[논문 리뷰] Public Health Policy: COVID-19 Epidemic and SEIR Model with Asymptomatic Viral Carriers

Weijie Pang|arXiv (Cornell University)|2020. 04. 14.

COVID-19 epidemiological studies참고 문헌 39인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 코로나19 팬데믹 기간 동안 공중보건 정책을 평가하기 위해 무증상 전파를 포함한 SEIRA 전염병 모델을 개발한다. 연구 결과, 확진자 격리만으로는 무증상 전파를 효과적으로 차단할 수 없으며, 일반적인 개인 보호 조치와 격리 조치는 감염 억제 효과가 유사하다. 특히 무증상 또는 경증 증상 환자가 전체 감염의 40%를 차지할 경우, 격리 조치는 80%의 효율을 보이는 개인 보호 조치나 격리 조치보다 75% 더 많은 감염자를 유발한다.

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).

연구 동기 및 목표

• 무증상 바이러스 운반자가 존재하는 상황에서 공중보건 정책이 코로나19 전파에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 확장된 SEIRA 프레임워크를 사용해 무증상 전파가 전염병 확산을 어떻게 이끄는지 모델링하기 위해.
• 확진자 격리, 일반적인 개인 보호, 격리(봉쇄)의 세 가지 주요 개입 조치의 효과성을 비교하기 위해.
• 무증상 비율이 알려지지 않은 공기로 전파되는 전염병에 직면한 공중보건 기관에 근거 있는 권고를 제공하기 위해.
• 전염병 결과가 무증상 전파 비율과 정책 시행 시점에 얼마나 민감한지 정량화하기 위해.

제안 방법

• 증상이 있는 사람(I), 무증상 상태의 사람(E), 회복자(R), 사망자(D)를 별도로 구분한 결정론적 SEIRA 모델을 개발한다.
• 증상이 있는 사람(β^I)과 무증상 운반자(β^E)에 대해 별도의 전파율을 도입하며, 동일한 전염성으로 가정한다.
• 정책별 특성 파rameter로는 격리 효율성(e^Q)과 개인 보호 수칙 준수율(e^F)을 도입한다.
• 무증상 비율(r)을 다양하게 설정해 전염병 역학을 시뮬레이션하며, r ≥ 10%일 경우 임계 임계점으로 확인한다.
• 다양한 참가율에서 확진자 격리, 개인 보호, 격리 정책의 결과를 비교하기 위해 수치 시뮬레이션을 수행한다.
• 정책 시행이 지연되었을 경우와 초기 확진자가 전파 사슬에서 누락되었을 경우의 영향을 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 무증상 전파를 포함한 SEIRA 모델에서 누적 감염자 수와 사망자 수에 무증상 전파 비율(r)이 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ2 공기로 전파되는 전염병 억제에 있어 확진자 격리와 일반적인 개인 보호 조치, 격리 조치 중 어느 것이 상대적으로 더 효과적인가?
• RQ3 무증상 비율(r)이 격리 중심 전략과 보다 포괄적인 공중보건 전략의 성공에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 무증상 전파가 존재할 경우, 정책 시행이 지연되었을 때 전염병 통제에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 일반적인 개인 보호 조치가 전면적 격리 조치와 유사한 효과를 보일 수 있는 조건은 무엇인가?

주요 결과

• 누적 확진자 수와 사망자 수는 무증상 전파 비율(r)과 비선형적으로 정의적 상관관계를 보인다.
• 무증상, 경증, 발견되지 않은 감염자가 전체 감염의 40%를 차지할 경우, 확진자 격리에만 의존할 경우 80%의 효율을 보이는 개인 보호 조치나 격리 조치보다 75% 더 많은 감염자를 초래한다.
• 참여자 준수율이 동일할 경우, 일반적인 개인 보호 조치와 격리 조치는 유사한 전염병 억제 효과를 나타낸다.
• 무증상 운반자가 널리 퍼져 있을 경우, 특히 r ≥ 10%일 경우, 확진자 격리만으로는 전파를 통제하기에 부족하다.
• r ≥ 10%일 경우, 공중보건 정책은 검사와 접촉자 추적과 함께 일반적인 개인 보호 조치—특히 마스크 착용—을 우선시해야 한다.
• 확진자 격리와 개인 보호 조치가 전염병을 통제하지 못할 경우, 격리는 여전히 필수적인 마지막 수단이지만, 상당한 사회적·경제적 비용을 수반한다.