Стратегии диагностического тестирования стада
Robert L. Larson
Клинические науки, Колледж ветеринарной медицины, Канзасский государственный университет, Манхэттен, Канзас, США
Вступление
Ветеринарные врачи помогают владельцам продуктивных животных достичь определенных целей по воспроизводству стада. Они включают в себя высокий процент стельных самок после покрытия быками (то есть повышение фертильности или минимизация бесплодия); сведение к минимуму воздействия инфекционных, метаболических и других заболеваний, которые могут привести к потере стельности или иным патологиям; и повышение генетической ценности стада путем отбора и наращивания поголовья экономически лучших родительских животных. Для оценки эффективности воспроизводства в хозяйстве у ветврачейпрактиков есть ряд тестов, пригодных для скрининга, мониторинга и диагностики групп животных и отдельных особей. Обычно используемые диагностические процедуры включают лабораторные тесты на возбудителей инфекционных заболеваний, такие как серология, иммуногистохимия, полимеразная цепная реакция (ПЦР), выделение вируса и бактериальный посев. Эти тесты могут быть использованы для выявления инфекционных заболеваний у внешне здоровых животных и для изучения вспышек заболеваний. Кроме того, ветеринары используют диагностические процедуры для изучения отдельных видов скота и целого стада, чтобы найти и изменить предотвратимые риски, для оценки здоровья племенных быков и телок, для оценки упитанности, для диагностики стельности посредством ректальной пальпации матки или ультразвукового ректального исследования, и для оценки кормов и рационов (пищевой и токсикологической).
Определение полезности диагностического теста
Реальный вопрос, с которым сталкиваются ветеринарные врачи, заключается в том, использовать ли имеющиеся диагностические тесты для скрининга конкретного стада на предмет определенного состояния.1 Входные данные, необходимые для логического вывода, включают данные о распространенности состояния или заболевания, чувствительности и специфичности диагностического теста, эпидемиологии заболеваний или состояний, а также экономические затраты на лечение или профилактику состояния.2 Обзор литературы и математические пособия, такие как компьютерные таблицы, - это инструменты, используемые для расчета прогностических значений диагностических тестов после тестирования, экономической ценности тестирования, правильности решений по отношению к отдельным входным данным и важности индивидуальных входных данных для принятия решения.
Эти расчеты могут затем использоваться для оценки альтернативных диагностических стратегий тестирования и для определения контрольных точек, которые будут отслеживаться на предмет изменений, способных вызвать переоценку решения.
Чувствительность и специфичность диагностических тестов
Чувствительность и специфичность - это свойства диагностического теста, которые определяются путем сравнения теста с «золотым стандартом». Золотой стандарт считается истинным диагнозом и может быть поставлен с использованием разнообразной информации, такой как клиническое обследование, лабораторные результаты или данные, полученные посмертно. Чувствительность - это доля истинно положительных (золотой стандарт-положительных) образцов, которые в данном тесте определяются как положительные. Специфичность - это доля истинно отрицательных образцов, которые тест определяет как отрицательные. Другими словами, чувствительность отвечает на вопрос «Насколько эффективен тест при идентификации животных с состоянием/заболеванием?», А специфичность отвечает на вопрос «Насколько эффективен тест при идентификации животных без состояния/заболевания?» Диагностические тесты разделяют две группы животных. Одна из них ненормальная, больная или имеет нежелательное состояние, а другая - нормальная или имеет желаемое состояние. В большинстве случаев, представляющих интерес для ветеринаров, пораженные и нормальные группы перекрываются на основе имеющихся диагностических тестов; следовательно, как в лабораторных, так и в клинических тестах должна использоваться произвольная отсечка ( пороговое значение нормы) , разделяющая тест-положительную и тестотрицательную группы. То, где именно установлена отсечка в диагностических тестах очень важно при принятии решения, в какое из двух категорий результатов отнести конкретное животное или стадо. Поскольку диагностические измерения пораженных и непораженных групп животных в некоторой степени пересекаются, чувствительность и специфичность обратно пропорциональны, и установление отсечки всегда является компромиссом между количеством ложноотрицательных и ложноположительных результатов (рис. 39.1). Если отсечки теста не установлены вет.врачом (то есть, установлены производителем теста или в диагностической лаборатории), важно, чтобы практикующий врач был проинформирован о чувствительности и специфичности теста.
