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COVID-19检测的局限性与挑战及改进建议

班木芙兰 2020-4-20 181人围观 技术



摘要


其实质和核心是全心全意为人民服务,为了人民的事业无私奉献,它已经成为我们这个时代精神文明的同义语、先进文化的象征。雷锋的模范事迹和高尚思想在军内外以及社会各界产生巨大影响。掀起了后来全国各族人民的学雷锋做好事的风气。


由于COVID-19疫情突发,全球的医务人员都缺少经过验证的可靠的确诊方法。明确是否患有COVID-19对于成功管理和遏制新型冠状病毒至关重要。目前的诊断选择在类型、供应和可靠性上存在局限性。


对于COVID-19,可能会发生以下4种情况:(1)不可靠(假阴性)检测结果致使患者出院,且未采取适当的预防措施;(2)COVID-19确诊患者症状改善后再次感染;(3)初次感染病毒完全清除后复发;(4)病毒突变导致新的感染。然而,如果没有可靠的诊断检测,则很难知道这些情况的实际发生率、究竟是否会发生以及在未来的标准护理中如何调整治疗方案。


本文探讨了现有诊断方法存在争议的不可靠性,并认为需要更可靠的诊断方法(或组合和测序),才能有效地降低因假阴性检测结果而导致患者出院的概率(上述第一种情况),同时更准确地估计剩下三种情况的发生率:再次感染、复发和病毒突变。


当前的检测选择


目前,尚无FDA批准的COVID-19诊断检测,但通过FDA的“扩大获取”(Expanded Access)计划,越来越多的检测可用。扩大获取,有时也称为“同情使用”(Compassionate Use),是指在临床试验之外使用未经FDA批准的药物、生物制品或医疗器械。这种方法加快了FDA审批过程,允许使用研究型器械来挽救患者的生命,或治疗尚无临床试验和替代疗法的患者。扩大获取的一个类别就是FDA的紧急使用授权(EUA),它允许在无标准可接受治疗的情况下对命悬一线的人类受试者使用试验样品,这种情况下没有足够的时间来获得FDA使用许可。尽管不需要事先获得FDA的使用许可,但必须在使用后5天内向FDA报告所有使用情况。截至本文发表时(2020年4月9日),医院能够使用的所有诊断检测均为EUA检测。


核酸扩增检测


核酸扩增检测(NAAT),比如逆转录聚合酶链反应(RT PCR),是目前全球医院最常使用的COVID-19诊断方法;在2020年3月23日之前,美国只有这种化学诊断检测可用。这种技术极其可靠,但只有在满足合用和试剂要求的条件下才可靠。NAAT的最大局限性是假阴性诊断率高,尤其是COVID-19诊断检测。迄今为止最大的冠状病毒检测研究发现,在中国,RT PCR诊断检测的假阴性率为41%。然而,虽然具有较高的假阴性率,但目前RT PCR仍是确诊COVID-19感染的参考标准。


由于需要加速开发并将其推广到工作人员具有不同经验水平的偏远地点,这些检测的灵敏度和特异性尚不清楚。现有检测试剂盒的性能可能因必须开发这些检测方法的紧迫性而受到影响;在需要使用之前无法对试剂盒的临床或分析准确度进行充分验证。在没有足够严格的测试标准的情况下,暂且勉强地确定了阳性或阴性诊断的阈值,初始校准和验证数据的来源和精确度也是如此。另外,开发和采用最早检测方法的许多国家/地区对诊断检测开发的规定也各不相同,难以评估检测试剂盒和保存溶液的质量和灵敏度。出于疫情压力,全球医疗器械开发商缺乏足够统一的器械监管环境。


疾病进展和采样的时间线是导致诊断不确定度的另一个因素。由于该疾病的潜伏期较长,发病初期病毒载量低可能会导致假阴性诊断。报告的很多假阴性病例都是患者在采样时的病毒载量不足以被检出。此外,这类检测只有当病毒还存在的情况下才会显示阳性结果,不能鉴别出感染后已恢复并且病毒已清除的患者。难以获得可靠的生物标本也是NAAT面临的又一挑战。目前推荐使用口咽和鼻咽标本进行这类检测。粪便、血液、脸颊和尿液等生物标本的有意义检测率很低,假阴性率通常高于70%,显著增加了假阴性诊断的风险。但是,检测鼻和咽拭子也存在一些挑战,包括潜在的患者不适、甚至出血,需要有经验的医务人员进行采样,医务人员飞沫暴露风险,无法从下呼吸道获取标本。


快速NAAT的进一步开发使得医院迈向另一种诊断方法,即生物标本处理不取决于样本储存和运输条件,最低限度的用户控制即可确保正确的样本处理。快速检测还有一个好处,就是在筛查中心就能检测患者,减少了医院的负担。然而,虽然这种技术很有价值,但仍未解决试剂供应、储存和处理方面的诸多挑战。


