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邮轮上的接触性传染病感染
Nan Zhang1, Ruosong Miao2, Hong Huang1 amp; Emily Y. Y. Chan
邮轮旅游变得越来越受欢迎。长期的人员接触，复杂的人口流动，缺乏医疗设施以及大多数邮轮上基础设施的缺陷，很可能导致这些船成为传染病的孵化器。在本文中，我们将邮轮用作研究场景。根据个人行为，病毒在不同表面上的性质和传播途径，病毒繁殖和消毒，我们研究了邮轮上传染病的接触感染。以诺如病毒引起的胃肠炎为例，基于不同条件下的模拟结果，分析了传染病传播的特征。我们发现洗手是影响病毒传播和乘客感染的最重要因素。它还决定了病毒微生物的总数或病毒在不同功能区域中的分布。不同表面之间的传播速率是影响病毒集中度的关键因素。高传输速率导致高同心度。此外，当消毒频率高于特定阈值时，有效降低了感染风险。功能区的消毒效率取决于病毒总数和表面总接触时间。
随着人口的快速增长和经济发展，便捷的公共交通以及人们的高压力，旅游人数正在增加。 中国是世界上人口最多的国家，每年要接待超过20亿的国内游客。 由于旅游目的地经常有大量人潮涌入，因此这些地区出现紧急事故的风险应引起更多关注。
近年来，由于游客偏爱自然资源，不拥挤的地区，便捷的旅行和新的目的地，因此邮轮旅游变得越来越受欢迎。 2009年，超过1,340万人次乘坐邮轮。长期的个人接触，复杂的人口流动，缺乏医疗设施以及大多数邮轮上基础设施的缺陷，很可能导致该船成为传染病的孵化器。经常在邮轮上报告传染病暴发。 2009年5月，有1970名乘客和730多名船员在邮轮上感染了大流行性（H1N1）病毒或甲型流感（H3N2）病毒。在2006年2月25日至4月14日之间，从北美到加勒比海的航行中发现了14种皮疹疾病。 2002年，船舶卫生计划（VSP）报告了29艘邮轮上爆发了急性胃肠炎。由于邮轮上经常爆发传染病，因此需要有效的解决方案来降低流行病的风险。
大多数传染性疾病通过空中传播，水传播，食物传播，媒介传播途径以及接触传播途径传播。在邮轮上，由于旅客移动频繁且频繁，直接和间接的个人接触，依赖接触传播的食源性和水传播传染病应得到更多关注。例如，一艘船的医务室报告说，在2002年的7天航行中，2318名乘客中有84名出现肠胃炎症状。引起超过50%的胃肠炎病例的诺沃夫病毒，通常在邮轮上爆发。由于它的普遍性，我们选择了它作为本文的示例。与通过接触传播的传染病有关的研究通常使用历史数据挖掘方法，食品样本分析，通过问卷调查等。考虑了诸如性别，年龄以及此人是机组人员还是乘客等影响因素。可以获得甲板之间垂直患者分布的时间变化和感染人数。这里提到的所有研究主要考虑病毒性质和乘客行为的影响，而通常忽略了邮轮的其他客观影响因素，例如内部结构，接触表面的属性，表面之间的病毒转移和消毒。
图1.功能区域和接触面的分布。
本文中，我们分析了不同功能区域（如洗手间，过道，座椅，零售柜台，饭店，楼梯扶手和观光台周围的扶手）对诺如病毒胃肠炎传播的影响。 考虑到个人行为，病毒在不同表面上的性质和传播途径，病毒繁殖，机组人员消毒以及功能区域不同位置所造成的影响，我们分析了诺如病毒在邮轮上的传播。 通过此分析，我们针对功能区域分布，接触表面的特征，个人行为以及船上消毒以降低诺如病毒感染的风险提供了一些优化建议。
方法和参数
功能区域。邮轮通常具有许多功能区域，例如洗手间，座位，餐厅等。乘客将前往这些区域并以不同的频率接触表面。在本文中，我们考虑了6个不同的功能区域和8种类型的接触面。这7个功能区域是座位，洗手间，零售柜台，过道，餐厅，楼梯扶手和观光甲板周围的扶手。这8个接触面包括座椅的顶面，洗手间的内门把手，零售柜台，楼梯和观光平台的扶手以及餐桌和椅子的表面。所有表面均分为0.4 mtimes;0.4 m的多个网格。每个栅格都被视为独立的接触面。图1显示了功能区域和接触面的分布。其中，客舱中包括的洗手间，座位和零售柜台位于主层。有400个席位，分为40行（每行10个席位）。主通道位于所有座位的中间。右侧有8个洗手间，左侧有2个零售柜台。乘客可以通过右楼梯到达餐厅，然后通过左楼梯到达观光平台。餐厅在较低的楼层。有18张桌子和144把椅子。观光甲板在顶楼。
下面介绍了7个功能区域：