(a) На этом рисунке отсечка установлена для
максимизации чувствительности, чтобы было мало
ложноотрицательных результатов, но встречались
ложноположительные результаты.
- результат ++ результат
Измерение
Частота
Нормальный Ненормальный
(b) На этом рисунке отсечка установлена так, чтобы
максимизировать специфичность, чтобы было мало
ложноположительных результатов, но встречались
ложноотрицательные результаты.
- результат + результат
Измерение
Частота
Нормальный Ненормальный
Рисунок 39.1 Когда диагностические измерения пораженных и незатронутых групп в некоторой степени перекрываются, чувствительность и специфичность обратно пропорциональны, и установление отсечки всегда является компромиссом между количеством ложноотрицательных и ложноположительных результатов.
Там, где ставится диагностическое ограничение, это всегда компромисс между ложноотрицательными и ложноположительными результатами из-за совпадения нормальных и ненормальных групп.3 Например, использование теста на тахипноэ в качестве доказательства респираторного заболевания у телят требует, чтобы ветеринар определил тахипноэ с отсечением числа вдохов в минуту. Использование отсечки в 25, скорее всего, будет более чувствительным для выявления телят с пневмонией, но может привести к ложноположительной классификации многих непневмонийных телят. Установка отсечки на 40 повысит специфичность и уменьшит количество непневмонийных телят, классифицированных как тахипнойные, но также может не определить некоторых телят, действительно больных пневмонией (увеличение ложноотрицательных классификаций).
Из соображений биобезопасности ветеринар часто тестирует коров из групп с очень низкой распространенностью, так что даже очень точный тест будет давать неточные положительные результаты, о чем свидетельствует низкая положительная прогностическая ценность теста в популяций с низким риском заболевания.
Точно так же, когда тест имеет несовершенную чувствительность, увеличивающаяся доля тест-отрицательных животных будет ложноотрицательной по мере увеличения распространенности или вероятности заболевания. Таким образом, даже высокоточный тест может привести к неточным отрицательным результатам теста (низкая отрицательная прогностическая ценность) применительно к популяциям с высокой распространенностью или вероятностью возникновения заболевания.
Прогностическая ценность результатов теста
Распространенность
Распространенность - это отношение доли животных, которые соответствуют описанию конкретного случая в данный момент к численности популяции в данный момент. Распространенность - это вероятность наличия состояния у случайно выбранной особи из этой группы. К сожалению, часто опубликованная информация о распространенности ограничена, либо опубликованные оценки распространенности настолько обширны, что имеют ограниченную пользу при большинстве инфекционных заболеваний и репродуктивных состояний, представляющих интерес для ветеринарной медицины. Решение каждого практика, основанное на анамнезе и клиническом обследовании как отдельных особей, так и групп, с учетом имеющейся информации о распространенности, часто является единственным доступным для установления вероятности как инфекционных заболеваний, так и репродуктивных состояний.
Знание или оценка распространенности важны при интерпретации диагностических тестов, потому что для тестов с несовершенной специфичностью увеличивающаяся доля животных с положительным результатом будет ложноположительной по мере уменьшения распространенности или вероятности заболевания
Прогностическая пост-тестовая ценность определяется не в лаборатории, а в полевых условиях с группой животных, на которых применяется тест; это сообщает ветеринару, полезен ли конкретный тест в определенных группах. Положительная прогностическая ценность - это доля животных с положительным результатом теста, которые на самом деле являются положительными для рассматриваемого заболевания или состояния, и в большинстве ситуаций она больше зависит от специфичности теста, чем от чувствительности. Отрицательное прогностическое значение - это доля животных с отрицательным результатом теста, которые действительно отрицательны, и в большинстве ситуаций она в большей степени зависит от чувствительности теста, чем специфичности. Как положительные, так и отрицательные прогностические значения теста зависят от распространенности состояния в популяции (или вероятности состояния у отдельных животных). По мере того как распространенность состояния повышается, в популяции появляется больше животных с таким состоянием, и появляется больше уверенности в правильности положительного результата теста. С ростом распространенности, когда чувствительность и специфичность теста сохраняют постоянство, положительная прогностическая ценность теста увеличивается, а отрицательная прогностическая ценность уменьшается, и наоборот, ОПЦ увеличивается, а ППЦ уменьшается, когда распространенность состояния уменьшается (Рисунок 39.2).
