為什么中國大規(guī)模檢測這么驚艷？是勤勞勇敢？不，是科學啊

英國城市利物浦在11月20日剛結束一場大規(guī)模的新冠檢測項目，這是英國第一次在一個城市做大規(guī)模檢測。利物浦是英格蘭新冠死亡率最高的地區(qū)，每百萬人感染率是英格蘭平均水平約2倍，所以被選為試點。

這個試點項目被看作是全英的希望，要在2021年1月之后在英格蘭全境推廣。

△英國衛(wèi)報文章《利物浦的大規(guī)模檢測項目是英格蘭的希望》

那么檢了多少人呢？

原本的目標是在兩周內(nèi)對利物浦全部50萬人口進行檢測。但兩周結束，目標才達成了一半不到，共檢測了約20萬人，檢出來約2000名陽性，600名無癥狀感染者。

那些震驚世界的中國檢測

中國是最早開展大規(guī)模檢測的國家之一。還記得5月份武漢在18天測了990萬人，日檢測能力高時可達100萬人份，也就是說一天測的量是利物浦兩周的量的5倍。10月份，青島更是在5天里完成了全城1000多萬個檢測。青島創(chuàng)造了世界紀錄，也震驚了外媒。

△英國電訊報10月份文章《中國青島發(fā)現(xiàn)6例感染，5天檢測全城900萬人口》

為什么中國的新冠病系檢測速度如此之快，其實真正的秘密在于“混采檢測”。

武漢第一次用了“混采檢測”，簡單說就是把樣本成組去檢。如果某組結果是陽性，那么會通知這一組所有人立刻隔離，并對每人做“單采單檢”，以找到這組樣本里病毒的“源頭”。

△混合三個樣本檢測

當時武漢是把5個樣本以內(nèi)分成一組一組去檢測，而青島是把10個樣本分為一組，從此速度就飛起來了。

畢竟新冠傳播速度太快，檢測是在跟病毒賽跑，是打閃電戰(zhàn)。“分組檢測”又快又省成本，其實已經(jīng)被中國、印度、德國和美國采用了，只是中國執(zhí)行力驚人，再加上別的一些原因（往下看），所以效果特別驚艷。

分組檢測中的科學高光

“分組檢測”深挖下去相當燒腦，來自數(shù)學領域的創(chuàng)新層出不窮。權威科學期刊《自然》雜志之前就介紹過四種方法。

方法1：其實很像中國的“10合1”“5合1”，這也是最直接、最易操作的一種方法。

這種方法最早是由哈佛大學經(jīng)濟學家Robert Dorfman在20世紀40年代提出的，當時是用于檢測二戰(zhàn)士兵中有多少人攜帶梅毒。后來也常被用于篩查無癥狀人群有多少人攜帶比如衣原體和淋病病毒。紅十字會也會用這種方法來篩查獻血者中是否有人攜帶乙肝、艾滋病毒等。

方法2：跟“方法1”很類似，都是“不重疊分組”，區(qū)別在于它是分組之后再分組。

這種方案的好處是次數(shù)減少了——“方法1”一共需要檢（3+9=12）次，“方法2”只要（3+3+3=9）9次。

但它的缺點是輪次太多。

如果每輪的檢測結果都需要等好久，會導致時間拖很長。而且叫人回來檢測3次，也有操作上的難度。

前兩種辦法都是“不重疊分組”，而從“方法3”開始則是更精妙的“重疊分組”，也就是說同一個樣本可以分到不同的組里，組和組之間是有重合的。

方法3：升維。

9個樣本，按“列”分組測3次，按“行”分組測3次（見第2輪的箭頭），如果有“行”或“列”出現(xiàn)陽性，那么同時出現(xiàn)在這兩組中的某樣本就可判斷為陽性（紅色）。

二維還可以升級成多維，就更有規(guī)模效應。只是這種方法實際操作起來可能有些復雜，尤其當一組中包含不止一個陽性病例時，需要靠算法來算出哪個是陽性樣本。盧旺達的科學家正在探索這種策略。

方法4：用一輪搞定。

前幾種方法都需要分好幾輪，而測第2輪必須要等第1輪結果出來，測第3輪要等到第2輪結果出來。輪次越多，等越久越耽誤時間。要比病毒更快，科學家于是研究是否能把輪次壓縮到極限？

印度理工學院的計算機科學家用數(shù)學中的柯克曼三元系（Kirkman triples）來完成“一輪搞定”。下圖的例子就是如果測9個人，只需要測6次就能找到唯一陽性。

△以上四張圖片均來自《自然》雜志

但是這種方法跟“方法3”一樣，只要數(shù)據(jù)量一大，分組和識別就會超出人的計算能力。讓一線的檢測人員去用這種方法操作，估計能把人暈死。

所以“算”這件事要交給計算機。寫出合適的算法、開發(fā)出合適的程序，“方法4”的威力就會爆發(fā)出指數(shù)級的增長。目前印度的科學家已經(jīng)能做到僅用48次測試，就在320個樣本中成功識別出5個陽性。

除了數(shù)學帶來的靈感，分組檢測也吸引著人工智能領域科學家的關注。醫(yī)學界也在探索，到底多少樣本分成一組是極限？才不會導致病毒被過分稀釋，導致檢測不出陽性來？

所以，“幾個樣本放一組合適”，這也都不是拍腦門就能定的事情，背后都是科學。

中國的方法，即“方案1”，是最易操作、最易上手的，特別適合于當機立斷的“閃電戰(zhàn)”。但是突破閾值、突破極限永遠要靠科學。而科學是需要時間的，它可能短期內(nèi)無法體現(xiàn)在執(zhí)行上，但這是一場長跑，升維的那一刻還未到來，我們可不能妄自尊大。

中國驚艷的另一個原因

7月份，一篇由美國科研人員撰寫的文章發(fā)表在“對話”網(wǎng)站上，對“分組檢測”的局限性作了一番討論。

文章稱，如果在洛杉磯這種城市，有9%的人檢測結果為陽性，“分組檢測”只能減少50%的成本和時間。而如果在只有0.1%的人口被感染的蒙大拿州，竟然可以減少近90%的檢測成本。

道理很簡單，感染的人越多，第一輪成組檢出來的陽性就越多，就會有越多的人需要檢第二輪。那分組檢的優(yōu)勢何在？

△“對話”網(wǎng)站發(fā)表文章討論分組檢測

英國的利物浦兩周僅測了20萬，利物浦大學傳染病專家卡盧姆·森普爾教授是這么解釋的：

所以說中國的“分組檢測”策略未必可以照搬，或者說用了也未必有中國這樣的驚艷效果，因為各家“底子”不一樣。

中國抗疫果斷，常常只有幾例本地傳播就檢測全城。第一輪一組一組檢出來都是陰性的，那很快就篩掉了，于是檢得就特別快。這就形成了一種“正反饋”——感染得少，所以檢得快；檢得快阻斷了病毒傳播，所以又感染得少。

英國免疫學會主席彼得·歐平朔教授在接受總臺記者專訪時就說，“中國的檢測方法令人欽佩，我希望在英國我們可以效仿。”

這倒不是自謙，這是一種判斷。在現(xiàn)階段，這種方法未必是對他們最合適的。

而對我們普通中國人來說，在享受來自世界的贊譽和高光時刻之時，也要知其然，并知其所以然?？偸怯们趧谟赂襾斫忉?，不利于我們變得更聰明。

封面圖片來源：攝圖網(wǎng)