2021.03.10

COVID-19変異種ワクチン接種の効果推定 東京都の感染者予測

研究開発担当

筑波大学 倉橋節也

対応するリサーチクエッション

「第二波対策」として必要な「感染予測・対策の効果検証」(SIRモデルの代替となるモデルの確立)、「必要な医療リソース(病床・医療物資等)の需要予測と最適配置」


サマリー 

1. 数理モデルとAIの融合による感染モデル

英国型変異種の感染予測とワクチン接種効果を推定 東京都での英国変異種ウイルスの感染者予測を行った結果,3/21時点で10名の英国型変異種ウ イルス感染者がいた場合,6/1以降に0.3%/日のワクチン接種では,第5波の感染拡大が防げない こと,0.5%/日であれば,感染拡大を防ぐことができることが示された.

2. 英国型変異種の感染予測とワクチン接種効果を推定 

東京都での英国変異種ウイルスの感染者予測を行った結果,3/21時点で10名の英国型変異種ウ イルス感染者がいた場合,6/1以降に0.3%/日のワクチン接種では,第5波の感染拡大が防げない こと,0.5%/日であれば,感染拡大を防ぐことができることが示された. 

3. 南ア・ブラジル型変異種の感染予測とワクチン接種効果を推定 

東京都での南ア・ブラジル型変異種ウイルスの感染者予測を行った結果,3/21時点で10名の変 異種ウイルス感染者がいた場合,6/1以降に0.3%/日のワクチン接種では,第5波の感染拡大が防 げないこと,0.5%/日であっても,6000人を超える感染拡大が発生することが示された. 

3/21 英国型変異種感染者10名 

実効再生産数を62.5%(40%-75%の平均)アップさせるとした場合 


変異種感染者予測 (ワクチンなし) 

東京都の感染者推移を年代別(60歳以上と59 歳以下)でモデル化し、年代別にワクチン接 種を実施する効果を予測 

3/21の感染者数が200名、英国型変異種の感 染者数が10名、昨年6月1日以降と同等の感染 増加があったして、ワクチン接種なし 

全感染者予測(橙破線) 

第5波ピーク : 11/17 142,720人

なお,第4波および第5波でピーク後の減少は,集団免疫な どの自然減衰ではなく,感染拡大に伴う外出自粛などの住 民の行動変容に起因するものと推定される.  

流動リスクを考慮したSEIR機械学習モデル

  1. Infected_all:全感染者実測値(濃赤実線)
  2. Infected_>=60:60歳以上感染者実測値(青実線)
  3. Infected_<60:59歳以下感染者実測値(紫実線)
  4. Prediction_v_all:全年代予測(赤破線)
  5. Prediction_v>=60:60歳以上予測(紫破線)
  6. Prediction_v<60:59歳以下予測(青破線)

3/21解除後の実効再生産数・人口流動数の推移は2020年6月1日以降と同等とした。


ワクチン接種感染者予測(高齢者優先接種)

東京都の感染者推移を年代別(60歳以上と59歳以下)でモデル化し、年代別にワクチン接種を実施する効果を予測

3/21の感染者数が200英国型変異種の感染者数が10、昨年6月1日以降と同等の感染増加があったとして、高齢者優先で0.3%/日にワクチン接種(高齢者に行き渡った7/4以降は59歳以下に接種)

全感染者数(橙破線)

第5波ピーク : 10/21  5,640人

なお,第4波および第5波でピーク後の減少は,集団免疫などの自然減衰ではなく,感染拡大に伴う外出自粛などの住民の行動変容に起因するものと推定される.

流動リスクを考慮したSEIR機械学習モデル

  1. Infected_all:全感染者実測値(濃赤実線)
  2. Infected_>=60:60歳以上感染者実測値(青実線)
  3. Infected_<60:59歳以下感染者実測値(紫実線)
  4. Prediction_v_all:全年代にワクチン接種(赤破線)
  5. Prediction_v>=60:60歳以上にワクチン接種(紫破線)
  6. Prediction_v<60:59歳以下にワクチン接種(青破線)

