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新冠疫情背后的科学检测

2020-12-16 14:42科技前沿 人已围观

简介你知道我们是用什么手段完成如此大规模的新冠病毒检测呢?是人多力量大还是团结一心?混采检测其实是由国外传进来的,而且最开始是受到质疑的,但是在我国技术专家的努力下,...

        喀什4天完成核酸检测500万人,武汉10天完成核酸检测1000万人,青岛更是在5天内就完成了1000万人的核酸检测。但是你知道我们是用什么手段完成如此大规模的新冠病毒检测呢?是人多力量大还是团结一心,其实都不是,而是一个曾经被大家质疑,如今被我国攻克的技术——混检。
新冠核酸检测
        混采检测其实是由国外传进来的,而且最开始是受到质疑的,但是在我国技术专家的努力下,最终将其发扬光大。那么混采检测到底有什么优势呢?

        混检是为了提高效率,快速找出感染者,它的应用原理是分组检测。那么它到底有什么优势呢?假设27个人中有1人感染了新冠病毒需要我们找出来。那么按照传统的方法是一个个找,也就是每个人都需要检测一遍,总共需要检测27次,但用分组检测却减少了一半以上,只要12次。
咽试子分组检测法
        具体方法是将这些人采集到的咽试子分为三组,每组9个人进行核酸检测。如果哪一组的核酸检测呈阳性,那么这名感染者就在哪一组。所以第一轮检测只需要3次,我们就可以缩小范围。确认在哪组后,再将这组的9个人全部检测一遍,然后我们就找到了感染者,而这一轮我们检测了9次,所以两轮总共也就12次,比传统的27次减少了一半以上,相对来说效率就提升了。

        我国的大规模检测基本上都采取这种多合一的模式。事实上,如果每组的数据越多,效率值的增加也就越大。它的期望模型大概是这样的,K代表每一组的人数P代表给定条件,看起来比较复杂,但有资料进行佐证。6月份北京发生疫情感染,当时北京日检测能力是20多万,使用5合1的检测模式后。在没有增加任何人力和物力的情况下,是检测能力达到200多万,效率提高了整整10倍。这也是为什么青岛有能力在5天内完成上千万人病毒检测的原因。
咽试子分组模型
        效率的提高也相应的减少了检测费用。英国自《然杂志》22日发表一项传染性疾病的相关研究,里面就曾指出该算法有望使早期识别感染者的费用比单独检测便宜20倍。事实上,除了效率和检测成本,混检模式还可以最快的速度锁定感染者的范围,及时隔离,减少病毒传播途径。10月份,青岛市爆发疫情时,青岛疾控中心副主任张华强就表示,在青岛全员检测中,就是将10个人的样本混在1起检测。如果样本呈阳性,我们会第一时间通知这10个人立即进行单独隔离,并对这10个人分别进行单采单减,从而确定阳性样本的携带者,这就是混检的优势。

        事实上这种混检效率还不是最高的,科学家为了加速检测,还发明了几种更加高效的方法。第二种是不重叠分组,和第一种方法类似,还是以27个人为例子。第一轮也是将样品分为3组检测3次,确定哪个组的样品是有感染者的,将感染者的范围缩小至9个人。第二轮将样品呈阳性的热酒人再分成3组进行检测。确认哪组是被感染的第二次缩小范围至三人,第三次就将这三人单独检测,最终找到感染者。整个过程只要三轮,每轮三次,总共九次就可以检测出来。
中国完成分组检测
        第三种方法是排列分组,第一轮依旧将27人分为三组,找出感染者的那一组,第二轮将有感染者的九人组进行排列编号,然后每一行检测一次。每一列再检测一次,总共六次。那要怎么找出感染者的,当然是只需要找出感染组重合的那个人就行了,什么意思呢?就是一个感染者必然在三行中的一行,也必然在三列中的某一列,比如啊第一行和第一列同时是阳性的。那么编号一就是感染者,比如第一行和第二列,同时是阳性的,那么编号二就是感染者,还有第三行和第三列,同时是阳性的,那么编号九就是感染者。总之啊就是利用数学规律来找出感染者。

        印度理工学院的计算机科学家用苛苛曼三元系发明了一种检测,一次就可以完成所有检测的方法。他是将九个人编号后分成六组来进行检测。在这六组里呀,每组三个人,而且要确保每一个编号都被分配在两组里。比如一号同时被分配在第一组和第二组,二号是第三组和第四组,而四号则是第一组和第三组。以此类推,每一个编号都有,且只在两个组里。这样如果是有感染者,那将有两组的样品将同时呈现阳性,比如编号二是感染者,第三组和第四组的样品检测时将同时呈现阳性编号七是感染者,则是第一组和第四组同时呈现阳性。这样仅用一轮检测就可以找出感染者。

