使用时空流行病学建模仪（Stew）对印度假设埃博拉病毒传播的仿真研究：迈向精密公共卫生的方式

抽象的

背景．精确的公共卫生是公共卫生研究中的最先进的概念及其在医疗保健中的应用。信息技术在流行病学领域的应用铺平了对数字流行病学的转型方式。模拟了地理空间流行病学模型，以估算印度假设爆发后埃博拉病毒病的传播。方法．这是基于SEIR模拟研究（易感暴露的感染，恢复）房室模型。模拟在时空流行病学建模（STEM）来完成。埃博拉病毒的流行病学概况，在整个塞拉利昂在2014- 2016传输，被安装到专为印度SEIR确定性室模型。结果．EVD的时空分布暴露，感染性的，并且在由不同的附图中表示的4个月的间隔回收人口。据估计，如果没有干预，采取停止蔓延，2年之内，几乎一半的国家会被EVD和外露个人，感染者的累计数量影响，和死亡将是106947760，30651674和18391005，分别．结论．精确的公共卫生可能发挥关键作用，以实现可持续发展目标的健康相关目标。政策制定者，公共卫生专家和数据科学家需要将双手放在一起，使精密公共卫生成为现实。

1.介绍

各种新兴和重新发生传染病的发病率仍在继续对全世界人类健康构成大量威胁[1］.在过去的二十年新兴的，例如，严重急性呼吸道症候群（SARS），再度出现的，例如，西尼罗河病毒，甚至故意传播传染性疾病，例如，从生物恐怖主义炭疽，威胁上百的健康与全球数以百万计的人[2］.在九十年代初期，有一项共识是，在赢得抗传染病的战斗中，这是关闭这本书的时间[3.］.但是，1991年，霍乱对美洲的急知，1994年印度瘟疫爆发，2002 - 2009年的SARS爆发的出现，2009年猪流感（H1N1）大流行病，最近在2015年巴西疫情最终爆发了最终证明了这一点思考错误。埃博拉病毒疾病（EVD）是自1976年在扎伊尔（后来更名为刚果民主共和国）和非洲大陆的苏丹的时间以来危害人类生命的臭名昭着的新兴的传染病之一。2］.近期EVD的疫情于2013年12月开始。在短时间内，它在一段时间内，它在尼日利亚和美国航空公司和美国向尼日利亚和美国的陆地边界传播到塞拉利昂和利比里亚，以及土地到马里和塞内加尔4］.2014年8月8日，世界卫生组织（WHO）宣布国际卫生条例（2005）正在西非国际关注的突发公共卫生事件（此种突发公共卫生事件）的EVD爆发。在2016年3月29日，有关此种突发公共卫生事件对EVD是从西非和2016年6月9日，世界卫生组织宣布EVD [最近期爆发的结束解除5］.到了泛滥的局面，总15227确认EVD病例的报道，在几内亚，利比里亚和塞拉利昂[11310人死亡6］.到目前为止，印度还没有本土EVD病例的报告。但是，没有一个国家没有埃博拉病毒暴发的威胁。在印度暴发埃博拉病毒病后，对传播和后果进行精确预测，将有效地进行适当规划和管理，以应对疫情。

精密公众健康是国家的最先进的理念在公共卫生研究及其在医疗保健应用的新时代。精密公众健康的概念在过去的两到三年内发展而来7］.精确的公共卫生可以简单地描述通过应用用于测量疾病，病原体，暴露，行为和群体的疾病，病原体，暴露，行为和易感性以及发展介入政策，提高疾病，促进疾病，促进疾病和减少群体的健康差异的能力。有针对性的公共卫生计划改善健康[8］.岁差公共卫生应急领域正在改善方法，以便及早发现的病原体和感染性疾病暴发，现代化公共卫生监测，流行病学和信息系统，并针对卫生干预措施，以改善健康和预防疾病[8］.实时数据获取、地理空间流行病学建模、大数据分析和机器学习技术等信息技术和数据科学在流行病学领域的应用，为其向数字流行病学的转变铺平了道路，数字流行病学在概念上更准确、本质上更精确[8，9］.

地理空间流行病学建模，地理信息系统（GIS）的应用[10]是精确公共卫生的重要工具，可以更准确地研究疾病传播的动态。该工具可用于预测疾病爆发的传播。此外，还可研究各种干预措施及其结果，以协助制定高效率和有效的特定疾病爆发预防和管理策略[9］.

