机器学习模型在血吸虫病防控中的应用

血吸虫病是全球范围内的重大公共卫生问题之一,精准防控是当前应对该疾病的关键。然而,由于血吸虫病传播途径复杂多样,传统统计模型在实现精准防控方面存在明显局限性。机器学习作为人工智能的重要分支,在血吸虫病防控研究中具有显著优势,能更高效地进行疾病预测和风险评估,从而优化防控策略和资源分配,实现精准防控的目标。本文对机器学习模型的特点及其在血吸虫中间宿主螺和血吸虫病研究中的应用进行综述。

上海嘉定区2010-2017学年中小学生因病缺课状况及其与急性传染病发病的相关性

目的 探讨上海嘉定区2010-2017学年中小学生因病缺课变化趋势,分析因病缺课与社区急性传染病发病之间的相关性和提前/滞后期,为卫生和教育部门采取相应措施提供依据。方法 分析2010-2017学年上海嘉定区中小学生因病缺课症状构成,使用Joinpoint回归分析学年缺课率变化趋势,通过时间序列图定性比较因病缺课率与7种急性传染病发病率的关系,并采用互相关函数和格兰杰因果检验定量分析相关性大小及提前/滞后模式。结果 2010-2017学年上海嘉定区中小学生平均因病缺课率为0.27%,自2012学年后学年因病缺课率明显上升。缺课症状以发热最多(占47.49%)。因病缺课率的变化趋势主要与流感发病率相似,存在单向格兰杰因果关系。在2017学年第2学期,滞后3 d的全症状因病缺课率和流感发病率有最大互相关系数0.43 (95%CI=0.25~0.58),滞后3 d的发热和呼吸系统症状因病缺课率与流感发病率取到最大互相关系数0.50 (95%CI=0.33~0.65)。结论 中小学生因病缺课率与流感发病率存在相关性,在预测社区流感流行方面具有潜在应用价值。

2020年湖南省居民晚期血吸虫病患病率与血清抗血吸虫抗体阳性率空间分布特征

目的分析2020年湖南省人群晚期血吸虫病患病率和血清抗血吸虫抗体阳性率空间分布特征及其相关性,为湖南省晚期血吸虫病防治提供科学依据。方法收集2020年湖南省血吸虫病疫情数据,包括调查村常住人口数、晚期血吸虫病病例数、血清学检查受检人数和血清抗血吸虫抗体阳性人数。以村为单位分析人群晚期血吸虫病患病率和血清抗血吸虫抗体阳性率空间分布特征,采用Spearman秩相关评估人群晚期血吸虫病患病率和血清抗血吸虫抗体阳性率间的相关性。结果2020年,湖南省1153个血吸虫病流行村人群晚期血吸虫病患病率为0~2.72%,血清抗血吸虫抗体阳性率为0~20.25%。全局空间自相关分析发现,湖南省晚期血吸虫病患病率(全局Moran’s I=0.416,P<0.01)和血清抗血吸虫抗体阳性率(全局Moran’s I=0.711,P<0.01)均存在空间聚集性;局部空间自相关分析发现,湖南省晚期血吸虫病患病率存在98个高-高聚集村、血清抗血吸虫抗体阳性率存在134个高-高聚集村、36个村晚期血吸虫病患病率和血清抗血吸虫抗体阳性率均存在高-高聚集。Spearman秩相关分析显示,居民晚期血吸虫病患病率与血清抗血吸虫抗体阳性率呈正相关(rs=0.235,P<0.05)。结论2020年湖南省居民晚期血吸虫病患病率与血清抗血吸虫抗体阳性率存在空间聚集性,主要分布于洞庭湖周边地区,在现场防治工作中应重点关注聚集区域。

传染病在低感染率状态下大规模人群筛检的假阳性模拟分析

【目的】探讨传染病在低感染状态下,大规模人群筛查中筛检试验的阳性预测值(PPV)以及假阳性者数量。【方法】通过数据模拟的方式,假定某人群的总人口为2 000万,人群疾病感染率为0.1%~5.0%,模拟不同灵敏度(99.0%、99.5%、100.0%)和特异度(97.0%、97.5%、98.0%、98.5%、99.0%、99.5%、99.9%)的组合情况,计算各组合的PPV、真阳性数和假阳性数。【结果】在低感染率(≤5.0%)状态下,与灵敏度相比,特异度对PPV的影响更大,且随着感染率的下降,特异度提高时PPV的增幅加大。当感染率>1.0%时,特异度越趋近99.9%,PPV越接近100.0%;而当感染率<1.0%时,PPV的最大值也仅约为90.0%。当人群感染率为0.1%、灵敏度≥99.0%时,在2 000万的人群中筛检试验可以发现的真阳性人数约为2万人;当特异度为97.0%时,假阳性人数约为59.9万人,PPV为3.2%;当特异度达到99.9%时,假阳性人数降到约2万人,PPV升高到50.0%。当人群感染率为1.0%时,灵敏度≥99.0%和特异度≥97.0%的筛检试验在2 000万的人群中可发现的真阳性数为19.8万~20.0万人;当特异度由97.0%升高至99.9%时,假阳性人数由59.4万人降至2万人。当人群感染率为5.0%时,灵敏度≥99.0%和特异度≥97.0%的筛检试验在2 000万的人群中可发现的真阳性数为99.0万~100.0万人;当特异度由97.0%升高至99.9%时,假阳性人数由57.0万人降至1.9万人。在总人口为2 000万的人群中,当感染率≤5.0%时,即使灵敏度和特异度分别达到最大值100.0%和99.9%,仍存在约2万例的假阳性。【结论】当人口数量较多而感染率较低时,运用筛检试验进行大规模人群筛查除了要提高特异度外,大量假阳性所产生的问题不可忽视。

