Top Banner
PSI Malaria Health Impact Estimation Model Warren Stevens and David Jeffries Research & Metrics Population Services International May 2011
27

PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

Jun 20, 2018

Download

Documents

duongthuy
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

 

 

 

 

PSI Malaria Health Impact Estimation Model  

     

Warren Stevens and David Jeffries Research & Metrics 

Population Services International       

May 2011 

 

 

 

Page 2: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

 

 

 

 

This document may be freely reviewed, quoted, reproduced or translated, in part or in full, provided the source is acknowledged:  

Stevens W and Jeffries D (2011). PSI Malaria Health Impact Estimation Model. Washington, DC: Population Services International. Available at: http://www.psi.org/resources/publications  

PSI shares its models with all interested individuals or organizations. Please note that the models are updated periodically based on the latest available epidemiological, demographic, intervention effectiveness, and utilization data. As a result, numbers used in this document should be considered illustrative only. They show how the model works, but they are likely to have changed since the time of writing.  

For more information or the latest model updates, contact Amy Ratcliffe at [email protected]

 

© Population Services International, 2011  

 

    

P S I ■■ | 2  

Page 3: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

 

Contents 

Background ......................................................................................................................................................... 4 

Section 1: Principles and Structure of the Model ............................................................................................... 5 

Section 2: DALY Calculations for Nets ............................................................................................................... 10 

Section 3: PermaNet Example for Tanzania...................................................................................................... 13 

Section 4: DALY Calculations for Pre‐packaged Treatment (PPT) for Malaria .................................................. 17 

Section 5: ACT Example for Tanzania ................................................................................................................ 18 

Section 6: DALY Calculation for Rapid Diagnostic Test (RDT) Kits .................................................................... 20 

Section 7: Rapid Diagnostic Test (RDT) Kit Example for Tanzania .................................................................... 21 

Section 8: Malaria Equations ............................................................................................................................ 23 

8.1  Burden of disease ............................................................................................................................... 23 

8.2  Insecticide‐treated net (ITN) intervention ......................................................................................... 23 

8.3  Pre‐packaged malaria treatment (PPT) intervention ......................................................................... 24 

8.4  Rapid diagnostic test (RDT) kit intervention ...................................................................................... 24 

Section 9: Access Calculator ............................................................................................................................. 26 

References ........................................................................................................................................................ 27 

    

P S I ■■ | 3  

Page 4: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

P S I ■■ | 4  

Background

Population Services International (PSI) is a social marketing organization that promotes healthy behaviors in low‐income and vulnerable populations. PSI has programs in 65 countries (www.psi.org) and covers a wide range of health areas including malaria prevention and treatment. PSI malaria interventions focus on the distribution of 1) insecticide‐treated bed nets (ITNs) for nighttime protection from mosquitoes carrying Plasmodium falciparum; 2) pre‐packaged doses of artemisinin combination therapies (ACT) for treatment of malaria at the household level; and 3) rapid diagnostic test (RDT) kits for accurate diagnosis of malaria cases. Malaria communications campaigns emphasize the importance of correct and consistent use of insecticide‐treated nets (particularly by pregnant women and young children), prompt diagnosis of malaria symptoms, and treatment compliance when malaria is confirmed.  

PSI uses the disability‐adjusted life year (DALY) as the metric for measuring the impact of interventions in health areas.1 A DALY model has been developed for each of PSI’s products, services, and behavior change communications (BCC) interventions. The DALY model presented here is the Malaria Health Impact Estimation Model for prevention, diagnosis, and treatment of malaria. 

To date, PSI has delivered more than 100 million insecticide‐treated nets (ITNs) and 38 million pre‐packaged malaria treatment packets (PPTs) in more than 35 countries around the world. PSI estimates that 64 percent of the lives saved through use of ITNs and PPTs are the result of the distribution of free products (PSI, 2011a). ITNs account for 77% of free DALYs. 

Malaria is a leading cause of sickness and death among people living in low‐income countries where the disease is endemic. Approximately 90% of malaria deaths worldwide occur in sub‐Saharan Africa, and the majority of those deaths are among pregnant women and children under five years of age (PSI, 2011b). The World Health Organization’s World Malaria Report 2010 reports however that the international campaign against malaria is having an impact. Although the estimated number of cases of malaria worldwide rose from 233 million in 2000 to 244 million in 2005, the number of malaria cases decreased to 225 million in 2009 (WHO, 2010). Likewise, the estimated number of deaths due to malaria worldwide decreased from 984,000 in 2000 to 781,000 in 2009 (WHO, 2010). 

