浸大物理學者建立基礎病毒傳播模型評估COVID-19大流行遏制措施效力

在2020年1月武漢爆發COVID-19大流行後的幾週內，人們就逐漸意識到新冠肺炎不僅會通過有症狀的患者傳播，還可能經由症前或無症狀病毒攜帶者傳播。這種無症狀或症前傳播對該疾病在全球範圍內的快速擴散起了重要作用。傳播方式的隱蔽性對公共衛生當局採取有效的遏制措施以及普通公民的疫情應對帶來了前所未有的挑戰。在過去的一年里，科學界對新冠肺炎發病過程的認識及干預措施的研究中取得了長足的進步。但是人類複雜的社會行為使得無症狀和症狀前傳播至今未受到全面控制，世界上大多數國家仍在與新冠肺炎大流行作鬥爭。

2020年2月，浸大物理系的湯雷翰教授和田亮博士聯合其合作者以及曾就讀於浸大的學生一起啟動了新冠肺炎流行病學建模項目（圖1）。該項目的目的是從臨床數據出發，確定受感人群中處於疾病不同階段的人數比例，並評估每組人群的傳播能力（圖2）。經過仔細校對後，模型便可以對各種防控措施進行定量評估，供決策者和公眾參考。他們的研究主要結果於2020年3月16日通過預印本網站arXiv.org發布。該工作現已於2021年2月19日發表在《自然通訊》。通過國際合作，有關口罩功效的相關證據綜述發表於2021年1月26日的《美國國家科學院院刊》上，其預印本吸引了全球範圍內超過385,000次瀏覽和超過90,000次下載。

他們的工作引入了幾項新穎的建模策略，通過COVID-19潛伏期和傳播統計等真實數據對模型參數直接校準。這些特點使得他們的模型在發病基本進程的基礎上，根據特定社區的傳播特徵或突變菌株的致病率做相應調整。他們還運用了物理學中的微擾展開方法來簡化模型中關鍵的數學表達式，從而使結果易於被理解。

在防疫措施的設計方面，他們的工作繫統地討論了密切接觸者追踪、擴大篩檢、社交距離、戴口罩、居家隔離等傳播控制措施对基本再生數（R0）的影响。當這些干預措施組合實施時，R0值可被壓到1.0以下，從 而實現新增 COVID-19病例的指数下降。例如，接觸者快速追踪與公共場所戴口罩並行，可以立竿見影地扭轉疫情增長。在現實中，政府往往不得不採取漸進式干預措施，以減輕其對經濟和民生的影響。疾病傳播模型可以為政策制定者提供具體的優化防控措施，應對錯綜複雜的疫情變化。

該工作自發布以來，引起了世界許多地區     的廣泛關注，相關研究成果被多個國家的衛生機構，科研機構以及新聞媒體轉載及引用（圖3），對推動     戴口罩防疫產生了實質性影響。他们的口罩模型被製作成介紹視頻發佈於YouTube上並吸引了超過130萬次觀看（https://www.youtube.com/watch?v=Y47t9qLc9I4）。在世界各國逐漸從疫情中恢復的今天，該工作所提出的模型依然可以發揮重要作用。例如，通過追踪本地區疾病的實時傳播情況，該模型可以幫助決策者動態評估其防疫隔離政策的有效性，根據疫情的近期表現制定客觀科學的管控措施。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-21385-z; https://www.pnas.org/content/118/4/e2014564118.

圖1： 研究團隊

圖2：模型框架

圖3： 新加坡和波蘭媒體在公眾戴口罩的宣傳以及美國賓夕法尼亞州立大學Frank Ritter教授編撰的防疫手冊對該工作結果的報導和引用