  7. 3/5以降人口の0.1%/日に1回目接種, 21日後に0.1%/日(合計0.2%2回目含む)
  8. 4/15以降人口の0.1%/日に1回目接種, 21日後に0.1%/日(合計0.2%, 接種者率90% )
  9. 6/1以降 0.15% + 0.15% = 0.3%/日
  10. 3/21解除後の実効再生産数・人口流動数の推移は2020年6月1日以降と同等とした。


ワクチン接種感染者予測(全年代接種)

東京都の感染者推移を年代別(60歳以上と59歳以下)でモデル化し、年代別にワクチン接種を実施する効果を予測

3/21の感染者数が200英国型変異種の感染者数が10、昨年6月1日以降と同等の感染増加があったとして、全年代で0.3%/日にワクチン接種

全感染者数(橙破線)

第5波ピーク : 10/21  2,997人

なお,第4波および第5波でピーク後の減少は,集団免疫などの自然減衰ではなく,感染拡大に伴う外出自粛などの住民の行動変容に起因するものと推定される.

流動リスクを考慮したSEIR機械学習モデル

  1. Infected_all:全感染者実測値(濃赤実線)
  2. Infected_>=60:60歳以上感染者実測値(青実線)
  3. Infected_<60:59歳以下感染者実測値(紫実線)
  4. Prediction_v_all:全年代にワクチン接種(赤破線)
  5. Prediction_v>=60:60歳以上にワクチン接種(紫破線)
  6. Prediction_v<60:59歳以下にワクチン接種(青破線)

  7. 3/5以降人口の0.1%/日に1回目接種, 21日後に0.1%/日(合計0.2%2回目含む)
  8. 4/15以降人口の0.1%/日に1回目接種, 21日後に0.1%/日(合計0.2%, 接種者率90% )
  9. 6/1以降 0.15% + 0.15% = 0.3%/日
  10. 3/21解除後の実効再生産数・人口流動数の推移は2020年6月1日以降と同等とした。


ワクチン接種感染者予測(高齢者優先接種)

東京都の感染者推移を年代別(60歳以上と59歳以下)でモデル化し、年代別にワクチン接種を実施する効果を予測

3/21の感染者数が200英国型変異種の感染者数が10、昨年6月1日以降と同等の感染増加があったとして、高齢者優先で0.5%/日にワクチン接種(高齢者に行き渡った6/22以降は59歳以下に接種)

全感染者数(橙破線)

第5波ピーク : 9/25  315人

なお,第4波ピーク後の減少は,集団免疫などの自然減衰ではなく,感染拡大に伴う外出自粛などの住民の行動変容に起因するものと推定される.

流動リスクを考慮したSEIR機械学習モデル

  1. Infected_all:全感染者実測値(濃赤実線)
  2. Infected_>=60:60歳以上感染者実測値(青実線)
  3. Infected_<60:59歳以下感染者実測値(紫実線)
  4. Prediction_v_all:全年代にワクチン接種(赤破線)
  5. Prediction_v>=60:60歳以上にワクチン接種(紫破線)
  6. Prediction_v<60:59歳以下にワクチン接種(青破線)

  7. 3/5以降人口の0.1%/日に1回目接種, 21日後に0.1%/日(合計0.2%2回目含む)
  8. 4/15以降人口の0.1%/日に1回目接種, 21日後に0.1%/日(合計0.2%, 接種者率90% )
  9. 6/1以降 0.25% + 0.25% = 0.5%/日
  10. 3/21解除後の実効再生産数・人口流動数の推移は2020年6月1日以降と同等とした。


ワクチン接種感染者予測(全年代接種)

東京都の感染者推移を年代別(60歳以上と59歳以下)でモデル化し、年代別にワクチン接種を実施する効果を予測

3/21の感染者数が200英国型変異種の感染者数が10、昨年6月1日以降と同等の感染増加があったとして、全年代で0.5%/日にワクチン接種

全感染者数(橙破線)

第5波ピーク : 9/11  202人

なお,第4波ピーク後の減少は,集団免疫などの自然減衰ではなく,感染拡大に伴う外出自粛などの住民の行動変容に起因するものと推定される.

