基于情景构建的中国新冠肺炎相关临床医疗资源需求评估.docx

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1、一、引言2020年3月11日，世界卫生组织（WHO）宣布新冠病毒肺炎（COVID-19）己构成全球大流行。截至2021年1月16日，全球累积确诊病例92262621例，死亡病例1995037例。中国大陆地区实施了严格的疫情防控措施，全面遏制国内了第一波社区传播。受病毒变异、病例检测和诊断能力提高等多重因素影响，无症状感染者在报告病例中的比例较初始流行病学曲线中显示的比例有所增加。每当大规模疫情暴发时，都会给医疗系统造成巨大压力。目前，美国和英国COVID-19确诊病例的增加对其医疗系统是一个巨大的挑战。此外，现有的基本医疗资源数量充足与否也很重要。中国武汉和意大利的每千人病床数量分别为7.28

2、和3.49,均高于全球平均水平（2.7）,也高于中等收入国家（2.4）和低收入国家（1.2）O在病例数呈指数级增长期间，武汉累计发病率为0.59%,意大利为0.05%；由于医疗系统超负荷运作，病死率显著上升。疫情暴发时，医疗系统总是最先受到冲击。一旦医疗系统负荷过重，越来越多的人将无法接受治疗或隔离，这不仅加剧了疾病的传播，还会导致过高的死亡率。据估计，截至2020年9月6口，全球可能已有超过300万医护人员被感染。由于缺乏个人防护装备（PEE）,许多国家的一线医护人员被感染的风险很高。此外，由于疫情肆虐，医护人员在很大程度上都身心俱疲，这可能使他们无法持续应对COVID-19疫情所带来的挑战

3、。根据世界卫生组织报道的数据，在每6名住院治疗的CoVlD-19患者中，就会有1名转为重症并出现呼吸困难的症状，这通常需要使用无创呼吸机辅助通气。如果患者的病情恶化，可能需要有创呼吸机来提供进一步辅助通气。随着COVID-19重症病例数量迅速增加，许多国家的患者因全球呼吸机短缺而无法得到充分治疗。与2019年同期相比，2020年前3个月中国武汉的总死亡率上升至33%42%。总的来说，有61%的超额死亡与COVID-19有关。无法及时接受救治可能是非肺炎相关死亡人数增加的主要原因，特别是糖尿病、高血压和缺血性心脏病等慢性疾病患者需要长期的医疗管理与监测，以及一些急救病患未能及时得到临床治疗，这导

4、致院外死亡人数显著增加。在COVID_19疫情期间，应对急剧增长的临床资源需求十分具有挑战性。中国等许多国家的人均病床数量低于发达国家，但这些国家一直在努力采取适当的针对性措施来抗击疫情。COVID-19疫情期间对医疗资源的额外需求包括个人防护装备（如口罩和防护服）需求的增加、医护人员工作量的增加，以及医疗设备如医院和重症监护病房（ICU）的病床及呼吸器需求的扩大。其他呼吸道病原体的共循环可能包括与COVID-19相似的症状，因此临床资源的需求也会增加。就应对和防治下一波疫情而言，评估基本临床资源需求是最紧迫的需求之一。自疫情初期以来，在全球范围内，许多国家因医疗资源短缺而面临资源分配问题。此

5、外，关于COVID-19的临床资源需求评估并不充分。在一些研究中，研究人员已经开发出工具来评估COVID-19疫情期间的临床资源需求，以预测入院治疗的需求和所需的床位。在已发表的研究中，临床资源（如床位和呼吸机）需求的评估主要是基于对感染人数的估测。然而，这些研究缺乏对临床资源需求的详细评估，就疫情常规防控的状况而言，这与不同防控效果的参数相关。本研究基于不同的情景假设，评估了非药物干预（NPl）措施和COVID_19疫苗的有效性，并基于修正的传播动力学模型，以中国为例评估了临床资源需求。本研究旨在为CoVID-19疫情期间医疗资源的应急准备提供理论参考，弥补疫情期间基于不同情景更有效调整防控

6、措施的不足，并促进医疗资源供需平衡。*、研究方法（一）概念定义临床资源由三部分组成：人力资源，包括医院内的医生、护士和护工；病床和设备，包括医院或隔离床位、ICU床位和医疗设备（如呼吸机）；个人防护装备，包括防护服、隔离衣、口罩、手套、隔离帽、面罩或护目镜、鞋套。无症状感染者是指未出现相关临床症状，但是严重急性呼吸综合征冠状病毒2型（SARS-CoV-2）检测呈阳性的患者。住院患者是指入院治疗的确诊病例或集中隔离的无症状感染者。（二）研究过程概述本研究建立了一个扩展模型，以评估一个拥有100O万人口的中国城市对医疗资源的需求，并且将COVID-19的流行病学特征纳入传播参数。将关于非药物干预措

7、施效果的研究结果和通过疫苗接种获得免疫的人群比例纳入模型参数，以便在各种情景下进行模拟。以某大城市的规模为例，基于人口规模、传播指数、防控策略和措施等定性情景假设,确定初始定量值。在不同情景下,从感染比例、住院患者比例、住院或隔离资源等方面定量评估临床资源需求（图1）。然后将估算结果与中国每100o万人的实际储量进行比较，以确定临床资源是否满足供需平衡。Evak*abofhealthcaredemand图1数据流程图。NPI：非药物干预：PEE：个人防护装备（包括防护服和外科口罩）在意大利，COVID-19相关病例的报告晚于中国武汉，但早于欧洲其他国家，并且早期针对COVID-19仅实施了少数

