Epidemiologinen malli

Edistymisluokitus
Opasnetissa lukuisat sivut ovat työn alla eri vaiheissa. Niiden tietosisältöön pitää siis suhtautua harkiten. Tämän sivun sisällön edistyminen on arvioitu: Tämä sivu on luonnos Sivun olennainen sisältö ja rakenne on jo hahmottunut, mutta kuitenkin isoja sisältöpuutteita on edelleen.

Tämä sivu on tietokide alatyypiltään muuttuja. Sivutunniste: Op_fi4414
Moderaattori:Jouni (katso kaikki) Sivun edistyminen: Luonnos. Arvostuksen määrää ei ole arvioitu (ks. peer review).
Lisää dataa {{#opasnet_base_link:Op_fi4414}}

Kysymys

Miten arvioidaan vakavan pneumokokkitaudin tautitaakka tilanteessa, jossa kansalliseeen rokotusohjelmaan on valittu tietyt rokoteserotyypit sisältävä konjugaattirokote?

Vakava pneumokokkitauti tarkoittaa invasiivista pneumokokkitautia (ks. vertailuperusteet).
Arvioidaan tautitapausten vuosittainen määrä kaikisssa ikäryhmissä.
Rokotuskattavuus, rokotteen teho ja aika rokotusten aloittamisesta ovat riittävät, jotta rokoteserotyyppien kantajuus ja tauti häviävät.
Oletetaan, että rokoteserotyyppien kantajuus korvautuu täysin muilla serotyypeillä, joiden taudinaiheuttamiskyky säilyy ennallaan.

Vastaus

Ennuste vakavien pneumokokkitautitapausten vuosittaisesta määrästä ikäluokittain lasketaan laskennallisen mallin avulla (ks. 'Perustelut' alla). Tässä vaiheessa ennuste koskee veriviljelypositiivista vakavaa pneumokokkitautia (invasive pneumococcal disease, IPD).

Perustelut

Pneumokokkitaudin rokotusten jälkeinen tautitaakka arvioidaan kantajuuden laskennallisen korvautumismallin avulla. Mallissa rokoteserotyyppien kantajuus häviää vähitellen rokotusohjelman kohdeväestössä sekä rokotetun että rokottamattoman väestönosan keskuudessa. Samalla rokotetyyppien kantajuus korvautuu ei-rokotetyyppien kantajuudella. Tämän korvautumisen seuraukset voidaan laskea ennen rokotuksia vallinneiden seotyppikohtaisten kantajuusosuuksien ja tautimäärien perusteella.

Korvautumisen seuraukset riippuvat oleellisesti kahdesta mallissa hyödynnetystä oletuksesta

Rokotteen ulkopuolisten serotyyppien kantajuusosuudet toisiinsa verrattuina eivät muutu rokotuksen vaikutuksesta
Rokotuksella ei ole vaikutusta yksittäisten serotyyppien taudinaiheuttamiskykyyn

Rokottamisen vaikutus tautimäärään lasketaan kantajuuden muutosten kautta ja korvautuminen pneumokokkiserotyyppien kantajuudessa heijastuu suoraan muutoksena niiden aiheuttamissa tautimäärissä. Rokotusten vaikutus kokonaistautitaakkaan riippuu oleellisesti rokoteserotyyppien taudinaiheuttamiskyvystä verrattuna muiden serotyyppien taudinaiheuttamiskykyyn. Joidenkin serotyyppien kohdalla tarkastellaan kuitenkin myös vaihtoehtoista oletusta, jossa rokote voi vähentää serotyypin aiheuttaman taudin esiintymistä rokotettujen keskuudessa ilman vaikutusta kantajuuteen.

Korvautuminen

Korvautuminen on ilmiö, jossa rokotusten hävittämät pneumokokkiserotyypit korvautuvat väestössä osittain muilla serotyyppejä. Tällöin pneumokokki ei vähene väestössä niin paljon kuin rokoteserotyyppien yleisyys antaisi olettaa. Ilmiötä on tarkemmin kuvattu omalla sivullaan.

