挑战的应用空间明确的随机模拟模型口蹄疫疾病控制在流行设置:系统回顾

文摘

仿真建模已成为常见的估计高度传染性动物疾病的传播。几款开发模仿口蹄疫(FMD)的传播在特定的地区或国家,进行风险评估,分析疫情使用历史数据或假设的场景,协助决策流行期间,制定预案,并评估经济影响。大部分可用口蹄疫仿真模型的设计与应用在无病的国家,虽然是有限的使用这样的模型在手足口病流行国家。本文的目的是研究报告的结果进行审查现有的原始研究文献发表的空间显式随机模拟(税)手足口病传播的模型,重点评估这些模型的潜在使用流行的设置。的目标是识别特定的组件流行手足口病需要适应这些税模型的潜在应用在手足口病流行的设置。这个系统回顾棱镜后的指导方针,和三个数据库搜索,导致1176引用。八十年引文终于遇到了入选标准,包括在定性的合成,确定9独特的税模型。这些税模型评估的潜在应用在流行的设置。税评估模型可以用于手足口病的流行国家通过修改底层代码包括多个cocirculating种血清型,常规预防性疫苗接种(以下),和牲畜种群动态,更实际地模拟手足口病的流行特征。税模型的应用程序特有的设置将帮助评估手足口病控制策略,这将改善牲畜健康,为生产者提供经济收益,帮助减少贫困和饥饿,并将补努力实现可持续发展的目标。

1。介绍

口蹄疫(FMD)流行在世界不同的地方1- - - - - -11和与巨大的经济损失12- - - - - -14]。与生产相关的成本损失和疫苗接种-210亿年流行地区达到6.5美元,和年度outbreak-associated FMD-free国家和地区超过15亿美元的损失(14]。国际组织,如联合国粮食及农业组织(FAO)、世界动物卫生组织(OIE)和欧盟委员会(European Commission)的控制口蹄疫(EuFMD)呼吁更有针对性的控制策略在“进步控制通路手足口病”(PCP-FMD)减少疾病负担和减少与之相关的经济成本15- - - - - -19]。

仿真建模已成为常见的调查高度传染性疾病的传播,帮助决策,作为决策支持工具(20.- - - - - -24]。这些模型可分为确定性或随机基于他们如何将可变性和不确定性和非空间或空间显式基于他们如何对待空间关系(25]。空间模型需要“区位数据”成群的动物和空间距离和空间关系纳入评估疾病风险(25]。空间显式随机模拟(税)模型包含输入和输出参数的不确定性,异质性在疾病过程中,和集成地理位置和空间距离影响他们的牛群相对暴露和传播风险(25,26]。考虑到手足口病的流行病学和生态,这些模型最适合模拟手足口病传播在流行和自由设置。

研制了许多模型模拟特定地区或国家的手足口病的传播(27- - - - - -31日]。这些模型被用来进行风险评估,分析疫情使用历史数据或假设的场景,协助决策暴发期间,政策制定的应急预案,并评估经济影响(32- - - - - -39]。在无病国家,模型是用来识别差距准备,如估计所需资源(40,41]。在流行国家,模型可以用于比较缓和策略来指导未来的手足口病控制(42]。

然而,大多数文献报道的口蹄疫仿真模型与应用这些模型无病国家以最小的手足口病的流行现状的国家(43]。仿真模型的发展传染性牲畜疾病,如手足口病流行的设置是非常具有挑战性的原因,如缺乏兴趣和理解感知的需要,政治或经济约束,缺乏足够的数据来支持模型参数和复杂的手足口病流行病学在流行设置(44,45]。例如,常规预防性疫苗接种(以下)是在设置控制手足口病流行,但天然免疫的持续时间等因素,诱发抗体减弱,和疾病恢复的速度影响手足口病控制和疫苗接种计划的成功是至关重要的因素(46]。同时,多个口蹄疫病毒血清型是一种常见的循环特性在流行设置(47,48]。免疫力是变量的传播方式和持续时间对不同血清型(49]。

