傳染病暴發(fā)規(guī)模對(duì)傳染病預(yù)警閾值設(shè)定的影響*

王瑞平 吳毅凌 毛 琦 郭曉芹 趙根明

【提 要】 目的 基于國(guó)家傳染病自動(dòng)預(yù)警信息系統(tǒng)(CIDARS),分析傳染病暴發(fā)規(guī)模對(duì)傳染病預(yù)警模型閾值設(shè)定的影響,為今后調(diào)整傳染病預(yù)警閾值提供依據(jù)。方法 按照控制圖預(yù)警模型原理,選擇2010-2015年松江區(qū)6種重點(diǎn)傳染病的病例信息資料,設(shè)置12個(gè)備選預(yù)警閾值,同時(shí)挑選松江區(qū)6種重點(diǎn)傳染病暴發(fā)疫情各1起,通過(guò)分析預(yù)警閾值的靈敏度(Se)、假陽(yáng)性率(FAR)、預(yù)警及時(shí)性(TD)分別優(yōu)選出6種傳染病基于不同暴發(fā)量級(jí)的最佳預(yù)警閾值。結(jié)果 水痘基于不同暴發(fā)量級(jí)的最佳預(yù)警閾值為P40、P40、P50和P60;手足口病基于不同暴發(fā)量級(jí)的最佳預(yù)警閾值為P40、P50、P55和P70;猩紅熱基于不同暴發(fā)量級(jí)的最佳預(yù)警閾值均為P95;其它感染性腹瀉基于不同暴發(fā)量級(jí)的最佳預(yù)警閾值為P75、P95、P95和P95;流行性腮腺炎基于不同暴發(fā)量級(jí)的最佳預(yù)警閾值為P80、P95、P95和P95;流行性感冒基于不同暴發(fā)量級(jí)的最佳預(yù)警閾值為P80、P90、P95和P95。結(jié)論 隨著傳染病“暴發(fā)”量級(jí)的升高,傳染病最佳預(yù)警閾值也越大。同時(shí),日?qǐng)?bào)告病例數(shù)越少,傳染病暴發(fā)量級(jí)對(duì)其最佳預(yù)警閾值優(yōu)選的影響增小。

傳染病預(yù)測(cè)預(yù)警是根據(jù)收集到的傳染病疫情報(bào)告和疫情監(jiān)測(cè)資料,對(duì)疫情發(fā)生的區(qū)域、規(guī)模等進(jìn)行綜合評(píng)估和預(yù)測(cè),然后在一定范圍內(nèi),采取適當(dāng)?shù)姆绞筋A(yù)先發(fā)布事件威脅的警告[1],進(jìn)而及時(shí)發(fā)現(xiàn)暴發(fā)和流行的苗頭,降低發(fā)病率和死亡率。目前,傳染病預(yù)警預(yù)測(cè)已成為疾病監(jiān)測(cè)信息體系的重要內(nèi)容[2-4],而預(yù)警模型是探測(cè)傳染病聚集性疫情的關(guān)鍵技術(shù)[5-6]。既往研究顯示,傳染病暴發(fā)疫情規(guī)模大小在一定程度上影響傳染病監(jiān)測(cè)系統(tǒng)早期預(yù)警的效果[7-9]。傳染病暴發(fā)疫情規(guī)模對(duì)CIDARS(China infectious disease automated-alert and response system)系統(tǒng)中預(yù)警閾值設(shè)置的影響未見(jiàn)報(bào)道。本研究擬通過(guò)既往發(fā)生的真實(shí)傳染病暴發(fā)疫情,并設(shè)置不同的暴發(fā)規(guī)模量級(jí),探索性分析傳染病暴發(fā)規(guī)模對(duì)傳染病預(yù)警模型閾值設(shè)定的影響,為今后調(diào)整傳染病預(yù)警閾值提供依據(jù)。

材料與方法

1.資料來(lái)源

本研究的資料為上海市松江區(qū)6種重點(diǎn)傳染病疫情資料,包括水痘、手足口病、猩紅熱、其它感染性腹瀉、流行性腮腺炎和流行性感冒。疫情資料來(lái)源于“中國(guó)疾病預(yù)防控制信息系統(tǒng)”中“疾病監(jiān)測(cè)信息報(bào)告管理系統(tǒng)”模塊。利用“疾病監(jiān)測(cè)信息報(bào)告管理系統(tǒng)”查詢、下載、篩選、整理出2010-2015年松江區(qū)6種重點(diǎn)傳染病的病例信息資料。

