Key info

Date:
21 May 2020

Authors:
H Juliette T Unwin, Swapnil Mishra2, Valerie C Bradley, Axel Gandy, Michaela Vollmer, Thomas Mellan, Helen Coupland, Kylie Ainslie, Charlie Whittaker, Jonathan Ish-Horowicz, Sarah Filippi, Xiaoyue Xi, Melodie Monod, Oliver Ratmann, Michael Hutchinson, Fabian Valka, Harrison Zhu, Iwona Hawryluk, Philip Milton, Marc Baguelin, Adhiratha Boonyasiri, Nick Brazeau, Lorenzo Cattarino, Giovanni Charles, Laura V Cooper, Zulma Cucunuba, Gina Cuomo-Dannenburg, Bimandra Djaafara, Ilaria Dorigatti, Oliver J Eales, Jeff Eaton, Sabine van Elsland, Richard FitzJohn, Katy Gaythorpe, William Green, Timothy Hallett, Wes Hinsley, Natsuko Imai, Ben Jeffrey, Edward Knock, Daniel Laydon, John Lees, Gemma Nedjati-Gilani, Pierre Nouvellet, Lucy Okell, Alison Ower, Kris V Parag, Igor Siveroni, Hayley A Thompson, Robert Verity, Patrick Walker, Caroline Walters, Yuanrong Wang, Oliver J Watson, Lilith Whittles, Azra Ghani, Neil M Ferguson, Steven Riley, Christl A. Donnelly, Samir Bhatt1, and Seth Flaxman

1Correspondence:
s.bhatt@imperial.ac.uk

2Methodological correspondence: 
s.mishra@imperial.ac.uk

Download the full PDF for Report 23 (21-05-2020) Download the full PDF for Report 23 update (28-05-2020) See all reports

WHO Collaborating Centre for Infectious Disease Modelling, MRC Centre for Global Infectious Disease Analysis, Abdul Latif Jameel Institute for Disease and Emergency Analytics, Department of Mathematics, 51吃瓜网, Department of Statistics, University of Oxford

Now published in Nature Communications; 03-12-2020, doi: 

Summary

As of 20 May 2020, the US Centers for Disease Control and Prevention reported 91,664 confirmed or probable COVID-19-related deaths, more than twice the number of deaths reported in the next most severely impacted country. In order to control the spread of the epidemic and prevent health care systems from being overwhelmed, US states have implemented a suite of non-pharmaceutical interventions (NPIs), including “stay-at-home” orders, bans on gatherings, and business and school closures.

We model the epidemics in the US at the state-level, using publicly available death data within a Bayesian hierarchical semi-mechanistic framework. For each state, we estimate the time-varying reproduction number (the average number of secondary infections caused by an infected person), the number of individuals that have been infected and the number of individuals that are currently infectious. We use changes in mobility as a proxy for the impact that NPIs and other behaviour changes have on the rate of transmission of SARS-CoV-2. We project the impact of future increases in mobility, assuming that the relationship between mobility and disease transmission remains constant. We do not address the potential effect of additional behavioural changes or interventions, such as increased mask-wearing or testing and tracing strategies.

Report 23 (21-05-2020)
Nationally, our estimates show that the percentage of individuals that have been infected is 4.1% [3.7%-4.5%], with wide variation between states. For all states, even for the worst affected states, we estimate that less than a quarter of the population has been infected; in New York, for example, we estimate that 16.6% [12.8%-21.6%] of individuals have been infected to date. Our attack rates for New York are in line with those from recent serological studies [1] broadly supporting our modelling choices.

There is variation in the initial reproduction number, which is likely due to a range of factors; we find a strong association between the initial reproduction number with both population density (measured at the state level) and the chronological date when 10 cumulative deaths occurred (a crude estimate of the date of locally sustained transmission). Our estimates suggest that the epidemic is not under control in much of the US: as of 17 May 2020, the reproduction number is above the critical threshold (1.0) in 24 [95% CI: 20-30] states. Higher reproduction numbers are geographically clustered in the South and Midwest, where epidemics are still developing, while we estimate lower reproduction numbers in states that have already suffered high COVID-19 mortality (such as the Northeast). These estimates suggest that caution must be taken in loosening current restrictions if effective additional measures are not put in place.

