[論文レビュー] A Time Delay Dynamic System with External Source for the Local Outbreak of 2019-nCoV

Yu Chen, Jin Cheng+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 7, 2020

COVID-19 epidemiological studies参考文献 4被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、武漢のような高リスク地域からの移動者を考慮した外部源項を有する時間遅れ動的システムを提案し、中国における2019-nCoVの局所的流行をモデル化する。モデルは、外部要因が累積確認症例数を著しく増加させ、流行終了を遅らせることが示されており、隔離率の高さが感染拡大を制御するために極めて重要であることを強調している。シミュレーションでは、外部流入が10%の場合、累積症例数が約500例の状況と比較して最大7,500例に達することが示された。

ABSTRACT

How to model the 2019 CoronaVirus (2019-nCov) spread in China is one of the most urgent and interesting problems in applied mathematics. In this paper, we propose a novel time delay dynamic system with external source to describe the trend of local outbreak for the 2019-nCoV. The external source is introduced in the newly proposed dynamic system, which can be considered as the suspected people travel to different areas. The numerical simulations exhibit the dynamic system with the external source is more reliable than the one without it, and the rate of isolation is extremely important for controlling the increase of cumulative confirmed people of 2019-nCoV. Based on our numerical simulation results with the public data, we suggest that the local government should have some more strict measures to maintain the rate of isolation. Otherwise the local cumulative confirmed people of 2019-nCoV might be out of control.

研究の動機と目的

• 時間遅れと外部要因を組み込んだことで、局所的2019-nCoV流行の予測をより正確にすること。
• 高リスク地域からの感染者の移動が、局所的感染拡大ダイナミクスに与える影響を評価すること。
• 隔離率の効果が累積確認症例数に与える影響を評価すること。
• 社会的・経済的混乱を最小限に抑えるために、地方自治体に政策的予測を提供すること。

提案手法

• 感染症、確認済み、隔離済み、回復、外部の懸念される者という5つの状態を有する、新規の時間遅れ動的システムを構築。
• 外部源項は、武漢のような高リスク地域から他の地域への懸念される者の流入をモデル化する。
• 潜伏期間および症例確認の遅れを反映するために、時間遅れを組み込む。
• 局所的感染拡大の時間的ダイナミクスをよりよく捉えるために、カーネル関数を適用。
• 2020年1月23日から2月4日までの公的データを用いて、パラメータ推定を実施。
• 外部要因の有無および隔離率の違いを想定したシナリオを比較する数値シミュレーションを実施し、結果を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 外部源項を含めたモデルは、それを含まないモデルと比較して、2019-nCoV流行の予測精度がどのように向上するか？
• RQ2 懸念される者の外部流入が、最終的な累積確認症例数に与える定量的影響は何か？
• RQ3 隔離率の変化が、地域の流行のピークと期間に与える影響は何か？
• RQ4 異なる干渉シナリオ下で、本モデルは流行終了時期を信頼性を持って予測できるか？
• RQ5 確認および隔離の遅れが、感染症の予測的推移に与える影響はどの程度か？

主な発見

• 外部源項を含むモデルは、外部要因が流行ダイナミクスを著しく変化させるため、外部要因なしのモデルと比較してはるかに信頼性の高い予測を提供する。
• 外部流入率が10%の場合、地域の最終的な累積確認症例数は約500例から7,500例に増加し、5倍の増加が確認された。
• 外部要因が含まれる場合、流行の終了時期が遅れ、継続的な症例の輸入によりピークが遅れる。
• 隔離率を53.84%から180%に引き上げることで、累積確認症例数は約4,500例から約3,500例に減少し、強い保護効果が示された。
• ベースラインの50%の隔離率でも、累積症例数は約7,000例にまで上昇し、隔離能力が不十分な場合、急速に流行が拡大することを示している。
• 本モデルは、継続的かつ厳格な隔離政策が、特に懸念される者からの継続的流入を受ける地域において、制御不能な局所的感染拡大を防ぐために不可欠であると示唆している。