Published May 6, 2020
| Version v1
Publication
Open
Modeling the trend of coronavirus disease 2019 and restoration of operational capability of metropolitan medical service in China: a machine learning and mathematical model-based analysis
- 1. Chinese Academy of Medical Sciences & Peking Union Medical College
- 2. Guangzhou Women and Children Medical Center
- 3. Peking University
- 4. Shanghai Children's Medical Center
Description
Abstract Background To contain the outbreak of coronavirus disease 2019 (COVID-19) in China, many unprecedented intervention measures are adopted by the government. However, these measures may interfere in the normal medical service. We sought to model the trend of COVID-19 and estimate the restoration of operational capability of metropolitan medical service in China. Methods Real-time data of COVID-19 and population mobility data were extracted from open sources. SEIR (Susceptible, Exposed, Infectious, Recovered) and neural network models (NNs) were built to model disease trends in Wuhan, Beijing, Shanghai and Guangzhou. Combined with public transportation data, Autoregressive Integrated Moving Average (ARIMA) model was used to estimate the accumulated demands for nonlocal hospitalization during the epidemic period in Beijing, Shanghai and Guangzhou. Results The number of infected people and deaths would increase by 45% and 567% respectively, given that the government only has implemented traffic control in Wuhan without additional medical professionals. The epidemic of Wuhan (measured by cumulative confirmed cases) was predicted to reach turning point at the end of March and end in later April, 2020. The outbreak in Beijing, Shanghai and Guangzhou was predicted to end at the end of March and the medical service could be fully back to normal in middle of April. During the epidemic, the number of nonlocal inpatient hospitalizations decreased by 69.86%, 57.41% and 66.85% in Beijing, Shanghai and Guangzhou respectively. After the end of epidemic, medical centers located in these metropolises may face 58,799 (95% CI 48926–67,232) additional hospitalization needs in the first month. Conclusion The COVID-19 epidemic in China has been effectively contained and medical service across the country is expected to return to normal in April. However, the huge unmet medical needs for other diseases could result in massive migration of patients and their families, bringing tremendous challenges for medical service in major metropolis and disease control for the potential asymptomatic virus carrier.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
خلفية مجردة لاحتواء تفشي مرض فيروس كورونا 2019 (COVID -19) في الصين، تتبنى الحكومة العديد من تدابير التدخل غير المسبوقة. ومع ذلك، قد تتداخل هذه التدابير مع الخدمة الطبية العادية. سعينا إلى نمذجة اتجاه COVID -19 وتقدير استعادة القدرة التشغيلية للخدمات الطبية الحضرية في الصين. تم استخراج بيانات الوقت الفعلي لـ COVID -19 وبيانات تنقل السكان من مصادر مفتوحة. تم بناء نماذج SEIR (المعرضة للإصابة، والمكشوفة، والمعدية، والمستعادة) والشبكة العصبية (NNs) لنمذجة اتجاهات المرض في ووهان وبكين وشنغهاي وقوانغتشو. إلى جانب بيانات النقل العام، تم استخدام نموذج المتوسط المتحرك المتكامل الانحداري (ARIMA) لتقدير الطلبات المتراكمة على الاستشفاء غير المحلي خلال فترة الوباء في بكين وشنغهاي وقوانغتشو. النتائج سيزداد عدد الأشخاص المصابين والوفيات بنسبة 45 ٪ و 567 ٪ على التوالي، بالنظر إلى أن الحكومة لم تنفذ سوى مراقبة حركة المرور في ووهان دون وجود مهنيين طبيين إضافيين. كان من المتوقع أن يصل وباء ووهان (الذي يقاس بالحالات المؤكدة التراكمية) إلى نقطة تحول في نهاية مارس وينتهي في أواخر أبريل 2020. كان من المتوقع أن ينتهي تفشي المرض في بكين وشنغهاي وقوانغتشو في نهاية مارس/آذار، وقد تعود الخدمة الطبية إلى طبيعتها بالكامل في منتصف أبريل/نيسان. خلال الوباء، انخفض عدد المرضى الداخليين غير المحليين في المستشفيات بنسبة 69.86 ٪ و 57.41 ٪ و 66.85 ٪ في بكين وشنغهاي وقوانغتشو على التوالي. بعد انتهاء الوباء، قد تواجه المراكز الطبية الموجودة في هذه المدن 58,799 (95% CI 48926–67,232) احتياجات إضافية للاستشفاء في الشهر الأول. تم احتواء وباء كوفيد-19 في الصين بشكل فعال ومن المتوقع أن تعود الخدمات الطبية في جميع أنحاء البلاد إلى طبيعتها في أبريل. ومع ذلك، فإن الاحتياجات الطبية الضخمة غير الملباة لأمراض أخرى يمكن أن تؤدي إلى هجرة جماعية للمرضى وعائلاتهم، مما يجلب تحديات هائلة للخدمة الطبية في المدن الكبرى ومكافحة الأمراض لحامل الفيروس المحتمل بدون أعراض.Translated Description (French)
Résumé Contexte Pour contenir l'épidémie de coronavirus 2019 (COVID-19) en Chine, de nombreuses mesures d'intervention sans précédent sont adoptées par le gouvernement. Cependant, ces mesures peuvent interférer avec le service médical normal. Nous avons cherché à modéliser la tendance du COVID-19 et à estimer le rétablissement de la capacité opérationnelle du service médical métropolitain en Chine. Méthodes Les données en temps réel sur la COVID-19 et les données sur la mobilité de la population ont été extraites de sources ouvertes. Des modèles de réseaux neuronaux (NN) et SEIR (Susceptible, Exposed, Infectious, Recovered) ont été construits pour modéliser les tendances des maladies à Wuhan, Beijing, Shanghai et Guangzhou. Combiné aux données des transports en commun, le modèle de moyenne mobile intégrée autorégressive (ARIMA) a été utilisé pour estimer les