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Come rilevare la presenza di persone contagiose all'ingresso di un bar o di un aereo?

Testo aggiornato al 2020-12-07


Oltre ai test biologici e al prendere la temperatura, per individuare persone potenzialmente infette dal COVID-19 si stanno sviluppando nuovi approcci: utilizzo di cani, analisi computerizzata della voce e analisi dei parametri vitali attraverso smartwatch.

Immaginate un ristorante, una discoteca o un bar in cui essere sicuri di non incontrare una persona contagiosa. Si potrebbe, una volta all'interno, rilassarsi e toglere la mascherina. Ma è possibile in un'area di circolatione attiva del virus? Richiederebbe test rapidi e molto sensibili, da eseguire all'ingresso per individuare le persone con COVID-19 e far entrare solo chi non è infetto. Non siamo ancora a questo punto, ma i ricercatori stanno valutando diverse possibilità.

Una prima opzione è quella dei test biologici. Questi test vengono effettuati su tamponi nasofaringei, saliva, gargarismi e muco presenti all'ingresso del naso. I test si basano sul rilevamento dell'RNA o di alcune proteine virali. Ci sono più di 2000 test disponibili per il COVID-19 nel mondo, all'attivo o in fase di sviluppo, elencati nel database dei test COVID-19 creato dalla Arizona State University. I test più veloci possono fornire un risultato in pochi minuti, ma al momento non sono abbastanza sensibili né specifici per essere utilizzati all'ingresso di un locale. Vedere anche le domande Cosa testare per rilevare il COVID-19: tamponi nasofaringei o prelevamenti orali? e Falsi positivi, falsi negativi, sensibilità, specificità dei test COVID: cosa significa?

All'inizio dell'epidemia, si misurava la temperatura corporea, ad esempio con un termometro ad infrarossi senza contatto, all'ingresso di molti aeroporti, case di riposo o luoghi di lavoro. Oggi si ritiene che tale pratica sia di efficacia estremamente limitata per diversi motivi. In primo luogo, la febbre può essere mascherata dall'assunzione di farmaci come il paracetamolo. In secondo luogo, si stima che la metà delle contaminazioni sia dovuta a persone asintomatiche (che non hanno ancora sviluppato sintomi o che non li svilupperanno mai). Infine, circa il 55% delle persone con forme da lievi a moderate di COVID-19 non ha la febbre. In più bisogna considerare che ci sono persone febbricitanti non infette dal coronavirus. Infatti, da settembre 2020, non avviene più la misurazione della temperatura in molti aeroporti.

Degli approcci alternativi ai test biologici sono in fase di sviluppo. Sono promettenti, ma per il momento sono stati testati su troppe poche persone e la loro sensibilità e specificità non sono ancora soddisfacenti per l'utilizzo a livello individuale. Non è quindi chiaro se e quando questi test alternativi saranno disponibili. Vedi la domanda Falsi positivi, falsi negativi, sensibilità, specificità dei test COVID: cosa significa?

Analisi preliminari suggeriscono che una persona con COVID-19 potrebbe essere individuata prima dell'insorgenza dei sintomi tramite uno smartwatch che misuri il battito cardiaco e il numero di passi. Ad esempio, un sistema di allerta a due livelli basato sul verificarsi di aumento estremo della frequenza cardiaca a riposo rispetto alla linea di base della persona ha permesso di ricostruire l'86% delle 24 persone infette in una coorte di circa 5.000 persone. Questa tecnologia non è specifica per il COVID-19, ma rileva varie infezioni virali respiratorie. È ancora in fase di sviluppo e deve essere testata su un numero maggiore di persone.

L'analisi vocale è un'altra strada da esplorare per individuare la presenza del coronavirus SARS-CoV-2 nelle persone infette. La voce, il respiro, la tosse contengono molte informazioni e l'analisi degli indizi vocali è attualmente oggetto di molte ricerche nella diagnosi di malattie neurodegenerative come il morbo di Alzheimer. Per migliorare il rilevamento di COVID-19l'idea è quella di estrarre gli indizi sonori - noti come biomarcatori - dal COVID-19 nella tosse della gente. La tosse forzata o naturale degli individui viene registrata e poi analizzata automaticamente con tecniche di machine learning. Questa tecnica potrebbe essere utile per accelerare lo screening su larga scala, a basso costo e senza la necessità logistica di analisi mediche.

Un altro approccio è quello di utilizzare cani addestrati per individuare le persone infette da coronavirus attraverso il loro odore. Diversi cani sono stati addestrati per diversi mesi, ma la maggior parte di questi studi non sono ancora stati pubblicati. I ricercatori che lavorano con i cani si sono incontrati all'inizio di novembre 2020 in una conferenza online chiamata "International K9 Team" per condividere i loro risultati preliminari e migliorare il coordinamento delle loro ricerche. Finora, gli esperimenti con i cani sono promettenti, ma non sono stati condotti su un numero sufficiente di persone per sapere se il rilevamento di COVID-19 da parte dei cani potrebbe avere applicazioni durante la pandemia.