Laskenta

Seuraava ohjelma havainnollistaa korvautumismallia. Ohjelmassa verrataan käyttäjän valitsemat serotyypit sisältävää pneumokokkirokotetta "New" rokotteeseen PCV10 (kuvioissa nimellä "Current"). Tuloksena esitetään mallin mukainen vakavien pneumokokkitautitapausten lukumäärä Suomessa vuosittain ensin serotyyppikohtaisesti ja sen jälkeen erikseen ikäluokissa <5 vuotta ja 5+ vuotta. Ohjelmakoodi perustuu viitteen [1] liitetiedostoon S1. ----#: . Tämän ohjelmakoodin tarjoamat valintavaihtoehdot tullaan laajentamaan. Vertailussa tulee olla 2 käyttäjän valitsemaa rokotetta siten, että osalle serotyypeistä voidaan olettaa ainoastaan suora suoja tautia vastaan. ----Markku N. (keskustelu) 24. kesäkuuta 2014 kello 10.10 (UTC) (type: truth; paradigms: science: comment)

Ohje käyttäjälle: Valitse haluamasi rokoteserotyypit alla olevasta listasta. Oletusvalinta vastaa vertailurokotteena olevaa 10-valenttista rokotetta. Jos valitset lisäyksinä 3 seuraavaa serotyyppiä (6A, 19A ja 3), vertailu suoritetaan PCV10:n ja PCV13:n välillä. Kun olet valinnut serotyypit, klikkaa painiketta "Aja koodi". Tulokset lasketaan sivun oikeaan reunaan.

Funktioiden alustus

+ Näytä koodi - Piilota koodi


library(OpasnetUtils)

#S1.4. The R-functions
###############################################################################
##
## R code for the core methods introduced in
## Markku Nurhonen and Kari Auranen:
## "Optimal serotype compositions for pneumococcal conjugate
## vaccination under serotype replacement",
## PLoS Computational Biology, 2014.
##
###############################################################################
## List of arguments common to most functions:
##
## IPD = matrix of IPD incidences by age class (columns) and serotype (rows)
## Car = corresponding matrix of carriage incidences
## VT_rows = vector of the row numbers in matrices IPD and Car
## corresponding to vaccine types (VT_rows=0 for no vaccination)
## p = proportion of lost VT carriage which is replaced by NVT carriage
## q = proportion of VT carriage lost either due to elimination or replacement
##
## This code includes 4 functions:
## Vaccination, NextVT, OptimalSequence and OptimalVacc.
##

Vaccination<-function(IPD,Car,VT_rows,p,q) {
	##
	## Result:
	## A list of 2 matrices: IPD and carriage incidences
	## after vaccination (corresponding to matrices IPD and Car).
	## [Markku Nurhonen 2013]
	##
	if (VT_rows[1]>0) {
		IPD<-as.matrix(IPD); Car<-as.matrix(Car)
		# Post vaccination carriage incidences
		Car_Total<-t(matrix(apply(Car,2,sum),dim(Car)[2],dim(Car)[1]))
		Car2<-Car; Car2[VT_rows,]<-0
		Car_NVT<-t(matrix(apply(Car2,2,sum),dim(Car2)[2],dim(Car2)[1]))
		Car_VT<-Car_Total-Car_NVT
		CarNew<-q*(1+p*Car_VT/Car_NVT)*Car2+(1-q)*Car
		# Post vaccination IPD incidences
		NVT_rows<-seq(dim(IPD)[1])[-1*VT_rows]
		# CCR=Case-to-carrier ratios
		CCR<-IPD/Car ; IPDNew<-0*IPD
		# Apply the equation appearing above
		# equation (1) in text for each serotype.
		# First term applies to NVTs.
		IPDNew[VT_rows,]<-(1-q)*IPD[VT_rows,]
		# Second term applies to NVTs.
		IPDNew[NVT_rows,]<-((Car_NVT+p*q*Car_VT)*(Car/Car_NVT)*CCR)[NVT_rows,]
		}
	else {
		IPDNew<-IPD; CarNew<-Car
	}
	list(IPDNew,CarNew) 
}

NextVT<-function(IPD,Car,VT_rows,p) {
	##
	## Result:
	## A vector of decreases in IPD due to adding a serotype
	## to the vaccine. If VT_rows=0, initially no vaccination.
	## For row indexes incuded in VT_rows, the result is 0.
	## [Markku Nurhonen 2013]
	##
	IPD<-as.matrix(IPD); Car<-as.matrix(Car)
	
