基于個(gè)體的傳染病傳播模型構(gòu)建及應(yīng)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(xué)的進(jìn)步極大地提高了人類應(yīng)對(duì)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(shì)。隨著人口高度聚集以及人群流動(dòng)性增強(qiáng)，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(fēng)險(xiǎn)溝通、學(xué)校停課等非藥物防控措施(Non

2、-Pharmaceutical Interventions,NPI)對(duì)傳染病疫情進(jìn)行綜合預(yù)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(yàn)，而對(duì)于新發(fā)突發(fā)大規(guī)模傳染病疫情，人們往往對(duì)其缺乏足夠的認(rèn)知，同時(shí)也缺乏有效的疫苗藥物，在此情況下，非藥物干預(yù)措施的合理使用顯得尤為重要，而風(fēng)險(xiǎn)溝通、學(xué)校停課等一系列非藥物干預(yù)措施的綜合運(yùn)用是一個(gè)復(fù)雜性問題，這些措施在實(shí)現(xiàn)疫情防控的同時(shí)，必將支付廣泛的社會(huì)經(jīng)濟(jì)代價(jià)。對(duì)這些措施的使用策略進(jìn)行定量

3、分析有助于厘清它們?cè)谝咔榘l(fā)展不同階段所能發(fā)揮的作用，為措施使用時(shí)機(jī)與時(shí)長等重要應(yīng)急決策問題提供參考，而基于個(gè)體的傳染病傳播模型(Individual-based Infectious Diseases Model,IBIDM)則是實(shí)現(xiàn)這一目的的重要科學(xué)手段。
　　IBIDM以個(gè)體為單位建模，充分體現(xiàn)了個(gè)體的異質(zhì)性，對(duì)比傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)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(duì)不同粒度的多種干預(yù)措施進(jìn)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(zhǔn)確的科學(xué)支持。由于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的日益豐富以及計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，這種分辨率在個(gè)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(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　本文針對(duì)非藥物性干預(yù)措施在傳染病大流行中的定量評(píng)價(jià)問題，基于個(gè)體建模思想構(gòu)建面向傳染病大規(guī)模傳播的社會(huì)接觸網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)傳播動(dòng)力學(xué)模型，并使用建立的計(jì)算機(jī)模型對(duì)個(gè)體行為引導(dǎo)、學(xué)校停課兩種非藥物干預(yù)措施的干預(yù)效能進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，主要研究內(nèi)容包括三個(gè)

5、方面：
　　（1）IBIDM的構(gòu)建方法研究。分析IBIDM的構(gòu)建流程，應(yīng)用人工社會(huì)建模理論研究虛擬社會(huì)接觸網(wǎng)絡(luò)重建方法及其傳播動(dòng)力學(xué)的并行計(jì)算算法。
　　（2）個(gè)體行為變化對(duì)傳染病傳播行為的影響分析研究。研究個(gè)體行為變化、危機(jī)信息溝通以及傳染病傳播行為之間的相互作用關(guān)系，構(gòu)建基于信息感知的個(gè)體行為模型，分析個(gè)體行為變化對(duì)傳染病傳播行為的影響。
　?。?）學(xué)校停課措施對(duì)新型流感疫情影響評(píng)估研究。通過計(jì)算實(shí)驗(yàn)，評(píng)估學(xué)校停課

6、時(shí)機(jī)以及停課時(shí)長的不同選擇對(duì)疫情干預(yù)效果的影響。
　　主要的研究結(jié)果和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　?。?）構(gòu)建了基于個(gè)體的傳染病傳播模型。通過分析IBIDM構(gòu)建及其傳播動(dòng)力學(xué)原理，給出了 IBIDM的構(gòu)建流程、社會(huì)接觸網(wǎng)絡(luò)的生成方法以及并行實(shí)現(xiàn)算法。人工社會(huì)包括人工人口、虛擬家庭、虛擬學(xué)校、虛擬工作場(chǎng)所的生成；社會(huì)接觸網(wǎng)絡(luò)包括家庭接觸網(wǎng)絡(luò)、學(xué)校接觸網(wǎng)絡(luò)、工作接觸網(wǎng)絡(luò)、朋友接觸網(wǎng)絡(luò)、社區(qū)接觸網(wǎng)絡(luò)、通勤接觸網(wǎng)絡(luò)的生成；模型實(shí)現(xiàn)部分包括人口數(shù)

7、據(jù)的分片以及模型的并行計(jì)算架構(gòu)。以北京市為例構(gòu)建了IBIDM實(shí)例，為個(gè)體行為變化研究、學(xué)校停課措施的評(píng)估提供了計(jì)算實(shí)驗(yàn)環(huán)境。
　?。?）分析了個(gè)體行為變化對(duì)疫情傳播的影響。對(duì)個(gè)體行為變化、危機(jī)信息以及傳染病傳播行為三者之間的動(dòng)態(tài)的相互作用關(guān)系進(jìn)行形式化建模，基于全局危機(jī)信息和局部危機(jī)信息兩種信息傳導(dǎo)機(jī)制，構(gòu)建了基于信息感知的個(gè)體行為變化模型。通過北京市的傳播模型對(duì)個(gè)體行為變化對(duì)傳染病傳播行為的影響進(jìn)行了仿真，評(píng)估了不同強(qiáng)度的個(gè)體行

8、為變化對(duì)傳染病傳播行為的影響，不同強(qiáng)度的個(gè)體行為變化均能夠抑制傳染病的傳播；進(jìn)一步對(duì)個(gè)體行為變化對(duì)危機(jī)信息的敏感性分析表明，個(gè)體行為對(duì)全局和局部危機(jī)信息越敏感，行為變化對(duì)傳染病傳播的抑制能力越強(qiáng)；對(duì)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(gè)體行為變化對(duì)疫情發(fā)展的抑制能力越強(qiáng)。研究對(duì)于有針對(duì)性的制定傳染病疫情中的風(fēng)險(xiǎn)溝通措施具有實(shí)踐價(jià)值。
　　（3）評(píng)估了學(xué)校停課措施對(duì)流感疫情的影響。學(xué)校停課措施是流感疫情中重要的非藥物

9、干預(yù)措施，本文通過基于個(gè)體的傳染病傳播模型評(píng)估了學(xué)校停課時(shí)機(jī)以及停課時(shí)長的不同選擇對(duì)學(xué)校停課措施干預(yù)效能的影響。研究結(jié)果表明在流感疫情的大流行間期以及衰退期實(shí)施學(xué)校停課措施對(duì)流感疫情的影響較??；在流感疫情的大流行期實(shí)施學(xué)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(shí)施學(xué)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(duì)學(xué)校停課措施時(shí)間長度不敏感；在流感疫情的大流行期和高峰