文章專區

2019-02-01國衛院病媒蚊中心登革熱防疫大作戰 446 期

Author 作者 李依庭/《科學月刊》主編。

近年來,全球皆水深火熱的壟罩在病媒蚊疾病中,在中南美洲地區,有造成小頭症的茲卡病毒(Zika virus, ZIKV);在臺灣,除了時有日本腦炎(Japanese encephalitis)的零星案例傳出外,影響臺灣最大的莫過於隨著氣候的增溫,而快速蔓延的登革熱(dengue fever)疫情。
登革熱,是一種由登革熱病毒引起的病媒蚊傳染疾病,主要透過埃及斑蚊(A. aegypti)叮咬人類進行傳播,遭到叮咬的患者會在3~14天內發病,症狀包括發熱、頭痛、肌肉和關節痛等,並出現像麻疹一樣的皮疹。有些患者甚至會有病情惡化,出現登革出血熱或登革休克綜合徵等情形,造成低血壓休克並危及生命。
 

臺灣的登革熱疫情
 

根據衛生福利部疾病管制署最新的資料顯示,去(2018)年本土登革熱疫情不僅在南部發生,更往臺灣中北部蔓延,共有533件登革熱確診案例。慶幸的是,此事件並未造成病患的死亡,截至今(2019)年1月18日,雖已有17件確認病例,但比起去年同期的感染有小幅降低。
縱使近年來在臺灣學者與政府機關的相互配合下,登革熱疫情已獲得較完善的控制,然而在夏季氣溫逐年增加且炎熱的臺灣,仍有零星個案持續發生,在在表示登革熱的公衛防疫政策仍刻不容緩。因此,國家衛生研究院成立國家蚊媒傳染病防治研究中心(蚊媒病中心),除進行登革熱的研究外,也嘗試開發各種防疫利器,希望能幫助臺灣的登革熱疫情防治。
 

智慧辨蚊系統的監控與追蹤


病媒蚊密度的長時期監控是蚊媒傳染性疾病防治的重要工作,如何即時呈現各地區的監控結果以利地方防疫單位規劃及進行相關的防治,是一項十分重要的議題。另外,若能在進行監控的同時即時辨識蚊種,將可精準協助防疫策略的制定,提升防疫工作的效能。
有鑑於此,在國家衛生研究院生醫工程與奈米醫學研究所和蚊媒病中心的共同研究下,開發出一套智慧辨蚊系統(圖二),系統中包含「智慧型多模態捕蚊機(圖三)」和「可辨識蚊種的智慧化電腦」,透過人工智慧(artificial intelligence, AI)快速辨識蚊子種類。
 



一般而言,現今市面上的捕蚊器大多是以滅蚊為主要目標,而且全捕捉至同一容器中直接撲殺,並不具有捕捉活體及分類的功能。然而對登革熱的防治而言,若是能捕捉活體的病媒蚊,將能直接送往實驗室採集其血液樣本,再透過基因比對判斷是否具有傳染病,進一步評估是否對該區域進行防疫等工作。
因此,這套智慧辨蚊系統以此為方向,透過「負壓抽氣單向閥」及「抽風裝置」來捕捉蚊子活體,再加上可辨識蚊種的智慧化電腦視覺系統,當捕蚊器捕捉到蚊子後能迅速辨識。此外,在捕蚊器的周邊也包含偵測二氧化碳濃度及溫濕度元件,可即時記錄捕捉瞬間周圍的各項參數。
目前,透過人工智慧技術結合活體捕蚊器的系統已具備即時辨識蚊種的功能,平均只需要0.07秒便能辨識蚊子的種類,且針對登革熱傳染力的埃及斑紋與一般的家蚊的即時辨識準確度已超過90%。經捕蚊器捕捉並辨識可能為具登革熱傳染的蚊子,會送至後端研究室進行血液及病原體分析,如此一來便可預先警示該地區是否具有潛在感染疾病的風險,也可讓地區防疫單位及早進行宣導或防治工作,降低疾病蔓延的可能。
不僅如此,此系統更與網路連線,能及時將辨識結果與周邊環境參數上傳到雲端資料庫,即能知曉在哪些時間、哪個地區有病媒蚊,將可以協助防疫單位即時掌握各地區蚊種密度與環境參數的變化。另外,也結合地理資訊系統(geographic information system, GIS)的輔助,希望能協助每年入夏前預測登革熱等蚊媒傳染性疾病的高風險地區,以提前規劃防治策略,防堵登革熱爆發。
蚊媒病中心表示,利用建置各式蚊種的影像資料庫,再透過深度學習(deep learning)讓機器能協助人們進行即時動態的活體蚊種辨識。由於這套系統的特色在於能即時且準確地將捕蚊裝置所捕獲的蚊種進行辨識,辨識與捕捉後的結果也會第一時間回傳到系統後台,配合地理資訊系統的套疊,再加上大數據系統的建立,進一步了解各地區病媒蚊密度的實際情況。
研究人員也表示,未來會將更多活體蚊種影像資料庫建置並導入新型的AI辨識軟硬體,以提升辨識的多樣性與準確度,要讓各地區登革熱疫情的追蹤與監控更加完善,使病媒蚊防治更加準確且落實。