	## VaccMat = IPD and Car matrices after vaccination
	VaccMat<-Vaccination(IPD,Car,VT_rows,p,1)
	IPD<-VaccMat[[1]]; Car<-VaccMat[[2]]
	
	## Total_IPD,Total_Car = Matrices corresponding to
	## overall IPD and carriage in each age class.
	Total_IPD<-t(matrix(apply(IPD,2,sum),dim(IPD)[2],dim(IPD)[1]))
	Total_Car<-t(matrix(apply(Car,2,sum),dim(Car)[2],dim(Car)[1]))
	
	## Effect = decrease in IPD when one serotype is added to the vaccine.
	## See equation (3) in text.
	Effect<-(Total_IPD-IPD)*((IPD/(Total_IPD-IPD))-(p*Car/(Total_Car-Car)))
	
	## Special case when only one NVT remains.
	IPD_nonzero<-which(apply(IPD,1,sum)!=0)
	if (length(IPD_nonzero)==1) {Effect[IPD_nonzero,]<-IPD[IPD_nonzero,]}

	## Result is obtained after summation over age classes.
	apply(Effect,1,sum) 
}

OptimalSequence<-function(IPD,Car,VT_rows,Excluded_rows,p,HowmanyAdded) {
	##
	## Starting from VTs indicated by the vector VT_rows
	## (VT_rows=0, for no vaccination) sequentially add new VTs
	## to the vaccine composition s.t. at each step the optimal
	## serotype (corresponding to largest decrease in IPD) is added.
	##
	## Excluded_rows = Vector of indexes of the rows in matrices
	## IPD and Car corresponding to serotypes that are not to
	## be included in a vaccine composition, e.g. a row
	## corresponding to a group of serotypes labelled "Other".
	## Enter Excluded_rows=0 for no excluded serotypes.
	## HowmanyAdded = number of VTs to be added.
	##
	## Result:
	## Matrix of dimension 2*HowmanyAdded with 1st row indicating
	## the row numbers of added serotypes in the order they appear
	## in the sequence. The 2nd row lists the decreases in IPD
	## due to addition of each type. [Markku Nurhonen 2013]
	##
	IPD<-as.matrix(IPD); Car<-as.matrix(Car)
	## First check the maximum possible number of added VTs.
	VT_howmany<-length(VT_rows)
	if (VT_rows[1]==0) {VT_howmany<-0}
	Excluded_howmany<-length(Excluded_rows)
	if (Excluded_rows[1]==0) {Excluded_howmany<-0}
	HowmanyAdded<-min(HowmanyAdded,dim(IPD)[1]-(VT_howmany+Excluded_howmany))
	BestVTs<-BestEffects<-rep(0,HowmanyAdded)
	## Sequential procedure: at each step find the best additional VT.
	for (i in 1:HowmanyAdded) {
		## Effects = Decrease in IPD after addition of each serotype
		Effects<-NextVT(IPD,Car,VT_rows,p)
		## Set Effects for VTs and excluded types equal to small values
		## so that none of these will be selected as the next VT.
		minvalue<- -2*max(abs(Effects))
		if (Excluded_howmany>0) {Effects[Excluded_rows]<-minvalue}
		if (VT_rows[1]>0) {Effects[VT_rows]<-minvalue}
		## BestVTs[i] = Index of serotype with maximum decrease in IPD.
		BestVTs[i]<-order(-1*Effects)[1]
		## BestEffects[i] = Decrese in IPD due to addition of BestVTs[i]
		## to the vaccine.
		BestEffects[i]<-Effects[BestVTs[i]]
		VT_rows<-c(VT_rows,BestVTs[i])
		if (VT_rows[1]==0) {VT_rows<-VT_rows[-1]}
		VaccMat<-Vaccination(IPD,Car,VT_rows,p,1)
		IPD<-VaccMat[[1]]; Car<-VaccMat[[2]] 
	}
	t(matrix(c(BestVTs,BestEffects),HowmanyAdded,2)) 
}

