BAKGRUND
En viktig spridningsväg av infektioner bland djur är förflyttningar av infekterade djur till nya besättningar. Alla förflyttningar som
sker av nötkreatur registreras i en databas på individnivå, vilket innebär att det är känt på vilken besättning varje enskilt djur befinner
sig. Vid Enhet för sjukdomskontroll och smittskydd, Statens Veterinärmedicinska Anstalt har det tagits fram en simuleringsmodell i
C++ för att utvärdera och visualisera spridning av den verotoxinbildande bakterien E. Coli , VTEC, inom och mellan besättningar
baserat på förflyttningar av enskilda djur, se figur 1 och 2. De genomförda simuleringarna baseras på data under tidsperioden 200507-01 till 2008-12-31 innehållande drygt 31000 besättningar, ungefär 3.5 miljoner nötkreatur, knappt 1 miljon förflyttningar av djur
mellan besättningar samt händelser för när individuella djur föds och går till slakt. VTEC är en zoonos vilket innebär att djur och
människor kan smitta varandra och det är därför av folkhälsointresse att begränsa spridningen av VTEC bland nötkreatur. VTEC
kan orsaka allvarlig sjukdom hos människa med ibland dödlig utgång. Antalet fall av insjuknade människor har ökat sedan mitten av
90-talet, inte bara i Sverige utan även i andra delar av världen.
SYFTE OCH GENOMFÖRANDE
Syftet med examensarbetet är att förbättra prestanda på beräkningarna genom att parallellisera algoritmen. Ett mål med
examensarbetet är att utvärdera vilken metod som skall användas för parallellisering t.ex. GPU eller kluster. Ett annat mål är att
utveckla designen och möjliggöra utbyte av spridningsmodellen för olika agens. Av den anledningen skall istället en
spridningsmodell framtagen på besättningsnivå för Q-feber (bakterien Coxiella Burnetti) användas för att utvärdera hur spridning
mellan besättningar påverkas av förflyttningar.
Det metodupplägg som utvecklas i projektet kommer att ett utgöra viktigt epidemiologiskt verktyg i arbetet att testa effekter av olika åtgärder och strategier
för att bekämpa och förstå spridning av agens och se effekter av t.ex. provtagningens sensitivitet, hur ofta provtagning görs, åtgärder vid positiva prov osv.
Projektet kommer att genomföras i samarbete mellan Institutionen för informationsteknologi, Uppsala Universitet och Enhet för
sjukdomskontroll och smittskydd, Statens Veterinärmedicinska Anstalt.
Det är en fördel om du har erfarenhet av programmering i C++, boost och parallellprogramering.
Kontaktperson Uppsala Universitet: Stefan Engblom, 018-471 27 54. [email protected]
Kontaktperson SVA: Stefan Widgren, 018-674186. [email protected]
SCHEMATISK BESKRIVNING AV SIMULERING
Initiera alla besättningar enligt innehav av djur vid simuleringens startdatum.
Fördela infekterade djur enligt den geografiska distributionen
Loop över antalet simuleringar
Loop över antalet dagar
Loop över antalet besättningar
Spara tillståndet i besättning[i]
Stega fram epidemiologiska modellen på besättning[i] en dag
Utför eventuella kontrollåtgärder för att förhindra spridning av infektion
Flytta djur mellan besättningar för denna dag enligt förflyttningsdata
Sammanställ och beräkna statistik på genererad data
Figur 1: Visualisering av djurförflyttningar under en period av 2 veckor.
Spatio-temporal evaluation of cattle trade in Sweden: Description of a
grid network visualization technique. Geospatial Health., Volume 5,
Number 1, November 2010
Figur 2: Visualisering av infekterade djur för två olika scenarier vid
simulering av VTEC. I manuskript
BACKGROUND
Animal transfers of infected animals are an important route for spread of infectious agents into new herds. All transfers of cattle
between holdings are reported to a database on individual level. This means that it is known were each individual animal is located.
The Department of Disease Control and Epidemiology, National Veterinary Institute have developed simulation software in C++
to evaluate and visualize spread of the verotoxin producing bacteria E. Coli, VTEC, within and between herds based on transfers of
individual animals, see figure 1 and 2. The performed simulations are based on cattle data during the period 2005-07-01 to 2008-1231 containing more than 31.000 holdings, about 3.5 million cattle, almost 1 million movements of animals between holdings and
events for individual births and slaughter. VTEC is a zoonosis, which means that humans and animals can infect each other. It is
therefore of great public health interest to limit the spread of VTEC among cattle. VTEC can cause serious disease in humans with
sometimes lethal outcome. The number of human cases has increased since the mid Nineties, not only in Sweden but also in other
parts of the world.
STUDY OBJECTIVE
The aim of the master thesis is to improve the performance of the calculations by parallelizing the algorithm. One goal is to evaluate
which method to use e.g. GPU or cluster. Another goal is to enrich the software design and make it possible to change the model
for the disease spread to other infectious agents. Hence, another zoonotic bacterium Coxiella Burnetti (Q-fever) is to be used as
infectious agent in this work to evaluate how the spread between herds is affected by animal transfers.
The methods that are developed within the project can be an important epidemiological tool in the work to evaluate various effects of control measures and
strategies to reduce the spread of infectious agents.
The project will be performed in collaboration between Department of Information Technology, Uppsala University and the
Department of Disease Control and Epidemiology, National Veterinary Institute.
It’s an advantage if you have experience of programming in C++, boost and parallel programming.
Contact Uppsala University: Stefan Engblom, 018-018-471 27 54. [email protected]
Contact National Veterinary Institute: Stefan Widgren, 018-674186. [email protected]
SCHEMATIC DESCRIPTION OF THE SIMULATION
Initiate all holdings according to the start date of the simulation
Distribute infectious animals according to the geographical distribution
Loop over number of simulations
Loop over number of days
Loop over number of holdings
Save the state of holding[i]
Step the epidemiological model of holding[i] one day
Perform control measures in order to prevent spread of the infection
Move animals between holdings at the current day according to movement data
Compile and calculate statistics on generated data
Figure 1: Visualization of animal movements during a 2 week period.
Spatio-temporal evaluation of cattle trade in Sweden: Description of a
grid network visualization technique. Geospatial Health., Volume 5,
Number 1, November 2010
Figure 2: Visualization of infectious animals for two different scenarios in
the simulation of VTEC. In manuscript