手足口病的流行病学,手足口病流行的税模型设置应该有能力模型口蹄疫多个cocirculating种血清型的发展,一系列的控制选项,例如紧急疫苗接种,以下,铲除,能力将在模拟种群动态(46- - - - - -49]。应用仿真模型特有的设置有利于推进我们的知识,了解手足口病动态,促进局部和全局控制手足口病的43]。

本文的目的是报告的结果发表的一份研究审查现有的原始研究文献捐手足口病传播的模型,重点评估这些模型的潜在使用流行的设置。的目标是识别特定的组件流行手足口病需要适应税模型用于手足口病流行的设置,这将有助于评价口蹄疫的策略控制,改善牲畜健康,为生产者提供经济收益,帮助减少贫困和饥饿,将补充努力实现可持续发展的目标。

2。材料和方法

2.1。协议

这个系统评价遵循准则建立的系统回顾和荟萃分析的首选报告项目(棱镜)[50]。

2.2。税的定义

系统综述,税模型的定义是为了方便识别的过程开发的搜索项,可以包括在定性合成(25,26]。税模型被定义为“一个输入参数的统计分布,因此生成一个值的分布结果,并结合地理位置和空间距离的动物或牛群影响他们的相对风险暴露和传输”。

2.3。合格标准

英语语言中的任何原始研究发表在任何描述的时间间隔或税模型用于模拟手足口病传播或评估减排会包括在世界的任何部分。

2.4。信息来源和搜索策略

2.4.1。数据库

三个数据库,也就是说。,谷歌学术搜索(GS), PubMed, and Web of Science (WoS), were chosen to identify the relevant literature.

2.4.2。搜索策略

三个数据库都是搜索的主要作者当天,即。2018年10月7日,确定文献。使用的关键词是((手足口病手足口病或FMDV)和(随机和模拟))。在所有数据库搜索这些关键词是一致的。这些关键字选择敏感捕捉所有可能的出版物中包含这些关键词。结果引用托管在Microsoft Excel (2016)。

2.5。筛选和包含/排除标准

通过标识的引文数据库搜索第一次筛选(步骤1 - 3),然后评估确定税模型口蹄疫(步骤4)。最终,创建流程图(图1)根据棱镜指南(50]。

2.5.1。筛选标准

搜索结果筛选在三个步骤。在步骤1中,引用检查跨数据库和数据库中的重复。所有副本从池中被引用。在第二步中,引文出版语言筛选。引用不是英语中被移除。在步骤3中,引用检查他们的文档类型。只保留原始研究出版物,以及所有其他文档类型被排斥在筛选步骤,因为无法评估模型的特点和他们的应用程序。

2.5.2。入选标准

在步骤4中,标题和摘要的引用进行评估以确定是否包含这个词(s)口蹄疫,手足口病,或者FMDV。如果引用包含这些关键词,他们进行评估以确定他们描述或使用税模型来了解手足口病传播并评估缓解策略。引用,不符合这一标准被排除在外,剩下的引用被选为定性的合成。这种严格的标准的基本原理是将从上述敏感具体感兴趣的疾病,例如手足口病。

剩下的被引用分组基于独特的税模型描述或使用。创建一个额外的引用,而不同的模型来评估替代缓解策略和辅助决策。

2.6。评估最终引用和数据提取

每一个独特的税然后评估假设和流行病学设计,强调其应用在流行的设置。具体来说,每个税模型评估的并行模型多个口蹄疫病毒血清型的能力,缓解策略的范围(紧急疫苗接种,以下,铲除),和牲畜种群动态。这些因素是选择,因为他们在流行手足口病流行病学意义。

评估每个捐后,各种特征提取和数据表来比较不同的税。每个捐总结,在每个税和限制被高亮显示。最后,建议为适应他们潜在的税模型的使用在流行设置。

3所示。结果

图1显示了总结的过程的流程图识别不同数据库的引用,引用的筛查,对入选标准评估。

3.1。数据库搜索和筛选

数据库搜索结果在1176年访问引用:1011年,39岁和126 GS, PubMed和我们分别。在步骤1中,所有39引用从PubMed和97年引文与GS引用我们被认定为重复。1011 GS引用,四人在GS复制。所有140个重复引用被移除。

