[論文レビュー] Public Health Policy: COVID-19 Epidemic and SEIR Model with Asymptomatic Viral Carriers

Weijie Pang|arXiv (Cornell University)|Apr 14, 2020

COVID-19 epidemiological studies参考文献 39被引用数 11

ひとこと要約

本研究は、無症候性感染を組み込んだSEIRA疫学モデルを構築し、COVID-19パンデミック期における公衆衛生政策の効果を評価する。無症候性拡散が存在する状況では、確認済み症例の隔離のみでは効果がなく、一般の個人防護措置と隔離（ロックダウン）は同等の感染制御効果を示す。特に40%の症例が無症候性または軽症の場合、80%の効率で実施された個人防護措置や隔離が、隔離のみに比べて75%も感染を増加させる。

ABSTRACT

We measure the effect of different public health regulations to the spread of COVID-19, based on a SEIRA model -- a SEIR model including asymptomatic transmissions. The cumulative confirmed cases and death show nonlinear positive relationship with the value of asymptomatic rate. Based on this model, we analyze the inhibit effects to COVID-19 of three types of public health policies, i.e. isolation of laboratory confirmed cases, general personal protection and quarantine (lock-down). The simulations conclude that the isolation display limited effects to the asymptomatic viral carriers. The general personal protection and quarantine perform similar effects when the their percentages of participants are same. When the total proportion of asymptomatic, mild symptomatic and neglected patients is 40%, only depends on isolation policy may lead to an additional 75% infections, compared with general personal protection or quarantine with an efficiency 80%. At end, we provide seven recommendations of public health intervention before and during an aerial transmitted epidemic (COVID-19).

研究の動機と目的

• 公衆衛生政策がCOVID-19の感染拡大に与える影響、特に無症候性ウイルスキャリアが存在する状況での影響を評価すること。
• 拡張されたSEIRAフレームワークを用いて、無症候性感染が流行拡大をどのように駆動するかをモデル化すること。
• 隔離（確認済症例の隔離）、一般の個人防護措置、および隔離（ロックダウン）という3つの主要な干渉策の有効性を比較すること。
• 無症候性率が不明な飛沫感染性の流行に直面する公衆衛生機関に対して、根拠に基づく提言を提供すること。
• 流行の結果が無症候性感染率や政策実施タイミングにどの程度感受性を示すかを定量化すること。

提案手法

• 症状がある者（I）、無症候性者（E）、回復者（R）、死亡者（D）を別々の状態として含む決定論的SEIRAモデルを構築。
• 異なる感染率を導入：症状がある者に対するβ^Iと無症候性キャリアに対するβ^Eを設定し、両者の感染性が等しいと仮定。
• 政策固有のパラメータを導入：e^Qを隔離効率、e^Fを個人防護措置への従順度として定義。
• 無症候性率（r）を変化させたシナリオで流行動態をシミュレート。r ≥ 10%が臨界閾値として特定。
• 参加率の異なるシナリオで、隔離、個人防護措置、隔離政策の結果を数値シミュレーションで比較。
• 政策実施の遅延や、初期の確認済症例が伝播チェーンで見逃された場合の影響を分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 無症候性感染を組み込むことで、SEIRAモデルにおける累積症例数および死亡者数の予測にどのような影響が生じるか？
• RQ2 飛沫感染性流行の制御において、確認済症例の隔離と一般の個人防護措置、および隔離（ロックダウン）の相対的有効性は何か？
• RQ3 無症候性率（r）が、隔離中心戦略と包括的公衆衛生戦略の成功に与える影響は何か？
• RQ4 無症候性感染が存在する状況で、政策実施が遅れると流行制御にどのような影響が生じるか？
• RQ5 どのような条件下で、一般の個人防護措置が包括的隔離と同等の効果を示すか？

主な発見

• 累積症例数および死亡者数は、無症候性感染率（r）と非線形で正の相関関係を示す。
• すべての感染の40%が無症候性または軽症で検出されない場合、確認済症例の隔離のみに依存すると、80%の効率で実施される個人防護措置や隔離に比べて75%も多くの感染が発生する。
• 参加者の従順度が同等の場合、一般の個人防護措置と隔離は、類似した流行抑制効果を示す。
• 無症候性キャリアが広く存在する場合、特にr ≥ 10%の状況では、確認済症例の隔離のみでは感染拡大を制御できない。
• r ≥ 10%の状況では、検査と接触者追跡に加え、一般の個人防護措置（特にマスク着用）を優先する公衆衛生政策が不可欠である。
• 確認済症例の隔離と個人防護措置が流行を抑えるのに失敗した場合、隔離は依然として必要な最終手段であるが、社会的・経済的コストが著しい。