[논문 리뷰] Can Testing Ease Social Distancing Measures? Future Evolution of COVID-19 in NYC

Omar El Housni, Mika Sumida외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 05. 27.

COVID-19 epidemiological studies참고 문헌 6인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 뉴욕 시의 '파울' 이후 코로나19 결과에 영향을 미치는 검사 능력과 사회적 거리두기 완화 조치의 영향을 분석하기 위해 접촉자 추적을 통합한 분할 전파 모델을 사용한다. 연구 결과, 500,000건/일의 대규모 검사가 없이 파울 이전 수준의 사회적 거리두기 완화를 시행할 경우, 9월까지 누적 사망자가 250,000명을 초과할 것으로 예측된다. 반면, 중간 수준의 거리두기 유지와 함께 100,000건/일의 검사 능력을 확보할 경우 사망자는 약 27,000명 수준으로 유지된다.

ABSTRACT

The "New York State on Pause" executive order came into effect on March 22 with the goal of ensuring adequate social distancing to alleviate the spread of COVID-19. Pause will remain effective in New York City in some form until early June. We use a compartmentalized model to study the effects of testing capacity and social distancing measures on the evolution of the pandemic in the "post-Pause" period in the City. We find that testing capacity must increase dramatically if it is to counterbalance even relatively small relaxations in social distancing measures in the immediate post-Pause period. In particular, if the City performs 20,000 tests per day and relaxes the social distancing measures to the pre-Pause norms, then the total number of deaths by the end of September can reach 250,000. By keeping the social distancing measures to somewhere halfway between the pre- and in-Pause norms and performing 100,000 tests per day, the total number of deaths by the end of September can be kept at around 27,000. Going back to the pre-Pause social distancing norms quickly must be accompanied by an exorbitant testing capacity, if one is to suppress excessive deaths. If the City is to go back to the "pre-Pause" social distancing norms in the immediate post-Pause period and keep the total number of deaths by the end of September at around 35,000, then it should be performing 500,000 tests per day. Our findings have important implications on the magnitude of the testing capacity the City needs as it relaxes the social distancing measures to reopen its economy.

연구 동기 및 목표

• 뉴욕 시의 파울 이후 코로나19 결과에 영향을 미치는 다양한 검사 능력과 사회적 거리두기 수준의 영향을 평가하기 위해.
• 심각한 두 번째 유행을 유발하지 않도록 사회적 거리두기 조치를 안전하게 완화하기 위해 필요한 최소한의 검사 능력을 규명하기 위해.
• 다양한 정책 시나리오 하에서 2020년 9월까지 입원 환자 수, 사망자 수 및 감염자 수의 변화 추이를 예측하기 위해.
• 2020년 4월 15일까지의 뉴욕 시 실시간 데이터를 기반으로 모델을 검증하여 궤적의 정확성을 확보하기 위해.
• pandemic 심각도를 통제하기 위해 사회적 거리두기 완화와 검사 규모 간의 상충관계를 정량화하기 위해.

제안 방법

• 감염자 수준에 따라 구분된 상태를 포함하는 분할 모델을 개발: 감염자(증상 있는/격리, 무증상/비격리, 무증상/격리), 회복자.
• 확진자와의 밀접한 접촉자들을 격리함으로써 접촉자 추적을 통합하며, 평균 접촉자 수를 추정하는 파라미터(접촉자당 확진자 수 = 4)를 사용한다.
• 일반 인구 대비 밀접한 접촉자 내 감염 위험을 가중치로 적용하기 위해 우도 비율(감염 가능성 우도 = 5.5)을 사용한다.
• 2020년 4월 15일까지의 뉴욕 시 검사, 입원 및 사망 데이터를 기반으로 모델을 校정하며, R₀(3.38)와 초기 무증상 감염자 수(~10,000명)를 조정한다.
• 6월 1일 이후 다양한 사회적 거리두기 완화 수준(0%에서 100%까지)과 검사 능력(일일 20,000~500,000건)에 따라 결과를 예측한다.
• 뉴욕 시 보건국 및 뉴욕 주 보건부의 데이터를 활용해 실제 일일 사망자 수, 입원 환자 수 및 확진자 수와 모델 출력 결과를 비교 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 뉴욕 시에서 파울 이전 수준의 사회적 거리두기 조치를 안전하게 완화하기 위해 필요한 최소한의 검사 능력은 얼마인가?
• RQ2 중간 수준의 사회적 거리두기와 함께 증가된 검사 능력이 2020년 9월까지 누적 사망자 수에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 파울 기간 이후 조그만 수준의 사회적 거리두기 완화를 상쇄하기 위해 필요한 최소한의 검사 능력은 얼마인가?
• RQ4 밀접한 접촉자 추적 및 격리 조치가 모델의 전파 경로 예측에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 모델의 예측 결과가 뉴욕 시의 초기 패안기 실시간 데이터와 얼마나 잘 일치하는가?

주요 결과

• 사회적 거리두기를 파울 이전 수준으로 완전히 완화하고 일일 검사 수가 20,000건에 머무를 경우, 9월 말 기준 누적 사망자 수가 250,000명에 이를 것으로 예측된다.
• 파울 기간 동안의 거리두기 수준과 파울 이전 수준 사이의 중간 수준의 거리두기 유지와 함께 일일 100,000건의 검사를 실시할 경우, 9월까지 누적 사망자 수는 약 27,000명 수준으로 감소한다.
• 사회적 거리두기를 완전히 완화하되 사망자 수를 35,000명 이하로 유지하기 위해서는 일일 500,000건의 검사를 수행해야 하며, 이는 완전한 재개를 위한 매우 높은 검사 능력 수준을 의미한다.
• 일일 100,000건의 검사 능력을 확보한 상태에서 사회적 거리두기를 완전히 해제할 경우, 4월의 초기 최고봉을 넘어서는 두 번째 유행이 발생할 수 있다.
• 모델의 입원 환자 수, 사망자 수 및 감염자 수 예측 결과가 2020년 4월 15일까지의 실제 뉴욕 시 데이터와 밀도 있게 일치하여, 모델의 예측 타당성이 뒷받침된다.
• 모델은 각 확진자 당 평균 4.4명의 밀접한 접촉자를 파악할 수 있다고 추정하며, 이는 매사추세츠 주의 실질적 접촉자 추적 데이터(평균 2명)와 일치한다.