基于試劑盒對(duì)病毒感染人群檢測(cè)能力提高的研究

嚴(yán)楚明

摘 要：在第一種辦法中，考慮到我們沒有辦法確認(rèn)是否只有一個(gè)人感染，所以該辦法實(shí)用的可能性不大。但是我們可以從第一種辦法中得到啟發(fā)：假設(shè)采用第一種辦法最終試劑盒呈現(xiàn)的結(jié)果為1011

關(guān)鍵詞：編號(hào);病毒檢測(cè);血液檢測(cè)

一、研究背景：

致病性病毒一直以來(lái)都是人類生存的一大威脅。只是因?yàn)榱鞲胁《径劳龅娜藬?shù)就多達(dá)65萬(wàn)人。各種各樣的致病性病毒嚴(yán)重影響了人類的生存。那么對(duì)致病性病毒的防控顯得尤為重要，其中快速檢測(cè)出感染病毒的人群并隔離起來(lái)是很好防止致病性病毒傳播的有效方法。

二、研究目標(biāo)：

快速檢測(cè)出感染人群，目前大部分的檢測(cè)都是一個(gè)人進(jìn)行一次病毒檢測(cè)以檢測(cè)其有沒有感染，研究目標(biāo)希望實(shí)現(xiàn)一次檢測(cè)能排查多個(gè)人是否感染。

三、研究檢測(cè)方法的提出：

方法一：

研究前提：

a）我們默認(rèn)一次針對(duì)病毒的檢測(cè)使用一個(gè)試劑盒

b）我們默認(rèn)一次受監(jiān)測(cè)的人員的抽取血液的體積為V毫升。

c）我們默認(rèn)使用試劑盒檢測(cè)需要的受監(jiān)測(cè)的血液為m毫升。

首先，根據(jù)前提，監(jiān)測(cè)所需要的血液其實(shí)是m毫升，而一次抽取的血液為V毫升。即一個(gè)人的血液可以分為V/m=N等份。那么我們可以一次性抽取2的N次方個(gè)人的血液，平均分N份。然后將每個(gè)人編號(hào)，（這里假設(shè)N為4）那么第一個(gè)人的編號(hào)為0001，第二個(gè)人的編號(hào)為0010，同理依次下去，第15個(gè)人的編號(hào)為1111。編號(hào)從高到低分別為第4位到第1位。取4支試管，分別為4～1，對(duì)應(yīng)編號(hào)的位數(shù)4～1。每個(gè)人往編號(hào)里1對(duì)應(yīng)位數(shù)所對(duì)應(yīng)的試管加其血液，即編號(hào)為0001的人往第一支試管加一份血液，編號(hào)為0011的人往第一支和第二支試管加一份血液。以此類推，加好血液混合后只需要檢測(cè)這4支試管就可以檢測(cè)15個(gè)人是否感染了。比如如果最后試管中的血液成陽(yáng)性的為1011，則表示第11個(gè)人感染了。

注：這里編號(hào)為什么不從0000開始，因?yàn)槿绻幸粋€(gè)人的編號(hào)為0000的話，那么他的血液并沒有進(jìn)入4支試管中的一支，也就沒有相當(dāng)于做檢測(cè)。所以編號(hào)要從0001開始。

優(yōu)點(diǎn)：大大的提高了檢測(cè)速度，原來(lái)需要檢測(cè)N次，現(xiàn)在只需要檢測(cè)log2N次

局限：但是這種辦法有很大的局限性，即默認(rèn)了15個(gè)人里面只有一個(gè)人感染了。因?yàn)槿绻?個(gè)人感染，假設(shè)其編號(hào)為1100和0011，那最終結(jié)果為1111。這樣是檢測(cè)不出來(lái)的。但是實(shí)際情況下是不可能只有一個(gè)人感染的，每個(gè)受監(jiān)測(cè)的人都有感染的可能。