demandes cumulées d'hospitalisation non locale pendant la période épidémique à Beijing, Shanghai et Guangzhou. Résultats Le nombre de personnes infectées et de décès augmenterait de 45 % et 567 % respectivement, étant donné que le gouvernement n'a mis en place un contrôle de la circulation à Wuhan que sans professionnels de la santé supplémentaires. L'épidémie de Wuhan (mesurée par le nombre cumulé de cas confirmés) devrait atteindre un tournant à la fin du mois de mars et se terminer plus tard en avril 2020. L'épidémie à Beijing, Shanghai et Guangzhou devait se terminer à la fin du mois de mars et le service médical pourrait revenir à la normale à la mi-avril. Au cours de l'épidémie, le nombre d'hospitalisations non locales a diminué de 69,86 %, 57,41 % et 66,85 % à Beijing, Shanghai et Guangzhou respectivement. Après la fin de l'épidémie, les centres médicaux situés dans ces métropoles peuvent faire face à 58 799 (IC à 95 % 48926-67 232) besoins d'hospitalisation supplémentaires au cours du premier mois. Conclusion L'épidémie de COVID-19 en Chine a été efficacement maîtrisée et les services médicaux dans tout le pays devraient revenir à la normale en avril. Cependant, les énormes besoins médicaux non satisfaits pour d'autres maladies pourraient entraîner une migration massive des patients et de leurs familles, entraînant d'énormes défis pour les services médicaux dans les grandes métropoles et la lutte contre la maladie pour le porteur potentiel du virus asymptomatique.Translated Description (Spanish)
Resumen Antecedentes Para contener el brote de la enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19) en China, el gobierno adopta muchas medidas de intervención sin precedentes. Sin embargo, estas medidas pueden interferir en el servicio médico normal. Buscamos modelar la tendencia de COVID-19 y estimar la restauración de la capacidad operativa del servicio médico metropolitano en China. Métodos Los datos en tiempo real de COVID-19 y los datos de movilidad de la población se extrajeron de fuentes abiertas. Se construyeron modelos SEIR (Susceptible, Expuesto, Infeccioso, Recuperado) y de redes neuronales (NN) para modelar las tendencias de enfermedades en Wuhan, Beijing, Shanghai y Guangzhou. En combinación con los datos del transporte público, se utilizó el modelo de media móvil integrada autorregresiva (ARIMA) para estimar las demandas acumuladas de hospitalización no local durante el período epidémico en Beijing, Shanghai y Guangzhou. Resultados El número de personas infectadas y las muertes aumentarían en un 45% y 567% respectivamente, dado que el gobierno solo ha implementado el control de tráfico en Wuhan sin profesionales médicos adicionales. Se predijo que la epidemia de Wuhan (medida por casos confirmados acumulados) alcanzaría un punto de inflexión a fines de marzo y terminaría a fines de abril de 2020. Se pronosticó que el brote en Beijing, Shanghai y Guangzhou terminaría a fines de marzo y el servicio médico podría volver a la normalidad a mediados de abril. Durante la epidemia, el número de hospitalizaciones no locales disminuyó en un 69,86%, 57,41% y 66,85% en Beijing, Shanghai y Guangzhou, respectivamente. Después del final de la epidemia, los centros médicos ubicados en estas metrópolis pueden enfrentar 58,799 (95% CI 48926–67,232) necesidades adicionales de hospitalización en el primer mes. Conclusión La epidemia de COVID-19 en China se ha contenido de manera efectiva y se espera que los servicios médicos en todo el país vuelvan a la normalidad en abril. Sin embargo, las enormes necesidades médicas no satisfechas de otras enfermedades podrían resultar en una migración masiva de pacientes y sus familias, lo que traería enormes desafíos para el servicio médico en las principales metrópolis y el control de enfermedades para el posible portador asintomático del virus.Files
s41256-020-00145-4.pdf
Files
(2.5 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:af840f5ff7bd332f3e65f77f4ca4d249
|
2.5 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- نمذجة اتجاه مرض فيروس كورونا 2019 واستعادة القدرة التشغيلية للخدمة الطبية الحضرية في الصين: التعلم الآلي والتحليل القائم على النماذج الرياضية
- Translated title (French)
- Modélisation de la tendance de la maladie à coronavirus 2019 et restauration de la capacité opérationnelle du service médical métropolitain en Chine : un apprentissage automatique et une analyse basée sur des modèles mathématiques
- Translated title (Spanish)
- Modelado de la tendencia de la enfermedad por coronavirus 2019 y restauración de la capacidad operativa del servicio médico metropolitano en China: un aprendizaje automático y un análisis basado en modelos matemáticos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3021325664
- DOI
- 10.1186/s41256-020-00145-4
References
- https://openalex.org/W1724244428
- https://openalex.org/W1969378369
- https://openalex.org/W2170587289
- https://openalex.org/W3001897055
- https://openalex.org/W3002108456
- https://openalex.org/W3002539152
- https://openalex.org/W3003573988
- https://openalex.org/W3003668884
- https://openalex.org/W3005482258
- https://openalex.org/W3006914768
- https://openalex.org/W3007580879
- https://openalex.org/W3009916383
- https://openalex.org/W3011351342