                                                       

 

1 A DALY is defined as one healthy year of life lost (YLL) due to premature death and/or disability from a disease. It measures the gap between current health status and an ideal situation where everyone lives into old age free from disease and disability.  

 

Page 5: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

Section 1: Principles and Structure of the Model

The PSI Malaria Health Impact Estimation Model uses a simple prescriptive algorithm to estimate the number of DALYs averted by PSI primary malaria interventions that utilize three products: insecticide‐treated [bed] nets (ITNs), pre‐packaged treatment (PPT) in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT) kits. Where possible, country‐specific data are used in the model; if country‐specific data is not available, regional values are used. The variables used in the Malaria Health Impact Estimation Model are presented in Tables 1 through 3; they include morbidity and mortality rates, residence data (rural/urban), and DALY parameters (discount rate, life expectancy, specific ages for three age categories and for pregnant women, morbidity weight and length, and severe morbidity weight and length). The variables are discussed in detail in the sections of this report that describe how DALYs are calculated for each of the three malaria prevention and treatment products (ITNs, PPT, and RDT kits).  

Table 1 shows morbidity and mortality rates for selected countries with DHS data available. The data are stratified according to three age groups (0‐4 years, 5‐14 years, and 15+ years). Mortality rates for pregnant women are also shown, but corresponding data on morbidity rates are not available. 

Table 1.  Morbidity and mortality rates for selected countries by specific age groups (0‐4 years, 5‐14 years, and 15+ years), and mortality rates for pregnant women, DHS surveys  

  Morbidity  Mortality 

Country  0‐4  5‐14  15+  0‐4  5‐14  15+ Pregnant women 

Angola  0.852123  0.133351 0.133351 0.001511 0.024628 0.000173  0.000173

Belize  0.349763  0.201802 0.158731 0.000247 0.00177 5.57E‐05  4.38E‐05

Benin  1.20989  0.189339 0.189339 0.001315 0.014497 0.000163  0.000163

Botswana  0.004691  0.004976 0.003284 3.33E‐06 2.39E‐05 2.53E‐05  1.67E‐05

Burkina Faso  1.187836  0.185888 0.185888 0.001101 0.014856 0.000168  0.000168

Burundi  1.115993  0.174645 0.174645 0.001597 0.011444 0.000129  0.000129

Cambodia  0.188206  0.108589 0.085412 0.000133 0.000952 3E‐05  2.36E‐05

Cameroon  1.387719  0.217168 0.217168 0.001495 0.011433 0.000129  0.000129

CAR  0.814092  0.1274 0.1274 0.000873 0.010276 0.000116  0.000116

China  0.004474  0.002581 0.00203 3.15E‐06 2.26E‐06 7.12E‐07  5.6E‐07

Congo‐Brazzaville  1.230213  0.192519 0.192519 0.00137 0.012819 0.000144  0.000144

 