座位：在短途邮轮上，所有乘客都有座位。 由于船舶运动的本质，当乘客从分支通道移动至主通道并移动至其他功能区域时，他们必须抓住座椅的上方来保持平衡。 因此，座椅的上方容易被乘客触摸，尤其是靠近主通道的那些座椅。
洗手间：诺如病毒很容易出现在洗手间中，因为被感染的乘客通常会意外传播病毒。 在本文中，洗手间被视为感染源。 乘客可能会从洗手间的呕吐物或粪便无意中接触诺如病毒。 洗手间是诺如病毒在邮轮上繁殖的关键区域。 洗手间内有许多公共设施，例如门把手，马桶座和洗脸池。 乘客通常会定期使用这些设施。 在本文中，我们将洗手间内的所有设施视为内门把手代表的一种设施。 对于洗手间外部，外门把手被视为接触表面。
零售柜台：零售部分是邮轮上必不可少的功能区域，乘客可以在这里购买食物和饮料。 零售柜台是一个公共区域，乘客和工作人员都经常光顾。 这意味着零售柜台是病毒繁殖和传播的重要表面。 在实际情况下，乘客会在特定时间前往零售区。
过道：邮轮上到处都有过道。 如图1所示，主过道在两排座椅之间运行，分支过道夹在每排座椅之间。 由于主通道上的客流频繁，因此经常触摸主通道附近的座位，我们应该注意这一区域。
楼梯：在邮轮上，不同的功能区域通常通过楼梯相连。 在图1中，左侧的楼梯通向观光甲板，右侧的楼梯通向餐厅。 位于甲板和餐厅中的楼梯通向主楼层。 在本文中，每个楼梯区域使用六个网格，楼梯网格的总数为48（6times;8）。
餐厅：乘客在用餐时间经常在餐厅用餐。 图1显示了餐厅中的18张餐桌，每张桌子分配了8张椅子。 我们将一张桌子分为四个网格，其中椅子被视为一个网格。 因此，餐厅中有216个接触面可传播病毒。
观光甲板：乘客通常在观光甲板上欣赏风景。 扶手围绕甲板以确保安全。 如图1所示，长边构成58个网格，短边构成23个网格。
研究区域共有844个网格（独立的接触面）（座位400个，零售柜台2个，洗手间内门把手8个，洗手间外门把手8个，楼梯扶手48个，餐桌72个， 144个用于餐椅，162个用于观光甲板的扶手）。
图2.不同功能区域中的乘客行为。
乘客行为.旅客行为直接影响邮轮上病毒的分布和传播。 在本文中，我们定义了乘客在不同功能区域的行为，包括上厕所，吃饭，观光和购买。 如图2所示，当乘客移至不同的功能区域时，会触摸不同的表面。
乘客和座位：大多数游客成团旅行。 对来自中国一个城市的旅游市场的调查显示，与家人一起旅行占所有游客的54％，而与朋友一起旅行占31％。 剩下的15％独自旅行。 在邮轮上，同组的乘客将位于相邻的座位上。 由于一艘大型邮轮在海上的运动，当乘客从座位移动到主通道时，他们常常不得不抓住分支通道附近的座位。 然后，当他们前往其他功能区域并再次返回时，将座椅保持在主通道附近。 在我们的模拟中，我们有2个假设：
H1。 由于对邮轮上的乘客进行接触监控的实际困难，假设乘客在移动时抱住座位的概率为100％。
H2。 三个成员被视为一个家庭组，而2到4个成员被视为一个朋友组。
乘客和洗手间：洗手间不仅对病毒感染而且对病毒消毒都是乘客的重要场所。洗手是去除手上诺如病毒的最有效方法之一。当乘客想要使用洗手间时，他们会选择最近的空置房间（如果所有洗手间都被占用，他们将不得不等待）。进入厕所时，乘客将触摸外门把手并通过旋转内门把手将门关闭。离开时，有些乘客会洗手，有些则不会。最后，乘客将按照前往洗手间的相同程序回到座位。世界厕所组织显示，人们每天上厕所6至8次（http://worldtoilet.org/）。因此，乘客去洗手间的概率被认为是每分钟1/160。根据不同情况下的统计数据，一个人洗手的概率在70％到90％之间。为了我们的目的，我们将洗手的机率设置为80％（平均值）。此外，根据使用普通肥皂进行的洗手实验，洗手的功效（杀死病毒的百分比）设置为72.5％。在这一部分中，应遵循3个假设：
H3。 每七个上厕所的乘客中就有一个会大便。
H4。 排便时间在8至12分钟之间随机分配，排尿时间设为2分钟。 乘客和零售：乘客去零售区的程序与去洗手间的程序非常相似。 此活动有2个假设：
H5。 每分钟到达零售点的乘客概率设置为1/180。
H6。 乘客在零售点停留的时间设置为1分钟。
乘客和餐厅：在餐厅中，同一组中的乘客将在同一时间进餐。 他们将选择桌子上椅子最多的桌子。 否则，他们将等待适当的桌子。 这种情况有两个假设：
H7。由于邮轮上的大多数餐馆都出售快餐，因此乘客吃饭的时间被假定为25分钟。
