[论文解读] Sustainable Border Control Policy in the COVID-19 Pandemic: A Math Modeling Study

Zhen Zhu, Enzo Weber+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 28, 2020

COVID-19 epidemiological studies被引用 5

一句话总结

本研究提出了一种新颖的SUIHR数学模型，用于评估新冠疫情下可持续的边境管控政策，整合了无症状传播、接触者追踪及出发前筛查。研究发现，只有当输入病例数保持稳定且国内控制严格时，才能在不实施封锁或依赖群体免疫的情况下遏制疫情暴发，因此对大多数地区而言，极端边境管控并非必要。

ABSTRACT

Imported COVID-19 cases, if unchecked, can jeopardize the effort of domestic containment. We aim to find out what sustainable border control options for different entities (e.g., countries, states) exist during the reopening phases, given their own choice of domestic control measures and new technologies such as contact tracing. We propose a SUIHR model, which represents an extension to the discrete time SIR models. The model focuses on studying the spreading of virus predominantly by asymptomatic and pre-symptomatic patients. Imported risk and (1-tier) contact tracing are both built into the model. Under plausible parameter assumptions, we seek sustainable border control policies, in combination with sufficient internal measures, which allow entities to confine the virus without the need to revert back to more restrictive life styles or to rely on herd immunity. When the base reproduction number of COVID-19 exceeds 2.5, even 100% effective contact tracing alone is not enough to contain the spreading. For an entity that has completely eliminated the virus domestically, and resumes "normal", very strict pre-departure screening and test and isolation upon arrival combined with effective contact tracing can only delay another outbreak by 6 months. However, if the total net imported cases are non-increasing, and the entity employs a confining domestic control policy, then the total new cases can be contained even without border control.

研究动机与目标

• 确定可持续的边境管控政策，防止新冠疫情卷土重来，且不需重新实施封锁或依赖群体免疫。
• 评估接触者追踪、出发前检测和检疫措施如何与不同流行病情景下的国内控制措施相互作用。
• 确定在何种条件下，如中国实施的极端边境管控措施是合理可取的，或反之是不必要的。
• 将国家划分为三类（G1：根除，G2：抑制，G3：群体免疫），并评估针对每一类的定制化边境管控策略。
• 为重启阶段提供基于证据的、限制最少的边境管控策略，与国内公共卫生目标保持一致。

提出的方法

• 开发离散时间SUIHR模型（易感者、无症状感染者、感染者、住院者、康复者），以模拟传播动态，重点关注无症状和前症状期传播。
• 整合两项关键干预措施：(1) 出发前检测，(2) 带有现实延迟和追踪效率的单层接触者追踪。
• 采用基于真实世界数据的合理参数估计，包括R₀ > 2.5、潜伏期和病毒排出模式。
• 将净输入病例流量作为关键指标：可持续政策要求净输入量不增加。
• 比较在不同国内控制水平（如严格抑制与根除）和边境管控严格程度下的结果。
• 评估当R₀ > 2.5时，100%有效接触者追踪失效的临界点。

实验结果

研究问题

• RQ1 在有效国内抑制的前提下，边境管控在何种条件下可放松而不引发疫情卷土重来？
• RQ2 当R₀超过2.5时，100%接触者追踪单独使用在遏制输入病例方面有多有效？
• RQ3 对于已根除国内传播的国家，出发前筛查和隔离最多可延迟多长时间？
• RQ4 已根除国内传播的国家能否在无额外管控措施下，安全地向其他处于根除水平的实体开放边境？
• RQ5 边境管控与国内措施的何种组合可实现可持续控制，且无需封锁或依赖群体免疫？

主要发现

• 当R₀超过2.5时，即使接触者追踪效率达到100%，也仍不足以遏制病毒传播，凸显了需额外措施的必要性。
• 对于已完全根除国内传播的国家，100%出发前筛查和抵达后14天机构隔离，最多只能将新疫情暴发延迟6个月。
• 若净输入病例保持非增加趋势且国内控制足够严格，则即使不实施任何边境管控措施，新病例总数也可被控制住。
• 处于G1类（如中国、新西兰）的国家，若已根除国内传播，可合理实施极端边境管控，但此类措施对其他实体并非必要。
• 处于G2类（抑制策略）的国家，若输入风险稳定且国内控制持续，可安全地向其他G2类或G1类实体开放边境。
• 向G3类实体（群体免疫策略）开放边境，需辅以出发前检测和抵达后隔离，以防止输入风险。