P S I ■■ | 5  

Page 6: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

  Morbidity  Mortality 

Country  0‐4  5‐14  15+  0‐4  5‐14  15+ Pregnant women 

Congo‐Kinshasa  1.255074  0.19641 0.19641 0.001295 0.01552 0.000174  0.000174

Costa Rica  0.019193  0.011074 0.00871 1.35E‐05 9.71E‐05 3.06E‐06  2.4E‐06

Côte d’Ivoire  1.302878  0.203891 0.203891 0.001409 0.011016 0.000124  0.000124

Dominican Republic 

0.129474  0.074702 0.058759 9.13E‐05 0.000131 2.06E‐05  1.62E‐05

El Salvador  2.98E‐05  1.72E‐05 1.35E‐05 2.1E‐08 1.51E‐07 4.75E‐09  3.73E‐09

Ethiopia  0.774347  0.12118 0.12118 0.001455 0.010101 8.73E‐05  8.73E‐05

Guatemala  0.016105  0.009292 0.007309 1.14E‐05 8.15E‐05 2.56E‐06  2.02E‐06

Guinea  1.332905  0.20859 0.20859 0.001292 0.129752 0.000183  0.000183

Haiti  0.081957  0.047287 0.037194 5.78E‐05 0.000415 1.31E‐05  1.03E‐05

Honduras  0.010785  0.006223 0.004895 7.6E‐06 5.46E‐05 1.72E‐06  1.35E‐06

India  0.247761  0.14295 0.11244 0.000175 0.000376 3.95E‐05  3.1E‐05

Kenya  1.29254  0.202273 0.202273 0.000987 0.007494 0.000106  0.000106

Laos  0.056  0.03231 0.025414 3.95E‐05 0.000283 8.92E‐06  7.01E‐06

Lesotho  0.000647  0.000686 0.000453 4.59E‐07 3.3E‐07 3.49E‐06  2.31E‐06

Liberia  0.854043  0.133651 0.133651 0.000912 0.014471 0.000163  0.000163

Madagascar  0.14438  0.022595 0.022595 0.000947 0.001168 1.75E‐05  1.75E‐05

Malawi  1.021999  0.159935 0.159935 0.001231 0.011548 0.0001  0.0001

Mali  1.190034  0.186231 0.186231 0.00127 0.020164 0.000227  0.000227

Mexico  0.002389  0.001379 0.001084 1.68E‐06 1.21E‐06 3.81E‐07  2.99E‐07

Mozambique  1.470998  0.2302 0.2302 0.001317 0.011554 0.00013  0.00013

Myanmar  0.293982  0.169618 0.133416 0.000207 0.004463 4.68E‐05  3.68E‐05

Namibia  0.159058  0.16871 0.111333 0.000113 0.000811 0.000858  0.000567

Nepal  0.007026  0.004054 0.003189 4.95E‐06 3.56E‐05 1.12E‐06  8.8E‐07

Nicaragua  0.008091  0.004668 0.003672 5.7E‐06 4.09E‐05 1.29E‐06  1.01E‐06

Nigeria  1.496306  0.234161 0.234161 0.001514 0.023352 0.0002  0.0002

Pakistan  0.02675  0.015434 0.01214 1.89E‐05 0.000135 4.26E‐06  3.35E‐06

P S I ■■ | 6  

Page 7: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

   Morbidity  Mortality 

Country  0‐4  5‐14  15+  0‐4  5‐14  15+ Pregnant women 

Panama  0.008425  0.004861 0.003824 5.94E‐06 4.26E‐05 1.34E‐06  1.06E‐06

Papua New Guinea 

2.374455  1.369982 1.077585 0.001674 0.012015 0.000378  0.000297

Paraguay  0.001063  0.000613 0.000482 7.49E‐07 5.38E‐06 1.69E‐07  1.33E‐07

Rwanda  1.493075  0.233656 0.233656 0.001729 0.007852 8.91E‐05  8.91E‐05

Somaliland  0.606474  0.094909 0.094909 0.001495 0.010569 0.00012  0.00012

South Africa  0.001167  0.001237 0.000817 8.29E‐07 5.95E‐06 6.29E‐06  4.16E‐06

Sudan  0.633384  0.09912 0.09912 0.001408 0.051465 0.000138  0.000138

Swaziland  0.00612  0.000957 0.000957 1.35E‐05 9.34E‐05 0  0

Tanzania  0.910274  0.142451 0.142451 0.001019 0.011321 0.000128  0.000128

Thailand  0.049783  0.028723 0.022593 3.51E‐05 0.000252 7.93E‐06  6.24E‐06

Togo  1.256923  0.196699 0.196699 0.001364 0.01282 0.000145  0.000145

Uganda  1.171752  0.183371 0.183371 0.001448 0.012398 0.000139  0.000139

Vietnam  0.011172  0.006446 0.00507 7.88E‐06 5.65E‐05 1.78E‐06  1.4E‐06

Zambia  1.133181  0.177334 0.177334 0.001534 0.017398 0.000151  0.000151

Zimbabwe  0.838545  0.131226 0.131226 0.001132 0.00127 1.39E‐05  1.39E‐05

Some variables used in the model such as the rural/urban ratio are only available at the regional level. For these variables, countries with endemicity levels of 8.2% for severe malaria are assigned to five malaria regions: Hyper‐Holo Sub‐Saharan Africa (SSA), Meso SSA, East Asia, South Asia, and Latin America and the Caribbean (LAC). Table 2 shows the five regions with endemic malaria, according to the proportion of the population that is rural and the rural/urban ratio.  

