確率論的アプローチによる集団構造を考慮した感染症解析と抑制戦略への応用

使用随机方法考虑人口结构的传染病分析及其控制策略的应用

基本信息

批准号：
22K04168
负责人：
石川昌明
金额：
$ 2.5万
依托单位：
Yamaguchi University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

新型コロナ感染症流行抑制のため、世界各国においてワクチン接種が促進されているが、多くの感染症に対して効果的なワクチン接種戦略は未だ明らかではない。例えば、接種を優先すべき年代や接種割合と感染者数の関係など不明な点も多く、効果的な感染症抑制戦略の確立が求められている。しかし，従来の抑制戦略の大半は決定論的モデルや人口の年齢構造・感染の空間構造などを無視した感染症モデルに基づいており，未だ効果的な抑制戦略が確立されていないのが現状である．そこで，本研究では，実際に即した感染症流行過程の数理モデルを構築し、効果的なワクチン接種戦略の基礎を確立した。具体的には以下の成果を得た．(1)確率感染症モデルの確率：確率システム理論を用いた確率論的アプローチにより環境変化や個人差による感染率・回復率などの不規則な揺らぎ，感染年齢を取り入れた実際的な感染症モデル(確率モデル)を構築した．(2)安定性解析：確率システム制御理論を応用し(1)で確立した確率感染症モデルの安定性を解析することによって現実に即した感染症抑制戦略の基礎を確立した．具体的には確率感染症モデルの感染者数が0であるDisease-free平衡解(DFS)の安定性を確率リアプノフ定理を用いて解析し，DFSが安定になるための十分条件を導いた．安定条件を満たすようにワクチン接種を実施すれば感染症の流行を抑制可能となることを明らかにした．(3)シミュレーションによる検証：提案した安定性条件を満たすようにワクチン接種率を設定すれば感染症流行が抑制可能なことをシミュレーションにより示した．

在世界各地，正在促进疫苗接种，以控制Covid-19的大流行，但仍然尚不清楚看到针对许多传染病的有效疫苗接种策略。例如，有许多未知数，例如应优先考虑疫苗接种的年龄，疫苗接种率与受感染人数之间的关系，并且有必要建立有效的感染性疾病控制策略。但是，大多数传统的抑制策略基于确定性模型和传染病模型，这些模型忽略了人口年龄结构和感染的空间结构，而当前的情况是尚未建立有效的抑制策略。因此，在这项研究中，我们构建了一种与现实一致的传染病流行过程的数学模型，并为有效的疫苗接种策略建立了基础。具体而言，实现了以下结果：（1）概率传染病模型的概率：使用概率系统理论的概率方法，我们构建了一种实用的传染病（概率模型）模型，该模型纳入了由于环境变化和个人差异以及感染年龄而导致的感染率和恢复率不规则波动的率。（2）稳定性分析：通过应用随机系统控制理论并分析（1）中建立的随机传染病模型的稳定性，我们为现实的传染病控制策略建立了基础。具体而言，使用概率Lyapunov定理分析了无病平衡溶液（DFS），其中概率传染病模型中受感染者的数量进行了分析，并且得出了足够的DFS稳定条件。据透露，如果进行疫苗接种以满足稳定性状况，则可以抑制传染病的爆发。（3）模拟验证：模拟表明，通过设定疫苗接种率以满足拟议稳定性条件，可以抑制传染病暴发。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

確率論的アプローチによる感染症モデルの数理解析

使用随机方法对传染病模型进行数学分析

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
第67回システム制御情報学会研究発表講演会講演論文集
影响因子：
0
作者：
吉岡　璃皇;浦川　禎之;Shigemasa Takai;高井重昌;M. Ishikawa;石川昌明
通讯作者：
石川昌明

On the Stability Analysis for the Stochastic Infectious Model under Subclinical Infections and Vaccination with Waning Immunity

DOI：
10.5687/iscie.36.1
发表时间：
2023-01
期刊：
Transactions of the Institute of Systems, Control and Information Engineers
影响因子：
0
作者：
M. Ishikawa
通讯作者：
M. Ishikawa

On the Mathematical Analysis of the Stochastic Age-structured Infectious Model

随机年龄结构感染模型的数学分析

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
Proceedings of the 53rd ISCIE International Symposium on Stochastic Systems Theory and Its Applications
影响因子：
0
作者：
吉岡　璃皇;浦川　禎之;Shigemasa Takai;高井重昌;M. Ishikawa;石川昌明;M. Ishikawa
通讯作者：
M. Ishikawa

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N. Wada

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石川昌明

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通讯作者：
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通讯作者：
田中秀幸，太田快人，奥宏史