誘卵桶的使用


除了即時監測病媒蚊地區與密度外,預防登革熱爆發的主要方法之一是降低傳播媒介昆蟲──埃及斑蚊與白線斑蚊的族群量。在臺灣,實際上所使用的防治方法採用綜合防治的概念與作法,包含容器減量、定期環境孳清、民眾衛教宣導、蚊蟲密度監測和化學防治等,力圖將病媒蚊族群量壓制在不致於引發疫情爆發的水平。
有鑑於此,為配合現有登革熱防治策略,國家衛生研究院蚊媒病中心開發出能偵測病媒蚊密度的誘卵桶。依誘卵桶的設計,於定點放置一段時間,等防疫單位回收誘卵桶之後,再透過人工的方式進行蟲卵的孵化,待幼蟲孵化或成蚊羽化後才能確定所採集的蚊種。研究人員再利用桶內監測指數和地理資訊系統的配合,得知各地區的登革熱疫情。
 

誘卵桶指數vs布氏指數

布氏指數,為世界衛生組織(World Health Organization, WHO)所建議的病媒蚊密度調查方法,主要是透過調查100戶住宅,並計算發現登革熱病媒蚊幼蟲孳生陽性容器數。
 
計算方法:陽性容器數/調查戶數×100
 
舉例來說,若調查50戶住宅,發現斑蚊幼蟲孳生的容器數為10個,則斑蚊布氏指數為20,4級(表一)。
 

 
然而,布氏指數在愈來愈都市化的環境中有失真的現象。原因在於都市化的環境中,一棟大樓可能有上百戶,而調查完幾棟大廈的數據卻無法代表整個地區,更不用說各角落可能的隱性孳生源。因此,需要其他方式輔助布氏指數預測或評估臺灣都市中的登革熱風險。

因此,國家衛生研究院蚊媒病中心自105年成立以來,便與各防疫單位研擬出適合都市化的臺灣所計算的登革熱病媒蚊密度標準化監測方法,並實施至今。目前,所使用的改良式方法稱為「誘卵桶指數」,是一種使用過去即有的誘卵桶所進行的密度調查。病媒蚊中心經由標準化器材、方法和卵數的增加作為指標,再加上地理資訊系統,建立出全新的管理指標。

 
利用誘卵桶數據,加上九宮格來區分防疫等級,以圖五為例,陽性率60%(也就是埃及斑蚊數量佔誘殺桶中所有蚊種的60%)與卵數500顆則為「優先里別」,而陽性率低於60%或卵數少於500顆則為「注意里別」。研究人員透過每周1里1筆數據,來調查各區病媒蚊與蚊卵的增減與管理。

家家戶戶的誘殺桶


不只是誘卵桶,為降低病媒蚊的數量,蚊媒病中心也投入誘殺桶的研發,病依照環境空間需求的不同開發出2種不同體積的誘殺桶。

1. 適合戶外的大型誘殺桶


在大型誘殺桶(圖四)開發之前,蚊媒病中心已生產出具捕殺功能的小型誘殺桶。不過,由於體積小易遺失、水分容易蒸散、需經常性進行檢查且耗費大量人力等缺點,故中心也進一步開發出一種無耗能、低成本的大型誘殺桶。此誘殺桶的設計目的為能讓病媒蚊進去卻出不來,且可以直接在桶內撲殺存在於環境中的病媒蚊。其優點在於體積大,不需時常補充誘引物和殺蚊藥劑,可使管理週期延長,且不需每周管理及維護,進而大幅減少管理人力的產出。
 

