A key requirement in containing contagious diseases, such as the Coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic, is the ability to efficiently carry out mass diagnosis over large populations. Some of the leading testing procedures, such as those utilizing qualitative polymerase chain reaction, involve using dedicated machinery which can simultaneously process a limited amount of samples. A candidate method to increase the test throughput is to examine pooled samples comprised of a mixture of samples from different patients. In this work we study pooling based tests which operate in a one-shot fashion, while providing an indication not solely on the presence of infection, but also on its level, without additional pool tests, as often required in COVID-19 testing. As these requirements limit the application of traditional group-testing (GT) methods, we propose a multi-level GT scheme, which builds upon GT principles to enable accurate recovery using much fewer tests than patients, while operating in a one-shot manner and providing multi-level indications. We provide a theoretical analysis of the proposed scheme and characterize conditions under which the algorithm operates reliably and at affordable computational complexity. Our numerical results demonstrate that multi level GT accurately and efficiently detects infection levels, while achieving improved performance over previously proposed one-shot COVID-19 pooled-testing methods.


翻译:2019年科罗纳病毒(COVID-19)大流行等传染病控制的一个关键要求是能否有效地对大量人口进行大规模诊断。一些主要测试程序,例如利用定性聚合酶链反应,涉及使用专门机械,可以同时处理有限数量的样品。提高试验通过量的一个备选方法是检查由不同病人混合样本组成的集合样品。在这项工作中,我们研究以一次性方式进行的测试,不仅说明感染的存在,而且说明其水平,而没有按照COVID-19测试的要求,进行额外的集合测试。由于这些要求限制了传统集体测试方法的应用,我们提议了一个多层次的GT计划,该计划建立在GT原则的基础上,以便能够精确恢复,使用比病人少得多的测试,同时以一投图的方式运作并提供多层次的指标。我们从理论上分析了拟议的办法,并确定了计算方法可靠和可承受性的复杂性。我们的数字结果表明,多层次的GT-19测试精确和高效地检测了传统的集体测试方法,同时实现了先前提出的COVI水平。

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