一種新型傳染病空間擴散模擬方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種新型傳染病空間擴散的模擬方法，采用地理信息系統(tǒng)平臺結(jié)合元胞自動機來模擬傳染病的空間傳播模型，適用于包括HIV/AIDS病毒在內(nèi)的多種傳染病，能夠為傳染病的治療和預(yù)防提供參考。
【專利說明】一種新型傳染病空間擴散模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型傳染病空間擴散模擬方法。
【背景技術(shù)】
[0002]元胞自動機作為一種建模方法，利用簡單的演化規(guī)則，對復(fù)雜系統(tǒng)進行的模擬，其應(yīng)用幾乎涉及到社會和自然科學(xué)的各個領(lǐng)域。元胞自動機是一種在時間和空間上都離散的動力系統(tǒng)。在一個空間中劃分出規(guī)則的網(wǎng)格，元胞散布在這些格子中，并且可以取有限個離散狀態(tài)，元胞通過事先設(shè)定的局部規(guī)則與鄰近元胞進行簡單的相互作用，在每一個時間步后，元胞的狀態(tài)可以發(fā)生改變。這種所有元胞狀態(tài)改變的過程就構(gòu)成了整個體統(tǒng)的動態(tài)演化。由于元胞自動機本身的演化規(guī)則很簡單，但是卻可反應(yīng)復(fù)雜的形態(tài)，所以經(jīng)常用于復(fù)雜系統(tǒng)的建模與模擬。
[0003]艾滋病，學(xué)名為“獲得性免疫缺陷綜合癥”，其英文名稱為Acquired ImmuneDeficiency Syndrome,縮寫為AIDS,是一種由逆轉(zhuǎn)錄病毒引起的人體免疫防御系統(tǒng)方面的疾病。艾滋病的出現(xiàn)是由于感染上了存在于人體體液中的艾滋病毒，即“人類免疫力缺陷病毒”，其英文全稱是Human Immunodeficiency Virus (HIV)而引起的。一旦感染上艾滋病毒之后，便會使人體的免疫功能受到破壞，對很多種類疾病失去抵抗力，最終造成患者死亡。現(xiàn)今世界各國還沒有研制出治療艾滋病的特效藥或者可以用于預(yù)防的有效疫苗，控制艾滋病疫情的難度很大，因此艾滋病目前被認(rèn)為是繼黑死病出現(xiàn)以后，人類面臨的最嚴(yán)重的傳染病之一，其病死率為100%。
[0004]自1981年世界上發(fā)現(xiàn)首例艾滋病病例以來，在31年時間里，HIV/AIDS感染人數(shù)不斷增加，增速明顯加快，傳播區(qū)域不斷擴大。早在上世紀(jì)五十年代，HIV病毒就已出現(xiàn)到非洲中西部地區(qū)，在七、八十年代非洲一些發(fā)展較快的城市中已被確認(rèn)有HIV病毒的流行[1]。2008年8月，美國HIV發(fā)病率監(jiān)測系統(tǒng)估算2006年美國新增56300例HIV感染病例，HIV發(fā)病率為0.228%。(95%置信區(qū)間:0.195~0.261)[2]。2011年，由世界衛(wèi)生組織等機構(gòu)聯(lián)合發(fā)布的《2011年全球應(yīng)對艾滋病流行進展報告》顯示，截至2010年底，全球共有3400萬名艾滋病病毒感染者，2010年全世界約有新增艾滋病感染者270萬名，較2001年增長17%
[0005]我國的艾滋病疫情同樣日趨嚴(yán)重。近年來，我國艾滋病病例報告數(shù)一直以平均每年30 %~40 %的速度快速增長。于1985年重慶市發(fā)現(xiàn)第一例艾滋病病人后，HIV從云南沿著主要販毒路線蔓延到鄰近地區(qū)，從注射毒品注射用藥者擴散到他們的性伴侶和兒童。20世紀(jì)90年代中期以來，中國中部一些省份，由于商業(yè)血漿交易，發(fā)生HIV大規(guī)模爆發(fā)[4]。同一時間內(nèi)，HIV也通過性傳播開始蔓延[5]。截至2005年底，我國衛(wèi)生部估計有65萬人感染上HIV (范圍為54~76萬人)，其中有四分之三的感染者來自云南、河南、新疆、廣西和廣東五個省份[6]。我國的艾滋病疫情處于總體低流行，特定人群和局部地區(qū)高流行的態(tài)勢。在各類人群中，吸毒人群(特別是注射吸毒者)HIV感染率最高，并且有明顯的地域差異。哨點監(jiān)測結(jié)果顯示，HIV感染水平較高的哨點仍集中在云南、新疆、四川、廣西、貴州、廣東等省份，如云南省臨滄市、大理州、德宏州、文山州和四川省達州市的吸毒者HIV抗體陽性檢出率均
超過 50%[7]。
[0006]當(dāng)前，HIV/AIDS的流行已不僅是醫(yī)學(xué)問題，而是關(guān)系到民生安全、和諧穩(wěn)定的社會問題。研究人員一直在努力尋找艾滋病防治方法，研究HIV病毒在人群之中的傳播過程和傳播特點。人們逐漸意識到深刻理解艾滋病傳播擴散的過程對艾滋病的防治工作有著重要的意義。