在第2步,剩下的1036引用筛选的出版语言,和22被移除,因为他们不是在英语语言。在步骤3中,剩余的1014引用检查他们的文档类型,和287年被排除在外,因为这些没有发表原创性研究。

3.2。入选标准

筛选后剩余的727引用,647被排除在外,因为这些引文不包含这个词(s)口蹄疫,手足口病,FMDV在题目或摘要中没有描述或使用捐手足口病,因此未能满足入选标准。剩下的80引用包含在定性的合成。排除模型不是随机或不包括一个空间组件。

3.3。独特的税模型

9独特的税模型识别,和相关的引用是分组表1。每一个独特的税模型评估假设和流行病学设计特别强调其应用在流行的设置。

3.4。五大税模型

下面是一个简短的描述的五大税模型(基于引文的数量确定的研究),强调他们是否适合本研究的总体目标。对于这些捐的更详细的描述模型,读者被称为原始引用中指定的表1。

3.4.1。沃里克模型

针对手足口病的爆发,英国在2001年,之间的随机空间模型是模拟开发农场手足口病的传播(35]。模型被设计作为一个决策支持工具在2001年流行。从那时起,这个模型经历了各种适应(51,52),现在称为华威模型。

华威模型被用来了解手足口病传播的风险预测因子(53),识别高风险地区(54],理解时空过程[55),评估缓解策略(56,57),确定最优控制策略(58,59),指导决策者(60),协助实时决策(61年),了解疫苗的效果可用性限制流行病学和经济后果62年),估计患病率无症状携带者的63年),了解农场牲畜密度和密度的影响(64年),评估模型输出之间的协议和流行的数据(65年),了解解决空间数据的影响通知控制策略(66年),并确定最终的预测流行大小(67年)和计算发展(68年]。

3.4.2。爸爸模型

戴维斯动物疾病(爸爸)模型是一种随机模拟空间仿真模型来模拟和评估替代手足口病控制缓解策略指定地理区域(27,32]。它被用来估计手足口病传播(69年,70年),检查流行和经济影响71年),评估缓解策略(33,72年,73年),评估动物运动跟踪的效果(74年),并检查特性转化的重要性和修改假设均匀混合的25]。

制定一个最优控制模型是基于爸爸结构评价控制策略手足口病在美国(75年,76年]。爸爸已经修改丹麦技术大学,和被称为DTU-DADS修改版本。DTU-DADS用于FMD-free国家理解假设手足口病的传播,评估缓解策略,并协助应急计划(77年- - - - - -80年,108年]。

3.4.3。AusSpread模型

AusSpread是一个随机、空间运行的仿真模型在GIS环境中模拟群(之间的手足口病的传播28,81年]。AusSpread的结果超过十年的丰富的澳大利亚政府农业部,渔业和林业116年,117年]。这种广泛的努力背后的意图是一个模型,可以作为一个决策支持工具手足口病等传染病,最重要的经济威胁到澳大利亚(118年]。

由于AusSpread模型的发展,它不断被用于FMD-free地区评估其它缓解策略(82年- - - - - -84年),协助准备计划(85年],估计资源[40,41),和评估有效的可追溯系统的好处86年和早期检测87年]。

3.4.4。ISP模型

InterSpread + (ISP)是一个随机、空间的仿真模型between-farm手足口病等传染病的传播(30.]。ISP模型开发模仿手足口病的传播在新西兰,一个国家自由的手足口病,帮助预防规划和决策(30.,88年]。的ISP模型是一个修订版本InterSpread(是)模型,该模型已被用于模型选择缓解策略在英国在2001年手足口病流行[37]。

