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钟南山团队模型预测:疫情4月底趋于平缓

时间: 2020年03月04日 | 作者: 戚译引 | 来源: 科研圈
钟南山院士团队在《胸部疾病杂志》期刊发文,利用机器学习预测重点省份及全国的新冠疫情发展。研究认为:疫情在二月底已达到峰值,到四月底将趋于平缓……

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图片来源:Pixabay


钟南山院士团队在《胸部疾病杂志》期刊发文,利用机器学习预测重点省份及全国的新冠疫情发展。研究认为:

疫情在二月底已达到峰值,到四月底将趋于平缓;

如果推迟5天采取封城等干预措施,中国大陆地区的感染规模将达到目前的3倍;

如果提前5天采取措施,感染规模将是目前的三分之一;

若逐渐放开对湖北省的限制,将导致当地在三月中旬出现第二个峰值。


撰文 | 戚译引

来源 | 科研圈(ID:keyanquan)


近日,国家卫健委高级别专家组组长、中国工程院院士钟南山领导的团队在《胸部疾病杂志》(Journal of Thoracic Disease)发表研究,用机器学习方法对 2019 冠状病毒病(COVID-19)疫情流行曲线进行了预测,认为疫情在二月底已达到峰值,到四月底将趋于平缓。研究团队还预测,如果推迟五天采取封城等干预措施,中国大陆地区的感染规模将达到目前的 3 倍。此外,解除对湖北省的封锁将导致当地在三月中旬出现第二个峰值,并使疫情持续到四月底,因此团队建议继续采取有力措施进行防控。


《胸部疾病杂志》是一份国际化的同行评审开放获取期刊,由呼吸系统疾病国家重点实验室、广州呼吸系统疾病研究所(GIRH)、广州医学院第一附属医院和转化医学学会(STM)主办,现任主编为钟南山院士。



模型设计和研究方法


这项研究主要使用了 SEIR 模型。模型全称易感-暴露-感染-移除(Susceptible-Exposed-Infectious-Removed),也就是将人群分为这四个可能状态,通过计算人群如何在四种状态之间切换,判断疫情流行规律。


为了控制疫情蔓延,从 1 月 23 日起,中国采取了史无前例的干预措施,包括封城、延长春节假期、严格限制出行和人群聚集、关闭公共场所和进行体温检测。研究假设在 1 月 23 日前每个人每天接触的到的人数为 15 人,1 月 23 日后这个数字下降到 3 人,3 月 1 日后又上升到 10 人(假设复工后仍然采取一定的控制措施)。参考其他文献,研究团队在模型中设定新冠肺炎潜伏期为 7 天,病死率为 3%。


在这些前提下,研究团队对湖北、广东和浙江三个省份以及全国整体的疫情发展进行了预测。此外,研究还使用 2003 年严重急性呼吸综合征(SARS)暴发时的数据,对长短期记忆模型(LSTM)进行训练,预测全国疫情趋势。



各省份疫情预测


研究团队预测,如果继续采取目前的干预措施,湖北省内疫情在 2 月 20 日已达到峰值,当时现存确诊病例预测值为 42 792 例;疫情在四月底基本结束,累计确诊病例最终达到 59 578 例。(卫健委通报显示,2 月 20 日湖北省现存确诊病例实际值为 48 730 例。)


论文还指出:“如果没有及时采取干预措施(即推迟 5 天),2 月 25 日时(湖北省)感染数将达到 115 061 例的峰值,总感染人数将达到 167 598 人。而如果提前五天采取干预措施,感染数将在 2 月 15 日达到峰值,总感染人数不会超过 25 000 人。”


受人口流动规律影响,在全国范围内,广东和浙江累计感染人数长期在第二名、第三名徘徊。研究团队根据铁路、航空和道路交通数据,计算出各省份每天输入和输出的迁移系数(migration index)。


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1 月 1 日到 2 月7 日的迁移系数。图中红色代表湖北,绿色代表广东,蓝色代表浙江;实线代表输入,虚线代表输出。可以看出,强有力的干预措施使得流入广东和浙江的人群数量在 1 月 23 日之后大幅减少,并保持在低水平。


研究预测这两个省份的疫情在 2 月 20 日已达到峰值,当时确诊患者数量预测值分别为 1202 例和 1172 例;疫情预计在四月中旬结束,患者总数分别为 1511 例和 1491 例。如果推迟 5 天采取干预,两个省份的疫情将分别在 2 月 26 日和 25 日达到峰值,每个省份感染人数总计将达到 10 061 例;而如果提前 5 天采取措施,在这两个省份“疫情将得到有效的抑制”。



全国疫情预测


按照目前的干预措施,研究团队预测疫情在 2 月 28 日到达峰值,此时现存确诊预测值为 59 764 例,最终总感染人数将达到 122 122 例。(卫健委通报显示,28 日实际现存确诊为 37 414 例。)


如果推迟 5 天采取干预措施,研究团队预测疫情将在 3 月 4 日到达峰值,当日现存确诊 173 372 例,到四月底感染人数总计高达 351 874 例;如果提早 5 天采取干预措施,全国感染人数将为 40 991 例。


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SEIR 模型预测的全国现存感染人数,包括 1 月 23 日采取干预措施的情况(蓝色)、推迟 5 天采取措施的情况(灰色)和提前 5 天采取干预措施的情况(红色)。实际的确诊人数用空心点标出。


研究团队也对此前同行提出的几个模型进行了回顾。此前有研究预测,即使武汉封城,中国其他城市也会出现大规模疫情暴发。针对广东和浙江这两个人口流动大省的分析表明,这种情况并未发生。研究团队总结,本次研究的模型预测结果符合疫情的实际发展趋势。


研究还认为,逐渐放开对湖北的限制导致新一批易感人群流入,即节后从其他地区返回湖北工作的人群,使当地 3 月 11 日再出现一个小高峰,不过当地现有的一些防控措施有助于减少返程高峰的影响。


本次模型计算中设定新冠肺炎潜伏期为 7 天,而有文献显示潜伏期中位数为 3 天。研究团队使用不同的潜伏期对模型进行测试,发现更短的潜伏期将加快峰值的到来,但是对感染规模没有显著影响。


关于这次研究的局限,研究团队认为依靠核酸检测得出的疫情曲线很可能低于真实数值,只有采集足够的血清学数据才能了解真实的发病率。研究团队也没有考虑实验室检测能力,尽管这个因素可能限制了确诊的数量。最后,研究也没有考虑季节的影响。研究团队指出,有观点认为在非典流行时期,气温变化对疫情发展造成了重要的影响;如果这一规律也适用于 COVID-19,那么广东的疫情将比浙江和湖北更早结束。


论文信息:

Yang Z, Zeng Z, Wang K, Wong SS, Liang W, Zanin M, Liu P, Cao X, Gao Z, Mai Z, Liang J, Liu X, Li S, Li Y, Ye F, Guan W, Yang Y, Li F, Luo S, Xie Y, Liu B, Wang Z, Zhang S, Wang Y, Zhong N, He J. Modified SEIR and AI prediction of the epidemics trend of COVID-19 in China under public health interventions. J Thorac Dis 2020. doi: 10.21037/ jtd.2020.02.64

http://jtd.amegroups.com/article/view/36385/pdf