大规模人群筛检的假阴性分析

【目的】探讨传染病在低感染率流行状态下,筛检试验的阴性预测值和假阴性数量在不同人群感染率、灵敏度和特异度情况下的变化趋势。【方法】通过数据模拟,假定人口数为2 000万,分别计算人群疾病感染率为0.1%、1.0%和5.0%的情况下,不同灵敏度(75.0%、80.0%、85.0%、90.0%、95.0%、99.0%)和特异度(90.0%、95.0%、99.0%、99.9%)组合的阴性预测值、真阴性数和假阴性数。【结果】当人群感染率为0.1%时,灵敏度≥75.0%和特异度≥90.0%的筛检试验在2 000万的人群中可发现的真阴性数约为1 798.20万~1 996.00万人。当灵敏度为75.0%时,阴性预测值为99.972%~99.975%,假阴性人数为0.50万人;当灵敏度提高至99.0%时,阴性预测值为99.999%,假阴性人数减少至200人。当人群感染率为1.0%时,灵敏度≥75.0%和特异度≥90.0%的筛检试验在2 000万的人群中可发现的真阴性数约为1 782.00万~1 978.02万人。灵敏度为75.0%时,阴性预测值为99.720%~99.748%,假阴性人数为5.00万人;当灵敏度提高至99.0%时,阴性预测值升高至99.990%,假阴性人数减少至2 000人。当人群感染率为5.0%时,灵敏度≥75.0%和特异度≥90.0%的筛检试验在2 000万的人群中可发现的真阴性数约为1 710.00万~1 898.10万人。当灵敏度为75.0%时,阴性预测值为98.559%~98.700%,假阴性人数可达25.00万人;当灵敏度达到99.0%时,阴性预测值升高至99.942%~99.947%,假阴性人数减少至1.00万人。人群感染率越低,筛检中出现的假阴性者人数越少。【结论】开展大规模筛检中的假阴性者人数随着感染率的升高而成倍的增加,应尽可能在传染病流行的早期开展筛检,以尽快控制疾病的流行。

灭螺真菌橘灰青霉菌Z12株培养基及发酵条件优化

目的对灭螺真菌橘灰青霉菌Z12株培养及发酵条件进行优化,为该菌株及其发酵液灭螺活性物质研发和规模化发酵提供基础。方法采用单因素试验确定橘灰青霉菌Z12株最佳培养基碳源、氮源、无机盐,探索该菌最佳发酵条件;采用Plackett-Burman试验确定显著影响橘灰青霉菌Z12株生长的因素,采用最陡爬坡试验确定各因素最佳取值范围;采用Box-Behnken设计对温度、pH值、接种量和装液量进行响应面试验,建立橘灰青霉菌Z12株发酵回归模型,确定最优培养条件。结果单因素试验初步确定橘灰青霉菌Z12株最佳培养基和培养条件:碳源蔗糖20 g/L左右,氮源胰蛋白胨5 g/L左右,无机盐磷酸氢二钾5 g/L左右,初始pH值8左右,温度28℃左右,接种量6%左右,装液量50 mL/100mL左右。Plackett-Burman试验确定对该菌生长有显著影响的因素包括温度(t=-5.28,P<0.05)、接种量(t=5.22,P<0.05)、pH值(t=-4.30,P<0.05)和装液量(t=-4.39,P<0.05)。最陡爬坡试验结果表明,当pH值为7.5、接种量为8%、装液量为40 m L/100 mL时,菌丝干重最高,以该条件作为响应面试验中心点进行下一步发酵优化。通过Box-Behnken设计的响应面分析确定发酵最佳条件为蔗糖15 g/L、胰蛋白胨5 g/L、磷酸氢二钾5 g/L、温度28.2℃、pH值7.5、接种量10%和装液量35.8 m L/100.0 mL,验证实验中橘灰青霉菌Z12株产量为0.132 g。结论本研究确定了橘灰青霉菌Z12株的最优培养条件,优化后的培养基和发酵条件能有效提升其发酵产量。

东洞庭湖区钉螺密度影响因素研究

目的探索东洞庭湖水体污染物、水位和气象因素等对钉螺密度的影响,为血吸虫病防控提供科学依据。方法选择2007—2014年东洞庭湖区有螺洲滩,以系统抽样法查螺,同时收集水体污染、水位和气象等因素资料,计算水淹天数和开始水淹时间。首先对钉螺密度及各影响因素进行描述性分析,并建立钉螺密度与各因素间的线性混合模型,以探索钉螺密度主要影响因素,最后拟合钉螺密度与其主要影响因素的平滑曲线。结果 2007-2014年东洞庭湖钉螺密度呈波动变化,密度最高值出现在2010年10月(52.79只/0.1 m^(2)),最低值出现在2009年1月(2.15只/0.1 m^(2))。拟合线性混合模型发现钉螺密度主要影响因素有高锰酸盐指数、总磷和开始水淹时间(t=6.386、-2.920和-3.892,P均<0.01)。拟合平滑曲线发现钉螺密度与高锰酸盐指数和总磷的关系呈近似二次曲线,且在4月底后开始水淹时间越早、钉螺密度越高。结论东洞庭湖区高锰酸盐指数、总磷和开始水淹时间对钉螺密度有一定影响。