ISP模型已被用于手足口病评估替代缓解策略(39,89年- - - - - -91年),协助制定应急计划(92年),和评估一个有效的可追溯系统的好处93年]。

3.4.5。NAADSM模型

北美动物疾病传播模型(NAADSM)是一个随机,空间模型在美国开发模型的between-farm传播传染性动物疾病如手足口病和CSF (29日,94年]。

NAADSM是唯一开源税模型与一个用户友好的界面。它被用于FMD-free设置了解手足口病传播和评估其它缓解策略(95年),确定最佳疫苗接种策略36),评估经济影响(96年,97年),和理解模型复杂性的影响模型预测(98年]。

3.5。多个税模型

显示在表1十引用报道,使用多个税模型。这些研究包括模型比较和国家的比较80年,108年- - - - - -113年,119年)整体建模和结构化决策(114年,115年]。模型比较强调从常用的税模型结果的一致性。这些发现对于终端用户对模型结果增加了信心和他们在知情决策使用。

3.6。税的评估模型

税模型(表1)评估系统回顾配有两个重要的控制选项,即。,紧急疫苗接种和铲除(表2),模拟的影响这些策略在流行设置,否则无病。“常规预防性疫苗接种(以下)”是练习周期性流行设置控制手足口病,但模型缺乏这一特性。因此,应用程序特有的设置需要修改税模型为模型来评估以下对口蹄疫动力学的影响。

所有税评估模型的设计和应用FMD-free国家模拟手足口病的传播和评估其它缓解策略面对一个入侵。在这样一个应用程序中,模型假设只有一个血清型传播和使用血清型的过程参数。然而,在流行设置cocirculation多个血清型是手足口病流行病学的一个重要组成部分,它需要被添加作为一个选项为modeler包括过程参数(表并行多个血清型2)。

此外,评估税模型(表2)不考虑种群动态,即。,births and deaths that might be occurring during the simulation, except in the case of stamping-out. Any application of these models in endemic settings would require the addition of population dynamic parameters.

基于税模型的评估通过这个系统综述,很明显,这些模型应该适应合并以下控制策略,模型多个cocirculating种血清型,包括牲畜种群动态模拟过程中模仿流行手足口病现实。

4所示。讨论

发表原创研究描述或使用税模型(s)在本研究评估流行手足口病的识别特定的组件需要适应税模型的潜在应用在手足口病流行的设置。应该强调,当前的研究并没有审查所有模型,但只有税模型用于手足口病通过数据库搜索确认。尽管所有这些捐的假设模型进行了综述,只对地方的特性被认为是必要的元素。

从限制潜在的偏见可能会出现英文综述,发表的原始研究的文章,包括和特定类别的模型,即。,捐。许多不同类型的模型可以被选中,从确定性到自动机模型对非空间模型。应该强调,只包含税模型,因为它们能够捕捉时空异质性。然而,我们承认所有模型的工作在手足口病,我们决定包含一种类型的模型并不意味着其他模型没有有用的。

口蹄疫是流行在世界的一些地方8- - - - - -11,它与巨大的经济损失12- - - - - -14]。牲畜种群动态、多个cocirculating血清型和常规预防性疫苗接种(以下)流行手足口病的关键特征(47,48,120年,121年]。发表原创性研究描述或使用税模型(s),了解手足口病的传播和评价控制策略,是定性评估的能力模仿流行手足口病流行和潜在应用设置。有必要提到税模型确定通过FMD-free设置中使用的数据库搜索已经了解手足口病速度、不同的缓解策略的有效性进行评估,协助开发防备计划,确定手足口病的经济影响。然而,没有一个确定的税模型是适用于手足口病流行设置在其目前的形式来看,考虑到手足口病流行的特点(46- - - - - -49]。唯一的原因是,这些税的模型是模拟口蹄疫在无病的特点设置适当的假设不同无病流行设置设置。例如,铲除通常应用在无病国家作为缓解策略。然而,它可能不是作为一个适当的缓解策略在流行的设置,因为有限的资源和畜牧业主无法赔偿121年]。

