论文部分内容阅读
传染病是人类健康的重大威胁。虽然公共卫生条件的发展以及现代医学的进步极大地提高了人类应对传染病的能力,然而全球新发突发传染病仍然呈现不断增长的态势。随着人口高度聚集以及人群流动性增强,加快了传染病疫情跨区域传播,给传染病防控工作带来巨大的挑战。在制定传染病疫情防控策略过程中,主要通过免疫接种、药物治疗等药物防控措施(Pharmaceutical Interventions,PI)以及风险沟通、学校停课等非药物防控措施(Non-Pharmaceutical Interventions,NPI)对传染病疫情进行综合预防和控制。多数情况下这些措施的选择和使用往往基于历史经验,而对于新发突发大规模传染病疫情,人们往往对其缺乏足够的认知,同时也缺乏有效的疫苗药物,在此情况下,非药物干预措施的合理使用显得尤为重要,而风险沟通、学校停课等一系列非药物干预措施的综合运用是一个复杂性问题,这些措施在实现疫情防控的同时,必将支付广泛的社会经济代价。对这些措施的使用策略进行定量分析有助于厘清它们在疫情发展不同阶段所能发挥的作用,为措施使用时机与时长等重要应急决策问题提供参考,而基于个体的传染病传播模型(Individual-based Infectious Diseases Model,IBIDM)则是实现这一目的的重要科学手段。IBIDM以个体为单位建模,充分体现了个体的异质性,对比传统的数学流行病模型,其在模拟粒度及灵活性方面均有了较大提升,从而可对不同粒度的多种干预措施进行广泛探索分析,能够为公共卫生部门的传染病防控决策提供更为准确的科学支持。由于基础数据的日益丰富以及计算机性能的不断提高,这种分辨率在个体层次的传染病传播模型成为近年来传染病建模与防控政策分析领域的研究热点。本文针对非药物性干预措施在传染病大流行中的定量评价问题,基于个体建模思想构建面向传染病大规模传播的社会接触网络和网络传播动力学模型,并使用建立的计算机模型对个体行为引导、学校停课两种非药物干预措施的干预效能进行定量评价,主要研究内容包括三个方面:(1)IBIDM的构建方法研究。分析IBIDM的构建流程,应用人工社会建模理论研究虚拟社会接触网络重建方法及其传播动力学的并行计算算法。(2)个体行为变化对传染病传播行为的影响分析研究。研究个体行为变化、危机信息沟通以及传染病传播行为之间的相互作用关系,构建基于信息感知的个体行为模型,分析个体行为变化对传染病传播行为的影响。(3)学校停课措施对新型流感疫情影响评估研究。通过计算实验,评估学校停课时机以及停课时长的不同选择对疫情干预效果的影响。主要的研究结果和创新点如下:(1)构建了基于个体的传染病传播模型。通过分析IBIDM构建及其传播动力学原理,给出了IBIDM的构建流程、社会接触网络的生成方法以及并行实现算法。人工社会包括人工人口、虚拟家庭、虚拟学校、虚拟工作场所的生成;社会接触网络包括家庭接触网络、学校接触网络、工作接触网络、朋友接触网络、社区接触网络、通勤接触网络的生成;模型实现部分包括人口数据的分片以及模型的并行计算架构。以北京市为例构建了IBIDM实例,为个体行为变化研究、学校停课措施的评估提供了计算实验环境。(2)分析了个体行为变化对疫情传播的影响。对个体行为变化、危机信息以及传染病传播行为三者之间的动态的相互作用关系进行形式化建模,基于全局危机信息和局部危机信息两种信息传导机制,构建了基于信息感知的个体行为变化模型。通过北京市的传播模型对个体行为变化对传染病传播行为的影响进行了仿真,评估了不同强度的个体行为变化对传染病传播行为的影响,不同强度的个体行为变化均能够抑制传染病的传播;进一步对个体行为变化对危机信息的敏感性分析表明,个体行为对全局和局部危机信息越敏感,行为变化对传染病传播的抑制能力越强;对信息感知区间长度的敏感性分析表明,信息感知区间越短,个体行为变化对疫情发展的抑制能力越强。研究对于有针对性的制定传染病疫情中的风险沟通措施具有实践价值。(3)评估了学校停课措施对流感疫情的影响。学校停课措施是流感疫情中重要的非药物干预措施,本文通过基于个体的传染病传播模型评估了学校停课时机以及停课时长的不同选择对学校停课措施干预效能的影响。研究结果表明在流感疫情的大流行间期以及衰退期实施学校停课措施对流感疫情的影响较小;在流感疫情的大流行期实施学校停课措施可以有效降低流感疫情的传播峰值和发病率;在流感疫情的高峰阶段实施学校停课措施可以有效降低流感疫情的传播峰值和发病率;此外,在流感疫情的大流行间期以及衰退期对学校停课措施时间长度不敏感;在流感疫情的大流行期和高峰阶段,增加学校停课措施的时长对疫情的减控效果提升明显。研究对于流感疫情中学校停课的时机和时间长度选择具有参考价值。本文针对飞沫传播和直接接触传播传染病,基于社会接触网络构建了基于个体的传染病传播计算机模型,分析了个体行为变化对传染病传播行为的影响,评估了学校停课措施对流感疫情的影响。建立的模型对于促进传染病防控的决策具有科学意义,评估结果对于传染病应急中的风险沟通措施、关闭学校措施的选择具有实践价值。