Lo studio di questi nuovi elementi porta a rilevare la COVID-19 è un settore di ricerca molto attivo e promettente. Se volete aiutare la ricerca sulla tosse, potete registrarvi qui:
per le persone COVID-negativo e COVID-positivo:
https://opensigma.mit.edu/
https://coswara.iisc.ac.in/
per COVID- solo per persone positive:
https://www.ai4networks.com/admin.php


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Fonti

Il 9 settembre 2020, la CDC statunitense ha modificato la sua strategia di sorveglianza aeroportuale e ha dato priorità a misure di salute pubblica diverse dall'assunzione di temperatura per ridurre il rischio di trasmissione di COVID-19 in relazione ai viaggi. Queste misure includono: educazione sanitaria dei passeggeri prima della partenza, durante il volo e dopo l'arrivo; una risposta robusta alla malattia negli aeroporti; raccolta volontaria dei dati di contatto dei passeggeri per via elettronica, come proposto da alcune compagnie aeree per evitare lunghe code, congestione e ritardi associati alla raccolta manuale dei dati; potenziali test per ridurre il rischio di trasmissione del virus responsabile della COVID-19 e lo spostamento del virus da un luogo all'altro; valutazioni del rischio specifiche per paese per aiutare i passeggeri a prendere decisioni informate sui rischi del viaggio; migliore formazione ed educazione dei partner di trasporto e dei porti d'ingresso degli Stati Uniti per garantire il riconoscimento della malattia e la notifica immediata al CDC ; e raccomandazioni ai passeggeri dopo l'arrivo per l'autocontrollo e le precauzioni per proteggere gli altri, con precauzioni potenziate che includono il rimanere a casa per 14 giorni, quando possibile, per chi arriva da destinazioni ad alto rischio.

CDC. Governo Federale Aggiustamenti COVID-19 Strategia di ingresso per i passeggeri aerei internazionali. Dichiarazione per i media. 9 settembre 2020.

In questo studio di modellazione, si ritiene che i casi di contaminazione SARS-CoV-2 abbiano origine nel 46% dei casi da persone presintomatiche (prima di presentare sintomi), nel 38% dei casi da persone sintomatiche, nel 10% dei casi da persone asintomatiche (che non presentano mai sintomi) e nel 6% dei casi da trasmissione indiretta attraverso l'ambiente. Le stime per le ultime due rotte sono speculative.

Ferretti, L., Wymant, C., Kendall, M., Zhao, L., Nurtay, A., Abeler-Dörner, L., ... & Fraser, C. (2020). La quantificazione della trasmissione su SARS-CoV-2 suggerisce il controllo dell'epidemia con il tracciamento digitale dei contatti. Scienza, 368(6491).

Solo il 45% delle persone con forme da lievi a moderate di COVID-19 hanno la febbre.

Lechien, J. R., Chiesa-Estomba, C. M., Place, S., Van Laethem, Y., Cabaraux, P., Mat, Q., ... & Barillari, M. R. (2020). Caratteristiche cliniche ed epidemiologiche di 1.420 pazienti europei con malattia coronavirus da lieve a moderata 2019. Giornale di medicina interna.

Analisi dei dati fisiologici e di attività di 5.262 partecipanti, 32 dei quali sono stati infettati con la COVID-19. 26 di quelli infetti (81%) hanno avuto alterazioni della frequenza cardiaca, del numero di passi giornalieri o del tempo di sonno. Utilizzando i dati retrospettivi degli smartwatch, i ricercatori hanno stimato che con il loro sistema di allerta a due livelli basato sul verificarsi di elevazioni estreme della frequenza cardiaca a riposo rispetto alla linea di base individuale, il 62,5% dei casi di COVID-19 (15/24) avrebbero potuto essere rilevati prima dell'insorgenza dei sintomi in tempo reale. Questo approccio è un metodo di rilevamento generale e attualmente non è in grado di distinguere le infezioni causate dal coronavirus SARS-CoV-2 da quelle causate da altri virus respiratori.

Mishra, T., Wang, M., Metwally, A. A. A., Bogu, G. K., Brooks, A. W., Bahmani, A., A., ... & Fay, B. (2020). Rilevamento pre-sintomatico di COVID-19 dai dati dello smartwatch. Ingegneria Biomedica della Natura, 1-13.

Sono in fase di sviluppo strumenti digitali di machine learning per lo screening attraverso l'analisi dei segnali vocali presenti nella tosse (forzata o meno) di persone infettate da SARS-CoV-2. Questo studio si concentra su uno dei punti essenziali che è quello di differenziare una tosse caratteristica dal COVID-19di una tosse la cui causa non è la COVID-19. In questo studio gli autori hanno sviluppato un'applicazione per smartphone che registra la tosse e dà un risultato in 2 minuti. A seconda dei modelli di machine learning utilizzati, i risultati di sensibilità e specificità differiscono più o meno dai test RT-PCR. Questo studio fornisce una "prova di concetto" con risultati incoraggianti che devono essere confermati su coorti più ampie di soggetti. Il vantaggio è che questo tipo di tecnica può essere utilizzata per lo screening, che è particolarmente utile per i test di massa di un gran numero di persone su base giornaliera a costi molto bassi.