所有的税模型综述可以描述模型紧急疫苗接种作为缓解策略,但没有一个人可以模型以下通常周期性特有的设置和实践是依靠控制和根除的关键措施之一(120年- - - - - -123年]。这个缺点很straightforward-models背后的原因是复杂系统的一种简化。因为这些税模型被设计用来简化系统无病手足口病的国家,他们不包括以下缓解策略。使用相同的疫苗在紧急情况下可以显示更多的效果相比,以下在流行设置(124年]。疫苗冷链的维护等因素,类型的血清型,质量控制的疫苗,免疫持续时间极大地影响其有效性(46,125年,126年]。虽然税模型包括紧急疫苗接种,修改后的税模型必须有一个选项来改变模型以下包括能力与以下相关的参数,如疫苗免疫持续时间、覆盖率、功效、容量和频率更实际地模仿流行手足口病的疫苗接种。适应税模型将以下为手足口病的控制策略将这些模型应用到手足口病流行的设置。沿着这条线的工作已经由修改底层代码NAADSM添加以下的控制策略。NAADSM被选为适应由于其免费的源代码和熟悉它的仿真体系结构的研究团队(127年]。

FMD-free国通常雇佣税模型准备计划和决策支持工具。通知这些决策,建模者和流行病学家不包括多个cocirculating血清型;因此,参数只有一个血清型是用来传播模型。尽管所有税模型实际模仿FMD-free的底层系统的国家,他们有能力有限适用于疾病流行时的条件。多个cocirculating种血清型,例如,在流行国家很常见(47,48,128年),复杂疾病传播,最终其控制和根除。现有税模型(s)等NAADSM需要通过改变底层代码适应包括选择建模多个cocirculating种血清型。简化的假设应现实主义之间找到平衡模型与复杂性而建模多个cocirculating种血清型。

在FMD-free国家,当这些税模型用于防备计划,扑杀通常是有或没有紧急疫苗接种工作。这些严格的行为与疾病跟踪,监测,和可用性的资源导致提示疾病控制和随后的根除,从而模拟结束在很短的时间内和种群动态影响不大。因此,建模者没有考虑种群动态模拟运行期间,因为它接近现实的无病设置。然而,当税模型将被用于流行设置,口蹄疫疫情将持续较长时间,将会花费更长的时间来控制疾病;因此,根除不能被认为是一个短期的目标。人口流动与手足口病相关动态,如群体免疫力。新生儿被添加到群,它增加的比例未接种疫苗的天真的主机,从而减少群体免疫(120年]。因此,人口结构也与群易感性和传染性,在疾病建模的关键意义。税模型应用在流行的设置应该承受参数化种群动态的灵活性(出生、死亡过程)逼真地模拟自然手足口病的传播和评估易感人口变化的影响。例如,底层代码NAADSM可以修改添加一个选项来增加动物的数量当疾病模拟运行超过365天,每365天后继续。一些应该简化的假设,如应用国家层面的增长率。随后,复杂性可以添加,如使用生产特定于类型的增长率或应用区域增长速度占出生和死亡过程在一个特定的生产类型或地理区域,分别。

在流行的设置,手足口病与重大经济损失(12- - - - - -14]。国际组织如联合国粮农组织、世界动物卫生组织,EuFMD呼吁更有针对性的控制策略在“进步控制通路手足口病”,以降低疾病负担和与之相关的经济成本高16- - - - - -19]。流行国家可以受益于虚拟实验室仿真建模和评估其它缓解策略手足口病控制和最终消灭。税模型,然而,应该灵活的停止条件。例如,可以添加到NAADSM“停止条件模拟患病率达到一定阈值时结束。“这样灵活的停止条件是必要的,因为最近的演示应用程序的一个适应税模型在流行设置显示,仿真花很长时间来结束与内置“停止条件。“同样的,灵活的“停止条件”可以帮助流行国家在评估他们的进展和识别的关键可以采取的行动来实现特定项目的目标和里程碑。