   

P S I ■■ | 7  

Page 8: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

Table 2.  For five regions with endemic malaria (severe malaria=8.2%), the proportion of the population that is rural, and the rural/urban ratio  

Region Prevalence of

severe malaria (%) Proportionrural (%) 

Ratio rural/urban 

Hyper‐Holo SSA  8.2  67  1.39 

Meso SSA  8.2  67  1.39 

East Asia  8.2  69  1.41 

South Asia  8.2  69  1.41 

LAC  8.2  34  1.43 

The percentage with severe malaria refers to the percentage of people whose malaria has progressed to the “severe” stage (≥ 8.2%), in populations that allow estimation of both “mild” and “severe” malaria. The second column shows the proportion of the population living in rural areas, and the third column shows the ratio of rural to urban population. The ratio is used to estimate morbidity and mortality in rural and urban areas. Using the morbidity and mortality rates presented in Table 1, regional morbidity and mortality rates by urban rural residence are calculated as follows:  (1‐Proportion rural)*Rateurban+ Proportion rural*Raterural = Rateoverall Raterural/ Rateurban = ratio rural to urban  Solving gives: Raterural = Rateoverall * (ratio rural to urban) *(n+1)/(1+n* ratio rural to urban) Rateurban = Rateoverall * (n+1)/(1+n* ratio rural to urban)  Where,  n = Proportion rural/(1‐ Proportion rural) 

Table 3 shows the DALY parameters used for all three malaria products (ITNs, PPT, and RDT kits). The discount rate is universally taken as 3%, with a life expectancy of 81.25 years. The age categories used in the model (0‐4 years, 5‐14 years, and 15+ years) are represented by specific ages: 1.8 years, 8.4 years, 28 years, respectively, and 28 years for pregnant women in general.     

P S I ■■ | 8  

Page 9: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

Table 3.  DALY parameters used for all three malaria products (ITNs, PPT, RDT kits): discount rate, life expectancy, specific ages for three age categories and for pregnant women, morbidity weight and length, and severe morbidity weight and length  

Discount rate 

Life expectancy (years) 

Age group 0‐4 

(years) 

Age group 5‐14 

(years) 

Age group 15+ 

(years) 

Age of pregnant women (years) 

Morbidity weight 

Severe  morbidity weight 

Morbidity length 

Severe morbidity length 

3  81.25  1.8  8.4  28  28  0.105  0.611  0.03  0.08 

Each of the following sections describes the product specific data and gives an example of a DALY calculation for each type of intervention. All the data in labeled tables is taken directly from version 55 of the malaria calculator and the examples exactly reproduce the calculations in the calculator to estimate the DALYs averted. 

 

P S I ■■ | 9  

Page 10: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

Section 2: DALY Calculations for Nets

All calculations are based on the following equation: 

Protection = (100‐waste)*utilization*efficacy*life span 

The result is then multiplied by the morbidity or mortality rate to get case or deaths averted, from which the DALYs are calculated. The DALY calculations are age stratified, but aggregated to give an all‐risk coefficient. Without aggregation the individual coefficients could represent the effect of distribution to exclusively rural or urban areas. Currently, six net products are included. Table 4 gives their efficacies.  Table 4.  Net efficacy  

Product  Efficacy 

ITN  0.4897 

Olyset LLIN  0.4897 

PermaNet LLIN  0.4897 

Retreatment  0.3504 

ITN123  0.4897 

KO123  0.3504 

Existing net use increases efficacy. This has been modeled by inflating efficacy with the following factor: 

efficacyagenetexisting *cover11

−. 

For example, net coverage for a net with a baseline efficacy of 48.97% increases as shown in Figure 1. 