        那为何我国选择简单的多合一呢?这边就要讲到混检是如何被攻克的。早在今年2月份时,国家卫健委就鼓励各地采取十人样本合成一个样本进行送检。但是后来由于标本中的新冠病毒会被稀释,呈现弱阳性,不容易被检测到,加上采集管的规格、材质、病毒保存液成分含量等等问题,并未能大规模推广。
分组检测轮次
        5月份武汉大规模检测时采用混检模式,在网上出现了比较大的质疑声。为什么多人采样放在同一个瓶子里,大家普遍担心混检会影响样品的敏感性。为此,国家卫健委回应混检根据途径主要分为两种,一种是在采集环节上采集的咽拭子集中混合在同一个取样品中叫混采,还有一种是在检测环节检测的时候混合检测叫做样本混合。武汉当时采用的就是混采,并不会影响当时核酸检测的敏感性。而第二种对检测敏感性有一定的影响,但也被我国医护人员事先就获知并攻克了很多技术难点。而这个技术难点的攻克的背后,是医学专家们努力付出的结果。

        7月份大连发生疫情。整座城市将近700万人口都需要全面筛查。而如何快速且准确的检测任务就落到了中国医科大学附属盛京医院检验科主任刘勇教授的肩上。当时面临的问题就是啊如何检测出标本中的弱阳性新冠病毒以及指定一个标准检测技术要点。为此,刘勇教授在7月24日确定了研发计划。之后两天两夜与生产厂家进行沟通,准备新的采集管和相关的参数。再用两天的时间进行300多个试验标本的性能验证之后又经过五家医院再次验证,25个标本结果百分百正确证明失和一混解完全可行。
盛京医院刘勇教授
        试验期间,刘勇教授一直奔赴在一线。8月初,刘勇教授再次奔赴高风险局带队采集标本,情理轻微,直至累倒在现场。而这一年,他已经60多岁了。用他的话说啊,我今年60岁了,这是职业生涯最后一站。能够承担这样一个对国家,对社会有意义的工作感到无比自豪。8月8日,经过刘勇教授的团队努力,新冠病毒核酸十合一混采检测技术的各项参数验证成功,并于当月19日,国家卫健委发布了相关的技术规范规范中,详细说明了采集和送检等各个技术要点。至此,我国已经拥有了成熟的大规模检测技术,而核酸检测能力也迎来了爆发期。

        8月份大连完成448.8万份核酸检测,筛选阳性患者107例。10月16日,青岛企业五天时间完成了上千万人的核酸检测。10月27日,喀什地区仅用四天完成了474.65万人的核算检测。中国的检测效率在世界引起轰动。现在我们回头去看看为何我们不推广比较复杂,但是可能更加高效的检测模型呢?因为每一个模型都有其局限性,不一定适合推广。比如采用第四种模型,只要混进越多需要计算的量就越大,不适合人工计算,那也就增加了风险。有了风险在没有解决之前就没办法全国推广。
青岛抗疫
        实际上,推广一种检测方法是极为慎重的。为此国家还出了众多的技术说明,比如7月27日国家卫健委明确规定,医院就诊的患者不适合混检等等。所以我们选择了兼顾效率与准确的方法,也就不难理解了。有些人可能还有疑问呢,既然是国外研究的方法,那他们为什么不用这种检测方法的?为什么只有中国可以做到,首先必须明确一点,并不是我们团结检测方法和团结没有任何关系。这个要实事求是,最主要的原因就是混检的目的是为了快速筛选感染者,但是前提是感染人数必须足够少。为什么这么说呢?我们试想一下,如果感染人数过多。那么是不是会出现一个致命的问题,那就是第一轮出现感染的组别就越多了。一旦第一轮出现的组别越多,第二轮需要重新检测的组别也就越多。如果每一组都有感染者,那就意味着每一组都需要重新检测,这就相当于啊回到原来的一个个检测了,反而影响效率。
美国运用分组检测法
        美国的研究人员也曾做过相似的研究。在洛杉矶感染人数接近9%的地区,分组检测只能减少50%的成本和时间。而在人口只有0.1%被感染的蒙大拿州竟然可以减少近90%的检测成本,这个结论和我国是一样的。7月22日,医管局发布公告,新冠病毒核酸筛查稀释混样检测技术之一里面明确表示在人群总体阳性率较低时更为适宜。
 
        所以我国之所以能推行大规模混检的前提,就是我们采取预防为主,在疫情初期就大规模检测的成果,所以说是中国将混检发扬光大……

Tags: 新冠肺炎  分组检测  新冠疫情  科学检测 

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