一种面向HPV及其导致的宫颈癌的最优疫苗接种策略和筛查策略制定方法技术

一种面向HPV及其导致的宫颈癌的最优疫苗接种策略和筛查策略制定方法，属于公共卫生医疗领域。包括以下步骤：首先，根据HPV的流行病动力学，利用微分方程建立仓室模型，用于描述HPV的传播规律。其次，根据实际数据估算模型参数，统计各仓室内人口数量，并将疫苗接种率和筛查率作为控制变量，建立以最小化HPV感染者人数与疫苗成本以及筛查成本的非线性最优控制问题。最后，采用数值方法求解构造的最优控制问题，得到最优的HPV长期疫苗接种策略和筛查策略。本发明专利技术能够实现接种策略和筛查策略中防治效果与经济代价的综合考量，对于宫颈癌的科学防治工作具有重要的科学意义；且采用的方法具有很强的可操作性和可行性，便于实际应用。

【技术实现步骤摘要】
一种面向HPV及其导致的宫颈癌的最优疫苗接种策略和筛查策略制定方法
本专利技术属于公共卫生医疗领域，涉及一种面向HPV及其导致的宫颈癌的最优疫苗接种策略和筛查策略制定方法。
技术介绍
HPV是一种常见的性传播病毒，有很多种类型，主要类型有HPV-1、-2、-6、-11、-16、-18、-31、-33和-35型等，其中HPV-16与HPV-18等部分类型具有致癌性。病理学研究证明，HPV的长期感染是导致女性宫颈癌的主要原因。通过对易感人群等的疫苗接种与筛查，可以有效减少HPV的感染人数和降低宫颈癌的发病率。因此，如何确定有效且经济的疫苗接种策略和筛查策略，对于HPV及其导致的宫颈癌的科学防治工作具有重要的科学意义。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术基于HPV的流行病动力学与最优控制方法，提出一种面向HPV及其导致的宫颈癌的最优疫苗接种策略和筛查策略制定方法。该方法能够实现疫苗接种策略和筛查策略中防治效果与经济代价的综合考量，具有良好的实用性。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种面向HPV及其导致的宫颈癌的最优疫苗接种策略和筛查策略制定方法，首先，根据HPV的流行病动力学，利用微分方程建立仓室模型，以描述HPV的传播规律和感染HPV后发病的过程。其次，根据实际数据估算模型参数，统计各仓室内人口数量，并将疫苗接种率和筛查率作为控制变量，建立最小化HPV感染人数与疫苗接种成本和筛查成本的非线性最优控制问题。最后，使用数值方法求解构造的最优控制问题，得到最优的HPV长期疫苗接种策略和筛查策略。包括以下步骤：步骤1：建立描述HPV传播规律的仓室模型将所有人口分为接受疫苗接种的HPV易感者(V仓室)、HPV易感染者(S仓室)、HPV无症状感染者(E仓室)、HPV有症状感染者(H仓室)、HPV长期感染者(P仓室)、长期感染导致癌前病变第一阶段患者(I1仓室)、癌前病变第二阶段患者(I2仓室)、癌前病变第三阶段患者(I3仓室)、由HPV导致的宫颈癌患者(A仓室)和HPV康复者(R仓室)；记N为总人口数，有N＝V+S+E+H+P+I1+I2+I3+A+R；因此，可以建立如下的仓室模型：其中，传染率α1(t)可以表示为：其中，公式(1)与公式(2)中各参数的意义如下：Λ为体系内人口增长数，d为自然死亡率，d1为宫颈癌导致的死亡率，δ1为疫苗的失效率，δ2和δ4为易感者第一次和第二次接种疫苗的比例，δ3为相对于易感者，康复者被感染几率的修正系数，cp和cq为筛查的效果以及无症状患者中接受筛查的比例，cn为男性或女性获得新性伴侣的概率，ck为男性或女性在接触中被传播病毒的概率，cc和ca为安全套的效用以及其使用率，α为服用避孕药物对HPV感染的影响，β为吸烟对HPV感染的影响，α2为HPV无症状患者转化为HPV有症状的概率，α3为HPV症状患者持续感染的概率，α4为持续感染HPV患者感染部位癌前病变进入第一阶段患者的概率，α5为癌前病变第一阶段患者发展为第二阶段患者的概率，α6为癌前病变第二阶段患者发展为第三阶段患者的概率，α7为癌前病变第三阶段患者发展为宫颈癌患者的概率，σ1为HPV无症状患者康复的概率，σ2为HPV症状患者康复为无症状患者的概率，σ3为持续感染HPV患者康复为症状患者的概率，σ4为HPV癌前病变第一阶段患者康复为持续感染HPV患者的概率，σ5为HPV癌前病变第二阶段患者康复为第一阶段患者的概率，σ6为HPV癌前病变第三阶段患者康复为第二阶段患者的概率，γ1，γ2，γ3，γ4，γ5和γ6分别为药物对自愈率σ1，σ1，σ1，σ1，σ1和σ1的积极作用，γ7为宫颈癌患者的治愈率，θ1，θ2，θ3，θ4和θ5分别是相对于与HPV无症状患者接触，与HPV症状患者、持续感染HPV患者、癌前病变第一阶段患者、癌前病变第二阶段患者、癌前病变第三阶段患者等接触时感染率的修正系数；步骤2：建立以最小化HPV感染者人数与疫苗成本以及筛查成本的非线性最优控制问题根据历史数据，估计仓室模型中的参数；考虑对易感人群的疫苗接种和对HPV无症状患者的筛查，参数δ2和cq由于具有概率性质，其满足：0≤δ2≤1，1≤cq≤2,(3)记接种策略和筛查策略开始实施与停止实施的时间分别为t1与t2；统计t1时刻各仓室内人数分别为综合考虑策略实施阶段HPV感染者人数与疫苗成本以及筛查成本的经济代价，建立如下的最优控制问题：s.t.V′＝δ2(t)S+δ4S-(d+δ1)V,S′＝Λ+δ1V-(δ2(t)+δ4+α1+d)S,E′＝α1S+δ3α1R+σ2H-(α2+cpcq(t)γ1σ1+d)E,H′＝α2E+σ3P-(σ2+γ2σ2+α3+d)H,I′3＝α6I2-(σ6+γ6σ6+α7+d)I3,A′＝α7I3-(γ7+d+d1)A,R′＝cpcq(t)γ1σ1E+γ2σ2H+γ3σ3P+γ4σ4I1+γ5σ5I2+γ6σ6I3+γ7A-(δ3α1+d)R,V(t1)＝V0,S(t1)＝S0,E(t1)＝E0,H(t1)＝H0,P(t1)＝P0,I1(t1)＝I1,0,I2(t1)＝I2,0,I3(t1)＝I3,0,A(t1)＝A0,R(t1)＝R0,0≤δ2(t)≤1,1≤cq(t)≤2,其中，参数C1，C2，C3，C4，C5表示长期实施策略中，HPV症状患者、持续感染HPV患者、癌前病变第一阶段患者、癌前病变第二阶段患者、癌前病变第三阶段患者人数的权重；B1和B2表示实施的策略中疫苗成本以及筛查成本的权重；步骤3：求解最优控制问题，指导HPV长期疫苗接种策略和筛查策略策略的制定求解公式(5)中的最优控制问题；得到的δ2(t)和cq(t)代表最优控制意义下最优的疫苗接种率和筛查率；而V(t),S(t),E(t),H(t),P(t),I1(t),I2(t),I3(t),A(t),R(t)分别表示长期策略下，疫苗接种者、HPV易感染者、HPV无症感染者、HPV有症感染者、HPV长期感染者、由HPV导致的癌前病变第一阶段患者、癌前病变第二阶段患者、癌前病变第三阶段患者、由HPV导致的宫颈癌患者以及HPV康复者的人数变化历史。本专利技术相对于现有技术，其有益效果为：本专利技术通过仓室模型描述HPV传播规律和感染HPV后发病的过程，并通过最优控制方法，指导最优的HPV长期疫苗接种策略和筛查策略的制定，对于宫颈癌的科学防治具有重要的理论价值与实用价值。本专利技术中阐述的方法具有很强的可操作性和可行性，便于实际应用。附图说明图1为本专利技术的计算流程图。图2为本专利技术的实施例中疫苗接种者人口数量的变化历程。图3为本专利技术的实施例中易感者者人口数量的变化历程。图4为本专利技术的实施例中HPV感染导致的无症感染者人口数量的变化历程。图5为本专利技术的实施例中HPV感染导致的有症感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向HPV及其导致的宫颈癌的最优疫苗接种策略和筛查策略制定方法，其特征在于，首先，根据HPV的流行病动力学，利用微分方程建立仓室模型，用于描述HPV的传播规律和感染HPV后发病的过程；其次，根据实际数据估算模型参数，统计各仓室内人口数量，并将疫苗接种率和筛查率作为控制变量，建立最小化HPV感染人数与疫苗接种成本和筛查成本的非线性最优控制问题；最后，使用数值方法求解构造的最优控制问题，得到最优的HPV长期疫苗接种策略和筛查策略；包括以下步骤：/n步骤1：建立描述HPV传播规律的仓室模型/n将所有人口分为接受疫苗接种的HPV易感者记为V仓室、HPV易感染者记为S仓室、HPV无症状感染者记为E仓室、HPV有症状感染者记为H仓室、HPV长期感染者记为P仓室、长期感染导致癌前病变第一阶段患者记为I