 
除了降低人力的支出外,由於大型誘殺桶的蓄水量比起小型誘殺桶大30倍,不只是能將捕蚊效果發揮得淋漓盡致外,再加上桶內的黏膠裝置和防治藥劑,如此一來,便能在吸引病媒蚊產卵的同時,一併將飛入的病媒蚊消滅。除此之外,其成本也低廉,根據研究人員統計,擺放1個誘殺桶1年,包括耗材在內只需約新臺幣1500元。整體來說,誘殺桶的設置將能有效降低整體環境中病媒蚊數量,是一個非常適合社區長期設置防治病媒斑蚊的方法。
目前,大型誘殺桶已於臺南市、高雄市和屏東縣的戶外地區擺設,總共布設了106桶;驚人的是,在不到1年的時間內,共誘得255702顆卵、6387隻斑蚊和15865隻家蚊。

 

2. 不可忽視的室內危機


除了在戶外擺放誘殺桶之外,其實,人們所生活的居家室內也是不可忽略的地方。經由蚊媒病中心的長期調查發現,臺灣室內病媒蚊也為數不少,主要分布在衛浴、廁所及廚房,其次是生活起居的客廳。然而,室內病媒蚊的撲殺只有在當疫情發生時,政府才能強制進入,並進行主動式地化學性防疫。因此,如何在平時便減少居家室內中病媒蚊的孳生,遂成為登革熱疫情控管和預防傳播的一大關鍵,也是蚊媒病中心欲想解決的課題之一。
有鑑於此,病媒蚊中心推行適合室內的小型誘殺桶,讓民眾放置於家中病媒蚊活動多的衛浴、廁所、廚房或客廳等區域,利用誘引方式黏殺室內病媒蚊。並且,透過讓民眾自主管理,也能更加了解自家病媒蚊的活動情形,加強其防治病媒蚊的觀念。在民眾共同合作支持下,共同施行各項防治。
 

南部實際案例


臺南市南區田寮里在104年登革熱大流行時,是南區疫情的重大災區,大量的病媒蚊媒介也使多人遭受感染,確診病例不斷增加,令當地居民不勝其擾、苦不堪言。因此,蚊媒病中心於107年度決定在臺南市南區及北區將所開發的誘殺桶進行實地測試、使用,並推動「室內誘殺計畫」及「室外大型誘殺站計畫」。
在田寮里里長的倡導與支持下,里中約共1400戶中,有700戶的里民配合在戶外與家中擺放大、小撲殺桶;經過1年的努力,與對照組相比,埃及斑蚊數量已顯著下降,意味著此項防治計畫已有效地降低試行區內的斑蚊數量。此外,利用病媒蚊密度監測系統進行分析的結果,也顯示病媒蚊數量確實因室內誘殺桶而降低。
目前,近2年來田寮里沒有本土登革熱疫情發生,研究人員表示,這項成果主要歸功於里長的大力支持許宣導,由於擺放的普及率達到50%,才能顯現出防疫效果。田寮里里長王能波則表示,主要還是需仰賴當地居民的配合與地方防疫單位的支持,才能有如此顯著的防疫成果。
 

成果與未來展望


近年來,縱使臺灣面對病媒蚊的不斷侵襲,不過在政府與學術單位的共同努力,已讓疫情有一個全方位的控制。而蚊媒病中心的成立,也加速防治技術與防疫的推動與施行,除了能快速掌握疫情並控制外,也使全臺民眾不再人心惶惶,只能消極地穿上長袖衣物防疫。
國衛院梁賡義院長表示,國衛院是任務導向型的醫藥衛生健康研究,目的在提供科學實證研究的資訊,協助政府制定公共衛生及群眾健康等相關政策,達到確保全體國人健康的最終目標。為了落實這項使命,國家蚊媒傳染病防治研究中心所屬的防疫部隊跨區支援,提供科學實證的實作建議,協助有登革熱疫情的縣市進行防治作為,同時也協助各地方化學防治完成後的成效評估作業,希望能幫助各地區疫情的控制。
不僅如此,病媒蚊中心也表示,未來,在誘殺桶與進行布設配備智慧辨蚊系統的捕蚊裝置相互交叉使用之下,預計將可以提升辨識的效率。期望能在有限的防疫資源下,更有效率的協助地方政府進行更精確的防疫規劃,在每年疫情來臨之前有效預測高風險地區,防堵登革熱的爆發。
延伸閱讀
登革熱傳染病統計資料,http://bit.ly/2FLxRcJ。