We predict that increased mobility following relaxation of social distancing will lead to resurgence of transmission, keeping all else constant. We predict that deaths over the next two-month period could exceed current cumulative deaths by greater than two-fold, if the relationship between mobility and transmission remains unchanged. Our results suggest that factors modulating transmission such as rapid testing, contact tracing and behavioural precautions are crucial to offset the rise of transmission associated with loosening of social distancing.

Overall, we show that while all US states have substantially reduced their reproduction numbers, we find no evidence that any state is approaching herd immunity or that its epidemic is close to over.

Update report 23: version 2 (28-05-2020)
Nationally, our estimates show that the percentage of individuals that have been infected is 4.1% [3.7%-4.5%], with wide variation between states. For all states, even for the worst affected states, we estimate that less than a quarter of the population has been infected; in New York, for example, we estimate that 16.6% [12.9%-21.4%] of individuals have been infected to date. Our attack rates for New York are in line with those from recent serological studies [1] broadly supporting our modelling choices.

There is variation in the initial reproduction number, which is likely due to a range of factors; we find a strong association between the initial reproduction number with both population density (measured at the state level) and the chronological date when 10 cumulative deaths occurred (a crude estimate of the date of locally sustained transmission). Our estimates suggest that the epidemic is not under control in much of the US: as of 25 May 2020, the reproduction number is above the critical threshold (1.0) in Above 1: 26 [95% CI: 18-34] states. Higher reproduction numbers are geographically clustered in the South and Midwest, where epidemics are still developing, while we estimate lower reproduction numbers in states that have already suffered high COVID-19 mortality (such as the Northeast). These estimates suggest that caution must be taken in loosening current restrictions if effective additional measures are not put in place.

We predict that increased mobility following relaxation of social distancing will lead to resurgence of transmission, keeping all else constant. We predict that deaths over the next two-month period could exceed current cumulative deaths by greater than two-fold, if the relationship between mobility and transmission remains unchanged. Our results suggest that factors modulating ransmission such as rapid testing, contact tracing and behavioural precautions are crucial to offset the rise of transmission associated with loosening of social distancing.

Overall, we show that while all US states have substantially reduced their reproduction numbers, we find no evidence that any state is approaching herd immunity or that its epidemic is close to over.

Translations

中文 - Mandarin

2020年5月21日

报告23-追踪美国各州的COVID-19疫情
截至2020年5月20日，美国疾病控制与预防中心报告了91,664例确诊或可能与颁翱痴滨顿-19相关的死亡，这一数字是受疫情影响第二严重的国家所报告的死亡人数之两倍以上。为了控制颁翱痴滨顿-19的传播并防止医疗保健系统不堪重负，美国各州实施了一系列非药物干预措施（狈笔滨），包括&濒诲辩耻辞;待在家里&谤诲辩耻辞;命令，禁止聚会，以及停止商业活动和关闭学校。

我们采用了公开的死亡数据，以半机械性贝叶斯层次架构来模拟美国州级的疫情。对于每个州，我们估算随时间变化的再生数（由一位感染者造成的二次感染平均人数）、已感染的人数和当前具有传染性的人数。我们以人群移动的变化作为代理指标，以了解狈笔滨和其他行为改变对厂础搁厂-颁辞痴-2传播率的影响。假设人群移动和疾病传播之间的关系保持不变，我们预测未来人群移动增长所带来的影响。我们没有考虑其他行为改变或干预的潜在影响，例如增加的口罩佩戴或检测和追踪策略。

在全国范围内，我们的估计显示已感染人数的百分比为4.1％[3.7％-4.5％]，各州之间的差异很大。对于所有州，甚至对于受影响最严重的州，我们估计不到四分之一的人口被感染。例如，在纽约，我们估计迄今已有16.6％[12.8％-21.6％] 的人口被感染。我们对纽约的罹患率与最近的血清学研究一致，这些血清研究大致上支持了我们的建模设定。

