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如何确定Covid-19池测试最有效的

今年2月,我写了一篇关于COVID-19的文章,当时死亡人数为425人,确诊病例为2万例。现在,仅仅六个月后,这个数字已经攀升到惊人的70万人死亡和近1900万确诊病例。虽然一些国家已经能够减缓传播,但病毒在许多地区正在加速传播。

专家警告说,阻止病毒传播和重新开放全球经济的关键是检测,然后在那些检测呈阳性的人传播疾病之前隔离他们。在热点地区,这意味着在人们上下班或上学的时候,每周对他们进行一到两次检测。统计“更安全的重新开放将需要每天增加数百万次Covid-19检测。”

随着新热点的发展,需求激增,美国和其他地方的检测工作一直受到供应短缺的困扰。“测试的平均延迟时间太长了,”美国国家卫生研究院(National Institutes of Health)主任柯林斯博士说纽约时报.“这真的削弱了测试的价值,因为你做了测试,找出谁携带病毒,然后迅速让它们孤立,所以他们不会遍布它们。当建立长期延迟时,很难做到这一点。“

作为世界第二大国家,印度是目前疫情爆发速度最快的国家,仅上周疫情就增长了20%。“实际病例数可能还要高一个数量级,因为印度是世界上检测率最低的国家之一,每1000人完成了约11.8次检测;而在美国,根据牛津大学的“我们的数据世界”项目,这个数字是152.98纽约杂志。

那么,你如何在不使用更多测试用品和实验时间的情况下测试更多人?卫生官员越来越多地提出汇集测试混合几个人的生物样本,并在一次测试中检查它们 - 在不增加测试数量的情况下大大提高容量。当疾病的患病率低时,它最佳地发挥作用:但以这种方式测试这种群体可以增加硬击地区中个人测试的可用性。根据史密森尼杂志,“汇集测试可能是增加冠状病毒测试的最快和最便宜的方式。”

池测试是如何工作的

有多种实现池的方法。大约20个人的样本被合并成一个样本池。一种冠状病毒检测用于整个泳池。如果测试结果呈阴性,研究人员知道他们可以继续寻找其他样本。如果结果呈阳性,才会对每个人进行检测。在下面这个简化的例子中,一个27人的小组只需要12次测试就可以完成测试。

池测试如何减少所需测试的数量的简单示例

联合检测最适用于大规模人群筛查,如大学或工作场所的每周检测,因为联合检测最有效,阳性率较低。如果人群的阳性率很高,单独检测仍然是最好的选择。

另一个需要考虑的问题是稀释对结果的影响。“泳池里的那个样本已经被其他样本稀释了,”他说克里斯Pilcher博士他是加州大学旧金山分校的医学教授。“所以,你想在标本中检测到的物质数量减少了。这就导致了检测灵敏度的相应降低。

“池检测可以用于COVID的原因是,病毒载量足够高,即使在稀释的样本中,也可以检测到。来自欧洲和中国的研究表明,在典型的感染中,冠状病毒的病毒载量往往会迅速达到高水平。”

池测试研究

Lakshmi Narasimhan教授Theagarajan Palakkad研究了使用聚合酶链反应(PCR)的Covid-19对Covid-19进行组测试的效率。PCR是一种广泛用于快速制造数百万的特定DNA样品副本的方法,使科学家能够吸收非常小的DNA样本并将其扩增到足够大量的量以详细研究。

研究,COVID-19群体测试:如何停止担忧,进行更多测试,看看稀释等问题。它发现基于PCR的测试仍然可以表现良好,但是池测试的方法应根据群体中的感染率进行修改。该研究分析了不同类型的分组的好处,并确定了在不同场景中最佳的工作。例如,概率组测试(PGT)在具有较高感染率的位置工作,而组合组测试(CGT)在区域感染率低时需要较少的测试。

下面的图表显示了采用多级测试(MST)的不同值N(被测试的样本数量)和D(被感染的样本数量)所需的最大测试数量。它表明感染率(D/N)越低,需要的检测次数就越少。例如,如果48个检测中的两个棉签呈阳性(超过4%),识别这两个阳性的最大检测次数是24次,而不是分别检测所有棉签所需的48次检测。如果人口中的感染率低于2%,则需要进一步减少检测次数。

图片来源:Theagarajan,印度理工学院巴拉卡德分校

Theagarajan说:“我们研究了由于汇集在群体测试中的稀释效应,表明即使存在稀释效应,群体测试也能表现良好。”“我们提出了多种分组检测算法,可以减少为COVID-19诊断进行的检测次数。我们分析了这些测试的效率,并提供了它们的实际相关性的见解。通过使用这里描述的算法,可以制定测试计划,使测试中心能够在不增加PCR检测数量的情况下增加诊断数量。

“我的研究在稀疏数据处理和统计推理的范围内广泛。我一直在使用MATLAB几乎过去15年,主要是由于其工具箱和内置的库,我不需要重新发明轮子,而是尽快实现我的算法和想法;因此,让我的研究快速转变。“

可以使用MATLAB代码生成测试计划在线

池测试部署在全球范围内

池测试已在全球各地的许多地方部署。在卢旺达,他们发现它更快,更经济。德国和以色列已经实施了池测试,香港大学教授建议展望这些例子在本地提升测试功能。

随着越来越多的领域努力满足测试需求,池测试可能是遏制的关键。

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