用貝葉斯模型評價兩種牛結(jié)核病免疫學(xué)診斷方法

范冰潔，張 斐，肖開提，阿曼古麗，黃 炯

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)動物醫(yī)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052；2.新疆動物衛(wèi)生監(jiān)督所，新疆烏魯木齊 830011；3.新疆畜牧科學(xué)院獸醫(yī)研究所，新疆烏魯木齊 830011）

牛結(jié)核?。╞ovine tuberculosis）是一種人獸共患慢性消耗性傳染病，是我國的二類動物疫病[1]。該病主要以結(jié)節(jié)性肉芽腫為特征，可使患病奶牛產(chǎn)奶量下降0.5%～14.6%[2]，產(chǎn)犢率下降5%左右[3]，嚴(yán)重影響牛的生產(chǎn)性能。同時人類可通過與患牛密切接觸，吸入含菌氣溶膠或食用受污染的乳制品而感染，從而對人類健康構(gòu)成極大威脅[4]。在牛結(jié)核病防控中，由于治療藥物劑量、所需時間等成本過高，并有可能產(chǎn)生細菌耐藥性，從而不利于根除牛結(jié)核病，所以感染動物一般不采用抗菌治療，目前也沒有有效疫苗進行預(yù)防。

我國牛結(jié)核病防控基于“檢疫-撲殺”策略，通過將檢出的陽性動物進行隔離撲殺，以降低疫病傳播風(fēng)險。為降低因假陽性檢測結(jié)果對牛誤殺造成的經(jīng)濟損失，應(yīng)用世界動物衛(wèi)生組織（OIE）推薦的比較皮內(nèi)變態(tài)反應(yīng)試驗（SICTT）、γ-干擾素檢測試驗（IFN-γ），在新疆昌吉市規(guī)?；膛鲞M行牛結(jié)核病檢測，并在作為“金標(biāo)準(zhǔn)”的病原分離試驗難以進行的情況下，通過建立貝葉斯模型，來評估這兩種牛結(jié)核病免疫學(xué)診斷方法的準(zhǔn)確性[5]。

1 材料與方法

1.1 樣品

2019 年，對昌吉市2 個規(guī)?；膛ｐB(yǎng)殖場進行牛結(jié)核病檢測。養(yǎng)殖場A，共存欄牛220 頭，其中高產(chǎn)奶牛120 頭；養(yǎng)殖場B，共存欄446 頭，其中高產(chǎn)奶牛420 頭，其余均為犢牛、青年牛。對540 頭高產(chǎn)奶牛進行現(xiàn)場SICCT 試驗，同時無菌采集抗凝血540 份，常溫8 h 內(nèi)送至新疆維吾爾自治區(qū)動物疾病控制中心細菌室進行IFN-γ 試驗。

1.2 主要試劑

SICTT 試 劑（Bovine Tuberculin PPD 3000、Avian Tuberculin PPD 2500），購買于瑞士Prionics公司，批號16TU2601；牛分枝桿菌γ-干擾素檢測試劑盒（用于牛）BOVIGAM?，購自瑞士Prionics公司。

1.3 主要器材

電動推毛器、連續(xù)注射器（德國）、數(shù)顯卡尺、酶標(biāo)儀、24 孔細胞培養(yǎng)板、恒溫培養(yǎng)箱、肝素鈉采血器、移液器及吸頭等。

1.4 檢測方法

SICCT 試驗，參照GB/T 18645—2002 進行操作；IFN-γ 試驗，參照GB/T 32945—2016 進行操作。

1.5 貝葉斯模型建立

由于SICCT 和IFN-γ 均依賴細胞免疫反應(yīng)，試驗結(jié)果相關(guān)，所以采用“2 個相對獨立試驗、1 個種群條件”相關(guān)模型[6]。將兩個檢測結(jié)果與設(shè)立的向量y對應(yīng)參數(shù)一一對應(yīng)。檢測結(jié)果陽性用“+”“1”表示，檢測結(jié)果陰性用“-”“0”表示。交叉參數(shù)見表1。

表1 SICCT 和IFN-γ 檢測結(jié)果的交叉排列

用向量p=（p1，p2，p3，p4）分別表示y11，y10，y01，y00 對應(yīng)的發(fā)生概率，n為樣品總數(shù)，則y～Multinomial[n，（p1，p2，p3，p4）]。

設(shè)患病率為π，SICCT 和IFN-γ 的敏感性分別為Se1和Se2，特異性分別為Sp1和Sp2。CovDp 是真值為陽性條件下兩診斷試驗結(jié)果之間的協(xié)方差，CovDn 是真值為陰性條件下兩診斷試驗結(jié)果之間的協(xié)方差，則：

