可能有近一半,甚至更多为假阳性者。单因素敏感性分析发现,报告的灵敏度在合理区间单独变动对结果影响不大,但报告的特异度>98%会大幅度降低阳性结果中假阳性比例,而感染率从1%升高至10%也会大幅降低假阳性比例,提示若要澄清主动筛查的阳性预测值或阳性结果中假阳性比例,必须要针对特异度和感染率指标开展深入研究,获得准确数据。

本研究结果旨在提示参加疫情防控的工作人员应警惕几乎所有检测技术和方法均不能达到100%准确的事实。根据研究结果,针对目前疫情防控形势,本研究不建议在二代接触者、发热门诊一般就诊者和返工人员中轻易开展核酸检测主动筛查,特别是在非疫情源头地区。这些人群被感染的可能性更小,大范围筛查即便发现几个“无症状感染者”也多可能为假阳性者。除造成不必要的资源浪费及对假阳性者及其密切接触者生活、工作的影响,还会分散精力影响防控工作重点。本研究也不建议开展针对病例密切接触者的普遍核酸检测主动筛查,可重点关注家庭、医院、密闭空间等环境内暴露时间长或有多次暴露史的密切接触者,以提高主动筛查的效率。

随着2019-nCoV相关研究的不断深入,人们认识到感染该病毒后可能存在较大比例的隐性感染即无症状感染,且无症状感染者可能具有传染性,给疫情防控带来了极大挑战。本研究结果提示各地报告的无症状感染者中,可能存在较高比例的假阳性者(在资料与方法中谈及的17名“无症状感染者”,后续又做了至少一次核酸检测,3人再次检测阳性,其他14人为阴性,目前尚无一人转定为确诊病例)。要澄清这些问题,还有待于随后血清学检测、特别是人群血清流行病学调查结果的补充。

利益冲突  所有作者均声明不存在利益冲突

参考文献
[1]
王成彬.关于新型冠状病毒核酸检测阳性率低的一点看法.(2020-02-18)[2020-02-24] https://www.cma.org.cn/art/2020/2/18/art_2928_32767.html.
Wang CB. An opinion on the low positive rate of new coronavirus nucleic acid detection.(18 February, 2020)[24 February, 2020]. https://www.cma.org.cn/art/2020/2/18/art_2928_32767.html.
[2]
中华医学会检验医学分会. 新型冠状病毒肺炎病毒核酸检测专家共识[J]. 中华医学杂志, 2020, 100(00): E003-E003.
Chinese Society of Laboratory Medicine. Chinese Medical Association. Expert consensus on nucleic acid detection of novel coronavirus pneumonia (NCP)[J]. Chin J Med, 2020, 100(00): E003-E003. DOI:10.3760/cma.j.issn.0376-2491.2020.0003
[3]
Yang Y, Yang M, Shen C, et al. Evaluating the accuracy of different respiratory specimens in the laboratory diagnosis and monitoring the viral shedding of 2019-nCoV infections[J]. medRxiv preprint 2020. https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.02.11.20021493v2.full.pdf

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