[0007]以往的模擬方法都集中在傳播人數(shù)隨時間變化的一致性評價上，但如果僅僅是要求傳播人數(shù)的一致性，有比元胞更簡單有效的模擬方法，并不能發(fā)揮元胞模擬空間擴散的特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明旨在提供一種新型傳染病空間擴散模擬方法，適用于包括HIV/AIDS病毒在內(nèi)的多種傳染病，為傳染病的治療和預(yù)防提供參考。
[0009]為達到上述目的，本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0010]本發(fā)明公開的新型傳染病空間擴散的模擬方法，包括依次執(zhí)行的以下步驟:
[0011]步驟1，建立指定區(qū)域內(nèi)指定傳染病的地理信息平臺:將所述指定區(qū)域內(nèi)在指定時間內(nèi)的所述指定傳染病的感染者按照其居住地位置錄入數(shù)字化地圖；
[0012]步驟2，劃分單元格，描繪所述感染者的實際分布狀況:按設(shè)定步長將所述指定區(qū)域均分為正方形網(wǎng)格，每個網(wǎng)格即為單元格，再將所有感染者按照其居住地位置分別描繪到相應(yīng)的單元格，計算出每個單元格中感染者的數(shù)量；
[0013]步驟3，建立元胞:所述元胞鄰居規(guī)則采用Moore型，以所述單元格作為中心元胞，作為傳播擴散過程中的感染源；
[0014]步驟4，設(shè)置元胞規(guī)則:設(shè)一個感染者傳染其他人的可能性的參數(shù)為I，則一個中心元胞中Si (t)個患者在t時刻將HIV病毒傳染給其他人的概率Q為:
[0015]ρ -1-(1-/)SfW(i)
[0016]式(1)中，I的取值范圍為O < I < 1。
[0017]步驟5，模擬過程:在一個時間步中，以概率Q隨機的使周圍鄰居和自身元胞中的一個元胞狀態(tài)值Si (t)增加1，即為:
[0018]Si(t+l)=Si (t)+l (2)
[0019]沒有被成功傳染的元胞狀態(tài)值保持不變，即為:
[0020]Sj(t+l)=Sj(t) (3)
[0021]步驟6，模擬結(jié)束:在經(jīng)過k個時間步后，當(dāng)所有元胞狀態(tài)值總和達到NXR時，停止模擬；N為所述指定區(qū)域內(nèi)的感染人數(shù)，R為一個隨機項:
【權(quán)利要求】
1.一種新型傳染病空間擴散的模擬方法，其特征在于，包括依次執(zhí)行的以下步驟: 步驟1，建立指定區(qū)域內(nèi)指定傳染病的地理信息平臺:將所述指定區(qū)域內(nèi)在指定時間內(nèi)的所述指定傳染病的感染者按照其居住地位置錄入數(shù)字化地圖； 步驟2，劃分單元格，描繪所述感染者的實際分布狀況:按設(shè)定步長將所述指定區(qū)域均分為正方形網(wǎng)格，每個網(wǎng)格即為單元格，再將所有感染者按照其居住地位置分別描繪到相應(yīng)的單元格，計算出每個單元格中感染者的數(shù)量； 步驟3，建立元胞:所述元胞鄰居規(guī)則采用Moore型，以所述單元格作為中心元胞，作為傳播擴散過程中的感染源； 步驟4，設(shè)置元胞規(guī)則:設(shè)一個感染者傳染其他人的可能性的參數(shù)為I，則一個中心元胞中Si (t)個患者在t時刻將HIV病毒傳染給其他人的概率Q為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型傳染病空間擴散模擬方法，其特征在于，步驟2中所述設(shè)定步長為10千米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型傳染病空間擴散模擬方法，其特征在于，步驟4中，設(shè)定1=0.1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型傳染病空間擴散模擬方法，其特征在于，步驟4中，設(shè)定1=0.05。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型傳染病空間擴散模擬方法，其特征在于，步驟6中，設(shè)定α =0.05。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型傳染病空間擴散模擬方法，其特征在于，步驟5中，包括中心元胞在內(nèi)的9個鄰居元胞的被中心元胞感染的概率相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型傳染病空間擴散模擬方法，其特征在于，所述時間步的取值采用下述方法設(shè)定:在一個時間步中，每次最多能被中心元胞傳染的人數(shù)為一人。
【文檔編號】G06F19/00GK103793619SQ201410070355
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月27日
【發(fā)明者】楊書, 楊曉虹, 陳衛(wèi)中, 陳園園, 羅靜, 王璐, 鄧丹 申請人:成都醫(yī)學(xué)院