各州初始再生数的差异可能受到多种因素影响：我们发现初始再生数与人口密度（州级测量）和累积死亡数达到10例的日期（作为出现本地持续传播的日期之粗略估算）之间有很强的关联。我们的估计表明，在美国大部分的地区，疫情尚未得到控制：截至2020年5月17日，有24 [95％CI：20-30]个州的再生数高于临界阈值（1.0）。较高的再生数在地理上聚集在南部和中西部，COVID-19流行仍在这些地区持续发展。而我们估计在已经经历高COVID-19死亡率的州（例如东北部）则有较低的再生数。这些估计表明，如果没有采取有效的附加措施，则必须谨慎放松当前的防疫限制。

我们预计在其他因素保持不变的情况下，随着社交隔离措施的放宽，人群移动的增加将导致传播的反弹。我们预计，如果人群移动与传播之间的关系保持不变，那么未来两个月的死亡人数可能会比目前的累计死亡人数高出两倍以上。我们的研究结果表明，像是快速检测，接触者追踪和预警行为等调节传播的因素，对于抵消因社交隔离放宽而增加的传播至关重要。

总体而言，我们表明，尽管美国所有州都已大幅降低了再生数，但我们没有发现证据表明任何州接近群体免疫或疫情已接近尾声。

日本語 - Japanese

2020年5月21日

レポート23 - 米国における新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の州レベルでの追跡調査

2020年5月20日現在、米国疾病対策予防センター(CDC)は、COVID-19との関連が確認されたか、またはその可能性がある死亡者数を91,664人と報告しています。これは、米国の次に深刻な影響を受けた国で報告されている死亡者数の2倍以上です。感染の拡大を抑制し、医療崩壊を防ぐため、米国の各州は「自宅待機」命令や、集会の禁止、企業や学校の閉鎖など、一連の非医薬品介入 (NPI) を実施しています。

私たちは、ベイズ统计学の阶层的半机械论的枠组みの中で、公开されている死亡データを使用して、米国での流行を州レベルでモデル化しました。各州について、时间的に変化する再生产数（感染者による二次感染の平均数）や、感染したことのある人の数、现在感染している人の数を推定しました。私たちは、狈笔滨やその他の行动の変化が新型コロナウイルス（厂础搁厂-颁辞痴-2）の感染率に与える影响の指标として、移动量の変化を使用しています。移动量と疾患の伝播の関係が一定だと仮定して、将来の移动量の増加の影响を予测しました。マスク着用の拡大や、検査?追跡戦略など、追加的な行动の変化や介入の潜在的な影响については検讨していません。

私たちの推定によると、全国で感染した人の割合は4.1% [3.7%?4.5%] で、州によって大きな差があります。最も被害が大きかった州を含め、すべての州で、感染者数は人口の4分の1以下と推定されており、例えばニューヨークでは、これまでに16.6% [12.8%?21.6%] の人が感染したと推定されています。私たちが推定したニューヨークの感染率は、私たちのモデル化の方法を広く支持する最近の血清学的研究[1]の結果と一致しています。

初期再生产数にはばらつきがあり、これはさまざまな要因によるものと考えられます。初期の再生产数と、人口密度（州レベルで测定）や累计死亡者数が10人となった日（局所的に持続的な感染が発生した日の大まかな推定）の间には、强い相関があることが分かりました。私たちの推定によると、米国の多くの州では流行が抑制されていないことが示唆されています。2020年5月17日现在、24の州で再生产数が临界閾値（1.0）を上回っています（95％信頼区间：20?30）。再生产数が高い州は、まだ流行が进行中の南部と中西部に集中していますが、颁翱痴滨顿-19による死亡率がすでに高い州（北东部など）では再生产数が低いことが推定されます。これらの予测は、効果的な追加対策が讲じられない场合、现在の规制を缓和する际には注意が必要であることを示唆しています。

私たちは、社会的距离ルールが缓和された后の移动量の増加は、感染の再拡大につながるが、その他すべてには影响を与えないと予测しています。また、移动量と感染の関係が変化しない场合、今后2か月间の死亡者数は、现在の累积死亡者数の2倍以上になると予测しています。私たちの调査结果は、迅速な検査や、接触者追跡、行动上の予防措置など、感染を调节する要因が、社会的距离ルールの缓和に伴う感染拡大を相杀するために极めて重要であることを示しています。