OptimalVacc<-function(IPD,Car,VT_rows,p,q,HowmanyAdded) {
	##
	## Result:
	## A list of 3 elements: (1) Row numbers of serotypes in the optimal
	## vaccine composition (2)-(3) IPD and carriage incidences
	## by serotype and age class corresponding to the optimal
	## vaccine formed using the sequential procedure in the
	## function OptimalSequence. [Markku Nurhonen 2013]
	##
	Additional_VTs<-OptimalSequence(IPD,Car,VT_rows,p,HowmanyAdded)[1,]
	All_VTs<-c(VT_rows,Additional_VTs)
	if (All_VTs[1]==0) All_VTs<-All_VTs[-1]
	VaccMat<-Vaccination(IPD,Car,All_VTs,p,q)
	list(All_VTs,VaccMat[[1]],VaccMat[[2]]) 
}

VacCar <- Ovariable("VacCar",
	dependencies = data.frame(Name = c(
		"IPD", # incidence of pneumococcus disease
		"Car", # number of carriers of pneumococcus
		"servac", # ovariable of serotypes in vaccine (1 for serotypes in a vaccine, otherwise result is 0)
		"p", # proportion of eliminated VT carriage that is replaced by NVT carriage
		"q" # proportion of of VT carriage eliminated by vaccine
	)), 
	formula = function(...) {
		## Result:
		## An ovariable of carriage incidences
		## after vaccination (corresponding to Car).
		## [Markku Nurhonen 2013, Jouni Tuomisto 2014]
		# Post vaccination carriage incidences
		
		# Sum over serotypes and drop extra columns
		Car_Total<- unkeep(oapply(Car, cols = "Serotype", FUN = sum) * 1, prevresults = TRUE)
		# Car2 is a temporary ovariable with NVT carriers only
		Car2 <- unkeep(Car * (1 - servac), prevresults = TRUE) # Take only NVT carriers
			
		Car_NVT <- oapply(Car2, cols = "Serotype", FUN = sum) # Carriers of serotypes not in vaccine (NVT)
		Car_VT <- Car_Total - Car_NVT # Carriers of vaccine serotypes

		CarNew <- q * (1 + p * Car_VT / Car_NVT) * Car2 + (1 - q) * Car

		return(CarNew)
	}
)
		
VacIPD <- Ovariable("VacIPD",
	dependencies = data.frame(Name = c(
		"IPD", # incidence of pneumococcus disease
		"Car", # number of carriers of pneumococcus
		"servac", # ovariable of serotypes in vaccine (1 for serotypes in a vaccine, otherwise result is 0)
		"p", # proportion of eliminated VT carriage that is replaced by NVT carriage
		"q" # proportion of of VT carriage eliminated by vaccine
	)), 
	formula = function(...) {
		## Result:
		## An ovariable of IPD incidence
		## after vaccination (corresponding to ovariable IPD).
		## [Markku Nurhonen 2013, Jouni Tuomisto 2014]
		
		# Post vaccination carriage incidences (same code as in VacCar)
			
		Car_Total <- unkeep(oapply(Car, cols = "Serotype", FUN = sum) * 1, prevresults = TRUE) # Sums over serotypes
		Car2 <- unkeep(Car * (1 - servac), prevresults = TRUE)
			
		Car_NVT <- oapply(Car2, cols = "Serotype", FUN = sum) # Carriers of serotypes not in vaccine (NVT)
		Car_VT <- Car_Total - Car_NVT # Carriers of vaccine serotypes
		CarNew <- q * (1 + p * Car_VT / Car_NVT) * Car2 + (1 - q) * Car
			
		# Post vaccination IPD incidences
		# CCR=Case-to-carrier ratios
		CCR <- IPD / Car

		# Apply the equation appearing above
		# equation (1) in text for each serotype.
		# First term applies to VTs.
		IPDNewVT <- (1 - q) * IPD * servac

		# Second term applies to NVTs.
		IPDNewNVT <- (Car_NVT + p * q * Car_VT) * (Car / Car_NVT) * CCR * (1 - servac)

		IPDNew <- IPDNewVT + IPDNewNVT

		return(IPDNew) 
	}
)

objects.store(Vaccination, NextVT, OptimalSequence, OptimalVacc, VacCar, VacIPD)

cat("Funktiot Vaccination, NextVT, OptimalSequence, OptimalVacc sekä ovariablet VacCar, VacIPD tallennettu. \n")

Data

Pneumokokin esiintyvyys suomalaisessa väestössä. Carrier: (oireettomien) kantajuusedpisodien lukumäärä vuodessa, Incidence: invasiivisten pneumokokkitautitapausten lukumäärä vuodessa.

