title: Towards vaccination control strategy against COVID-19 for optimal resource distribution among different age groups
title: Προς στρατηγική ελέγχου εμβολιασμού ενάντια στη νόσο COVID-19 με σκοπό τη βέλτιστη κατανομή πόρων μεταξύ διαφορετικών ηλικιακών ομάδων
Creators: name: Κατσαρας Σταυρος-Ραφαηλ
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2021

description: The rapid dissemination of the COVID-19 pandemic in recent times has turned the focus upon developing strategies for eradicating the COVID-19 disease. As development of vaccinations against SARS-CoV-2 virus has proven to be useful for the immunization and prevention of severe cases, it is important to employ optimal control policies regarding inoculation of a population while taking into consideration factors such as the available vaccine resources, the death counts and attaining herd immunity.
In this work, an age-structured compartmental epidemiological model is proposed in order to model the dynamics of COVID-19. The model is then used to describe the dissemination of the disease in Greece based on available data using system identification techniques and a-priori knowledge of the disease behavior. The available data are processed to estimate the true number of infections and to best suit the model. The results are then presented for the data processing, the specification of the system parameters and the fitting of the system outputs to the data. Finally, preliminary work on the optimal vaccination control strategy based on Pontryagin’s Minimum Principle is presented for a controller which drives the system to herd immunity while minimizing the vaccine resource utilization and the number of deaths in the population.
description: Η ραγδαία εξάπλωση της πανδημίας COVID-19 πρόσφατα έχει στρέψει την προσοχή στην ανάπτυξη στρατηγικών εξάλειψης της ασθένειας. Καθώς η ανάπτυξη των εμβολίων ενάντια στον ιό SARS-CoV-2 αποδεικνύεται εξαιρετικά χρήσιμη για την ανοσοποίηση και την αποτροπή σοβαρής νόσου, κρίνεται σημαντική η υιοθέτηση βέλτιστης πολιτικής ελέγχου εμβολιασμού στον πληθυσμό λαμβάνοντας υπόψη παράγοντες όπως οι διαθέσιμοι πόροι εμβολίων, ο αριθμός των θανάτων ασθενών, καθώς και η επίτευξη της ανοσίας της αγέλης.
Σε αυτή την εργασία, ένα ηλικιακά-δομημένο compartmental επιδημιολογικό μοντέλο προτείνεται με σκοπό την μοντελοποίηση της δυναμικής της ασθένειας COVID-19. Στη συνέχεια το μοντέλο αυτό χρησιμοποιείται για την περιγραφή της εξάπλωσης της ασθένειας στην Ελλάδα με βάση τα διαθέσιμα δεδομένα χρησιμοποιώντας τεχνικές system identification και την εκ-των-προτέρων γνώση για τη συμπεριφορά της ασθένειας. Τα διαθέσιμα δεδομένα υφίστανται επεξεργασία ώστε να μπορούν να εφαρμοστούν στο μοντέλο και ώστε να γίνει εκτίμηση του πραγματικού αριθμού των κρουσμάτων. Κατόπιν παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από την επεξεργασία των δεδομένων, τον προσδιορισμό των παραμέτρων του συστήματος και την προσαρμογή των εξόδων του συστήματος στα δεδομένα. Τέλος, παρουσιάζεται μία αρχική μελέτη για την βέλτιστη πολιτική ελέγχου εμβολιασμού βασισμένη στην Ελάχιστη Αρχή του Pontryagin για έναν ελεγκτή που οδηγεί το σύστημα στην επίτευξη της ανοσίας της αγέλης με ταυτόχρονη ελαχιστοποίηση της χρήσης πόρων των εμβολίων και του αριθμού των θανάτων στον πληθυσμό.