全体的には、米国のすべての州で再生产数が大幅に减少している一方で、集団免疫を获得しつつあるという証拠や、流行が収束に近づいているという証拠は、まだどの州でも见つかっていません。

Espa?ol - Spanish

21 de mayo de 2020

Informe 23 - Seguimiento a nivel estatal de la COVID-19 en Estados Unidos

A 20 de mayo de 2020, los centros para el control y la prevención de enfermedades de Estados Unidos informaron de 91.664 muertes confirmadas o probables relacionadas con la COVID-19, cifra que supone más del doble del número de muertes notificadas en el país siguiente más afectado. Con el fin de controlar la propagación de la epidemia y evitar el colapso de los sistemas de salud, Estados Unidos ha implementado un conjunto de intervenciones no farmacológicas (INF), incluidas las órdenes de “quedarse en casa”, la prohibición de reuniones5.7* y los cierres de empresas y escuelas.

Modelizamos la epidemia en Estados Unidos a nivel estatal, utilizando datos de muertes disponibles públicamente dentro de un marco semimecanicista jerárquico bayesiano. Para cada estado, estimamos el número de reproducción variable en el tiempo (el número medio de contagios secundarios causados por una persona contagiada), el número de personas que han sido contagiadas y el número de personas actualmente infecciosas. Utilizamos los cambios en la movilidad como indicador representativo del impacto que las INF y otros cambios de comportamiento tienen en la velocidad de transmisión del SARS-CoV-2. Proyectamos el impacto de futuros aumentos en la movilidad, en el supuesto de que la relación entre movilidad y transmisión de la enfermedad se mantenga constante. No abordamos el efecto potencial de cambios de comportamiento o intervenciones adicionales, como el aumento del uso de mascarilla o las estrategias de pruebas y rastreo.

A escala nacional, nuestras estimaciones indican que el porcentaje de personas que han sido contagiadas es de un 4,1 % [3,7 % - 4,5 %], con una amplia variación entre los estados. En el caso de todos los estados, incluso en el de los estados más afectados, estimamos que se ha contagiado menos de una cuarta parte de la población; en Nueva York, por ejemplo, estimamos que se ha contagiado el 16,6 % [12,8 % - 21,6 %] de las personas hasta la fecha. Nuestras tasas de ataque para Nueva York están en consonancia con las de estudios serológicos recientes, [1] que apoyan ampliamente nuestras elecciones de modelización.

Existe variación en el número de reproducción inicial, que probablemente se deba a una serie de factores; encontramos una sólida asociación entre el número de reproducción inicial y tanto la densidad de población (medida a nivel estatal) como la fecha cronológica, cuando se produjeron 10 muertes acumuladas (una estimación bruta de la fecha de transmisión sostenida localmente). Nuestras estimaciones indican que la epidemia no está bajo control en gran parte de Estados Unidos: a 17 de mayo de 2020, el número de reproducción está por encima del umbral crítico (1,0) en 24 [ IC del 95 %: 20-30] estados. Las cifras de reproducción más altas están agrupadas geográficamente en el sur y el medio oeste, donde la epidemia todavía se está desarrollando, mientras que estimamos un número de reproducción más bajo en los estados que ya han sufrido una alta mortalidad por COVID-19 (como el noreste). Estas estimaciones indican que hay que tener precaución a la hora de relajar las restricciones actuales si no se aplican medidas adicionales eficaces.

Predecimos que una mayor movilidad tras la relajación del distanciamiento social conducirá a la reaparición de la transmisión, si todo lo demás se mantiene constante. Predecimos que las muertes durante el próximo período de dos meses podrían superar las muertes acumuladas actuales en más del doble, si la relación entre movilidad y transmisión permanece invariable. Nuestros resultados indican que los factores que modulan la transmisión, como las pruebas rápidas, el rastreo de contactos y las precauciones de comportamiento, son cruciales para compensar el aumento de la transmisión asociado a la relajación del distanciamiento social.

En general, mostramos que, si bien se han reducido sustancialmente los números de reproducción en todo Estados Unidos, no encontramos pruebas de que ningún estado se esté acercando a la inmunidad de grupo o de que la epidemia en dicho estado esté a punto de terminarse.