Imran, A., Posokhova, I., Qureshi, H. N., Masood, U., Riaz, S., Ali, K., ... & Nabeel, M. (2020). AI4COVID-19: AI abilitato diagnosi preliminare per COVID-19 da campioni di tosse tramite un'app. arXiv preprint arXiv:2004.01275.

Studio basato su dati di tosse provenienti da banche dati in India: 3621 persone, compreso il 2001, che sono risultate positive al test per la COVID-19 e un'altra banca dati di 1039 persone, 376 delle quali sono positive per il COVID-19. La prova di riferimento utilizzata è la RT-PCR. Vengono testati diversi modelli di macchine per l'apprendimento e il modello finale permette di rilevare un'infezione su SARS-CoV-2 con una sensibilità del 90% con una specificità del 31%. Questi risultati confermano che questo tipo di analisi è promettente ma deve essere migliorato per uso medico.

Bagad, P., Dalmia, A., Doshi, J., Nagrani, A., Bhamare, P., Mahale, A., ... & Panicker, R. (2020). Tossisci contro COVID: Prove di COVID-19 Firma in Suoni di tosse. arXiv preprint arXiv:2009.08790.

Studio basato sull'analisi dei segnali sonori per identificare i segni clinici della malattia di Huntington genetica. Le analisi vengono effettuate su 45 pazienti con il morbo di Huntington: 16 individui portatori della mutazione ma non malati (asintomatici) e 24 soggetti sani. Secondo gli indizi sonori utilizzati, il modello di apprendimento automatico identifica correttamente il 56% degli individui (malati, asintomatici, soggetti sani).

Riad, R., Titeux, H., Lemoine, L., Montillot, J., Bagnou, J. H., Cao, X. N., ... & Bachoud-Lévi, A. C. (2020). Marcatori vocali dalla fonazione sostenuta nella malattia di Huntington. arXiv preprint arXiv:2006.05365.

Studio basato sull'analisi dei segnali sonori per diagnosticare la malattia neurodegenerativa di Alzheimer. Un modello di macchina per l'apprendimento viene addestrato su 108 persone (compresi 54 pazienti affetti da Alzheimer) e testato su 48 persone (compresi 24 pazienti affetti da Alzheimer). I risultati mostrano che il modello identifica correttamente il 75% degli individui.

Luz, S., Haider, F., de la Fuente, S., Fromm, D., & MacWhinney, B. (2020). Riconoscimento della demenza di Alzheimer attraverso il discorso spontaneo: la sfida ADReSS. arXiv preprint arXiv:2004.06833.

Articolo del novembre 2020 che riassume il lavoro sui cani che sono stati addestrati per individuare le persone infettate dal coronavirus SARS-CoV-2. Presenta uno studio molto promettente in un aeroporto in Libano: i cani hanno esaminato 1680 passeggeri e trovato 158 casi di COVID-19 che sono state confermate da test PCR. Gli animali hanno identificato correttamente i casi negativi con una precisione del 100% e hanno rilevato correttamente il 92% dei casi positivi, secondo risultati non pubblicati.

Else, H. (2020). Can dogs smell COVID? Here's what the science says. Nature.

In questo studio pilota, i ricercatori hanno addestrato 8 cani per una settimana da campioni prelevati dalla trachea e dalla bocca di sette individui ospedalizzati con COVID-19 e sette persone non infette. I cani sono stati in grado di identificare l'83% dei casi positivi di COVID-19 e il 96% dei casi era negativo.

Jendrny, P., Schulz, C., Twele, F., Meller, S., von Köckritz-Blickwede, M., Osterhaus, A. D. M. E., ... & Manns, M. P. (2020). Identificazione del cane da profumo dei campioni di COVID-19 pazienti - uno studio pilota. Malattie infettive BMC, 20(1), 1-7.

I ricercatori hanno addestrato 8 cani per individuare COVID-19 in 198 campioni di sudore provenienti da vari ospedali, circa la metà dei quali provenienti da persone con COVID-19. Quando questi erano nascosti in una fila di campioni negativi, i cani hanno identificato campioni positivi per l'83-100% del tempo. L'articolo non dice quanto bene i cani hanno identificato i risultati negativi del test.

Grandjean, D., Sarkis, R., Tourtier, J. P., Julien, C., & Desquilbet, L. (2020). Cani da rilevazione come aiuto nel rilevamento di COVID-19Il cane può attivare l'allarme su COVID-19 persone positive annusando campioni di sudore ascellare? Studio di prova del concetto. bioRxiv.

Presentazione del progetto in corso nel Regno Unito per l'addestramento di cani per individuare COVID-19.

Jones, R. T., Guest, C., Lindsay, S. W., Kleinschmidt, I., Bradley, J., Dewhirst, S., ... & Logan, J. G. (2020). I cani per il rilevamento biologico potrebbero essere utilizzati per limitare la diffusione di COVID-19 dai viaggiatori?. Giornale di medicina di viaggio.

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