新型冠状病毒肺炎流行趋势研究及其传播动力学模型的建立与分析

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目的:新型冠状病毒肺炎在我国已流行两年有余,在各省市内发生多次局部暴发,估计新型冠状病毒肺炎传播的特征参数对于优化其防控措施有重要意义。本文按疫情发展态势,选择陕西、乌鲁木齐市及长春市三地疫情为研究对象。首先基于陕西省新型冠状病毒肺炎传播的流行病学进展,估计陕西省新型冠状病毒肺炎传播的时变基本再生数Rt、累计确诊病例数日增长率的渐近指数衰减率及基本再生数R0以评估陕西省严格防控措施的有效性。然后通过拟合新疆乌鲁木齐2020年7月份新型冠状病毒肺炎疫情流行状况,估计乌鲁木齐市新型冠状病毒肺炎传播的基本再生数R0和有效再生数R(t)。最后通过拟合长春市2021年1月至3月新型冠状病毒肺炎疫情流行状况以探究不同防控措施对疫情发展的影响,为后续疫情防控提供数量依据和理论支撑。方法:(1)首先采用区间删失似然框架,拟合Gamma分布函数来估计陕西省新型冠状病毒肺炎的代际间隔SI。然后结合陕西省新增日确诊病例,基于贝叶斯统计方法计算新型冠状病毒肺炎传播的时变基本再生数Rt。然后用非线性最小二乘法估计的GLM模型拟合陕西省累计确诊病例数,获得陕西省新型冠状病毒肺炎累计确诊病例数日增长率的渐近指数衰减率。最后用非线性最小二乘法估计的GLM模型拟合每日新增确诊病例数以估计新型冠状病毒肺炎传播的基本再生数R0;(2)基于新疆维吾尔自治区卫生健康委员会公布的的新型冠状病毒肺炎疫情多源数据,考虑乌鲁木齐市在2020年7月份新型冠状病毒肺炎疫情期间所采取的追踪隔离措施和无症状感染者,利用仓室建模方法,建立一类具有阶段性控制策略的动力学模型,使用非线性最小二乘法拟合所建立的模型;(3)基于吉林省卫健委公布的新型冠状病毒肺炎疫情数据,考虑输入性病例,利用仓室建模方法建立一类融合输入性病例和阶段性防控策略的离散随机动力学模型,利用非线性最小二乘法拟合模型参数,利用参数敏感性分析探讨不同防控措施对由输入性病例诱导的新型冠状病毒肺炎潜在暴发的可能性、规模和抑制作用的影响。结果:(1)陕西省新型冠状病毒肺炎传播的基本再生数R0为4.58,2019年1月30日的时变基本再生数Rt为3.8(95%CI:3.0-4.8),此后一直呈下降趋势,至2020年2月10日以后低于阈值1。新型冠状病毒肺炎累计确诊病例日增长率的渐近指数衰减率为-0.1957/天(95%CI:-0.2~-0.1);(2)乌鲁木齐新型冠状病毒肺炎感染者的确诊速率为0.6,潜伏暴露者类和无症状感染者类的传染力系数分别为0.78和0.99,无症状感染者所占比例为0.4。基本再生数R0点估计值为6.24,有效再生数R(t)在2020年7月30日之后低于阈值1;(3)长春市新型冠状病毒肺炎有症状感染者、无症状感染者及潜伏者传染系数估计值比值为4:2:1,基本再生数R0估计值为4.18,有效再生数R(t)在2021年1月19日之后低于阈值1。防止新型冠状病毒肺炎再次暴发的隔离率阈值为0.05,当隔离率大于0.3时,长春市无再次暴发风险。结论:(1)陕西省早期新型冠状病毒肺炎传播的风险较大,但随着严格防控措施的实施,截至2020年2月24日,陕西省新型冠状病毒肺炎疫情已得到有效控制;(2)乌鲁木齐新型冠状病毒肺炎疫情防控相关部门应加大密切追踪隔离力度、持续强调减少接触以有效控制新型冠状病毒肺炎的流行;(3)长春市在1月至3月新型冠状病毒肺炎疫情中控制措施得当,控制效果明显;将隔离率保持在一个较高水平,能有效防止由输入性病例诱导的局部地区疫情的再次暴发。
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