مدل‌های مستعد-در معرض-آلوده-بهبود یافته (SEIR)

مدل‌های SEIR مدل‌های محفظه‌ای انتقال بیماری هستند که جمعیت را به افراد مستعد، در معرض (آلوده اما هنوز عفونی نشده)، عفونی، و بهبود یافته تقسیم می‌کنند و سپس جریان افراد بین این محفظه‌ها را در طول زمان توصیف می‌کنند. با افزودن یک مرحله در معرض (نهفته) به ساختار ساده‌تر SIR، مدل SEIR تأخیر بین عفونت و عفونی شدن را که بسیاری از بیماری‌ها را مشخص می‌کند، به تصویر می‌کشد و یکی از چارچوب‌های اصلی اپیدمیولوژی بیماری‌های عفونی است.

Definition

مدل SEIR یک مدل انتقال محفظه‌ای است که جمعیت را به طبقات مستعد، در معرض (نهفته)، عفونی و بهبود یافته تقسیم می‌کند و از نرخ‌های انتقال بین این طبقات برای توصیف چگونگی تکامل یک اپیدمی در طول زمان استفاده می‌کند.

Scope

این مدخل ایده مدل‌سازی محفظه‌ای، معنای محفظه‌های S، E، I و R و انتقال بین آن‌ها، رابطه این مدل‌ها با عدد تکثیر پایه، و مفروضات ساده‌کننده‌ای که آن‌ها مطرح می‌کنند را توضیح می‌دهد. این یک موضوع مرجع روش‌شناختی است، نه راهنمایی بالینی.

Core questions

• محفظه‌های S، E، I و R چه چیزی را نشان می‌دهند و افراد چگونه بین آن‌ها حرکت می‌کنند؟
• چرا افزودن یک محفظه در معرض اهمیت دارد و SEIR چگونه با SIR تفاوت دارد؟
• ساختار مدل چگونه با عدد تکثیر پایه مرتبط است؟
• این مدل‌ها چه مفروضاتی، مانند اختلاط همگن، را مطرح می‌کنند؟

Key concepts

• محفظه مستعد (S)
• محفظه در معرض / نهفته (E)
• محفظه عفونی (I)
• محفظه بهبود یافته / حذف شده (R)
• نرخ‌های انتقال (انتقال، پیشرفت، بهبودی)
• فرض اختلاط همگن
• رابطه با R0 و آستانه

Key theories

مدل‌سازی اپیدمی محفظه‌ای

کرمک و مک‌کندریک رویکرد محفظه‌ای را معرفی کردند که یک اپیدمی را به عنوان جریان‌هایی بین طبقات مستعد، عفونی و بهبود یافته نشان می‌دهد، چارچوبی که مدل‌های SEIR با وارد کردن یک محفظه نهفته (در معرض) آن را گسترش می‌دهند.

استخراج نسل بعدی R0 در مدل‌های محفظه‌ای

دایکمن و همکارانش نشان دادند که چگونه می‌توان عدد تکثیر پایه را مستقیماً از ساختار یک مدل محفظه‌ای از طریق ماتریس نسل بعدی آن استخراج کرد و نرخ‌های انتقال SEIR را به رفتار آستانه‌ای مدل مرتبط ساخت.

Mechanisms

در یک مدل SEIR، افراد مستعد با نرخی که به تماس با افراد عفونی بستگی دارد، در معرض قرار می‌گیرند؛ افراد در معرض پس از یک دوره نهفتگی به طبقه عفونی پیشرفت می‌کنند؛ افراد عفونی پس از یک دوره عفونی بهبود می‌یابند (یا حذف می‌شوند)؛ و افراد بهبود یافته معمولاً مصون فرض می‌شوند. این جریان‌ها به عنوان نرخ‌های انتقال نوشته می‌شوند و عدد تکثیر پایه از ترکیب آن‌ها پدیدار می‌شود. ساده‌ترین اشکال، اختلاط همگن، نرخ‌های ثابت و یک جمعیت بسته را فرض می‌کنند، و این مفروضات را می‌توان با افزودن محفظه‌هایی برای سن، ساختار فضایی یا کاهش ایمنی، تعدیل کرد. حالت خاص SIR زمانی که دوره نهفتگی ناچیز است، محفظه در معرض را حذف می‌کند.

Clinical relevance

مدل‌های محفظه‌ای مانند SEIR اساس نحوه پیش‌بینی مسیرهای اپیدمی توسط تحلیلگران و بررسی، در سطح جمعیت، چگونگی تغییر گسترش با تغییرات در تماس یا ایمنی را تشکیل می‌دهند. آن‌ها یک چارچوب مدل‌سازی مرجع هستند که دینامیک جمعیت را توصیف می‌کنند و مبنایی برای تصمیم‌گیری‌های تشخیصی یا درمانی فردی نیستند.

Epidemiology

مدل‌های SEIR و مدل‌های محفظه‌ای مرتبط برای مطالعه طیف وسیعی از عفونت‌ها با مرحله نهفته و تفسیر داده‌های شیوع استفاده شده‌اند؛ پیش‌بینی‌های آن‌ها به شدت به پارامترها و ساختار مفروض بستگی دارد، بنابراین خروجی‌ها بهتر است به عنوان وابسته به سناریو خوانده شوند تا پیش‌بینی‌های دقیق.

History

چارچوب محفظه‌ای با کرمک و مک‌کندریک در سال ۱۹۲۷ آغاز شد. در دهه‌های بعدی، این چارچوب به خانواده‌های SIR و SEIR بسط داده شد و توسط اندرسون و می ترکیب گردید، در حالی که روش‌های نسل بعدی دایکمن و همکارانش چگونگی استخراج عدد تکثیر از ساختار محفظه‌ای را روشن کردند.

Debates

ساختار مدل چقدر باید واقع‌بینانه باشد؟

مدل‌های ساده SEIR با اختلاط همگن شفاف هستند اما ممکن است دینامیک را زمانی که جمعیت‌ها به شدت بر اساس سن یا ساختار تماس هستند، اشتباه بیان کنند؛ میزان ناهمگنی که باید در نظر گرفته شود، واقع‌گرایی را با قابلیت ردیابی و شناسایی مبادله می‌کند، که یک قضاوت مدل‌سازی تکراری است.

Key figures

• William Ogilvy Kermack
• Anderson Gray McKendrick
• Roy Anderson
• Robert May
• Odo Diekmann
• Matt Keeling

Seminal works

• kermack-mckendrick-1927
• diekmann-1990
• anderson-may-1991

Frequently asked questions

تفاوت بین مدل‌های SIR و SEIR چیست؟

مدل SEIR یک محفظه در معرض (نهفته) برای افرادی که آلوده شده‌اند اما هنوز عفونی نیستند، اضافه می‌کند، در حالی که مدل SIR این مرحله را حذف می‌کند و فرض می‌کند افراد به محض آلوده شدن، عفونی می‌شوند.

محفظه «در معرض» به چه معناست؟

این محفظه افرادی را نشان می‌دهد که آلوده شده‌اند اما هنوز در دوره نهفتگی هستند و نمی‌توانند عامل بیماری را منتقل کنند؛ آن‌ها بعداً به محفظه عفونی پیشرفت می‌کنند.