CT扫描


最新研究表明,时序性CT扫描可能是最灵敏的新型冠状病毒诊断方法,平均比RT PCR提前3天给出准确诊断。但是,通过CT诊断COVID-19的假阴性率仍≥12%。大规模CT扫描也不是一种实际可行的解决方案,因为许多国家/地区没有足够的CT机、技术人员和放射科医师来支持疫情所需检测。美国的大多数医院只有1或2台CT机,医生通常需要5-15分钟来分析一次CT扫描和给予解读。一个显著的局限性是在检查不同的患者之间对CT扫描仪进行适当消毒所需的时间,这可能需要长达一个小时的时间,具体取决于扫描仪和该扫描仪所在区域的相关通风系统。另外,为了获得最高的诊断准确度,应审查不同时间点的多次CT扫描结果。先前的研究表明相隔6天进行2次扫描会增加诊断准确度。


中国开发出了根据CT扫描结果判断冠状病毒感染的AI算法,缩短了临床诊断时间并增加了诊断准确度。然而,虽然这些算法减少了诊断所需的扫描次数,但患者仍需要接受CT检查,每家医院1-2台CT机的瓶颈也仍然存在。


血清学检测/免疫测定


血清学检测(ST)利用一种表面蛋白或一系列病毒肽来捕获患者血液中的病毒抗体。由于这种方法测量机体对病毒的免疫反应,因此即使免疫系统清除了病毒,它也能确定个体是否曾被感染。此外,这类检测能够帮助追踪哪些人曾接触过病毒但没有出现症状。截至本文发表时,在美国,这类检测仍在开发中,有一个产品刚刚获得紧急使用许可。但在中国,ST已被开发出来并且未经事先验证即可使用。中国的初步研究表明,在适当条件下使用时检测准确率达到93%。


目前,ST有一些局限性。首先,新检测需要使用感染人群血液中的抗体来验证,这就延长了开发过程。其次,该检测无法在感染第一周内提供诊断;存在显著的迟滞期,因为病毒特异性抗体通常在发病后7-14天出现。它在发病后2周的准确率最高,CDC建议在发病后3周即抗体水平升高后使用该检测。然而,鉴于这种疾病传染性强,这个等待时间是不合理的。


实验室自建检测


实验室自建检测(LDT),包括实验室自建家庭检测,可能包含与IVD检测相同或相似的成分。但是,它们必须在同一机构内开发和使用。截至本文发表时,很多LDT仍在开发中,在美国只有一个检测可供医院使用。这类检测的局限性在于,尽管这些产品相对较快地投放市场,但在进入市场之前不需要对其临床或分析有效性或上市声明进行监管审查。虽然LDT可能包含与IVD检测相同或相似的成分,它们并不遵循相同的有效性标准。另一方面,必须在制造商处而不能在医院或样本采集点处理和分析检测,导致标本储存和运输期间的潜在失效模式。


从检验技术人员方面提高诊断准确度的方法


由于新型冠状病毒的传染性非常高,尽快获得准确的诊断数据很重要,因为已证明假阴性结果会造成有害的流行病学影响。减少假阴性诊断数量对于确定隔离措施和对住院患者进行分类至关重要,因为无症状携带者很多。由于其他原因或创伤住院的某些患者可能携带COVID-19病毒但未被发现。明确患者已经清除了COVID-19病毒并具有抗体,或者患者是无症状携带者,将使医院能够优先考虑隔离哪些人员,在最大程度上减少院内感染。此外,由于医务人员中无症状携带者的比率很高,因此该数据对他们将极为有益。明确医务人员是否具有免疫力,或者是否为无症状携带者,将使医院能够更好地确定何时让他们留在家里,以及如何对高风险专业或程序中的医务人员进行风险分层。


在当前情况下,操作人员可以采取以下措施来增加可用工具的诊断效率。使用NAAT时,选择最佳的生物标本类型是最重要的。初步研究表明,对于NAAT来说,咽喉和鼻腔是最准确的拭子采样部位,但关于哪一种最准确的研究结果不一。先前一项研究发现,鼻咽(鼻腔)或口咽(咽喉)拭子的检测优势根据呼吸道病原体的种类而异,没有哪一种始终占优势。中国最初的快速指南仅表明使用咽喉拭子。相似地,CDC推荐RT PCR诊断方法使用鼻拭子,在没有适当鼻拭子的情况下,用咽喉拭子代替鼻拭子或咽喉拭子与鼻拭子结合。定量测定病毒载量有助于指导治疗或发现哪些患者很可能失代偿,但这需要在发布检测后进行数周到数月的研究。


另外,由于患者病情复杂,仅使用一种 COVID-19诊断检测会增加假阴性结果或误诊。因此,应采取多管齐下的方法,通过多种诊断工具来证实检测结果。该方法还应该包括在感染过程的多个时间点进行诊断检测。采取血清学检测与核酸检测结合的诊断流程,将提供高质量的、多维度的和成本效益高的诊断解决方案,可满足及早预防和控制、鉴别诊断和流行病学研究的检测需求。理想上来说,鉴于该病毒的潜伏期较长,住院患者应在入院时和每周进行检测,医务人员也应每周接受检测。


参考文献略

文献译自:Preprints (www.preprints.org) | NOT PEER-REVIEWED | Posted: 9 April 2020. Doi:10.20944/preprints202004.0155.v1.

注:本文来源于《临床实验室》2020年第4期“生化”专题



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