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混样检测的数学原理

嘉峪检测网        2021-05-11 08:55

我对检测的认知经历了这样的历程:一开始认为检测是门严谨的科学,后来渐渐发现对检测结果的解读是玄学,最后经过无数次的打击之后终于醒悟,检测的底层逻辑原来是数学。大部分人都不喜欢数学,但是今天的数学是能帮你省钱的混样数量的理论依据。

 

混样流程

 

假定混样不会造成检测敏感性下降,即阳性样品混样后仍然能检测为阳性。在这个前提下,混样的决策取决于流行率或者称为阳性率(P)和混样数量(k)。如果我们只进行2步的检测,即第一步检测混样组,检测为阳性的组进行第二步检测,第二步将阳性组样品逐一进行检测。

 

吧

 

1、1%阳性率的情况下10混1检测

 

1%阳性率的情况下,10混1检测。如果有100个样品,分为10组,第一轮检测结果为9组阴性和1组阳性,阳性组再进行第二轮逐一检测,检测结果为9份阴性和1份阳性(或者第二轮检测时只检测9份样品即可得到最终结果)。在这样的前提下我们如果不混样需要进行100次检测,混样后只需进行20次检测,节省了80%的检测量。

 

 2、5%阳性率的情况下5混1检测

 

5%阳性率的情况下,5混1检测。如果还是有100个样品,分为20组。那么这里面的5个阳性样品到底如何分配呢,这个是符合伯努利试验的结果。我们先按照2种极端的情况来假设:

 

假设1:5个阳性均在1组,则第一轮检测结果为19组阴性和1组阳性,阳性组再进行第二轮逐一检测,检测结果为5份均为阳性。在这样的前提下,如果不混样需要进行100次检测,混样后需进行25次检测。

 

假设2:5个阳性在5组,则第一轮检测结果为15组阴性和5组阳性,阳性组再进行第二轮逐一检测,检测结果为25份中5份阳性。在这样的前提下,如果不混样需要进行100次检测,混样后只需进行45次检测。

 

这时我们只能求助于数学了!

 

混样效能计算公式

 

首先混样的结果中只有阴性或阳性,每次试验都是相互独立的随机事件。

 

 

你

 

预期每个样品的检测次数E(x)越低,代表着混样检测越划算,1-E(X)则表示检测量减少的比例。

 

最佳混样数量

 

1、5%阳性率的情况下的混样检测

 

5%阳性率的情况下几混1检测最经济呢?我们可以从3混1到10混1逐一计算,计算结果如下,我们发现5混1时,E(X)最小,检测量减少比例最大,混样检测最经济。

 

吧

你

 

2、不同阳性率下的理论最佳混样数量

 

如下表所示阳性率越低,最佳混样数量越多,检测量减少的比例越大。当阳性率大于15%,检测量减少的比例已经低于30%,这时的混样检测的意义已经不太大了。每个实验室可以根据自己的情况设置混样的阈值限,例如:可以设置为阳性率12%,4混1,也可以设置为检测量减少比例小于40%的4混1等。

 

 

你

 

原博士已经为你计算好了阳性率为1-20,混样数量1-10的预期每个样品的检测次数E(x),打赏之后可查看,不想打赏也可以私信管我要。

 

3、实际应用中的混样数量

 

在目前的新冠检测筛查中普遍使用了混样检测,但是也有明确的限制条件“新型冠状病毒核酸筛查稀释混样技术(以下简称稀释混样)仅适用于大人群样本的筛查,稀释混样检测结果不作为最终确诊依据。在人群总体阳性率较低(低于0.1%)时更为适宜。”

 

nn

慢慢

 

部分国家的新冠混样检测技术建议中也强调:混样检测仅适用于流行率低于2%的群体筛查,当阳性率大于5%时,不建议混样检测。并且强调混样数量不超过5。

 

混样检测虽然从理论上可行的,但是在实际检测过程中需科学实施。混样检测之前需要先掌握阳性率的数据,并且对混样造成的检测敏感性降低程度和漏检(假阴性)的风险进行评估。个人建议当阳性率低于1%时,可进行≤5份的混样初筛。混样检测需慎之又慎!

 

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来源:原博士带你做检测