Prediction of visceral leishmaniasis incidence using the Seasonal Autoregressive Integrated Moving Average model (SARIMA) in the state of Maranhão, Brazil / Previsão da incidência da leishmaniose visceral usando o modelo de média móvel integrado autorregressivo sazonal (SARIMA) no Maranhão, Brasil

Abstract Visceral leishmaniasis (VL) is an infectious disease predominant in countries located in the tropics. The prediction of occurrence of infectious diseases through epidemiologic modeling has revealed to be an important tool in the understanding of its occurrence dynamic. The objective of this study was to develop a forecasting model for the incidence of VL in Maranhão using the Seasonal Autoregressive Integrated Moving Average model (SARIMA). We collected monthly data regarding VL cases from the National Disease Notification System (SINAN) corresponding to the period between 2001 and 2018. The Box-Jenkins method was applied in order to adjust a SARIMA prediction model for VL general incidence and by sex (male or female) for the period between January 2019 and December 2013. For 216 months of this time series, 10,431 cases of VL were notified in Maranhão, with an average of 579 cases per year. With regard to age range, there was a higher incidence among the pediatric public (0 to 14 years of age). There was a predominance in male cases, 6437 (61.71%). The Box-Pierce test figures for overall, male and female genders supported by the results of the Ljung-Box test suggest that the autocorrelations of residual values act as white noise. Regarding monthly occurrences in general and by gender, the SARIMA models (2,0,0) (2,0,0), (0,1,1) (0,1,1) and (0,1,1) (2, 0, 0) were the ones that mostly adjusted to the data respectively. The model SARIMA has proven to be an adequate tool for predicting and analyzing the trends in VL incidence in Maranhão. The time variation determination and its prediction are decisive in providing guidance in health measure intervention.

Resumo A leishmaniose visceral (LV) é uma doença de natureza infecciosa, predominante em países de zonas tropicais. A predição de ocorrência de doenças infecciosas através da modelagem epidemiológica tem se revelado uma importante ferramenta no entendimento de sua dinâmica de ocorrência. O objetivo deste estudo foi desenvolver um modelo de previsão da incidência da LV no Maranhão usando o modelo de Média Móvel Integrada Autocorrelacionada Sazonal (SARIMA). Foram coletados os dados mensais de casos de LV através do Sistema de Informação de Agravos de Notificação (SINAN) correspondentes ao período de 2001 a 2018. O método de Box-Jenkins foi aplicado para ajustar um modelo de predição SARIMA para incidência geral e por sexo (masculino e feminino) de LV para o período de janeiro de 2019 a dezembro de 2023. Durante o período de 216 meses dessa série temporal, foram registrados 10.431 casos de LV no Maranhão, com uma média de 579 casos por ano. Em relação à faixa etária, houve maior registro no público pediátrico (0 a 14 anos). Houve predominância do sexo masculino, com 6437 casos (61,71%). Os valores do teste de Box-Pierce para incidência geral, sexo masculino e feminino reforçados pelos resultados do teste Ljung-Box sugerem que as autocorrelações de resíduos apresentam um comportamento de ruído branco. Para incidência mensal geral e por sexo masculino e feminino, os modelos SARIMA (2,0,0) (2,0,0), (0,1,1) (0,1,1) e (0,1,1) (2, 0, 0) foram os que mais se ajustaram aos dados, respectivamente. O modelo SARIMA se mostrou uma ferramenta adequada de previsão e análise da tendência de incidência da LV no Maranhão. A determinação da variação temporal e sua predição são determinantes no norteamento de medidas de intervenção em saúde.

Prediction of visceral leishmaniasis incidence using the Seasonal Autoregressive Integrated Moving Average model (SARIMA) in the state of Maranhão, Brazil

Abstract Visceral leishmaniasis (VL) is an infectious disease predominant in countries located in the tropics. The prediction of occurrence of infectious diseases through epidemiologic modeling has revealed to be an important tool in the understanding of its occurrence dynamic. The objective of this study was to develop a forecasting model for the incidence of VL in Maranhão using the Seasonal Autoregressive Integrated Moving Average model (SARIMA). We collected monthly data regarding VL cases from the National Disease Notification System (SINAN) corresponding to the period between 2001 and 2018. The Box-Jenkins method was applied in order to adjust a SARIMA prediction model for VL general incidence and by sex (male or female) for the period between January 2019 and December 2013. For 216 months of this time series, 10,431 cases of VL were notified in Maranhão, with an average of 579 cases per year. With regard to age range, there was a higher incidence among the pediatric public (0 to 14 years of age). There was a predominance in male cases, 6437 (61.71%). The Box-Pierce test figures for overall, male and female genders supported by the results of the Ljung-Box test suggest that the autocorrelations of residual values act as white noise. Regarding monthly occurrences in general and by gender, the SARIMA models (2,0,0) (2,0,0), (0,1,1) (0,1,1) and (0,1,1) (2, 0, 0) were the ones that mostly adjusted to the data respectively. The model SARIMA has proven to be an adequate tool for predicting and analyzing the trends in VL incidence in Maranhão. The time variation determination and its prediction are decisive in providing guidance in health measure intervention.

Resumo A leishmaniose visceral (LV) é uma doença de natureza infecciosa, predominante em países de zonas tropicais. A predição de ocorrência de doenças infecciosas através da modelagem epidemiológica tem se revelado uma importante ferramenta no entendimento de sua dinâmica de ocorrência. O objetivo deste estudo foi desenvolver um modelo de previsão da incidência da LV no Maranhão usando o modelo de Média Móvel Integrada Autocorrelacionada Sazonal (SARIMA). Foram coletados os dados mensais de casos de LV através do Sistema de Informação de Agravos de Notificação (SINAN) correspondentes ao período de 2001 a 2018. O método de Box-Jenkins foi aplicado para ajustar um modelo de predição SARIMA para incidência geral e por sexo (masculino e feminino) de LV para o período de janeiro de 2019 a dezembro de 2023. Durante o período de 216 meses dessa série temporal, foram registrados 10.431 casos de LV no Maranhão, com uma média de 579 casos por ano. Em relação à faixa etária, houve maior registro no público pediátrico (0 a 14 anos). Houve predominância do sexo masculino, com 6437 casos (61,71%). Os valores do teste de Box-Pierce para incidência geral, sexo masculino e feminino reforçados pelos resultados do teste Ljung-Box sugerem que as autocorrelações de resíduos apresentam um comportamento de ruído branco. Para incidência mensal geral e por sexo masculino e feminino, os modelos SARIMA (2,0,0) (2,0,0), (0,1,1) (0,1,1) e (0,1,1) (2, 0, 0) foram os que mais se ajustaram aos dados, respectivamente. O modelo SARIMA se mostrou uma ferramenta adequada de previsão e análise da tendência de incidência da LV no Maranhão. A determinação da variação temporal e sua predição são determinantes no norteamento de medidas de intervenção em saúde.