关键词:
手足口病
SARIMA模型
LSTM模型
CNN-BiLSTM
智能算法
摘要:
目的:
1.通过对山西省2009年1月-2022年12月手足口病的疫情概况进行描述,进一步分析手足口病的时间、地区、人群分布及病原分型等特征情况。
2.依据山西省2009年1月-2022年12月手足口病监测数据的时序特征,建立基于深度学习方法的单一时间序列预测模型(SARIMA模型、LSTM模型)以及组合预测模型(CNN-BiLSTM模型),评估各模型的预测性能,选出最优模型;进一步对其最优模型进行智能算法(PSO/GAPSO算法)优化改进以提高模型的预测精度,并评估各模型的预测性能,确定最优模型对山西省未来手足口病月发病率趋势进行实时预测,以期为山西省手足口病疫情的早期预警和精确防治工作提供可靠依据。
方法:
1.采用描述性流行病学的方法对山西省2009-2022年手足口病的流行特征情况进行分析。手足口病的流行强度采用报告发病率、重症率、死亡率及病死率描述。
2.拟对山西省手足口病的月度监测数据进行收集和整理,分析其变化趋势和季节特点,并对其平稳性、随机性、非线性和长记忆性进行研究。首先,根据序列的时序特征,分别建立SARIMA、LSTM、CNN-BiLSTM模型;其次,结合智能算法(PSO/GAPSO算法)对其最优模型优化改进以提高模型的预测性能;最后,采用均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)等指标以评估各模型的预测性能。
3.统计学分析:采用Excel 2021软件,双人录入双核验的方式整理数据。采用Origin 2021软件对山西省手足口病疫情概况等流行病学特征分析;采用R 4.2.3统计软件构建SARIMA模型;地域分布图克里格插值法在Arc GIS 10.8软件中实现完成;采用MATLAB 7.6软件构建LSTM网络模型、CNN-BiLSTM组合模型及智能优化算法(PSO/GAPSO算法)编程。检验水准为=0.05,P<0.05,具有统计学意义。
结果:
1.总体概况:2009-2022年山西省共累计报告病例309175例,其中2011、2012和2014年年报告病例均超过了30000例,2020-2021年均低于10000例。年报告发病率波动在12.99/10万~98.02/10万之间,其中2009-2019年均发病率为83.52/10万,2020-2022年均发病率为5.81/10万。在此期间,手足口病重症病例达2329例(0.71%),年均重症率为6.64/10万;死亡病例66例,年均死亡率为0.19/10万,年均病死率为21.35/10万。从山西省每年报告病例数上来看,山西省手足口病报告发病率、重症率、死亡率及病死率整体呈下降趋势。
2.人群分布:2009-2022年山西省共报告手足口病病例309175例,其中男性182644例,年均报告发病率为52.04/10万,女性126531例,年均报告发病率为36.05/10万,即男性人群发病率明显高于女性,男女发病比达到1.44:1。山西省内手足口病发病病例中,以5岁以下婴幼儿群体占据主导地位,其发病比例达91.18%。14年间,不同年龄组男女发病率之比在各年龄段分组中,男性人群的手足口病发病率均高于女性人群(均有P<0.001)。山西省手足口病的职业分布特征鲜明,其中散居儿童群体占据主导地位,发病比例高达61.70%,凸显了该群体在疾病防控中的重点地位;其次是幼托儿童群体,占比达到32.00%;学生群体位列第三,占比为5.50%;而其他各类职业人群累计占比为0.80%,共同构成了手足口病患者职业分布的整体格局。
3.时间分布:2009-2022年山西省手足口病呈现明显的季节性流行特征,每年发病呈双峰变化趋势,主高峰均为5-7月,而次高峰为10-11月;其中2020-2022年1-12月HFMD报告发病率较往年明显降低,但主高峰和次高峰与往年趋势一致。
4.病原分型:2009-2022年山西省共收集实验室检测病例15980例,确诊率为5.17%,其中EV71阳性4532例(占28.36%),CV-A16型5098例(占31.90%),其他肠道病毒阳性6278例(占39.29%)。2009-2019年山西省手足口病以EV71和COX-A16为主,而2020-2022年其他肠道病毒类型占比较多,其中2020年达到97.00%。
5.空间分布:山西省手足口病的发病地域在全省均有散发趋势。2009-2022年,山西省手足口病发病率较高的地区主要集中在山西中部(如太原118.43/10万)和山西南部(如临汾104.21/10万、长治88.03/10万),而忻州(23.46/10万)、大同(29.49/10万)等北部地区的手足口病发病率较低。
6.模型构建:运用时间序列分析方法,分别构建SARIMA、LSTM、CNN-BiLSTM模型对山西