Mô hình Dễ cảm nhiễm-Ủ bệnh-Truyền nhiễm-Hồi phục (SEIR)

Mô hình SEIR là các mô hình ngăn của sự lây truyền bệnh, phân chia dân số thành những người dễ cảm nhiễm, người ủ bệnh (đã nhiễm nhưng chưa có khả năng lây nhiễm), người truyền nhiễm và người đã hồi phục, sau đó mô tả dòng chảy của các cá nhân giữa các ngăn này theo thời gian. Bằng cách thêm giai đoạn ủ bệnh (tiềm ẩn) vào cấu trúc SIR đơn giản hơn, mô hình SEIR nắm bắt được sự chậm trễ giữa nhiễm trùng và khả năng lây nhiễm, đặc trưng của nhiều bệnh, và đây là một trong những khuôn khổ cơ bản của dịch tễ học bệnh truyền nhiễm.

Definition

Mô hình SEIR là một mô hình lây truyền theo ngăn phân chia dân số thành các nhóm dễ cảm nhiễm, ủ bệnh (tiềm ẩn), truyền nhiễm và đã hồi phục, đồng thời sử dụng tỷ lệ chuyển đổi giữa các nhóm này để mô tả cách một dịch bệnh diễn biến theo thời gian.

Scope

Mục này giải thích ý tưởng mô hình hóa theo ngăn, ý nghĩa của các ngăn S, E, I và R cùng với các chuyển đổi giữa chúng, mối quan hệ của các mô hình này với số lượng sinh sản và các giả định đơn giản hóa mà chúng đưa ra. Đây là một chủ đề tham khảo về phương pháp luận, không phải hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Các ngăn S, E, I và R đại diện cho điều gì, và các cá nhân di chuyển giữa chúng như thế nào?
• Tại sao việc thêm một ngăn ủ bệnh lại quan trọng, và SEIR khác với SIR như thế nào?
• Cấu trúc của mô hình liên quan đến số lượng sinh sản cơ bản như thế nào?
• Những giả định nào, chẳng hạn như sự pha trộn đồng nhất, mà các mô hình này đưa ra?

Key concepts

• Ngăn dễ cảm nhiễm (S)
• Ngăn ủ bệnh / tiềm ẩn (E)
• Ngăn truyền nhiễm (I)
• Ngăn hồi phục / loại bỏ (R)
• Tỷ lệ chuyển đổi (lây truyền, tiến triển, hồi phục)
• Giả định pha trộn đồng nhất
• Mối quan hệ với R0 và ngưỡng

Key theories

Mô hình dịch bệnh theo ngăn

Kermack và McKendrick đã giới thiệu phương pháp tiếp cận theo ngăn, đại diện cho một dịch bệnh dưới dạng dòng chảy giữa các nhóm dễ cảm nhiễm, truyền nhiễm và hồi phục, khuôn khổ mà các mô hình SEIR mở rộng bằng cách chèn một ngăn tiềm ẩn (ủ bệnh).

Đạo hàm thế hệ tiếp theo của R0 trong các mô hình ngăn

Diekmann và các đồng nghiệp đã chỉ ra cách suy ra số lượng sinh sản cơ bản trực tiếp từ cấu trúc của một mô hình ngăn thông qua ma trận thế hệ tiếp theo của nó, liên kết các tỷ lệ chuyển đổi SEIR với hành vi ngưỡng của mô hình.

Mechanisms

Trong mô hình SEIR, các cá nhân dễ cảm nhiễm trở thành người ủ bệnh với tốc độ phụ thuộc vào sự tiếp xúc với các cá nhân truyền nhiễm; các cá nhân ủ bệnh tiến triển sang nhóm truyền nhiễm sau một thời gian ủ bệnh; các cá nhân truyền nhiễm hồi phục (hoặc bị loại bỏ) sau một thời gian truyền nhiễm; và các cá nhân đã hồi phục thường được giả định là miễn dịch. Các dòng chảy này được viết dưới dạng tỷ lệ chuyển đổi, và số lượng sinh sản cơ bản xuất hiện từ sự kết hợp của chúng. Các dạng đơn giản nhất giả định sự pha trộn đồng nhất, tỷ lệ cố định và một quần thể khép kín, và các giả định này có thể được nới lỏng bằng cách thêm các ngăn cho tuổi, cấu trúc không gian hoặc miễn dịch suy giảm. Trường hợp đặc biệt SIR bỏ qua ngăn ủ bệnh khi thời gian ủ bệnh không đáng kể.

Clinical relevance

Các mô hình ngăn như SEIR là nền tảng cho cách các nhà phân tích dự đoán quỹ đạo dịch bệnh và khám phá, ở cấp độ quần thể, cách những thay đổi trong tiếp xúc hoặc miễn dịch sẽ làm thay đổi sự lây lan. Chúng là một khuôn khổ mô hình tham chiếu mô tả động lực học quần thể và không phải là cơ sở cho các quyết định chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.

Epidemiology

SEIR và các mô hình ngăn liên quan đã được sử dụng để nghiên cứu nhiều loại nhiễm trùng có giai đoạn ủ bệnh và để diễn giải dữ liệu bùng phát; các dự đoán của chúng phụ thuộc nhiều vào các thông số và cấu trúc giả định, vì vậy kết quả tốt nhất nên được đọc là phụ thuộc vào kịch bản hơn là dự báo chính xác.

History

Khuôn khổ ngăn có nguồn gốc từ Kermack và McKendrick vào năm 1927. Trong những thập kỷ tiếp theo, nó được phát triển thành các họ SIR và SEIR và được tổng hợp bởi Anderson và May, trong khi các phương pháp thế hệ tiếp theo của Diekmann và các đồng nghiệp đã làm rõ cách số lượng sinh sản xuất phát từ cấu trúc ngăn.

Debates

Cấu trúc mô hình phải thực tế đến mức nào?

Các mô hình SEIR pha trộn đồng nhất đơn giản thì minh bạch nhưng có thể diễn giải sai động lực học khi quần thể có cấu trúc tuổi hoặc tiếp xúc mạnh; mức độ không đồng nhất cần xây dựng là sự đánh đổi giữa tính thực tế với tính khả thi và khả năng nhận dạng, một phán đoán mô hình hóa lặp đi lặp lại.

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

Sự khác biệt giữa mô hình SIR và SEIR là gì?

Mô hình SEIR thêm một ngăn ủ bệnh (tiềm ẩn) cho những cá nhân đã nhiễm nhưng chưa có khả năng lây nhiễm, trong khi mô hình SIR bỏ qua giai đoạn này và giả định các cá nhân trở nên truyền nhiễm ngay khi họ bị nhiễm.

Ngăn 'ủ bệnh' có nghĩa là gì?

Nó đại diện cho những người đã bị nhiễm nhưng vẫn đang trong thời gian ủ bệnh và chưa thể truyền tác nhân; sau đó họ tiến triển sang ngăn truyền nhiễm.