2.建立預(yù)警模型

根據(jù)控制圖預(yù)警模型原理[10],以“日”為預(yù)警單位,以松江區(qū)重點(diǎn)傳染病每日所在觀察“周”既往5年(2010-2014年)及該周前后各2周的周發(fā)病數(shù)為基線數(shù)據(jù),分別計(jì)算指定的百分位數(shù)(P40、P45、P50、P55、P60、P65、P70、P75、P80、P85、P90、P95),作為該病2015年每日的預(yù)警閾值,建立預(yù)警模型。

3.暴發(fā)規(guī)模設(shè)定

根據(jù)松江區(qū)6種重點(diǎn)傳染病歷史疫情,考慮傳染病“暴發(fā)”持續(xù)時(shí)間和影響范圍,挑選各病種1次“暴發(fā)”疫情,然后以該“暴發(fā)”為基礎(chǔ),分別設(shè)置0.5、1.0、2.0、4.0四個(gè)量級(jí)代表暴發(fā)規(guī)模,將4個(gè)不同量級(jí)的暴發(fā)疫情每日病例數(shù)以“月”為間隔分別插入2015年各病種的實(shí)際發(fā)生病例數(shù)(為方便計(jì)算,每月從1號(hào)開(kāi)始插入,如果某月本身有暴發(fā)疫情,忽略暴發(fā)疫情插入)。

4.預(yù)警閾值優(yōu)選級(jí)“暴發(fā)”規(guī)模影響評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)建立的預(yù)警模型,分別用12個(gè)預(yù)警閾值對(duì)2015年包含插入的4個(gè)不同量級(jí)暴發(fā)疫情病例數(shù)進(jìn)行預(yù)警,優(yōu)選出不同量級(jí)暴發(fā)疫情的最佳預(yù)警閾值。評(píng)價(jià)指標(biāo)包括:靈敏度(sensitivity,Se)、假陽(yáng)性率(false alarm rate,FAR)和預(yù)警及時(shí)性(time to detection,T)。靈敏度為預(yù)警模型探測(cè)到的暴發(fā)疫情數(shù)與暴發(fā)疫情總數(shù)之商;假陽(yáng)性率為預(yù)警模型發(fā)出的假陽(yáng)性信號(hào)天數(shù)與無(wú)暴發(fā)疫情天數(shù)之商;預(yù)警及時(shí)性為預(yù)警信號(hào)發(fā)出日期和該起暴發(fā)疫情首發(fā)病例發(fā)病日期之間時(shí)間間隔的中位數(shù),如果預(yù)警信號(hào)在水痘聚集性疫情的首日即發(fā)出預(yù)警信號(hào),則預(yù)警及時(shí)性為“0”。當(dāng)探測(cè)用時(shí)短,靈敏度高,而假陽(yáng)性信號(hào)率低時(shí),其對(duì)應(yīng)的Px為最佳預(yù)警閾值。

5.統(tǒng)計(jì)分析

應(yīng)用R軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。統(tǒng)計(jì)方法包括預(yù)警模型建立,靈敏度、假陽(yáng)性率和預(yù)警及時(shí)性計(jì)算等。

結(jié) 果

1.松江區(qū)6種重點(diǎn)傳染病發(fā)病率和日?qǐng)?bào)告病例數(shù)

2015年,松江區(qū)共報(bào)告手足口病3463例,年發(fā)病率197.22/10萬(wàn),日?qǐng)?bào)告病例數(shù)的中位數(shù)為8例;共報(bào)告水痘1335例,年發(fā)病率76.03/10萬(wàn),日?qǐng)?bào)告病例數(shù)的中位數(shù)為3例;共報(bào)告其它感染性腹瀉927例,年發(fā)病率52.79/10萬(wàn),日?qǐng)?bào)告病例數(shù)的中位數(shù)為2例;共報(bào)告猩紅熱647例,年發(fā)病率36.85/10萬(wàn),日?qǐng)?bào)告病例數(shù)的中位數(shù)為1例;共報(bào)告流行性感冒337例,年發(fā)病率19.19/10萬(wàn);共報(bào)告流行性腮腺炎83例,年發(fā)病率4.73/10萬(wàn)。見(jiàn)圖1。

