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《华中科技大学》 2017年
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手足口病发病趋势预测及传播动力学模拟研究

刘建华  
【摘要】:目的深入研究和了解手足口病的流行病学特征和病毒分布特征及危险因素,预测和掌握该病的流行趋势及规律,对于更好的防控手足口病,保护学龄前儿童身心健康,完善防控手段和制定防控策略具有重要意义。方法1.利用GIS软件绘制县级地区发病率分布情况图。利用Geocoding软件对所有报告病例进行经纬度定位,再导入GIS软件开展核密度分析,绘制核密度和点密度图。2.开展个体危险因素和群体危险因素现场调查,利用Epidata软件建立数据库,再利用SAS统计软件进行多因素Logistic逐步回归分析,并计算相关危险因素的OR值及95%可信区间,筛选个体及群体危险因素。3.依据2008年~2016年手足口病各月发病率数据,利用ARIMA模型进行建模和预测,产出线性预测序列和残差序列。依据残差数据序列,利用NARNN模型进行建模和预测,进一步产出残差预测序列。再将两者结果进行综合,最终形成发病率预测结果序列。4.根据2008~2016年各月发病率特征,按照发病率高低将手足口病月发病率(1/10万)划分为3个状态(发病率7.5;7.5≤发病率10;发病率≥10)。再建立马尔科夫链模型计算预测区间转移概率,得出2017年各月发病率所处状态预测结果。5.利用传播动力学方法建立SIR模型,结合全局敏感性和不确定性分析考察各因素间影响程度,利用Matlab软件实现疫情模拟计算过程,从而判断疫情走势。结果1.流行特征方面:宜昌市2008~2016年间共报告手足口病病例37988例,报告发病率总体呈锯齿状,偶数年发病率较高而奇数年较低。全年发病呈4~6月和11~12月双高峰。长江水系流经乡镇和非流经乡镇的月累计报告发病数差异有统计学意义(X~2=117.93,P0.0001)。报告病例点密度分析集中趋势同各县级累计报告病例数占总病例数的百分比结果一致,排名前三位的地区为西陵区、夷陵区和宜都市。人群不同性别(X~2=30.90,P0.0001)、类别(X~2=52.99,P0.0001)和年龄(X~2=4.06,P=0.0440)分布差异具有统计学意义。九年间检测阳性3162例,其中EV71病毒感染2226例,占实验室检测病例数的70.40%;CoxA16病毒感染454例,占14.36%;其他肠道病毒感染482例,占15.24%。EV71病毒检测阳性病例核密度分布主要集中于宜昌市城区和夷陵区晓溪塔街道。其他肠道病毒检测阳性病例主要集中于秭归县茅坪镇和长阳县龙舟坪镇。CoxA16病毒分布范围较EV71病毒最广,主要集中于宜昌市城区和兴山县古夫镇。2.个体危险因素分析方面:居住在低层(1~3层)为患病者的保护因素(OR=0.698)。居住地周边有公共厕所是患病者的危险因素(OR=1.294)。通过传统媒体了解疫苗信息(OR=2.785),手足口病知识知晓情况评分为0分是不患病者的危险因素(OR=2.535)。人工喂养方式(OR=1.837),身体状况良好(OR=3.573)是不患病者的危险因素。参加课外学习班,能独立排便者,有家族史者,有过敏史者,共用水杯者,啃咬手指者,最近10天去过长途汽车或者火车站者以及最近10天去过商场超市者是手足口病不患病者的保护因素,其OR值分别为0.648、0.473、0.315、0.568、0.670、0.566、0.492 和 0.802。3.群体危险因素分析方面:教职工人数与幼儿数配比高于1:5标准,教职工人数与幼儿数配比在1:5~1:7标准范围内,幼儿园配备医务室以及幼儿园有专车接送学生者是手足口病发病率较低地区的保护因素,其OR值分别为0.079、0.193、0.175和0.101。公共厕所有灭蝇蛆措施和粪池加盖者是手足口病发病率较低地区的危险因素,其OR值分别为14.346和10.629。4.预测和模拟方面:根据拟合优度(BIC=3.022)和LB统计量(P=0.334)选定最优模型为ARIMA(1,0,5)×(1,1,0)_12。ARIMA模型预测结果同实际值之间存在一定差异,但对发病高峰等基本趋势预测相符。根据均方误差、相关系数(R=0.89251)最终确定隐含层神经单元数为15,时延数为5时的NARNN模型最优。ARIMA-NARNN组合模型预测结果进一步显示发病呈总体下降趋势。从马尔科夫模型对2017年发病率状态预测结果看,各月发病率落在低发病率状态区间的概率较大。不确定性分析结果显示在k~β(2,7)时,理想状态下和考虑群体影响因素时疫情会持续蔓延的可能性分别约为98.75%和98.44%;k~β(0.5,10)时可能性约为78.75%和80.31%;K~β(0.2,15)时可能性约为45.78%和45.31%。在理想状态下,若不采取任何防控措施时,经过约30个单位时间感染者数量快速攀升至峰值;随着防控措施落实程度加强,高峰出现推迟,且峰值下降迅速。在考虑群体影响因素时,防控措施对峰值出现时间(150~200个单位时间之间)影响不大,但防控措施越严密其峰值就越小。结论1.宜昌市手足口病发病周期性明显且存在地域上的相对集中趋势。2.影响宜昌市发病的个体危险因素复杂多样,个体差异、环境因素、行为因素和认知因素共同构成发病原因集合。3.群体危险因素对手足口病发病的影响可能通过教职工、医务室、校车以及园内公共厕所等关键节点实现。4.宜昌市2017年手足口病呈总体下降趋势,发病率将可能处在较低的状态。暴发疫情模拟显示,群体因素及防控时机对疫情态势影响较大,但接触不是传播的唯一因素。数据质量较高时可用ARIMA建模预测;资料质量难把握时,组合模型可能更优。区间划分得当则马尔科夫链模型可实现急性传染病短期趋势预测。GSUA方法和SIR结合,可更好的认识和把握疾病流行特征、关键控制节点以及发展态势,为防控提供有用信息。创新点1.利用GIS方法开展分析,较好把握了手足口病的流行特征和集中趋势。2.群体与个体因素研究的结合,弥补了手足口病在一般个体及群体危险因素调查上的缺失和不足。3.从宏观和微观角度分别建模开展预测和模拟,全面深入地探讨了手足口病的发生和发展过程及趋势。局限性1.若能进一步开展随访观察,应能更好的解释研究结果。2.不同地区社会、经济和人文等因素存在差异,结果外推需谨慎。3.若能结合实验室检测查明血清型和病毒亚型,将为防控策略制定提供更多科学依据。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:R512.5;R181.3

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