保持精确性公共卫生和地理空间流行病学建模的概念，基于计算机模拟的研究，与印度假设的EVD爆发有关，并进行了以下目标：在01.01展出印度假设爆发后模拟埃博拉病毒病的传播.2017在新德里，预测由于2年的跨度爆发导致的暴露和传染性人和死亡人数。

2.方法

2.1。仿真研究

流行病学分布的研究和健康相关的状态或事件的决定因素。一位流行病学家的最重要的作用是制定相应的战略，以防止或限制流行病的影响。基于计算机尖端技术问世有助于流行病学研究疾病传播的复杂动态，在硅片的方法。流行病的数学建模可以基本上分为确定性和随机过程[11］.确定性模型是基于所研究的总体参数的平均特征，而随机模型包含的元素的随机性。虽然随机模型在评价现实生活疫情传播更准确，因为它占了不同人群的参数之间的相互作用的随机性，它不完全是重复的。此外，当人口是足够大的这类随机性相互抵消，然后一个简单的确定性模型轮流好足够使用。基于确定性房室模型模拟研究流行病学最常用的。该计算机模拟是在计算机上模拟一个真实的或假想疫情的尝试，以便它可以进行研究，看看如何系统的工作原理[11］.与感染传播相关的不同模型参数，通常用于隔间模型，如表所示1．通过在模拟中改变变量，可以对系统的行为进行预测。EVD在印度的发病率为Nil，因此在印度的EVD案例的单一报告将被视为eDD爆发。试图在新德里（28.6139°N和77.2090°E）上报告的单一EVD案例，使用时空流行病学建模仪（Stew）尝试了基于计算机的模拟。然后考虑到2014 - 2016年西非最近爆发的EVD传输的相同动态，模拟了IVD在印度的假设传播。

2.2。疾病传播动力学的隔室模型

疾病传播流行病学的基本隔间模型是SIR模型，在哪里“”代表易感数“”代表传染病病人的数量，而“”代表回收/免疫个体数。病，根据SIR模型传输在图中描绘1．对于固定的人口，在给定时间，．只有这些疾病可以用SIR模型来解释，这些疾病能够在他人感染后立即感染他人。

在埃博拉病毒的情况下，人类不传染，直到它们发展症状[4］.因此，为了解释埃博拉传播的动态，SIR模型，采用了SIR模型的延伸，在哪里“”代表易感数“"代表暴露的个体，"”代表传染病病人的数量，而““代表恢复/免疫细胞的数量（图2）。

根据在给定时间SEIR模型， 在人数，．利用常微分方程(ODE)计算给定时间内易感者、暴露个体、感染患者和恢复/免疫个体的数量可以从各种速率方程预测 埃博拉病毒的流行病学概况，在整个西非2014- 2016传输，被安装到SEIR确定性室模型。在表中描述的不同的模型参数1是根据疾病传播率(β) 0.128，潜伏期10 d，感染期10.38 d，感染死亡率70% [6，12］.

有这种模式与此相关的研究一些假设：（一世）在流行病的开始时；也就是说，印度的所有人口都是易感人群，因为之前没有埃博拉病例发生。（ii）最初，感染个体的数量是固定的。．对于仿真目的，假设在01.01的新德里报告了一个EVD案例。2017年。(3)没有采取具体的干预措施来阻止EVD的传播。

2.3。时尚流行病学建模仪（Stew）

它是一个开源工具，由IBM公司开发，可通过Eclipse基金会(https://www.eclipse.org/sem/），旨在帮助公共卫生专家，科学家的数据，生物医学研究者和政策制定者创建和模拟新兴和重新出现的传染病和非传染性疾病的分布传输的时空模型。公共卫生专家负责战略，以防止爆发。所以他们需要的疾病传播的动态和预防措施的可能结果的准确理解。STEM有助于开发和应用各种先进的数学模型，更好地了解疾病动态的。它配备了大量的现有舱模型和新模式建设框架，允许用户迅速扩展现有的模型或创建全新的车型。任何干细胞模型可以随机地或确定性运行。用户可以常微分方程的许多不同的数值求解器之间进行选择。当模型的输出完全由初始条件和参数值确定的，则该模型被称为确定性，但是当相同的初始条件和参数值将导致不同的输出的集合，则该模型具有被称为随机模型的固有的随机性．虽然大多数的现实世界的情况下，通过随机过程的约束，这种模式是超过确定性模型复杂。