Näytä yksityiskohdat

Pneumokokki väestössä(#, #/100000py)
Obs	Serotype	Age	Carrier	Incidence
1	19F	Under 5	156030	7.78
2	23F	Under 5	156030	7.88
3	6B	Under 5	126990	24.39
4	14	Under 5	41200	20.76
5	9V	Under 5	22290	2.91
6	4	Under 5	12830	2.91
7	18C	Under 5	10130	6.64
8	1	Under 5	10	0.31
9	7	Under 5	14180	3.02
10	6A	Under 5	54940	3.94
11	19A	Under 5	24320	9.88
12	3	Under 5	12160	1.25
13	8	Under 5	1350	0.1
14	9N	Under 5	20940	0.83
15	10	Under 5	4050	0.41
16	11	Under 5	72270	0.42
17	12	Under 5	10	0.21
18	15	Under 5	33100	1.98
19	16	Under 5	3380	0.21
20	20	Under 5	1350	0.01
21	22	Under 5	12160	0.93
22	23A	Under 5	3380	0.1
23	33	Under 5	680	0.42
24	35	Under 5	30400	0.31
25	38	Under 5	4050	0.42
26	6C	Under 5	27470	0.01
27	Oth	Under 5	24320	0.73
28	19F	Over 5	168100	28.51
29	23F	Over 5	314800	53.72
30	6B	Over 5	256700	29.53
31	14	Over 5	209800	99.43
32	9V	Over 5	114100	43.07
33	4	Over 5	62500	76.99
34	18C	Over 5	200700	24.39
35	1	Over 5	100	6.58
36	7	Over 5	100	46.88
37	6A	Over 5	158800	17.42
38	19A	Over 5	54900	20.54
39	3	Over 5	30800	55.04
40	8	Over 5	8800	11.21
41	9N	Over 5	8800	25.2
42	10	Over 5	20800	6.28
43	11	Over 5	97700	12.76
44	12	Over 5	100	13.89
45	15	Over 5	100	9.18
46	16	Over 5	191900	4.73
47	20	Over 5	25200	3.29
48	22	Over 5	72500	29.03
49	23A	Over 5	22000	4.4
50	33	Over 5	100	5.64
51	35	Over 5	71300	12.41
52	38	Over 5	100	1.43
53	6C	Over 5	79400	5.5
54	Oth	Over 5	330100	11.2

Katso myös

Tämä rokotehankintakeskustelu toimitettiin tiedoksi kansalliselle rokotusasiantuntijaryhmälle 8.9.2014.

**Pneumokokkirokotteen hankinta kansalliseen rokotusohjelmaan**
Arvioinnin osat	ROKOTEKYSELY - VASTAA TÄSTÄ · Rokotteen vertailuperusteet · Epidemiologinen malli · Taloudellinen arviointi
Englanninkieliset sivut	Tendering process for pneumococcal conjugate vaccine · Comparison criteria for vaccine · Epidemiological modelling · Economic assessment
Taustatietoa	Pneumokokki · Työjärjestys · Pneumokokkirokotevalmisteet · Kansallinen rokotusohjelma · Pneumokokkikonjugaattirokotteen vaikuttavuuden seuranta · Korvautuminen · Viitteet · Herkkyysanalyysi(Tal.arv.) · Rokotesanasto · Pneumokokkirokotteen turvallisuus Tulosta: Koko materiaali · Pneumokokkirokotekysely

Viitteet

Nurhonen M, Auranen K (2014) Optimal Serotype Compositions for Pneumococcal Conjugate Vaccination under Serotype Replacement. PLoS Comput Biol 10(2): e1003477. doi:10.1371/journal.pcbi.1003477

Kommentoi