全国大学生数学建模竞赛题 艾滋病疗法的评价及疗效的预测模型(2)

2021-01-07 09:50

问题重述

艾滋病是当前人类社会最严重的瘟疫之一,从1981年发现以来的20多年间,它已经吞噬了近3000万人的生命。

导致艾滋病的主要是一种叫做HIV的病毒破坏人的免疫系统,使人体丧失抵抗各种疾病的能力,从而严重危害人的生命。人类免疫系统的CD4细胞在抵御HIV的入侵中起着重要作用,当CD4被HIV感染而裂解时,其数量会急剧减少,HIV将迅速增加,导致AIDS发作。据统计,凡CD4+T淋巴细胞<200/mm3或CD4+T淋巴细胞的百分比<14%的HIV感染者可归入艾滋病。

艾滋病治疗的目的,是尽量减少人体内HIV的数量,同时产生更多的CD4,至少要有效地降低CD4减少的速度,以提高人体免疫能力。

据很多资料表示,成功的抗病毒治疗应该达到以下效果:血浆中HIV-RNA(HIV核酸法检验的病毒载量)的水平4周内应下降1个Log以上, 4~6个月内病毒降至检测不到的水平(HIV RNA<50拷贝/ml),CD4+T淋巴细胞计数应逐渐上升。如果达不到相应指标,则应根据实验室检测结果调整治疗方案。

迄今为止还没有找到能根治AIDS的疗法,目前的一些AIDS疗法不仅对人体有副作用,而且成本也很高。本问题就是要确定一个较好的治疗方案。

现在得到了美国艾滋病医疗试验机构ACTG公布的两组数据。一组数据是服用了相同药物的300多名病人每隔几周测试的CD4和HIV的浓度(每毫升血液里的数量)。另一组数据是将1300多名病人随机地分为4组,每组按4种不同的疗法中的一种服药,大约每隔8周测试的CD4浓度(这组数据缺HIV浓度,它的测试成本很高)。根据提供数据完成以下问题:

(1)利用附件1的数据,预测继续治疗的效果,或者确定最佳治疗终止时间(继续治疗指在测试终止后继续服药,如果认为继续服药效果不好,则可选择提前终止治疗)。

(2)利用附件2的数据,评价4种疗法的优劣(仅以CD4为标准),并对较优的疗法预测继续治疗的效果,或者确定最佳治疗终止时间。

(3) 艾滋病药品的主要供给商对不发达国家提供的药品价格如下:600mg zidovudine 1.60美元,400mg didanosine 0.85美元,2.25 mg zalcitabine 1.85美元,400 mg nevirapine 1.20美元。如果病人需要考虑4种疗法的费用,对(2)中的评价和预测(或者提前终止)有什么改变。

模型建立与求解

问题(1):

将附录1中数据统计得出,可将时间分段,分为五个阶段:表一和表二中I表示0—4周,II表示4—8周,III表示8—25周,IV表示25—40周,V表示40—57周。


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