基于個體的傳染病傳播模型構建及應用.pdf

1、傳染病是人類健康的重大威脅。雖然公共衛(wèi)生條件的發(fā)展以及現(xiàn)代醫(yī)學的進步極大地提高了人類應對傳染病的能力，然而全球新發(fā)突發(fā)傳染病仍然呈現(xiàn)不斷增長的態(tài)勢。隨著人口高度聚集以及人群流動性增強，加快了傳染病疫情跨區(qū)域傳播，給傳染病防控工作帶來巨大的挑戰(zhàn)。
　　在制定傳染病疫情防控策略過程中，主要通過免疫接種、藥物治療等藥物防控措施(Pharmaceutical Interventions,PI)以及風險溝通、學校停課等非藥物防控措施(Non

2、-Pharmaceutical Interventions,NPI)對傳染病疫情進行綜合預防和控制。多數(shù)情況下這些措施的選擇和使用往往基于歷史經(jīng)驗，而對于新發(fā)突發(fā)大規(guī)模傳染病疫情，人們往往對其缺乏足夠的認知，同時也缺乏有效的疫苗藥物，在此情況下，非藥物干預措施的合理使用顯得尤為重要，而風險溝通、學校停課等一系列非藥物干預措施的綜合運用是一個復雜性問題，這些措施在實現(xiàn)疫情防控的同時，必將支付廣泛的社會經(jīng)濟代價。對這些措施的使用策略進行定量

3、分析有助于厘清它們在疫情發(fā)展不同階段所能發(fā)揮的作用，為措施使用時機與時長等重要應急決策問題提供參考，而基于個體的傳染病傳播模型(Individual-based Infectious Diseases Model,IBIDM)則是實現(xiàn)這一目的的重要科學手段。
　　IBIDM以個體為單位建模，充分體現(xiàn)了個體的異質性，對比傳統(tǒng)的數(shù)學流行病模型，其在模擬粒度及靈活性方面均有了較大提升，從而可對不同粒度的多種干預措施進行廣泛探索分析，能夠

4、為公共衛(wèi)生部門的傳染病防控決策提供更為準確的科學支持。由于基礎數(shù)據(jù)的日益豐富以及計算機性能的不斷提高，這種分辨率在個體層次的傳染病傳播模型成為近年來傳染病建模與防控政策分析領域的研究熱點。
　　本文針對非藥物性干預措施在傳染病大流行中的定量評價問題，基于個體建模思想構建面向傳染病大規(guī)模傳播的社會接觸網(wǎng)絡和網(wǎng)絡傳播動力學模型，并使用建立的計算機模型對個體行為引導、學校停課兩種非藥物干預措施的干預效能進行定量評價，主要研究內(nèi)容包括三個

5、方面：
　?。?）IBIDM的構建方法研究。分析IBIDM的構建流程，應用人工社會建模理論研究虛擬社會接觸網(wǎng)絡重建方法及其傳播動力學的并行計算算法。
　?。?）個體行為變化對傳染病傳播行為的影響分析研究。研究個體行為變化、危機信息溝通以及傳染病傳播行為之間的相互作用關系，構建基于信息感知的個體行為模型，分析個體行為變化對傳染病傳播行為的影響。
　?。?）學校停課措施對新型流感疫情影響評估研究。通過計算實驗，評估學校停課

6、時機以及停課時長的不同選擇對疫情干預效果的影響。
　　主要的研究結果和創(chuàng)新點如下：
　?。?）構建了基于個體的傳染病傳播模型。通過分析IBIDM構建及其傳播動力學原理，給出了 IBIDM的構建流程、社會接觸網(wǎng)絡的生成方法以及并行實現(xiàn)算法。人工社會包括人工人口、虛擬家庭、虛擬學校、虛擬工作場所的生成；社會接觸網(wǎng)絡包括家庭接觸網(wǎng)絡、學校接觸網(wǎng)絡、工作接觸網(wǎng)絡、朋友接觸網(wǎng)絡、社區(qū)接觸網(wǎng)絡、通勤接觸網(wǎng)絡的生成；模型實現(xiàn)部分包括人口數(shù)

7、據(jù)的分片以及模型的并行計算架構。以北京市為例構建了IBIDM實例，為個體行為變化研究、學校停課措施的評估提供了計算實驗環(huán)境。
　?。?）分析了個體行為變化對疫情傳播的影響。對個體行為變化、危機信息以及傳染病傳播行為三者之間的動態(tài)的相互作用關系進行形式化建模，基于全局危機信息和局部危機信息兩種信息傳導機制，構建了基于信息感知的個體行為變化模型。通過北京市的傳播模型對個體行為變化對傳染病傳播行為的影響進行了仿真，評估了不同強度的個體行

8、為變化對傳染病傳播行為的影響，不同強度的個體行為變化均能夠抑制傳染病的傳播；進一步對個體行為變化對危機信息的敏感性分析表明，個體行為對全局和局部危機信息越敏感，行為變化對傳染病傳播的抑制能力越強；對信息感知區(qū)間長度的敏感性分析表明，信息感知區(qū)間越短，個體行為變化對疫情發(fā)展的抑制能力越強。研究對于有針對性的制定傳染病疫情中的風險溝通措施具有實踐價值。
　?。?）評估了學校停課措施對流感疫情的影響。學校停課措施是流感疫情中重要的非藥物

9、干預措施，本文通過基于個體的傳染病傳播模型評估了學校停課時機以及停課時長的不同選擇對學校停課措施干預效能的影響。研究結果表明在流感疫情的大流行間期以及衰退期實施學校停課措施對流感疫情的影響較?。辉诹鞲幸咔榈拇罅餍衅趯嵤W校停課措施可以有效降低流感疫情的傳播峰值和發(fā)病率；在流感疫情的高峰階段實施學校停課措施可以有效降低流感疫情的傳播峰值和發(fā)病率；此外，在流感疫情的大流行間期以及衰退期對學校停課措施時間長度不敏感；在流感疫情的大流行期和高峰