(a) Если у 20% популяции есть заболевание, отрицательное
прогностическое значение теста составляет 100,0%, а
положительное прогностическое значение составляет 88,3%
Отрицательный тестe Положительный тест
Популяция 20% популяции
без заболевания имеют
заболевание
Популяция с
заболеванием
Значения теста
(c) Если 1% популяции имеет заболевание, отрицательное
прогностическое значение теста составляет 100,0%, а
положительное прогностическое значение составляет 16,0%
Отрицательный тест Положительный тест
Популяция 1% популяции
без заболевания имеет
заболевание
Популяция с
заболеванием
Значения теста
Частота
Частота
(b) Если у 10% популяции есть заболевание, отрицательная
прогностическая ценность теста составляет 100.0%, а
положительная прогностическая ценность 67.0%
Отрицательный тест Положительный тест
Популяция 10% популяции
без заболевания имеют
заболевание
Популяция с
заболеванием
Значения теста
(d) Если у 0,01% популяции есть заболевание, отрицательное
прогностическое значение теста составляет 100,0%, а положительное
прогностическое значение составляет 0,2%
Отрицательный тест Положительный тест
Популяция 0,01% популяции
без заболевания имеют заболевание
Популяция
с заболеванием
Значения теста
Частота
Частота
Рисунок 39.2 Если тест имеет неполную специфичность (то есть <100%), когда распространенность состояния уменьшается, то положительная прогностическая ценность положительного теста (ППЦ) уменьшается. В этих примерах чувствительность и специфичность теста составляют 99,99% и 95% соответственно, и распространенность изменений состояния/заболевания.
Вероятность того, что тест-положительное животное является действительно положительным (положительная прогностическая ценность или прогностическая ценность положительного теста), рассчитывается следующим образом:
Положительная прогностическая ценность = (Se × P ) /{(Se × P)
+ (1 − P) × (1 − Sp)}
Вероятность того, что тест-отрицательное животное является действительно отрицательным (отрицательная прогностическая ценность или прогностическая ценность отрицательного теста), рассчитывается следующим образом:
Отрицательная прогностическая ценность = (1 – P) /{(1 − P)
+ (1 − Se) /(Sp)}
где Se - чувствительность теста, P - распространенность, а Sp - специфичность теста.
Примером того, как вероятность состояния/заболевания у определенных классов крупного рогатого скота или в стадах с конкретными диагнозами или другими характеристиками в анамнезе влияет на интерпретацию теста, является разная уверенность, которую ветеринар придает положительному результату теста для персистентной инфекции вирусной диареи крупного рогатого скота (BVD-PI) в зависимости от сигналов животных и истории стада. Использование теста BVD-PI, который имеет чувствительность 99,7% и специфичность 99,3% в разных ситуациях, приведет к разным положительным прогностическим значениям и, следовательно, к разной достоверности диагноза, что повлияет на последующие шаги ветеринара.
Если тест BVD-PI применяется к теленку, который умер за короткий срок от пневмонии и диареи в стаде с подтвержденными случаями BVD в течение последних 2-х месяцев, ветеринар может сделать вывод, что вероятность того, что теленок является BVD-PI составляет около 70%, прежде чем он или она запросит диагностический тест. С вероятностью статуса BVD-PI 70%, чувствительностью теста 99,7% и специфичностью 99,3% положительное прогностическое значение составляет 99,7%, и ветеринар, скорее всего, поверит в положительный результат теста. В отличие от этого случая, ветеринарный врач клиента, который регулярно проверяет всех телят на ранчо на наличие BVD-PI в рамках строгого протокола биобезопасности и в качестве маркетингового инструмента для продвижения продаж своих здоровых телят, может оценить вероятность обнаружения истинной BVD-PI у животного как очень низкую (<0,1% вероятности). Использование тех же тестов (чувствительность 99,7% и специфичность 99,3%) в этом стаде с низким риском приводит к положительному прогностическому значению 12,5%, и ветеринар, вероятно, будет очень скептически относиться к тому, что теленок действительно является BVD-PI.
Стратегия диагностического тестирования
После одного теста очень маловероятно получить как почти идеальную прогностическую ценность положительного результата теста, так и почти идеальную прогностическую ценность отрицательного результата теста; следовательно, ветеринары должны признать, что они могут оказаться в ситуации, когда можно верить только одному варианту результата теста: положительному или отрицательному.
