Univariate zero-inflated models are increasingly being used to account for excess zeros in spatio-temporal infectious disease counts. However, the multivariate case is challenging due to the need to account for correlations across space, time and disease in both the count and zero-inflated components of the model. We are interested in comparing the transmission dynamics of several co-circulating infectious diseases across space and time, where some of the diseases can be absent for long periods. We first assume there is a baseline disease that is well-established and always present in the region. The other diseases switch between periods of presence and absence in each area through a series of coupled Markov chains, which account for long periods of disease absence, disease interactions and disease spread from neighboring areas. Since we are mainly interested in comparing the diseases, we assume the cases of the present diseases in an area jointly follow an autoregressive multinomial model. We use the multinomial model to investigate whether there are associations between certain factors, such as temperature, and differences in the transmission intensity of the diseases. Inference is performed using efficient Bayesian Markov chain Monte Carlo methods based on jointly sampling all unknown presence indicators. We apply the model to spatio-temporal counts of dengue, Zika, and chikungunya cases in Rio de Janeiro, during the first triple epidemic there.


翻译:单变量零膨胀模型日益广泛地用于处理时空传染病计数中的过量零值。然而,多元情形具有挑战性,因为需要在模型的计数分量和零膨胀分量中同时考虑空间、时间及疾病维度上的相关性。本研究旨在比较多种共循环传染病在时空维度上的传播动力学特征,其中某些疾病可能长期处于零病例状态。我们首先假设存在一种基线疾病,该疾病在区域内已稳定存在且始终流行。其他疾病则通过一系列耦合马尔可夫链在各区域呈现出现与消失的交替状态,该机制能够解释疾病的长期消失期、疾病间相互作用以及邻近区域的疾病传播。由于研究重点在于疾病间比较,我们假定区域内现存疾病的病例数联合服从自回归多项分布模型。通过该多项模型,我们探究了温度等特定因素是否与疾病传播强度的差异存在关联。基于联合采样所有未知存在指示变量的高效贝叶斯马尔可夫链蒙特卡洛方法进行统计推断。我们将该模型应用于里约热内卢首次三重疫情期间登革热、寨卡病毒和基孔肯雅热病例的时空计数数据。

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马尔可夫链,因安德烈·马尔可夫(A.A.Markov,1856-1922)得名,是指数学中具有马尔可夫性质的离散事件随机过程。该过程中,在给定当前知识或信息的情况下,过去(即当前以前的历史状态)对于预测将来(即当前以后的未来状态)是无关的。 在马尔可夫链的每一步,系统根据概率分布,可以从一个状态变到另一个状态,也可以保持当前状态。状态的改变叫做转移,与不同的状态改变相关的概率叫做转移概率。随机漫步就是马尔可夫链的例子。随机漫步中每一步的状态是在图形中的点,每一步可以移动到任何一个相邻的点,在这里移动到每一个点的概率都是相同的(无论之前漫步路径是如何的)。
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