Spatio-Temporal Poisson Process Modeling for Infectious Disease: An Alternative to Individual-Level Models
Mathematical models of infectious disease transmission are essential for understanding spatial dynamics and supporting public health decisions. Individual-level models (ILMs) provide detailed transmission representations but are computationally intensive in large populations. We develop a spatio-temporal Poisson process (PP) model and compare its performance with conventional ILM under a Susceptible-Infectious-Recovered framework. The PP model uses an intensity function combining a distance kernel with covariate effects in a likelihood framework, with parameters estimated via maximum likelihood. Using simulated epidemics and one year of pneumonia data from Manitoba, we find similar parameter patterns and covariate effects across both approaches. In one-step-ahead forecasting, the PP model performs comparably to the ILM while requiring far less computation. This demonstrates that the PP framework offers an efficient, scalable alternative for modeling spatial infectious disease dynamics.
Modélisation spatio-temporelle des processus de Poisson pour les maladies infectieuses : une alternative aux modèles individuels
Les modèles mathématiques de transmission des maladies infectieuses sont essentiels pour comprendre la dynamique spatiale et étayer les décisions en matière de santé publique. Les modèles individuels (ILM) fournissent des représentations détaillées de la transmission, mais leur calcul est très gourmand en ressources informatiques lorsqu'ils portent sur des populations importantes. Nous développons un modèle de processus de Poisson (PP) spatio-temporel et comparons ses performances à celles d'un modèle ILM classique dans un cadre Susceptible-Infectieux-Guéri. Le modèle PP utilise une fonction d'intensité combinant un noyau de distance avec des effets covariables dans un cadre de vraisemblance, avec des paramètres estimés par maximum de vraisemblance. À l'aide d'épidémies simulées et d'une année de données sur la pneumonie au Manitoba, nous constatons des modèles de paramètres et des effets covariables similaires dans les deux approches. Dans les prévisions à un pas, le modèle PP offre des performances comparables à celles du modèle ILM, tout en nécessitant beaucoup moins de calculs. Cela démontre que le cadre PP offre une alternative efficace et évolutive pour modéliser la dynamique spatiale des maladies infectieuses.
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