1.6 確定先驗分布

根據(jù)共軛先驗分布原理，患病率πi、敏感性Sei、特異性Spi的先驗分布為貝塔分布，即πi～Beta（απi，βπi），Sei～Beta（αSei，βSei），Spi～Beta（αSpi，βSpi），α、β為先驗參數(shù)的超參數(shù)。結(jié)合前期預(yù)試驗、文獻及專家經(jīng)驗[7]，定義πi、Sei、Spi的合理取值范圍（Mmin～Mmax）。以區(qū)間中值為均值μ，區(qū)間1/4 間距的平方為方差（S2），即：

解以上聯(lián)立方程，可得超參數(shù)α、β：

敏感性和特異性的先驗分布參數(shù)，見表2。

表2 SICCT 和IFN-γ 的先驗分布參數(shù)

患病率π因缺乏先驗信息，采用無先驗信息分布Beta（1，1）。CovDp 和CovDn 缺乏先驗信息，且（Se1-1）（1-Se2）≤CovDp ≤min（Se1，Se2）-Se1Se2，（Sp1-1）（1-Sp2）≤CovDn≤min（Sp1，Sp2）-Sp1Sp2，故其先驗分布為：

1.7 編程計算

將SICCT 和IFN-γ 檢 測 結(jié)果，代 入OPENBUGS 程序模型，完成Gibbs 抽樣和相關(guān)參數(shù)的計算。

2 結(jié)果

2.1 診斷試驗

分別使用SICCT 和IFN-γ，對540 頭牛進行檢測。檢測結(jié)果匯總見表3，兩種診斷試驗交叉結(jié)果匯總見表4。

表3 SICCT 和IFN-γ 檢測結(jié)果 單位：頭

表4 SICCT 和IFN-γ 檢測結(jié)果的交叉排列

2.2 貝葉斯模型評價兩種診斷試敏感性、特異性

兩種診斷方法敏感性和特異性的后驗分布中位數(shù)及95%置信區(qū)間見表5。

表5 SICCT 和IFN-γ 敏感性和特異性的貝葉斯估計

SICCT的敏感性估值為78.0%（55.1%～93.0%），特異性為97.8%（96.6%～98.8%）；IFN-γ 敏感性為87.1%（73.4%～95.5%），特異性為98.1%（96.9%～99.0%）。比較兩種試驗的敏感性發(fā)現(xiàn)，SICCT 試驗敏感性、特異性的中值低于IFN-γ 試驗，95%置信區(qū)間也較寬。因此牛結(jié)核病診斷中，IFN-γ 試驗的準(zhǔn)確性會更高。

3 討論

本試驗應(yīng)用SICCT 和IFN-γ 試驗，對昌吉市540 頭泌乳奶牛進行牛結(jié)核病檢測，在無金標(biāo)準(zhǔn)的情況下，匯總試驗交叉結(jié)果，通過建立貝葉斯模型評估了這兩種診斷方法的準(zhǔn)確性，發(fā)現(xiàn)貝葉斯模型能夠很好地評估出診斷方法的敏感性、特異性，且IFN-γ 試驗的準(zhǔn)確性相對較高。

診斷試驗實際應(yīng)用的基礎(chǔ)就是概率論。進行檢測的相關(guān)人員（獸醫(yī)、重大動物疫病監(jiān)測人員）對所檢測畜群作出評價的過程是一個對各種證據(jù)進行收集、綜合、篩選、概率分析的過程。在進行相關(guān)診斷試驗檢查后，根據(jù)診斷結(jié)果和養(yǎng)殖場的規(guī)模、環(huán)境、管理水平進行綜合判斷。我國控制牛結(jié)核病的措施基于“檢疫-撲殺”策略，因此準(zhǔn)確診斷是控制牛結(jié)核病的基礎(chǔ)。經(jīng)典的通過比較符合率評價診斷試驗的方法（如kappa 分析），僅評價了診斷試驗的可靠性，不能評價診斷試驗的準(zhǔn)確性。通過統(tǒng)計學(xué)方法建立的貝葉斯模型評價方法很好地填補了這一空缺。但貝葉斯模型的建立基于先驗信息的收集、加工，被測場群的患病率、診斷試驗方法的敏感性、特異性取值范圍，這些都是重要的先驗信息。越準(zhǔn)確的先驗信息，會令貝葉斯模型估算出的診斷試驗的敏感性、特異性更接近真實值。

我國大多數(shù)牛場僅應(yīng)用單純皮內(nèi)變態(tài)反應(yīng)進行頸部皮膚試驗[8]，但單純皮內(nèi)變態(tài)反應(yīng)并不能區(qū)分牛分枝桿菌和其他分枝桿菌感染，易產(chǎn)生假陽性結(jié)果，因而會造成不必要的經(jīng)濟損失。SICCT 和IFN-γ 方法能有效解決這一問題，目前已被引入我國并作為牛結(jié)核病的常規(guī)篩查補充方法。本研究通過建立貝葉斯評價模型，分析了SICCT 和IFN-γ兩種方法的敏感性和特異性，為我國奶牛場牛結(jié)核病診斷試驗的選用提供了借鑒。