基于污水处理厂废水监测的城市级预警系统经济评估：优化日本长期护理机构COVID-19临床筛查策略

本研究针对COVID-19大流行对长期护理机构(LTCF)高危人群的持续威胁，创新性地评估了基于污水处理厂废水监测(WSTPs)的城市级预警系统经济价值。通过成本效益分析(CBA)和决策模型，证实结合WSTPs的预警系统可提前2周触发筛查，在单机构和国家层面分别产生17.2万和410万美元净收益，为公共卫生决策提供了关键经济学依据。

　　

COVID-19大流行虽已进入新阶段，但老年人群尤其是长期护理机构(LTCF)居民仍面临显著风险。即使在疫苗接种率较高的发达国家，2022年后死亡率仍异常集中于老年群体，日本更成为该现象的典型代表。这一背景下，如何通过高效监测手段优化临床筛查策略成为关键科学问题。传统临床监测存在数据滞后、成本高等局限，而基于污水处理厂的废水监测(WSTPs)虽在欧美广泛应用，其在亚洲国家的经济价值尚未明确验证。

日本东京大学等机构的研究团队在《Science of The Total Environment》发表研究，首次系统评估了整合WSTPs的城市级预警系统对LTCF筛查策略的经济影响。研究通过构建决策模型模拟不同监测策略，量化了WSTPs带来的时间优势与经济收益。结果显示，在单机构层面，WSTPs可使筛查启动提前2周，产生17.2万美元净收益；在国家层面，四周内最高可节省410万美元。这一发现为资源有限地区优化公共卫生资源配置提供了重要依据。

研究采用三大关键技术方法：1)基于日本52个地方政府数据的废水处理厂空间分析；2)包含29个参数的蒙特卡洛概率模型，模拟不同筛查时机下的传播动力学；3)质量调整生命年(QALYs)与财务成本整合的经济评估框架，采用5百万日元(35,234美元)/QALY的支付意愿阈值。

研究结果
1. 单机构成本效益分析
在典型LTCF(100名居民+60名员工)场景中，WSTPs使筛查从2次增至4次，增量成本效益比(ROI)达43.9。每例感染早期检测可避免3.43 QALYs损失，主要受益于64%的住院率降低效果。敏感性分析显示，当城市发病率>90例/百万人日(PMPD)时系统即具经济性。

2. 城市级扩展模型
假设百万人口城市中20%LTCF依从预警，四周净收益达21.3万美元。关键变量分析表明，依从率>1.3%即能保证ROI>1，而废水监测成本波动(181-726美元/日)对结果影响有限。

3. 国家层面推演
覆盖日本51大城市(5250万人口)的方案中，净收益区间为240-3080万美元；扩展至全国1.26亿人口时，最高收益达4090万美元。值得注意的是，财务收益仅占总收益30%，凸显健康效益的主导地位。

讨论与意义
该研究创新性地建立了废水监测与临床决策的量化关联，提出90 PMPD的预警阈值标准。相比既往聚焦单设施的研究，城市级方案解决了"监测数据如何转化为行动"的核心难题。实际应用中需注意三点限制：1)废水数据质量对发病率估算的影响需持续验证；2)基因组监测等扩展功能待开发；3)非大城市地区可能存在监测盲区。

从公共卫生政策角度看，研究证实了日本扩大WSTPs的合理性，其结论可直接支持东京等高频流行区的资源分配决策。方法论上开创的"时间差-经济值"转换框架，为流感、脊髓灰质炎等其他传染病的监测策略评估提供了范式。未来研究可探索多病原联合检测的成本分摊机制，以及基因组数据对变异株防控的预警价值。