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InterSim: Modellierung von Interventionen für Infektionskrankheiten Markus Schwehm und Martin Eichner InterSim version 1.2 Institut für Medizinische Biometrie, Universität Tübingen Individual and Network-Based Simulation of Outbreaks and Interventions © 2004 by University of Tübingen Markus Schwehm & Martin Eichner Infektionskrankheiten stellen eine ernstzunehmende Gefahr für die Gesellschaft dar. So können jederzeit gefährliche Varianten bekannter Krankheitserreger auftauchen (Influenza), mutwillig freigesetzt werden (Bioterrorismus) oder neu entstehen (SARS). Zur Unterstützung der Entscheidungsträger in den Gesundheitsämtern bei der Konzeption von Überwachungs-, Prognose- und Interventionsstrategien ist ein tieferes Verständnis für die Dynamik der Ausbreitung von Infektionskrankheiten erforderlich. InterSim implementiert und erweitert Modelle der quantitativen Infektionsepidemiologie. Modellierung Ausgehend von einem Standardmodell der Epidemiologie, dem SEIRS-Modell, werden die dynamischen Ereignisse während einer Epidemie durch ein System von elementaren Zustandsänderungen modelliert. Die Ausbreitung der Infektion erfolgt über Kontaktnetzwerke, die durch Parameter an soziale Gegebenheiten einer zu modellierenden Bevölkerung angepasst werden. Das Modell wird stochastisch und individuenbasiert simuliert, so dass das Verhalten einzelner Personen modelliert und unterschiedlichen Interventionen unterzogen werden kann. Auf diese Weise liefert das Modell nicht nur die durchschnittlich zu erwartende Dynamik eines Ausbruchs sondern ermöglicht auch die Analyse von Risiken und "worst-case"-Szenarien. Infection State Interventionen FI Symptom state Intervention state Local Random Scalefree Social unobserved FIT,Q susceptible none infected Symptome DO ON ND observed detectable contagious detected obvious Infektionsverlauf SE Suszeptibel traced EI Infiziert IR secluded immune Ansteckend dead isolated Zeitachse SEIRS-Modell Ereignisgraph Kontaktnetzwerk Parameterwahl Simulation Das Modell wird durch einen stochastischen Discrete-Event-Algorithmus simuliert. Zuerst wird eine Population zufällig erzeugt und in einen geeigneten Anfangszustand gesetzt. Dann werden alle durch das Modell vorgegebenen Ereignisse in der richtigen zeitlichen Reihenfolge ausgeführt, wobei zumeist weitere zukünftige Ereignisse erzeugt werden. Das Modell enthält mehrere Module mit Interventionen (z.B. Isolation, Quarantäne, Überwachung von Kontaktpersonen, verschiedene Impfstrategien), die in beliebiger Kombination in ihren Auswirkungen auf die Ausbreitung einer Infektionskrankheit untersucht werden können. Zu jedem Zeitpunkt kann für jedes Individuum der Infektionszustand, die sichtbaren Symptome sowie die Interventionen grafisch dargestellt werden. Infektionsverlauf Symptome Interventionen Risikogruppen Ausbruch Statistik Webseite Anwendungen InterSim ist die eingeschränkte Version eines Simulators, der als Auftragsarbeit für das Bundesministerium für Gesundheit und soziale Sicherung (BMGS) entwickelt wurde und derzeit am RobertKoch Institut in Berlin für die Planung von Interventionsstrategien eingesetzt wird. Im Rahmen von mehreren EU-Projekten soll der Simulator in den nächsten drei Jahren weiterentwickelt und unter anderem zur Modellierung von Masern, Influenza, SARS, Polio und Ebola eingesetzt werden. Im Zuge dieser Erweiterungen ist auch ein Neuentwurf als Plug-in der Eclipse-Plattform und die Offenlegung des Quellcodes von einigen wiederverwendbaren Komponenten des Simulators vorgesehen. [email protected] Persistenz [email protected] www.uni-tuebingen.de/modeling