Fran?ais - French

21 mai 2020

Rapport 23 - Traçage de la COVID-19 au niveau de l’État, aux États-Unis
En date du 20 mai 2020, les « Centers for Disease Control and Prevention » (centres pour le contrôle et la prévention des maladies) américains avaient signalé 91 664 décès confirmés ou probables liés à la COVID-19, soit plus du double du nombre de décès signalés dans le deuxième pays le plus sévèrement touché. Afin de contrôler la propagation de l’épidémie et d’éviter que les systèmes de soins de santé ne soient submergés, les États américains ont déployé une série d'interventions non médicamenteuses (INM), notamment des injonctions à « rester chez soi », des interdictions de rassemblement, et la fermeture des entreprises et des établissements scolaires.

Nous modélisons les épidémies aux États-Unis, au niveau de l'État, en utilisant les données relatives aux décès accessibles au public, dans un cadre hiérarchique bayésien semi-mécanique. Pour chaque État, nous estimons le nombre de reproduction variable dans le temps (le nombre moyen d’infections secondaires générées par une personne contaminée), le nombre d’individus qui ont été infectés et le nombre d’individus qui sont actuellement contagieux. Nous utilisons les changements de mobilité comme un indicateur de l’impact des interventions non médicamenteuses et des autres changements de comportement sur le taux de transmission du SRAS-CoV-2. Nous projetons l’impact des augmentations futures de mobilité, en partant du principe que la relation entre la mobilité et la transmission de la maladie demeure constante. Nous n’abordons pas l’effet potentiel de changements de comportement ou d’interventions supplémentaires, tels que l’augmentation du port de masque ou des stratégies de dépistage et de traçage.

À l'échelle nationale, nos estimations indiquent que le pourcentage d’individus contaminés est de 4,1 % [3,7 % - 4,5 %], avec des variations importantes entre les États. Pour tous les États, y compris les États les plus touchés, nous estimons que moins d’un quart de la population a été contaminée ; à New York, par exemple, nous estimons que 16,6 % [12,8 % - 21,6 %] des individus ont été contaminés à ce jour. Nos taux d’attaque pour New York sont cohérents avec ceux d’études sérologiques récentes [1], soutenant largement nos choix de modélisation.

Il existe une variation du nombre de reproduction initial, qui est probablement due à divers facteurs ; nous constatons une forte association entre le nombre de reproduction initial et, à la fois, la densité de population (mesurée au niveau de l'État) et la période chronologique au cours de laquelle 10 décès cumulés ont été recensés (une estimation grossière de la date de transmission soutenue au niveau local). Nos estimations suggèrent que l’épidémie n’est pas sous contrôle sur une grande partie du territoire des États-Unis : au 17 mai 2020, le nombre de reproduction était supérieur au seuil critique (1,0), dans 24 États [IC 95 % : 20-30]. Des nombres de reproduction plus élevés sont regroupés géographiquement dans le Sud et le Midwest, où l’épidémie continue à se propager, tandis que nous estimons des nombres de reproduction plus faibles dans les États qui ont déjà subi une mortalité élevée due à la COVID-19 (à l'instar du Nord-Est). Ces estimations suggèrent qu’il convient de faire preuve de prudence lors de l’assouplissement des restrictions actuelles, si des mesures supplémentaires efficaces ne sont pas mises en œuvre.

Nous prévoyons qu’une augmentation de la mobilité, suite à un relâchement de la distanciation sociale, conduira à une résurgence de la transmission, tout en maintenant les autres éléments constants. Nous prévoyons que le nombre de décès au cours des deux prochains mois pourrait dépasser de plus de deux fois les décès actuels cumulés, si la relation entre la mobilité et la transmission demeure inchangée. Nos résultats suggèrent que les facteurs qui modulent la transmission, tels que les tests rapides, le traçage des contacts et les précautions comportementales, sont essentiels pour compenser l’augmentation de la transmission associée au relâchement de la distanciation sociale.

Globalement, nous démontrons que, bien que tous les États américains aient considérablement réduit leurs nombres de reproduction, il n’existe aucune preuve qu’un État se rapproche de l’immunité collective ou que son épidémie soit sur le point de s’achever.