建模是一个资源密集型的过程需要金融资源和专业技术。因为这个过程是密集的,它将是明智的采取一个模型为一个国家模仿建造另一个国家的情况。模型适应使用的参数可以是一个小变化参数对另一个国家在一个国家,或者它可能需要改变底层的代码和逻辑。着手模型适应之前,研究人员应该理解现有模型的目的以及适应模型。例如,NAADSM最近用于手足口病流行的设置及其底层代码已经修改为包含以下控制策略。修改后的建模框架仿真模型呼吁传染性动物疾病流行地区(SMIAD-ER)已经应用,作为一个示范,在巴基斯坦手足口病控制评估有效的缓解策略(127年]。选择适应NAADSM背后的原因是基于开放源代码和过去的经验研究团队成员的写作NAADSM及其应用。

利用数据的位置和人口个体牲畜控股(129年)和四个场景,即。,baseline, improved movement restrictions, enhanced disease detection, and enhanced RPV, were compared, as a demonstration, to determine the effective strategy for FMD control. The process of model adaptation and application in an endemic setting highlighted the importance of understanding disease epidemiology to incorporate necessary components into the model framework and the necessity of good quality data needed to inform model parameters. Moreover, this demonstration gave confidence in the potential use of SMIAD-ER in endemic settings [127年]。然而,适应模型应该接受严格的模型验证和验证(130年]。

模型适应性提供了几个优势为modeler和最终用户。它提供了建模人员访问数据集,可用于模型验证。举例来说,在我们的经验中,修改NAADSM SMIAD-ER已生成驱动力和访问数据集,否则无法使用位置上的数据和人口等个人占有牲畜和联系网络。适应过程还提供了一个平台交换模型结果中研究人员,为终端用户提供机会等疾病建模者、决策者、流行病学家、和专家从流行国家131年]。这种相互作用是必不可少的建模者熟悉动物生产系统通知的模型在一个更好的方法132年]。对于终端用户来说,可以相对便宜适应比从头构建一个模型,让他们专业技术在流行病学和疾病建模(131年]。然而,修改后的模型应该经过严格的验证和确认(130年]。调整模型的扩展使用将导致改善手足口病控制和减少疾病的全球负担。最后,模型适应性建模将是一个双赢的局面,流行病学家、和最终用户在流行的设置。

5。结论

仿真建模是一个有用的工具来理解和评价口蹄疫的缓解策略。几个模型已经开发了解手足口病动态。可用文献仿真建模对手足口病通常限于FMD-free国家来说,和现有空间明确的手足口病随机模拟模型在他们的应用程序在流行前需要修改设置。更具体地说,这些模型应该适应,通过融合流行手足口病的组件模拟风土性。适应模型应该进行灵敏度分析,验证,验证和协议分析透明度和建立信誉。这样的模型的应用在疾病流行国家可以补充手足口病的控制,这将改善牲畜健康,为生产者提供经济收益,并帮助减少贫困和饥饿,这将补充努力实现可持续发展的目标。

缩写

手足口病:	手足口病
税:	空间显式随机模拟(模型)
棱镜:	首选项报告系统评价和荟萃分析
爸爸:	戴维斯动物疾病模拟(模型)
DTU-DADS:	丹麦技术University-Davis动物疾病模拟(模型)
NAADSM:	北美动物疾病传播模型
“诱导多能性”:	InterSpread +(模型)
是:	InterSpread(模型)
AADIS:	澳大利亚动物疾病传播(模型)
SMIAD-ER:	仿真模型对传染性动物疾病在流行地区
粮农组织:	联合国粮食及农业组织()
世界动物卫生组织:	世界动物健康组织
EUFMD:	欧洲委员会对口蹄疫的控制
PCP-FMD:	进步的口蹄疫的控制途径
g:	谷歌学术搜索
我:	网络的科学
以下:	常规预防接种疫苗
地理信息系统:	地理信息系统。

数据可用性

这是一个系统回顾;因此,没有原始数据使用的手稿。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者要感谢赛迪斯基尔,兽医教学医院图书馆,科罗拉多州立大学,因为她的支持与数据库搜索(棱镜在补充材料清单(可用在这里))。这份出版物是查希尔博士的博士论文的一部分由美国国务院的富布赖特外国学生奖学金项目。

补充材料

补充材料提供了棱镜清单用于系统的审查过程。(补充材料)

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