COVID-19 快篩檢測是否可取代PCR核酸檢測 | 2022數感盃 | 國中專題 | 銅獎

作者 黃胤臻、王澤民 / 桃園市光明國中

壹、研究動機
        2021年5月COVID-19疫情在臺灣大爆發,PCR核酸檢測一時無法負擔大量的疑似患者,造成政府希望國民若有擔憂可用快篩檢測來輔助。只是在電視上卻可看到快篩檢測結果為陰性,但用PCR核酸檢測竟變為陽性(俗稱偽陰性);或快篩檢測為陽性但PCR核酸檢測為陰性(俗稱偽陽性)的現象,因此我們想從機率的角度來探討偽陰性或偽陽性發生率,並看看快篩檢測是否可取代PCR核酸檢測。

貳、探討過程
       在防疫表現,臺灣相對是比較優異的,因此我們在探討的過程將分別從世界與臺灣的數據來進行解釋:
一、世界數據
       探討過程中,必須了解COVID-19的染疫率,這個部分的數據我們將計算COVID-19的染疫人數占全球總人數的比率來代表,依照WHO公布截至2022年1月11日統計,共有308458509例病例,當時全球人口約有7915948000人,所以染疫率=308458509 ÷ 7915948000=0.038966717……≒0.04=4%,代表平均每10000人中,就約有400人會染疫。
       快篩檢測的數據依各家廠商不同,幾經討論後,我們選擇羅氏家用新冠病毒抗原自我檢測套組當作標準。依原廠數據,靈敏度(又稱真陽性率)為91.1%(Ct值≤30),特異度(又稱真陰性率)為99.6%,以10000人為例,染疫人口約有400人,未染疫約有9600人,其得到的結果如下表所列:

羅氏抗原快篩
(以10,000人為例)
染疫人數
(約400人)
未染疫人數
(約9,600人)
合計人數
篩檢陽性(真陽性率:91.1%)364.438.4402.8
篩檢陰性(真陰性率:99.6%)35.69561.69597.2

       由上表可計算出快篩陽性但未染疫(偽陽性)的比率為38.4402.8=0.0095332……≒9.5%;快篩陰性但染疫(偽陰性)的比率為35.69597.2=0.003709……≒0.4%。這兩個數值對比原廠數值並沒有太大的差異,足見快篩檢測仍可提供相當程度的可信度。
       PCR核酸檢測是將待測病毒RNA基因序列片段數量,以幾何級數方式增加放大直到可被儀器持續偵測到(高智雄,2021),所以放大的倍數愈大表示病毒含量愈低。我們試著查找PCR核酸檢測的真陽性率及真陰性率,可惜查詢未果,考慮到PCR核酸檢測為COVID-19檢測的金標準,其真陽性率及真陰性率應有100%,但實際上檢測必存在誤差,所以將PCR核酸檢測的真陽性率及真陰性率均假設為99.9%來討論,其可能得到的結果如下表所列:

RT-PCR核酸檢測
(以10,000人為例)
染疫人數
(約400人)
未染疫人數
(約9,600人)
合計人數
篩檢陽性(真陽性率:99.9%)399.69.6409.2
篩檢陰性(真陰性率:99.9%)0.49590.49590.9

       由上表可計算出RT-PCR檢測陽性但未染疫(偽陽性)的比率為9.6409.2=0.023460……≒2.3%;篩檢陰性但染疫(偽陰性)的比率為0.49590.4=0.000041……≒0.004%。

二、臺灣數據
       考量臺灣在防疫表現屬於前段班,染疫率低於世界數據,於是我們另再計算臺灣數據分析探討。根據中華民國衛生福利部疾病管制署截至2022年1月11日的統計,新冠肺炎確診案例共有17393例,當時臺灣人口總數為23375314人,所以臺灣的染疫率應為1739323375314=0.000744……≒0.07%,即每10000人只有7人染疫。以此染疫率套用前述羅氏快篩及RT-PCR核酸檢測的真陽性率及真陰性率可得以下結果:

羅氏抗原快篩
(以10,000人為例)
染疫人數
(約7人)
未染疫人數
(約9,993人)
合計人數
篩檢陽性(真陽性率:91.1%)6.37739.97246.349
篩檢陰性(真陰性率:99.6%)0.6239953.0289953.651

       由上表可計算出快篩陽性但未染疫(偽陽性)的比率為39.97246.349=0.862413……≒86.2%;快篩陰性但染疫(偽陰性)的比率為0.6239953.651=0.000062……≒0.006%。

RT-PCR核酸檢測
(以10,000人為例)
染疫人數
(約7人)
未染疫人數
(約9,993人)
合計人數
篩檢陽性(真陽性率:99.9%)6.9939.99316.986
篩檢陰性(真陰性率:99.9%)0.0079983.0079983.014

       由上表可計算出RT-PCR檢測陽性但未染疫(偽陽性)的比率為9.99316.986=0.588308……≒58.8%;篩檢陰性但染疫(偽陰性)的比率為0.49590.4=0.000000701……≒0.00007%。

參、結論
將前述探究討論得到偽陽性及偽陰性比率整理得到下表:

世界數據臺灣數據
偽陽性比率(%)偽陰性比率(%)偽陽性比率(%)偽陰性比率(%)
羅氏抗原快篩9.50.486.20.006
RT-PCR核酸2.30.00458.80.00007

       由此表可以發現臺灣數據在偽陽性比率均為世界數據9倍以上,推測在低染疫率的地區容易會有誤差,但PCR核酸檢測為檢測金章,不應有50%以上偽陽性比率,所以只從機率來探討仍有明顯不足之處。不過,還是可從中看到兩種檢測的偽陰性比率均偏低(≤0.5%),表示若為陰性的話,大致上均可確定未染疫;快篩檢測在偽陽性的比率上約有10%以上,改做PCR核酸檢測均大幅減低,若再考量時間及人力成本,在疫情大爆發之際先以快篩檢測來找出疑似患者,再進行PCR核酸檢測是可行的一種方式,只是民眾在快篩陽性時,莫要過度恐慌,畢竟其偽陽性的比率過高,仍應以PCR核酸檢測為準。

肆、資料來源

  1. World Health Organization(2022).WHO Coronavirus (COVID-19) Dashboard. World Health Organization. https://covid19.who.int/
  2. 各國家和地區人口列表。(2022年1月11日)。取自維基百科,自由的百科全書:https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E5%90%84%E5%9B%BD%E5%AE%B6%E5%92%8C%E5%9C%B0%E5%8C%BA%E4%BA%BA%E5%8F%A3%E5%88%97%E8%A1%A8&oldid=69778870
  3. Roche Diagnostics(2021). SARS-CoV-2 Antigen Self Test Nasal.Roche Diagnostics. https://diagnostics.roche.com/global/en/products/params/sars-cov-2-antigen-self-test-nasal.html#productSpecs
  4. 高智雄(2021年5月26日)。新冠肺炎抗原快篩與PCR篩檢原理與結果判讀解析。社團法人台灣醫事檢驗學會。https://www.labmed.org.tw/knowledge_1.asp?mno=120
  5. 衛生福利部疾病管制署(2022年1月11日)。COVID-19。衛生福利部疾病管制署。https://sites.google.com/cdc.gov.tw/2019ncov/taiwan                                                
  6. 中華民國內政部戶政司(2021)。民國110年12月戶籍人口統計速報表。中華民國內政部戶政司全球資訊網。https://www.ris.gov.tw/app/portal/346

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