圖1 2015年松江區(qū)6種重點(diǎn)傳染病日?qǐng)?bào)告病例數(shù)分布圖

2.松江區(qū)6種重點(diǎn)傳染病納入暴發(fā)疫情情況

圖2為挑選出的傳染病暴發(fā)疫情的日病例數(shù)。6種重點(diǎn)傳染病暴發(fā)疫情的持續(xù)時(shí)間最短為9天,最長(zhǎng)為21天。日?qǐng)?bào)告病例數(shù)最少1例,最多22例。

3.傳染病基于不同“暴發(fā)”規(guī)模的預(yù)警閾值優(yōu)選

以水痘為例,分別基于“暴發(fā)”設(shè)置0.5、1.0、2.0和4.0四個(gè)規(guī)模量級(jí),分析不同暴發(fā)量級(jí)對(duì)傳染病預(yù)警閾值選擇的影響。如表1所示,當(dāng)水痘暴發(fā)量級(jí)為0.5時(shí),綜合考慮各備選預(yù)警閾值的靈敏度、預(yù)警及時(shí)性和假陽(yáng)性信號(hào)率后,將P40作為最佳預(yù)警閾值,該預(yù)警閾值的靈敏度為100%,預(yù)警及時(shí)性為4天,假陽(yáng)性信號(hào)率為42.20%;當(dāng)暴發(fā)量級(jí)量級(jí)為1時(shí),P40為最佳預(yù)警閾值,其靈敏度為100%,預(yù)警及時(shí)性為2.5天;當(dāng)暴發(fā)量級(jí)分別為2和4時(shí),水痘的最佳預(yù)警閾值為P50和P60,見(jiàn)表1。

4.傳染病基于不同“暴發(fā)”規(guī)模的預(yù)警閾值優(yōu)選

如表2所示,隨著傳染病“暴發(fā)”量級(jí)的升高,傳染病最佳預(yù)警閾值增大。同時(shí),傳染病每日?qǐng)?bào)告病例數(shù)也會(huì)影響預(yù)警閾值的設(shè)定,對(duì)于水痘和手足口病,每日基礎(chǔ)報(bào)告病例數(shù)較多,當(dāng)暴發(fā)量級(jí)為0.5時(shí),最佳預(yù)警閾值均為P40,暴發(fā)量級(jí)為1時(shí),最佳預(yù)警閾值分別為P40和P50,暴發(fā)量級(jí)為2時(shí),最佳預(yù)警閾值分別為P50和P55,暴發(fā)量級(jí)為4時(shí),最佳預(yù)警閾值分別為P60和P70;對(duì)于猩紅熱、其它感染性腹瀉、流行性腮腺炎和流行性感冒,每日基礎(chǔ)報(bào)告病例數(shù)較少,當(dāng)暴發(fā)量級(jí)設(shè)定為1、2和4時(shí),最佳預(yù)警閾值均為P95,(除流行性感冒,暴發(fā)量級(jí)為1時(shí),最佳預(yù)警閾值為P90)。

圖2 松江區(qū)重點(diǎn)傳染病暴發(fā)疫情日病例數(shù)

備選閾值暴發(fā)量級(jí)=0.5暴發(fā)量級(jí)=1暴發(fā)量級(jí)=2暴發(fā)量級(jí)=4SeTFARSeTFARSeTFARSeTFARP40100.004.0042.20100.002.5049.71100.002.0058.96100.001.0065.90P45100.004.5035.84100.004.0044.51100.002.0054.34100.002.0060.69P50100.004.5030.64100.004.0038.15100.002.0048.55100.002.0056.65P55100.005.0021.97100.004.0027.17100.003.0041.62100.002.0049.13P60100.005.0017.34100.004.0021.39100.004.0035.26100.002.0044.51P65100.005.0014.45100.004.5017.92100.004.0031.79100.002.5041.62P70100.005.509.83100.004.5013.29100.004.0028.32100.002.5038.15P7592.865.506.36100.005.009.83100.004.0017.34100.002.5034.68P8092.867.001.73100.005.004.05100.004.0012.72100.003.0028.90P8582.147.000.58100.005.500.58100.004.008.09100.003.5026.01P9071.4316.000.58100.006.000.58100.004.004.62100.004.0022.54P9571.4316.000.58100.007.000.58100.004.502.31100.004.0015.61