方法二：

研究前提：

a）我們默認(rèn)一個(gè)試劑盒檢測(cè)需要的一個(gè)人血液最小為m毫升，最大可以到p毫升。

假設(shè)現(xiàn)在有N個(gè)人需要檢測(cè)是否感染。根據(jù)前提，一個(gè)試劑盒可以同時(shí)檢測(cè)p/m=N個(gè)人有沒有感染。但是不能排除出來(lái)是誰(shuí)感染。針對(duì)這種情況，我們可以根據(jù)二分法進(jìn)行排除

首先將N個(gè)人的血液混合檢測(cè)第一次。如果成陰性，則說(shuō)明這N個(gè)人都沒有問題，不需要檢測(cè)了。如果成陽(yáng)性，則說(shuō)明N個(gè)人里面有人感染了病毒。那么像這N個(gè)人均分為2等份，每一份為N/2個(gè)人，分別檢測(cè)一次。如果成陰性，則說(shuō)明這N/2個(gè)人沒有感染，另外的N/2個(gè)人里有人感染了。如果成陽(yáng)性，則說(shuō)明N/2個(gè)人中有人感染，則可以繼續(xù)細(xì)分排查，且另外N/2也要檢測(cè)一次。

這種辦法最好的情況是只檢測(cè)一次，最壞的情況是，每個(gè)人都感染了，需要檢測(cè)N+1+2+4+8+…+N/2=（2N-1）次，差不多是一一排查的2倍。

局限：這種辦法雖然有時(shí)候能極大提高效率（只檢測(cè)一次），但是也很有可能降低現(xiàn)在檢測(cè)的速度。如果陽(yáng)性人群較多的話，不建議使用這種辦法。

方法三：

針對(duì)第一種和第二種的局限性，我們想到能不能將這兩種方法結(jié)合起來(lái)，以達(dá)到提高檢測(cè)效率的目的，而且局限性也沒有那么大（尤其是第一種辦法，局限性巨大）。

在第一種辦法中，考慮到我們沒有辦法確認(rèn)是否只有一個(gè)人感染，所以該辦法實(shí)用的可能性不大。但是我們可以從第一種辦法中得到啟發(fā)：假設(shè)采用第一種辦法最終試劑盒呈現(xiàn)的結(jié)果為1011，這說(shuō)明將血液放到第1，2，4個(gè)試管的人群可能受到了感染。具體是誰(shuí)我們沒辦法確定。但是我們可以確定的是將血液放到第3個(gè)試管的人一定沒有被感染，可以排除將血液放入第3個(gè)試管的人。然后我們可以根據(jù)剩下人群的多少來(lái)決定使用何種辦法，比如人少的話可以直接一一排查，人多的話，可以使用第二種辦法，通過(guò)2分法，可以剔除一些沒有感染病毒的人群，然后再一一排查。

注：這里假設(shè)藍(lán)色顯示陰性，可以排查出將血液放入第三個(gè)試管的人群沒有被感染

這種辦法充分利用了第一種和第二種辦法的優(yōu)點(diǎn)，可以快速地剔除沒有感染的人群，從而提高檢測(cè)的效率。不過(guò)缺點(diǎn)是感染的人群還是要一對(duì)一的檢測(cè)一次以確定其感染了。

四、結(jié)論：

綜上看來(lái)，我們認(rèn)為方法三比較好，只要出現(xiàn)有一個(gè)試管呈現(xiàn)陰性（即0），則可以排除很大一部分人。然后對(duì)剩下的人員進(jìn)行排查可以極大的提高效率。這種辦法可以應(yīng)用于檢測(cè)飛機(jī)上是否有人感染。只需要使用10個(gè)試劑盒（假設(shè)等分混合后的血液滿足檢測(cè)要求），就可以快速檢測(cè)1024個(gè)人員是否存在感染的情況。

參考文獻(xiàn)：

[1] https：//www.docin.com/p-2099058147.html