流動リスクを考慮したSEIR機械学習モデル

  1. Infected_all:全感染者実測値(濃赤実線)
  2. Infected_>=60:60歳以上感染者実測値(青実線)
  3. Infected_<60:59歳以下感染者実測値(紫実線)
  4. Prediction_v_all:全年代にワクチン接種(赤破線)
  5. Prediction_v>=60:60歳以上にワクチン接種(紫破線)
  6. Prediction_v<60:59歳以下にワクチン接種(青破線)

  7. 3/5以降人口の0.1%/日に1回目接種, 21日後に0.1%/日(合計0.2%2回目含む)
  8. 4/15以降人口の0.1%/日に1回目接種, 21日後に0.1%/日(合計0.2%, 接種者率90% )
  9. 6/1以降 0.15% + 0.15% = 0.3%/日
  10. 3/21解除後の実効再生産数・人口流動数の推移は2020年6月1日以降と同等とした。


3/21 南ア・ブラジル型変異種感染者10名

実効再生産数を62.5%(40%-75%の平均)アップ,ワクチン中和抗体50%低下させるとした場合

変異種感染者予測(ワクチンなし)

東京都の感染者推移を年代別(60歳以上と59歳以下)でモデル化し、年代別にワクチン接種を実施する効果を予測

3/21の感染者数が200南ア・ブラジル型変異種の感染者数が10、昨年6月1日以降と同等の感染増加があったして、ワクチン接種なし

全感染者予測(橙破線)

第5波ピーク : 11/17  181,047人

なお,第4波および第5波でピーク後の減少は,集団免疫などの自然減衰ではなく,感染拡大に伴う外出自粛などの住民の行動変容に起因するものと推定される.

流動リスクを考慮したSEIR機械学習モデル

  1. Infected_all:全感染者実測値(濃赤実線)
  2. Infected_>=60:60歳以上感染者実測値(青実線)
  3. Infected_<60:59歳以下感染者実測値(紫実線)
  4. Prediction_v_all:全年代予測(赤破線)
  5. Prediction_v>=60:60歳以上予測(紫破線)
  6. Prediction_v<60:59歳以下予測(青破線)

  7. 3/21解除後の実効再生産数・人口流動数の推移は2020年6月1日以降と同等とした。


ワクチン接種感染者予測(高齢者優先接種)

東京都の感染者推移を年代別(60歳以上と59歳以下)でモデル化し、年代別にワクチン接種を実施する効果を予測

3/21の感染者数が200南ア・ブラジル型変異種の感染者数が10、昨年6月1日以降と同等の感染増加があったとして、高齢者優先で0.3%/日にワクチン接種(高齢者に行き渡った7/4以降は59歳以下に接種)

全感染者数(橙破線)

第5波ピーク : 10/29  35,281人

なお,第4波ピーク後の減少は,集団免疫などの自然減衰ではなく,感染拡大に伴う外出自粛などの住民の行動変容に起因するものと推定される.

流動リスクを考慮したSEIR機械学習モデル

  1. Infected_all:全感染者実測値(濃赤実線)
  2. Infected_>=60:60歳以上感染者実測値(青実線)
  3. Infected_<60:59歳以下感染者実測値(紫実線)
  4. Prediction_v_all:全年代にワクチン接種(赤破線)
  5. Prediction_v>=60:60歳以上にワクチン接種(紫破線)
  6. Prediction_v<60:59歳以下にワクチン接種(青破線)

  7. 3/5以降人口の0.1%/日に1回目接種, 21日後に0.1%/日(合計0.2%2回目含む)
  8. 4/15以降人口の0.1%/日に1回目接種, 21日後に0.1%/日(合計0.2%, 接種者率90% )
  9. 6/1以降 0.15% + 0.15% = 0.3%/日
  10. 3/21解除後の実効再生産数・人口流動数の推移は2020年6月1日以降と同等とした。


ワクチン接種感染者予測(全年代接種)

東京都の感染者推移を年代別(60歳以上と59歳以下)でモデル化し、年代別にワクチン接種を実施する効果を予測

3/21の感染者数が200南ア・ブラジル型変異種の感染者数が10、昨年6月1日以降と同等の感染増加があったとして、全年代で0.3%/日にワクチン接種

全感染者数(橙破線)

第5波ピーク : 10/29  26,196人

なお,第4波ピーク後の減少は,集団免疫などの自然減衰ではなく,感染拡大に伴う外出自粛などの住民の行動変容に起因するものと推定される.