在本模拟研究中，采用确定性模型和有限差分数值求解器来研究EVD在印度的假设传播。根据2011年印度人口普查的各区人口概况已纳入EVD人际传播的SEIR模型。

开发模型之后，该程序被运行并在地图视图中的模拟结果，在4个月的间隔长达2年被表示。于是，预测暴露者，感染者数量，并记录在数据记录仪死亡。

用SEIR模型对STEM (V 3.0.0 M4)进行EVD爆发模拟的方案如图所示3.．

3.结果

2017年1月1日，印度总人口易患肠病毒病(见图)4）。

从01.01.2017到01.01.2019在印度的假设EVD传输的动态如下。

在01.01.2017，在新德里报道了单一案例EVD（28.6139°N和77.2090°E）。从那时起，EVD根据确定性SEIR模型进行假设展开。在4个月间隔内曝光，传染性和恢复人口的时尚分布由数字代表5，6， 和7,分别。

根据STEM数据记录仪，不同时间点受感染地区、接触者、感染者和死亡人数见表2．

4。讨论

流行的准备是尽量减少疫情带来的影响的关键因素。切实有效的疾病监测系统可以防止疫情的发生。即使发生疫情，精确和准确的预测和它的传播和影响的评估是必要的爆发管理特别是在资源分配和利用。疫情管理的另一个重要方面是一代人的易感人群进行宣传和健康教育。精密公共卫生的概念可以在疫情管理，即，准备，应对和缓解各方面应用。

在Zika病毒的国内传播期间，在美国佛罗里达州（美国）佛罗里达州佛罗里达州佛罗里达州（美国）最近成功地应用了精密公共卫生。在2016年7月，整个美国和整个佛罗里达州都没有宣布风险。相反，精确的公共卫生监测确定了位于迈阿密戴德县的两个风险地区。蚊子控制措施专注于这些地区。六周后，当卫生官员通过持续监督令人信服时，将提起一个领域的限制，并将资源调动到其他地区[9］.因此，精确的公共卫生是一种概念，指导使用精确监测数据来解决精确定义的人口中的公共卫生问题的精确介入策略[13］.与其在单个时间点对整个国家发出即将爆发疫情的高度警报，还不如基于地理空间模型，利用精确的监测数据进行模拟，在不同时间不同地点更精确地做到这一点。可以以更好的方式调动和利用资源。此外，可以避免不必要的情况，如大规模恐慌及其对日常生活的影响。

在这项研究中，在新德里在01.01.2017的假设爆发后，将精确公共卫生的概念应用于印度EVD的蔓延和分布的地理空间建​​模。从模拟中，可以精确地估计不同时间点的传播，感染性的地区，感染性人口和可能的死亡。从这个模拟中，据估计，在2年内，近一半的国家将由EVD实现。还可以模拟和比较不同时间范围的不同介入策略的效果，有效且有效地解决流行病。西非的EVD蔓延的时空建模，由Pigott等人完成。2016年和Chretien等人。2015年，协助公共卫生专家加强监测和反应能力，以遏制该领域的EVD爆发[14，15］.计算机模拟分析，通过Merler等人完成的。在2015年关于2014年爆发的埃博拉出血热的利比里亚的时空传播和有效性的不同非药物干预策略，帮助利比里亚卫生官员采取必要的行动[16］.在2016年，瑞光等人。测试和建模西非[有关近期EVD爆发的时空传播的假设17］.

在对传染病的爆发空间的方法，由史密斯等人进行应用系统的审查，他们发现1979年至2013年间所使用的空间法暴发传播的分析，并确定疫情相关发表的文章总数只有0.4％其更广泛的实施范围[18］.

不仅具有传染病的精确性公共卫生，其应用延长了非传染性疾病，遗传疾病，抗菌性，人口筛查领域，以及更多[19，20.］.

