InterSim: Modellierung von Interventionen für Infektionskrankheiten

Markus Schwehm und Martin EichnerInstitut für Medizinische Biometrie, Universität Tübingen

Modellierung

Simulation

AnwendungenInterSim ist die eingeschränkte Version eines Simulators, der als Auftragsarbeit für das Bundes-ministerium für Gesundheit und soziale Sicherung (BMGS) entwickelt wurde und derzeit am Robert-Koch Institut in Berlin für die Planung von Interven-tionsstrategien 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 Zu-ge dieser Erweiterungen ist auch ein Neuentwurf als Plug-in der Eclipse-Plattform und die Offenle-gung des Quellcodes von einigen wiederverwend-baren Komponenten des Simulators vorgesehen.

Ausgehend von einem Standardmodell der Epide-miologie, dem SEIRS-Modell, werden die dynami-schen 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 Dyna-mik eines Ausbruchs sondern ermöglicht auch die Analyse von Risiken und "worst-case"-Szenarien.

schwehm@informatik.uni-tuebingen.de www.uni-tuebingen.de/modeling

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 Kon-zeption 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.

Das Modell wird durch einen stochastischen Dis-crete-Event-Algorithmus simuliert. Zuerst wird ei-ne Population zufällig erzeugt und in einen geeig-neten 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, Über-wachung 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 In-fektionszustand, die sichtbaren Symptome sowie die Interventionen grafisch dargestellt werden.

Social

T,Q

EI IRSE

DO ON

FI FI

ND

InterSimInterSimversion 1.2

© 2004 by University of TübingenMarkus Schwehm & Martin Eichner

Individual andNetwork-Based

Simulation ofOutbreaks and

Interventions

Infection State Symptom state Intervention state

none

susceptible

detectable

infected observed

contagious

unobserved

traced

detected

immune

dead

secluded

isolated

obvious

Infektionsverlauf Symptome Interventionen Risikogruppen

SEIRS-Modell Ereignisgraph Kontaktnetzwerk Parameterwahl

Ausbruch Persistenz Statistik Webseite

Suszeptibel Infiziert Ansteckend

Infektionsverlauf

Symptome

Interventionen

Zeitachse

Local Random

Scalefree

Martin.Eichner@uni-tuebingen.de