8、非药物干预措施；因此，通过拟合意大利疫情数据，可以获得更准确的疾病自然传播参数，如暴露后感染率（6）。由于感染、发病和报告之间存在时滞，我们仅拟合了从意大利报告首例住院病例开始到宣布延长封锁期为止（即2020年2月24日至3月20日）的曲线。在此期间，病例数没有超过意大利医疗系统的负荷，同时中国向世界通报了疫情信息。因此,我们使用从OurWorldlnData.org获得的数据，将意大利每日报告的病例数与使用该模型评估的确诊病例数进行了比较，以验证其准确性。（三）构建传输动力学模型1.模型的假设模型是根据以下假设构建的:（1）C0VID-19是全球性大流行病。（2）目前尚无治疗COVID-19

9、的特异性抗病毒药物。（3）来自其他地区的医疗支援存在不确定性，临床资源需求完全依赖当地储备的临床资源。（4）免疫人群按年龄平均分布在总人口中。（5）初期感染人数基于平均分布。（6）无症状感染者具有传染性。（7）感染期过后，患者进入恢复期，在恢复期患者可能仍有临床病症但不具有传染性。（8）因隔离和感染控制措施，视住院患者不具有传染性。（9）患者康复后不会出现继发感染。（Io）易感者-潜隐者-传染者-住院/隔离者-移除者（包括康复和死亡）（SEIHR）各人群的总和始终等于总人口（N）。（11）接种疫苗后的免疫力是疫苗效力和覆盖率共同作用的结果。（12）本研窕未考虑CoVID-19疫苗的免疫持久性。

10、2 .评估模型本研究将易感-潜隐-传染-康复（SEIR）传播动力学模型扩展到包括住院和隔离，在SEIR模型的基础上开发了SEIHR模型（图1）。易感者（三）是指总人口，不包括免疫人群。潜隐者（E）是指处于潜伏期的人。有症状感染者（1.a）是指已经被感染并具有传染性的人。无症状感染者（1.b）是指已被感染但无症状且具有一定传染性的人。有症状住院者（H_a）是指有轻度至重度症状的住院患者。无症状住院者（HJ）是指在整个感染期间没有症状的隔离患者。康复和死亡者（R）指的是已经康复或己经死亡的人（图2）。本研究采用住院和隔离患者不同的临床资源需求参数来区分无症状感染和有症状感染。住院的有症状患者需要更

11、多的临床资源，而被隔离的无症状患者需要隔离床位，但对医护资源和医疗设备的需求较少。许多国家不检测无症状感染者，也没有集中住院治疗或隔离无症状感染者；因此，本次建模研究将背景设定在中国。JQCl瓦=(N_S)一夕(1_)N(1)JrCJ币=6(1-)N一(T-a+cb+4)E(2)t=(,a+Cb)E(+.a)/_a-(+.b)1.b(3)币=(+y_a)-1.a+(+7-b)/.b-m,aH_a-m.bH_b(4)事=m_aH_am,bH_b-R(5)N=S+E+I+H+R+N(6)图2中各参数之间的关系如上述模型。定义为该计算中未考虑的自然死亡率；t为某一时刻；H和/为住院/隔离和感染者。其

12、他参数定义见图2。z_a图2扩展的SEIHR动力学模型。v：接种人口比例（接种人口疫苗有效性）；6：接触后的感染率；ja：潜伏期感染者发展为有症状感染者的比率；jb：潜伏期感染者发展为无症状感染者的比率；y_a：有症状感染者发展为住院者的比率；y_b：无症状感染者发展为住院者的比率；m_a：有症状的住院者康复或死亡的比率：m_b：无症状住院者康复或死亡的比率3 .情景建立本研究基于千万人口城市的免疫人群差异、非药物干预措施的有效性、无症状感染者比例、接触者预警能力等构建6个情景。COVID-19疫情期间的流行病学特征和临床资源使用参数来自之前己发表的研窕、未发表的研究、专家意见和实际调查，如表

13、1所示。表1C0VID-19疫情6种情景下的临床资源需求评估参数ParamcicrScaunoISCCnario2Sccmmo3Sccsuno4SccnanoSSceitano6NIO(M)OOOO1000000010000000oooooooooooooo10000000S100000000000(MM)IO(MM)OOO$00000090000005000(XM)50000IMOIM)IMO$0000130/$600I320I320I320$60074H2000900900900200060A0000000.4940.490.490.490.490.490.4740.470.470.470

14、.470.47*_1/3Igl3Jl3JIgl/JJl3J3JI3J13J3J1327-6(MJ66666rj6.44&46.46.46.4MISMJ6ISISISISISwbMX11414141414rOJOJOJ0.30.80.3000030.1OSr0.S050.50.7asa:theproportionofasymptomaticinfections.bv:theproportionofimmunizedpopulation(vaccinatedpopulationvaccineeffectiveness).cg:theeffectivenessofNPIs.dTheseparamet

15、erswerederivedfromagroupofexperts.4 .临床资源参数根据以上模型，本研究预测了不同情景下住院或隔离（三）患者的分布情况及其峰值。根据前期研窕结果，住院/隔离的平均时间为1215d,危重症患者的比例为4.7%。我们假设医护人员每天四班轮换，每班工作6h,值班医生与住院患者的比例是1:10,而在ICU,这个比例是1:Io我们计算了医生与患者的比例（普通医院床位：1:2.5；ICU床位：1:1）、每位患者的护士人数（住院患者：1:3；ICU：1:1）、每位患者的医护人员人数（住院患者：1:10；ICU：1:2）,以及对ICU床位、病床、隔离床、呼吸机等临床资源的需求。同样地，该模型还计算了对医护资源的高峰需求。防护材料的计算是根据医务人员需求的峰值和个人防护标准