结论

传染病爆发和精密公共卫生的地理空间建​​模是流行病学领域的新承诺。对不同流行病学现象的精确数据和复杂地理空间分析的获取与应用正在成为发达国家的常规活动。但是，发展中国家的大部分是不足以获得精密公共卫生的优势。精确公共卫生可能发挥关键作用，以实现联合国可持续发展目标（SDG）的健康相关目标。因此，政府领导人，政策制定者，生物医学研究人员，流行病学家，公共卫生专家，全球卫生工作者，数据科学家和计算机科学和信息技术专家需要将双手放在一起，使精密公共卫生成为一个胜利。

伦理批准

这是一项计算机模拟研究。用于仿真的辅助数据可用于公共领域。没有人类或动物被选为学习参与者。

利益争夺

有没有关于本文的发布利益冲突。

致谢

作者感谢老师的鼓励和正确的指导。

参考

1. A. S.福西“新出现和重新出现的传染病：永久的挑战。”学术医学，卷。80，不。12，第1079至1085年，2005年。查看在：出版商的网站|谷歌学术
2. K.公园，Park的预防和社会医学教科书，M / S Banarsidas Bhanot，贾巴尔普尔，印度，第23版，2015年。
3. F. M. SnOnden，“新兴和重新出现疾病：历史观点”免疫审查第225卷第1期1，页9-26,2008。查看在：出版商的网站|谷歌学术
4. 世界卫生组织（世卫组织），埃博拉病毒疾病，2016年，http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs103/cn/．
5. 埃博拉病毒病的情况报告，“世界卫生组织（世卫组织），”2016http://apps.who.int/iris/bitstream/10665/208883/1/ebolasitep_10jun2016_eng.pdf?ua=1．查看在：谷歌学术
6. 埃博拉数据和统计，“情况摘要。最新的现状摘要，“世界卫生组织（世卫组织），2016年5月http://apps.who.int/gho/data/view.ebola-sitrep.ebola-summary-latest?lang=en．查看在：谷歌学术
7. 精密公共卫生，前沿研究课题，2016年，http://journal.frontiersin.org/researchtopic/4526/precision-公开 - 健康．
8. 精准公共卫生与精准医疗:一个豆荚里的两颗豌豆，疾病预防控制中心，2015年3月https://blogs.cdc.gov/genomics/2015/03/02/precision-public/．
9. S. F. Dowell，D. Blazes和S. Desmond-Hellmann，“精确公共卫生的四个步骤”自然，第540卷，第5期7632页，189-191,2016。查看在：出版商的网站|谷歌学术
10. 环境系统研究所(ESRI)什么是GIS，2016年，http://www.esri.com/what-is-gis．
11. B. P.齐格勒，H. Praehofer和T. G.金，建模与仿真理论：集成离散事件和连续复杂动态系统，学术出版社，2000。
12. 建模埃博拉，2015年的传播，http://www.math.washington.edu/~morrow/mcm/mcm15/38725paper.pdf.．
13. S. Desmond-Hellmann，“进步精确，”科学（纽约，纽约），卷。353，没有。6301，p。731,2016。查看在：出版商的网站|谷歌学术
14. D. M. Pigott，A. I. Millear，L.EARER等，“埃博拉病毒疾病的新埃博雷地图的更新”el，卷。5，2016年物品ID E16412,2016。查看在：出版商的网站|谷歌学术
15. J.P。克雷蒂安，S.莱利和D. B.乔治，“西非埃博拉疫情的数学模型，”el，卷。2015年4日。查看在：出版商的网站|谷歌学术
16. S. Merler, M. Ajelli, L. Fumanelli等人，“2014年利比里亚埃博拉病毒疾病爆发的时空传播和非药物干预的有效性:计算模型分析，”《柳叶刀》传染病，第15卷，第5期。2, pp. 204-211, 2015。查看在：出版商的网站|谷歌学术
17. K.Burghardt，C.Verzijl，J.Huang，M. Ingram，B.歌曲和M. Hasne，“西非埃博拉爆发的建模假设”，“科学报告，卷。6，第34598号，2016年。查看在：出版商的网站|谷歌学术
18. C.史密斯，S. C.乐精梳机，H弗莱，M.公牛，S.利奇和A. C.海沃德，“传染病爆发调查方法的空间：系统的文献回顾，”Eurosurveillance.，第20卷，第2期。2015年39岁。查看在：出版商的网站|谷歌学术
19. E.列维 - 拉哈德，A拉哈德和M.-C.王，“精医符合公众健康：人群中筛查BRCA1和BRCA2，”国家癌症研究所杂志，卷。107，没有。1，物品ID DJU420,2015。查看在：出版商的网站|谷歌学术
20. M. J. Khoury、M. F. Iademarco和W. T. Riley，《精准医疗时代的精准公共卫生》，美国预防医学杂志，第50卷，第5期。3, pp. 398-401, 2016。查看在：出版商的网站|谷歌学术

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