Matematikere forudser spredning af COVID-19

Et meget nøjagtigt prognoseværktøj skabt af matematikere fra Case Western Reserve University og University of Akron bliver brugt af sundhedsembedsmænd i Cuyahoga County til at måle den nordøstlige Ohio-spredning af virussen, der forårsager COVID-19.

"Vores forudsigelser om antallet af nye daglige infektioner er ret præcise i to til tre uger frem, og har været det i et par måneder, " sagde Daniela Calvetti, James Wood Williamson professor i matematik, Anvendt matematik og statistik hos Case Western Reserve. "Dette niveau af nøjagtighed har været i stand til at hjælpe institutioner med at planlægge stigningen - og på det seneste nedturen - i tilfælde i stedet for at reagere på dem, mens de sker."

Calvetti er en dataforsker blandt en uformel gruppe forskere fra de to institutioner, der har udviklet modellen. Deres tidlige resultater blev først offentliggjort i midten af ​​juni på en pressekonference med Cuyahoga County Board of Health, som fortsætter med at bruge dataene til sine prognoser, sagde gruppemedlem Johnie Rose, en anden Case Western Reserve-forsker, som har arbejdet med Sundhedsstyrelsen i flere år på andre dataprojekter.

For nu, gruppen leverer regelmæssige prognoser til sundhedsstyrelsen og andre institutioner som hospitaler, men Calvetti og Rose sagde, at de planlægger i sidste ende at sende dem online til offentlig visning. Calvetti har lagt nogle slides op, der illustrerer forskningen på sit eget websted.

"Folk hungrer efter disse tal lige nu for at informere deres personalebeslutninger på hospitaler eller i andre kritiske tjenester, " sagde Rose, en forebyggende medicin og folkesundhedslæge og epidemiolog fra Center for Community Health Integration på Case Western Reserve School of Medicine.

"Men offentligheden vil måske gerne se denne information for at hjælpe med at træffe beslutninger - og for at illustrere real-time, den virkelige betydning af social distancering eller at bære masker eller begrænse rejser for at bremse spredningen af ​​virussen, " han sagde.

Data scientists samarbejder

Gruppen begyndte at samarbejde om en række COVID-19 forskningsprojekter i begyndelsen af ​​april, kort efter bekræftelsen af ​​en pandemi spredte videnskabsmænd og andre til forskellige ophold-at-home steder, sagde Calvetti.

Papiret, offentliggjort i tidsskriftet Grænser i fysik , beskriver modellens underliggende matematiske teorier og beregninger.

Blandt forfatterne var Calvetti, Rose og Erkki Somersalo, en matematikprofessor ved Case Western Reserve; og Alex Hoover, en assisterende professor i anvendt matematik ved University of Akron.

Papiret opstillede en model, der redegjorde for overførsel af virussen af ​​inficerede, men asymptomatiske individer, samt pendlingsmønstre for at uddybe forskelle i spredningen af ​​virussen i landlige og bymæssige omgivelser.

Deres model bruger folketælling og mobilitetsdata (ikke personlige oplysninger) til at modellere pendlertrafik, og "den geografiske dynamik af smitten viser en rolle af store motorveje fra større byer til omkringliggende forstæder og landdistrikter, " sagde Calvetti.

Hoover sagde, at da regionen lukkede ned, han begyndte at tænke på, hvordan storbyområder er forbundet af motorveje, og hvordan de fungerede som et netværk til at sprede sygdommen.

"Selvom meget af vores forretning blev lukket, vigtige arbejdere skulle stadig arbejde, og hvis de bor i et amt og arbejder i et andet, så var der stadig en chance for at sprede sygdommen længere, " han sagde, tilføjer, at modellen viste, at "sygdommen ramte tætte byamter hårdt i starten, før du følger motorvejene til mindre landdistrikter."

Hvad er det næste?

R0, eller R-intet, er en række sundhedsorganisationer bruger til at fremskrive, om et udbrud vil sprede sig. Kort fortalt, R0 er det gennemsnitlige antal personer i en befolkning, som ikke er blevet smittet, som vil få en ny sygdom fra en enkelt inficeret person.

Så, hvis R0 er større end 1, infektionen vil sandsynligvis blive ved med at sprede sig, og hvis det er mindre end 1, udbruddet vil sandsynligvis aftage.

Calvetti og Rose nævnte begge et Ro-tal under 1 i Cuyahoga County som en forudsigelse for, at antallet af infektioner vil fortsætte med at falde. Men den forudsigelse skal ikke læses som tilladelse til at slappe af, sagde Cavetti.

"Indtil der er en vaccine, selvtilfredshed har ingen plads nogen steder, uanset befolkningstætheden eller fremskrivninger, sagde hun. Fordi, hvis folk flytter, det samme gør virussen, og når det (igen) når tæt befolkede områder, kan det forårsage et andet udbrud."