流動リスクを考慮したSEIR機械学習モデル

  1. Infected_all:全感染者実測値(濃赤実線)
  2. Infected_>=60:60歳以上感染者実測値(青実線)
  3. Infected_<60:59歳以下感染者実測値(紫実線)
  4. Prediction_v_all:全年代にワクチン接種(赤破線)
  5. Prediction_v>=60:60歳以上にワクチン接種(紫破線)
  6. Prediction_v<60:59歳以下にワクチン接種(青破線)

  7. 3/5以降人口の0.1%/日に1回目接種, 21日後に0.1%/日(合計0.2%2回目含む)
  8. 4/15以降人口の0.1%/日に1回目接種, 21日後に0.1%/日(合計0.2%, 接種者率90% )
  9. 6/1以降 0.15% + 0.15% = 0.3%/日
  10. 3/21解除後の実効再生産数・人口流動数の推移は2020年6月1日以降と同等とした。


ワクチン接種感染者予測(高齢者優先接種)

東京都の感染者推移を年代別(60歳以上と59歳以下)でモデル化し、年代別にワクチン接種を実施する効果を予測

3/21の感染者数が200南ア・ブラジル型変異種の感染者数が10、昨年6月1日以降と同等の感染増加があったとして、高齢者優先で0.5%/日にワクチン接種(高齢者に行き渡った6/22以降は59歳以下に接種)

全感染者数(橙破線)

第5波ピーク : 10/29  8963人

なお,第4波ピーク後の減少は,集団免疫などの自然減衰ではなく,感染拡大に伴う外出自粛などの住民の行動変容に起因するものと推定される.

流動リスクを考慮したSEIR機械学習モデル

  1. Infected_all:全感染者実測値(濃赤実線)
  2. Infected_>=60:60歳以上感染者実測値(青実線)
  3. Infected_<60:59歳以下感染者実測値(紫実線)
  4. Prediction_v_all:全年代にワクチン接種(赤破線)
  5. Prediction_v>=60:60歳以上にワクチン接種(紫破線)
  6. Prediction_v<60:59歳以下にワクチン接種(青破線)

  7. 3/5以降人口の0.1%/日に1回目接種, 21日後に0.1%/日(合計0.2%2回目含む)
  8. 4/15以降人口の0.1%/日に1回目接種, 21日後に0.1%/日(合計0.2%, 接種者率90% )
  9. 6/1以降 0.25% + 0.25% = 0.5%/日
  10. 3/21解除後の実効再生産数・人口流動数の推移は2020年6月1日以降と同等とした。


ワクチン接種感染者予測(全年代接種)

東京都の感染者推移を年代別(60歳以上と59歳以下)でモデル化し、年代別にワクチン接種を実施する効果を予測

3/21の感染者数が200南ア・ブラジル型変異種の感染者数が10、昨年6月1日以降と同等の感染増加があったとして、全年代で0.5%/日にワクチン接種

全感染者数(橙破線)

第5波ピーク : 10/29  6882人

なお,第4波ピーク後の減少は,集団免疫などの自然減衰ではなく,感染拡大に伴う外出自粛などの住民の行動変容に起因するものと推定される.

流動リスクを考慮したSEIR機械学習モデル

  1. Infected_all:全感染者実測値(濃赤実線)
  2. Infected_>=60:60歳以上感染者実測値(青実線)
  3. Infected_<60:59歳以下感染者実測値(紫実線)
  4. Prediction_v_all:全年代にワクチン接種(赤破線)
  5. Prediction_v>=60:60歳以上にワクチン接種(紫破線)
  6. Prediction_v<60:59歳以下にワクチン接種(青破線)

  7. 3/5以降人口の0.1%/日に1回目接種, 21日後に0.1%/日(合計0.2%2回目含む)
  8. 4/15以降人口の0.1%/日に1回目接種, 21日後に0.1%/日(合計0.2%, 接種者率90% )
  9. 6/1以降 0.15% + 0.15% = 0.3%/日
  10. 3/21解除後の実効再生産数・人口流動数の推移は2020年6月1日以降と同等とした。