Italiano - Italian

21 Maggio 2020 – 51吃瓜网

Rapporto 23 – Monitoraggio a livello statale di COVID-19 negli Stati Uniti
Al 20 Maggio 2020, il Centro per la prevenzione e il controllo delle malattie (Centre for Disease Control and Prevention, CDC) degli Stati Uniti ha riportato 91,664 decessi confermati o probabili di COVID-19, più del doppio del numero di decessi riportati nell’altro paese più gravemente colpito. Al fine di controllare la diffusione dell’epidemia e impedire che i sistemi sanitari vengano travolti, gli Stati Uniti hanno implementato una serie di interventi non farmaceutici, tra cui ordini di restare a casa, divieti di assembramenti e chiusure di aziende e scuole.

Modelliamo l'epidemia negli Stati uniti a livello statale, usando i dati dei decessi disponibili pubblicamente tramite un modello semi-meccanicistico gerarchico di tipo Bayesiano. Per ogni stato, stimiamo il numero riproduttivo in funzione del tempo (il numero medio di infezioni secondarie causate da una persona infetta), il numero di individui che sono stati infettati ed il numero di individui che sono attualmente infettivi. Utilizziamo cambiamenti nella mobilità delle persone come indicatore dell’impatto che gli interventi non farmaceutici ed altri cambiamenti comportamentali hanno sulla velocità di trasmissione del SARS-CoV-2. Valutiamo l’impatto dei futuri aumenti della mobilità, supponendo che il rapporto tra mobilità e trasmissione della malattia rimanga constante. Non discutiamo il potenziale effetto di ulteriori cambiamenti o interventi comportamentali, come un aumento dell’uso di mascherine o strategie di analisi virologiche e monitoraggio.

A livello nazionale, le nostre stime mostrano che la percentuale di individui che sono stati infettati è intorno al 4.1% [3.7%-4.5%], con ampia variabilità tra gli stati. Per tutti gli stati, anche quelli più colpiti, stimiamo che meno di un quarto della popolazione sia stata infettata; ad oggi a New York, per esempio, stimiamo che il 16.6% [12.8%-21.6%] degli individui sia stato infettato. I nostri tassi di attacco per New York sono in linea con quelli di recenti studi sierologici che supportano ampiamente le nostre scelte di modellizzazione.

Vi è una variazione nel numero riproduttivo iniziale, probabilmente dovuta a una serie di fattori; troviamo una forte associazione tra il numero riproduttivo iniziale sia con la densità della popolazione (misurata a livello statale) sia con la data cronologica in cui si sono verificati 10 decessi cumulativi (stima approssimativa della data a partire della quale la trasmissione è sostenuta localmente). Le nostre stime suggeriscono che l’epidemia non è sotto controllo in molti stati: al 17 Maggio 2020, il numero riproduttivo è al di sopra della soglia critica (1.0) in 24 stati [95% IC: 20-30]. I numeri riproduttivi più elevati sono geograficamente raggruppati nel Sud e nel Midwest, dove le epidemie sono ancora in fase di sviluppo, mentre stimiamo numeri riproduttivi più bassi negli stati che hanno già subito un’elevata mortalità da COVID-19 (come il Nord Est). Queste stime suggeriscono che è necessario prestare attenzione nell’allentamento delle attuali restrizioni se non vengono messe in atto misure aggiuntive efficaci.

Prevediamo che una maggiore mobilità a seguito del rilassamento del distanziamento sociale porterà ad una ripresa della trasmissione, fermo restando che non vengano messe in atto altre misure. Prevediamo che i decessi nei prossimi due mesi potrebbero raddoppiare rispetto agli attuali decessi cumulativi se la relazione tra mobilità e trasmissione rimane invariata. I nostri risultati suggeriscono che fattori che modulano la trasmissione, come test rapidi, tracciabilità dei contatti e precauzioni comportamentali, sono cruciali per compensare l’aumento della trasmissione associato all’allentamento del distanziamento sociale.

Complessivamente, dimostriamo che mentre tutti gli stati degli Stati Uniti hanno sostanzialmente ridotto i loro numeri riproduttivi, non troviamo alcuna prova del fatto che alcuno stato si stia avvicinando all’immunità di gregge o che l’epidemia sia vicina alla fine.

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