[논문 리뷰] Effectiveness of Testing, Tracing, Social Distancing and Hygiene in Tackling Covid-19 in India: A System Dynamics Model

Jayendran Venkateswaran, Om Damani|arXiv (Cornell University)|2020. 04. 19.

COVID-19 epidemiological studies참고 문헌 13인용 수 12

한 줄 요약

이 연구는 인도에서 코로나19를 통제하기 위한 검사, 접촉자 추적, 사회적 거리두기 및 위생 조치의 효과를 평가하기 위해 시스템 동역학 모델을 개발한다. 결과는 장기적인 봉쇄 조치 이후에도 지속적인 고율의 검사, 양성자 격리, 철저한 접촉자 추적, 격리 및 마스크 착용이 전파를 억제하는 데 필수적임을 보여주며, 개별 조치의 실행 결함을 상쇄하는 상호보완적 효과가 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We present a System Dynamics (SD) model of the Covid-19 pandemic spread in India. The detailed age-structured compartment-based model endogenously captures various disease transmission pathways, expanding significantly from the standard SEIR model. The model is customized for India by using the appropriate population pyramid, contact rate matrices, external arrivals (as per actual data), and a few other calibrated fractions based on the reported cases of Covid-19 in India. Also, we have explicitly modeled, using independent time-variant levers, the effects of testing, contact tracing, isolating Covid-positive patients, quarantining, use of mask/better hygiene practices, social distancing through contact rate reductions at distinct zones of home(H), work(W), school(S) and other(O) locations. Simulation results show that, even after an extended lock-down, some non-trivial number of infections (even asymptomatic) will be left and the pandemic will resurface. Only tools that work against the pandemic is high rate of testing of those who show Covid-19 like symptoms, isolating them if they are positive and contact tracing all contacts of positive patients and quarantining them, in combination with use of face masks and personal hygiene. A wide range of combination of effectiveness of contact tracing, isolation, quarantining and personal hygiene measures help minimize the pandemic impact and some imperfections in implementation of one measure can be compensated by better implementation of other measures.

연구 동기 및 목표

• 인도에서 코로나19 전파에 영향을 미치는 검사, 접촉자 추적, 격리, 격리 및 위생 조치의 영향을 평가하기 위해.
• 개발도상국의 현실적 제약 조건 하에서 비약리학적 조치의 효과를 평가하기 위해.
• 실행에 한계가 있는 조치들 사이에서 상호보완적인 조합을 식별하여 패an데믹 부담을 최소화하기 위해.
• 인도의 인구 통계 및 전염병학적 데이터를 기반으로 세부적이고 연령 구조화된 병변 기반 모델을 校정하기 위해.

제안 방법

• 표준 SEIR 프레임워크를 확장하여 연령 구조화된 병변과 별도의 전파 경로를 포함한 시스템 동역학 모델을 개발하였다.
• 거주지, 직장, 학교, 기타 장소별로 구분된 접촉 빈도를 반영하여 다양한 환경에서의 전파 역학을 반영하였다.
• 검사, 추적, 격리, 격리, 마스크 착용 및 위생 조치와 같은 시간에 따라 변화하는 개입 조치를 독립적이고 조정 가능한 레버로 모델링하였다.
• 실제의 확진자 데이터, 인구 피라미드 및 인도 전용 외부 유입률을 사용하여 모델을 校정하였다.
• 감염 및 사망 경로에 미치는 누적 영향을 평가하기 위해 다양한 개입 시나리오를 시뮬레이션하였다.
• 실행 효과성의 변동에 대한 결과의 탄력성을 평가하기 위해 민감도 분 析를 실시하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 인도의 맥락에서 사회적 거리두기 및 위생 조치와 함께 검사 및 접촉자 추적 조치가 전파를 얼마나 효과적으로 줄이는가?
• RQ2 장기적인 봉쇄 조치가 잔존 감염 수준과 패안데믹 재확산에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 한 조치의 실행이 열악할 경우 다른 조치의 성능 향상으로 이를 상쇄할 수 있는가?
• RQ4 거주지, 직장, 학교, 기타 장소별로 구분된 접촉 빈도가 다양한 개입 전략 하에서 전파 역학에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 인도의 연령 구조에 맞는 조합의 개입이 피크 감염 수와 누적 총 감염 수를 최소화하는가?

주요 결과

• 장기적인 봉쇄 조치 이후에도 유증상자와 무증상자 모두에서 비중대한 수의 감염이 지속되어 패안데믹 재확산을 초래한다.
• 유증상자에 대한 고율의 검사, 양성자 격리 및 접촉자 추적과 격리 조합이 전파를 억제하는 데 필수적이다.
• 접촉자 추적, 격리, 격리 및 위생 조치의 효과는 상호보완적이며, 한 분야의 약점은 다른 분야의 강력한 성과로 상쇄된다.
• 마스크 착용과 위생 습관 향상은 특히 학교와 직장과 같은 고접촉 환경에서 전파를 크게 감소시킨다.
• 거주지, 직장, 학교 및 기타 장소에서의 접촉 빈도 감소가 피크 감염률을 크게 낮추고 전염병 확산을 지연시킨다.
• 모델 예측에 따르면, 지속적이고 고영향력 있는 조치가 없을 경우 인도의 패안데믹 궤도는 반복적인 파동에 취약하다.