登革热在复杂网络中的传播、预防和控制措施的研究

Dengue fever is a mosquito-borne disease. Dengue outbreak frequently occurs in the South of China. Currently there are no vaccines or effective treatments available. Dengue fever has similar characteristics as many other vector-borne diseases, such as vector-host transmission and vertical transmission. Therefore, the approaches for modeling and analyzing dengue fever can be applied to many other vector-borne diseases. In this project, we shall study the mechanisms that impact the transmission of dengue fever on complex networks, and effective mitigation and control strategies. We derive thresholds for the transmission of dengue fever, such as basic reproduction number, target reproduction number, and the threshold for disease extinction. We also use historical incidence data to analyze factors that contribute to the emergence and reemergence of dengue fever, and predict the probability of dengue outbreak in different regions, in order to create an effective surveillance system.

登革热是一种由蚊子传播的疾病，在我国的南方时常爆发，至今还没有针对性的疫苗和有效的治疗措施。由于登革热具有大多数媒传疾病的特性，包括 vector-host传播、垂直传播等，因此对登革热的数学建模和分析的研究方法可以应用到很多其他媒传疾病的研究。本项目主要利用多种数学手段研究登革热在复杂网络中传播的机理，同时研究对它的预防、控制措施的数学原理。从理论上给出登革热在复杂网络中传播的基本再生数、目标再生数和疾病灭绝的阈值等，并通过历史数据分析影响登革热入侵新的地区和在同一地区反复出现的因素，并预测它在不同地区爆发的可能性，从而建立一个完善的登革热爆发的预警系统。

本项目主要研究内容包括三部分：（1）登革热在复杂网络上传播的基本再生数：从登革热的传播机理入手，考虑对登革热病毒的传播影响大的因素，建立了登革热通过两种蚊子传播的数学模型。从生物意义角度出发，推导了基本再生数, 用来预测在传染病爆发的初期，疾病的传播情况。(2)登革热在复杂网络上传播的其他生物数学指标：本项目还研究了登革热传播的其他生物数学指标,包括有效再生数、目标再生数和疾病灭绝的阈值(随机模型)。我们利用目标再生数用来量化不同控制措施的有效性，利用有效再生数来估计各时刻疾病的传播情况，利用疾病灭绝的阈值来估计随机情况下，疾病灭绝的可能性。(3)参数的敏感度分析和数据拟合：模型里有很多参数，通过对参数的敏感度分析，找出了对输出影响大的因素。在拟合数据时，固定不敏感的参数，只拟合对输出敏感的参数，从而减少计算量，提高了计算效率。对与登革热传播相关的参数进行敏感度分析，减少了需要拟合的参数的数目，而不是过度拟合，从而提高了可信度，和运算的速度。(4)用地理信息软件GIS生成风险预测图： 分析了登革热爆发的历史病例数据与气候因素之间的关系，利用空间聚类方法将所研究的众多地区分类，找出热点和冷点地区。用地理信息软件GIS绘制出登革热的爆发的风险图，为登革热的爆发提供非常直观的风险预测。本项目的研究成果将为传染病动力学研究提供新的理论和方法，从而为相关部门完善登革热的预警系统提供直接的依据。