【技术特征摘要】
1.一种面向HPV及其导致的宫颈癌的最优疫苗接种策略和筛查策略制定方法，其特征在于，首先，根据HPV的流行病动力学，利用微分方程建立仓室模型，用于描述HPV的传播规律和感染HPV后发病的过程；其次，根据实际数据估算模型参数，统计各仓室内人口数量，并将疫苗接种率和筛查率作为控制变量，建立最小化HPV感染人数与疫苗接种成本和筛查成本的非线性最优控制问题；最后，使用数值方法求解构造的最优控制问题，得到最优的HPV长期疫苗接种策略和筛查策略；包括以下步骤：
步骤1：建立描述HPV传播规律的仓室模型
将所有人口分为接受疫苗接种的HPV易感者记为V仓室、HPV易感染者记为S仓室、HPV无症状感染者记为E仓室、HPV有症状感染者记为H仓室、HPV长期感染者记为P仓室、长期感染导致癌前病变第一阶段患者记为I1仓室、癌前病变第二阶段患者记为I2仓室、癌前病变第三阶段患者记为I3仓室、由HPV导致的宫颈癌患者记为A仓室和HPV康复者记为R仓室；并记N为总人口数，有N＝V+S+E+H+P+I1+I2+I3+A+R；因此，建立如下的仓室模型：






其中，传染率α1(t)表示为：



其中，公式(1)与公式(2)中各参数的意义如下：Λ为体系内人口增长数，d为自然死亡率，d1为宫颈癌导致的死亡率，δ1为疫苗的失效率，δ2和δ4为易感者第一次和第二次接种疫苗的比例，δ3为相对于易感者，康复者被感染几率的修正系数，cp和cq为筛查的效果以及无症状患者中接受筛查的比例，cn为男性或女性获得新性伴侣的概率，ck为男性或女性在接触中被传播病毒的概率，cc和ca为安全套的效用以及其使用率，α为服用避孕药物对HPV感染的影响，β为吸烟对HPV感染的影响，α2为HPV无症状患者转化为HPV有症状的概率，α3为HPV症状患者持续感染的概率，α4为持续感染HPV患者感染部位癌前病变进入第一阶段患者的概率，α5为癌前病变第一阶段患者发展为第二阶段患者的概率，α6为癌前病变第二阶段患者发展为第三阶段患者的概率，α7为癌前病变第三阶段患者发展为宫颈癌患者的概率，σ1为HPV无症状患者康复的概率，σ2为HP...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘华，张凯，王昕炜，郑钦月，潘秋卫，冀云鹏，彭海军，
申请(专利权)人：西北民族大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62