表2 松江區(qū)重點(diǎn)傳染病基于不同“暴發(fā)”量級(jí)的預(yù)警閾值優(yōu)選

討 論

盡早發(fā)現(xiàn)傳染病聚集性疫情,并及時(shí)采取有效的控制措施,可有效降低傳染病造成的發(fā)病和死亡,具有重要的公共衛(wèi)生學(xué)意義[11]。因此,開(kāi)展傳染病預(yù)警預(yù)測(cè),早期探測(cè)發(fā)現(xiàn)聚集性疫情事件始終是公共衛(wèi)生領(lǐng)域關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題[12]。在傳染病早期預(yù)警中,傳染病暴發(fā)疫情規(guī)模大小在一定程度上影響傳染病監(jiān)測(cè)系統(tǒng)早期預(yù)警的效果[7-9]。傳染病疫情規(guī)模越大、首發(fā)病例數(shù)越多、持續(xù)時(shí)間跨度越長(zhǎng),其相應(yīng)的預(yù)警信號(hào)越容易被監(jiān)測(cè)系統(tǒng)早期探測(cè)到,提高傳染病監(jiān)測(cè)系統(tǒng)探測(cè)的靈敏度和及時(shí)性[9]。

Jie Kuang等人[9,13-15]的研究結(jié)果顯示,隨著插入的暴發(fā)疫情規(guī)模增加,MPM(moving percentile method)、EMWA(exponentially weighted moving average)和CUSUM(cumulative sum)模型均可以更早地發(fā)出早期預(yù)警信號(hào),同時(shí)靈敏度也有所升高。本研究中,通過(guò)插入模擬暴發(fā)疫情并對(duì)其設(shè)置不同量級(jí),據(jù)此優(yōu)選傳染病基于不同暴發(fā)量級(jí)的最佳預(yù)警閾值,分析傳染病暴發(fā)規(guī)模對(duì)傳染病預(yù)警閾值設(shè)定的影響。研究結(jié)果顯示,隨著傳染病“暴發(fā)”量級(jí)的升高,傳染病最佳預(yù)警閾值增大。同時(shí),傳染病每日?qǐng)?bào)告病例數(shù)也會(huì)影響預(yù)警閾值的設(shè)定。對(duì)于水痘和手足口病,每日基礎(chǔ)報(bào)告病例數(shù)較多,隨著暴發(fā)量級(jí)升高,其最佳預(yù)警閾值增大,探測(cè)及時(shí)性提高,對(duì)于猩紅熱、其它感染性腹瀉、流行性腮腺炎、流行性感冒和風(fēng)疹,每日基礎(chǔ)報(bào)告病例數(shù)較少,當(dāng)暴發(fā)量級(jí)設(shè)定為1、2和4時(shí),傳染病的最佳預(yù)警閾值為P95,預(yù)警靈敏度均為100%,探測(cè)及時(shí)性為0天,但假陽(yáng)性信號(hào)率高。

根據(jù)上述結(jié)果,在缺乏聚集性疫情數(shù)據(jù)情況下開(kāi)展傳染病監(jiān)測(cè)系統(tǒng)早期預(yù)警閾值優(yōu)選或預(yù)警效果評(píng)價(jià)時(shí),可以通過(guò)插入模擬的暴發(fā)疫情實(shí)現(xiàn)。值得注意的是,在插入模擬暴發(fā)疫情時(shí),應(yīng)綜合考慮目標(biāo)傳染病的基礎(chǔ)病例數(shù)和潛在的暴發(fā)數(shù)設(shè)置暴發(fā)量級(jí),如果傳染病的基礎(chǔ)病例數(shù)很少,可以適當(dāng)降低插入的暴發(fā)疫情量級(jí),因?yàn)檩^低的暴發(fā)疫情量級(jí)即可以被監(jiān)測(cè)系統(tǒng)探測(cè)到。如果傳染病的基礎(chǔ)病例數(shù)多,基礎(chǔ)數(shù)據(jù)本身包含有暴發(fā)疫情,那么應(yīng)適當(dāng)多插入幾個(gè)暴發(fā)量級(jí),綜合分析不同暴發(fā)量級(jí)對(duì)預(yù)警結(jié)果的影響,提高研究結(jié)果的可靠性。