H8。根据一般模拟中设置的数据，午餐时间通常设置为上午11点至下午25点。在这项研究中，初始时间是上午8点，因此，所有乘客都可以去餐厅用餐，时间为180至300分钟。乘客和观光甲板：大型邮轮总是有一个大型观光甲板。想要欣赏风景的乘客可以通过一些楼梯到达该甲板。在本研究中，我们假设观光甲板为矩形，并遵守以下三个假设：
H9。旅客前往观光甲板的平均频率为每2小时一次，而旅客前往观光甲板的概率为每分钟1/120次。
H10。乘客将在所有四个方向欣赏风景，他们将从四个不同的侧面触摸四个接触面。
H11。他们将在甲板上停留12分钟（每侧3分钟）。
在这项研究中，我们上面提到的一些参数值来自参考文献，而我们假设的其他值则从H1到H11。 基于所有假设，结果只能反映诺如病毒在邮轮中的传播，其结构与我们研究中的设置相同。
病毒。 病毒在不同接触表面之间转移。 在本文中，我们以诺如病毒胃肠炎为例，通过接触来模拟和分析传染病的传播。 由于这项研究的重点是接触感染，因此不同表面之间的转移速率是一个非常重要的参数。 如果两个表面完全接触，则应携带相同体积的病毒。 但是，不同表面之间的传输速率受许多因素影响，例如表面化学性质，粗糙度和拓扑。 邮轮上有许多不同的表面材料，例如表皮（手），不锈钢（门把手，扶手），木材或塑料（餐桌和椅子），皮革或布（座椅表面）。 由于影响因素太多，因此很难确定病毒在不同表面之间的转移速率。 在本文中，我们使用以下假设作为病毒传输速率：
H12。 由于接触持续时间有限，因此我们假设病毒传播速率为0.1。 换句话说，10％的病毒将从较高密度的表面转移到较低密度的表面（如公式1所示）。
（1）
其中Hfinal，Hini，Lfinal和Lini分别代表病毒密度较高和较低的表面上病毒的最终菌落和初始菌落。 alpha;表示病毒在不同表面之间的传播速率（本研究中使用alpha;= 0.1）。
繁殖。 病毒不仅可以在不同表面之间传播，而且还可以随着它们所携带的细胞的繁殖而在同一表面上繁殖。 由于大肠杆菌的性质与诺如病毒的宿主细胞相似，因此我们使用大肠杆菌作为替代品来研究繁殖。 研究表明，在1459分钟后，在20°C的1个大气压下，大肠杆菌的菌落可以从104个增加到108个。 当温度升至30°C，在490分钟后，大肠杆菌的菌落将从105增加到10928。在本研究中，使用标准条件（1个大气压和25°C）。 根据实验，随着温度从20到30°C的升高，大肠杆菌的繁殖率单调增加，与等式3一致。 （在这项研究中，环境对病毒繁殖的影响被忽略了）。
（2）
其中R（20），R（25）和R（30）分别表示在20度，25度和30度温度下的病毒繁殖率。
结合上述两项先前的研究，可以使用等式计算标准条件下的病毒繁殖率。
（3）
病毒感染。 诺如病毒具有很高的传染性，通常随食物或水进入人体。 根据以前的研究，如果人们摄入超过100种诺如病毒微生物，就可能被感染。 对于本研究，我们保守地假设，如果乘客摄入1000多种诺如病毒微生物，就会被感染。 对于患有肠胃炎的患者，在洗手间上厕所时，呕吐物或粪便可能会产生其他病毒。 因此，在模拟中，我们假设患者上厕所后会产生两倍的病毒微生物。
在模拟开始时，我们假设一个人感染了诺如病毒。 上厕所后，我们假设此人的手无意中被3000种病毒微生物污染。 此时间设置为诺如病毒开始在邮轮上传播的初始时间。
消毒。除了功能区域，个人行为以及病毒的繁殖和传播之外，我们还研究了消毒对病毒传播的影响。消毒是控制甚至预防接触性感染的关键方法。彻底消毒卫生间设施，如马桶座圈，冲水按钮和门把手，对于防止邮轮上的传染病传播非常重要。由于难以对远离主通道的所有餐椅和座椅顶表面进行消毒，因此我们如下所述简化了每个功能区域的消毒过程。需要消毒的表面包括洗手间的内，外门把手，主过道附近座椅的顶表面，餐桌，楼梯扶手，观光甲板上的扶手和零售柜台。邮轮上的船员会定期对这些表面进行消毒。在模拟中，假定消毒效率为72.5％，与洗手时相同。
为了分析在不同条件下的病毒传播，我们假设标准值充当对照组。 考虑到上述所有影响因素，对照组中每个因素的值如表1所示。
表1.对照组中每个因子的值。
图3.在控制条件下480分钟内诺如病毒在邮轮上的传播
（8小时）。 （A）旅客感染率； （B）诺如病毒在主楼层的分布； （C）诺如病毒在餐厅和观光甲板上的分布。 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
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