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准确预测多地新冠疫情!这位厦大老师“模”清病毒传播规律

2022-04-30 23:13   来源:  责任编辑:李晨曦   我来说两句
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近期国内疫情形势严峻,从事传染病数学建模与突发公共卫生事件应对策略研究的陈田木及其团队成员一直“绷着弦”。在课题组,这位厦门大学公共卫生学院副教授的办公桌和学生的并排放在一起。学生说,除去授课时间,陈老师基本都在这里,即使是周末,也至少有一天“出勤”。实验室另一边的陈列柜里,摆满了不同部门发来的表扬信及感谢信。

新冠肺炎疫情暴发以来,陈田木团队采用数学建模、传染病学、基因组学等多学科交叉方法开展了大量新冠肺炎疫情模型研究,相关应用准确预测了国内多次规模不同的疫情,为相关部门提供了重要决策参考,也为各地精准防控、疾病救治争取了宝贵时间。

今年2月,陈田木参与完成的科研项目《基于防治结合的新冠肺炎救治体系建立与推广应用》获得2021年度厦门市科学技术进步奖一等奖。他个人也于近日被科技部授予“全国科技系统抗击新冠肺炎疫情先进个人”称号。

从零起步“啃”下数字建模

过去一年,陈田木团队科研成果卓著——共发表25篇SCI文章,数篇论文获得业内高位引用。

众所周知,发表一篇高质量的SCI文章一般需要长期的科学实验和论证。而陈田木团队如此高产,离不开过去十多年对理论流行病学持续不断的研究。

作为流行病学三大方法论之一,理论流行病学是指使用数学模型来测算疾病传播规律、预测传染病流行趋势的一种方法。

“通俗地说,就是利用数学模型还原病原体在真实世界的传播情况。”陈田木进一步解释,通过对已有数据进行推演,可以准确地模拟出病毒流行过程、预测疫情的走势。根据预测出的传染病流行规律,相关部门就能提前做好应对策略。

新冠肺炎疫情暴发以来,陈田木团队研发的疫情风险计算器、不同疫苗接种效果评估等模型,前瞻性地对新冠病毒传染规模、时间及相应干预措施进行了准确预测和评估,为国家疾控部门提供了有力的信息支撑,并帮助公众不断修正对新冠病毒的认识。

如今丰硕的科研成果,源于持续不断的钻研和积累。2007年本科毕业后,陈田木成为长沙市疾病预防控制中心的一名公卫医师,日常工作就是与各类传染性疾病“打交道”。

“要想做好基层的传染病防治工作,首先就要充分认识病毒的传播规律,如果能有算法预测病毒的传播轨迹,就能争取大量的救治时间。”他回忆道。

一线工作让陈田木对传染病防治工作有了更深刻的认知,也激发了他进一步深造学习的动力。

2009年,甲型H1N1流感(以下简称甲流)大暴发时,陈田木下定决心报考中南大学湘雅公共卫生学院教授胡国清的研究生并成功考取。

临近毕业时,导师建议他把甲流传播的量化评估作为硕士毕业论文的研究方向,这一建议与陈田木的想法不谋而合。

“用数学方法精准测算出病毒传播的动力学特征,从公共卫生领域来说,这实现了从定性到定量的跨越,将极大提高传染病防治的精准度。”陈田木说。

数学非他所长,从零开始的学习过程并不轻松。陈田木回忆道,为了“啃”下数字建模这块硬“骨头”,读研期间他几乎阅读了国际上关于理论流行病学的所有文献,并自学应用数学、计算机及相关研究方法。

在陈田木看来,做数学模型、写一篇论文,其实就是把自己发现和解决的科学问题“故事化”,使其更具可读性。读研期间,他先后开展了甲流、流行性腮腺炎、疟疾等传染病的模型研究及应用,尝试破解这些传染病的传播规律和传播特点。

从医经验助力科学研究

2020年,新冠肺炎疫情突如其来。已有丰富积累的陈田木带领团队第一时间投入到对新冠病毒传播力、传播规律的科研攻关中。

“错误的模型会导致错误的决策。”陈田木说,面对新冠病毒,人类一无所知,既要争分夺秒又要慎之又慎。

连续数周,陈田木团队从海量的医学信息中梳理出关于新冠病毒的传播数据。基于多年传染病防治工作经验,陈田木在数学模型中率先引入“物传人”“无症状感染者”等参数概念,一遍遍研究推敲和调整数学模型,使模型更加贴近实际数据,最终得出了科学的预测数据。

“后来我们看到,病毒的实际传播情况与我们模型的预测高度相符,我们对于新冠病毒传播规律的结论也得到了业内认可。”陈田木介绍,此后团队还根据不同防控措施、不同疫苗接种情况下的病毒传播做出模型预测,准确给出湖北、广东、湖南、福建等地突发新冠疫情后拐点与高峰时间、感染人数高峰值及最终流行规模。

在设计新冠病毒传播动力学模型过程中,过去当公卫医师时积累的大量经验,让陈田木迸发出不少灵感。“无症状感染者、物传人这些传播情况在甲流、细菌性痢疾等传染病传播过程中都出现过,基于此,我们也将这些因素考虑在新冠病毒的传播模型中,增加了模型预测的准确性。”他说。

回顾陈田木的履历,从本科到硕士再到博士,每完成一个阶段的学业后,都有一段做公卫医师的工作经历。直到2019年,36岁的陈田木才入职厦门大学。“由于个人原因,我没能不间断地完成学业,做科研起步也比别人晚一些。”陈田木坦言,如今每当因年龄问题不能申报青年人才项目时,自己多少会有些遗憾。但从另一个角度看,这些实践经验也成了自己科研道路上的一笔宝贵财富。

培养更多公共卫生领域建模人才

近两年,新冠肺炎疫情的大流行使理论流行病学研究进入到蓬勃发展的时期。“疫情前这个研究领域相对而言比较小众,且主要是理论研究,而现在许多年轻人都对模型预测产生了兴趣,报考这个研究方向的学生也多了,这是一个很好的现象。”陈田木说。

眼下,除了做好科研,陈田木把更多精力放在培养学生上。在他看来,随着学科发展,数学模型预测不仅能解决公共卫生领域问题,还有望在传染病以外,如慢性病等领域发挥积极作用,促进全球健康问题的解决。而当下,最需要解决的就是教学和人才问题。

近年来,陈田木在厦门大学陆续开设《理论流行病学前沿与实践》《流行病学》《临床流行病学》课程,厦门大学也成为国内为数不多开展理论流行病学教学的高校。

从最初学院只有陈田木一人懂传染病数学建模,到如今整个团队已有23名硕士和博士,这支年轻的队伍正值科研创新旺盛期。

截至目前,陈田木团队已围绕新冠肺炎、禽流感、肺结核、手足口病等20余种传染病开发出上百种模型。近两年,该团队多项科研项目被列为国家重点研发项目。

对于团队及个人取得的成绩,陈田木坦言:“没太关注,我相信只要做好研究,终会得到认可。”而他最在意的,还是理论流行病学能否发展壮大、在公共卫生领域乃至医学领域能否发挥更大的作用。

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