Figure 1.  Net coverage for net with a baseline efficacy of 48.97%

 

0 10 20 30 40 5045

50

55

60

65

% existing net coverage

net c

over

age

P S I ■■ | 10  

Page 11: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

P S I ■■ | 11  

Table 5 shows current net use in selected countries.   Table 5.  Country‐specific net use  

Country  Coverage    Country  Coverage 

Angola  35    Madagascar  62 

Belize  3    Malawi  54 

Benin  30    Mali  46 

Botswana  10    Mexico  0 

Burkina Faso  42    Mozambique  42 

Burundi  46    Myanmar  9 

Cambodia  12    Namibia  41 

Cameroon  46    Nepal  5 

CAR  27    Nicaragua  8 

China  1    Nigeria  21 

Congo‐Brazzaville  45    Pakistan  1 

Congo‐Kinshasa  24    Panama  0 

Costa Rica  0    Papua New Guinea  23 

Côte d’Ivoire  36    Paraguay  0 

Dominican Republic  0    Rwanda  66 

El Salvador  3    Somaliland  48 

Ethiopia  52    South Africa  1 

Guatemala  24    Sudan  23 

Guinea  46    Swaziland  46 

Haiti  4    Tanzania  38 

Honduras  0    Thailand  4 

India  2    Togo  54 

Kenya  66    Uganda  41 

Laos  29    Vietnam  1 

Lesotho  4    Zambia  38 

Liberia  19    Zimbabwe  17 

 

 

Page 12: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

Net use measures the number of persons protected by sleeping under a bed net, with no differentiation by rural/urban residence. Table 6 shows that within each age group, all the net products currently have the same net use values. Note that net use values are used to weight the categories rather than population weights.  Table 6.  Net use by age group, and for pregnant women  

Category PermaNet 

LLIN ITN 

OlysetLLIN 

ITN123  KO123  Retreatment 

0 ‐ 4 years  0.45  0.45  0.45  0.45  0.45  0.45 

5 ‐14 years  0.19  0.19  0.19  0.19  0.19  0.19 

15 ‐ 44 years  0.75  0.75  0.75  0.75  0.75  0.75 

Pregnant women  0.1  0.1  0.1  0.1  0.1  0.1 

Table 7 shows the life span (in years) of each product. All DALYs are calculated according to the life span of the product, not per year.  Table 7.  Life span of net products in years  

Product  Brand  Life span 

Insecticide  Retreatment  0.5 

KO 123 bundled  ITN123  3.0 

KO 123 treatment  KO123  3.0 

Net treated (ITN)  ITN  2.0 

Olyset  LLIN  5.0 

PermaNet  LLIN2  3.0 

Note: Life span is discounted at 3% using an exponential decay.  For example, for PermaNet, a 3‐year life span becomes:  

1+exp(‐0.03*1)+exp(‐0.03*2) = 2.9122 years 

Net wastage for all products is assumed to be 10% for all countries. 

 

P S I ■■ | 12  

Page 13: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

Section 3: PermaNet Example for Tanzania

EXAMPLE: Insecticide‐treated nets (ITN) 

This example shows how the PermaNet DALY coefficient for Tanzania is calculated.  Step 1  Calculate protection  Protection for 0‐4 years = (100‐waste)*utilization*efficacy*life span =  0.90*0.45*0.4897*2.9122 Protection for 5‐14 years = (100‐waste)*utilization*efficacy*life span = 0.90*0.19*0.4897*2.9122 Protection for over 15 years = (100‐waste)*utilization*efficacy*life span = 0.90*0.75*0.4897*2.9122 

Protection for pregnant women = (100‐waste)*utilization*efficacy*life span = 0.90*0.1*0.4897*2.9122  Step 2  Inflate by existing net coverage  Protection for 0‐4 years = 0.90*0.45*0.4897*2.9122*1/(1‐0.38*0.4897) Protection for 5‐14 years = 0.90*0.19*0.4897*2.9122*1/(1‐0.38*0.4897) Protection for over 15 years = 0.90*0.75*0.4897*2.9122*1/(1‐0.38*0.4897) 

Protection for pregnant women = 0.90*0.1*0.4897*2.9122*1/(1‐0.38*0.4897) 

Step 3  Calculate rural and urban morbidity and mortality  

Obtain the morbidity and mortality data for Tanzania from Table 1 above.  

  Morbidity  Mortality 

Pregnant women 

Country  0‐4  5‐14  15+  0‐4  5‐11  15+ 

Tanzania  0.910274  0.142451  0.142451  0.001019  0.011321  0.000128  0.000128 

 Convert the Tanzania morbidity and mortality figures into rural and urban morbidity and mortality rates using the formulas presented above.  

  Morbidity  Mortality 

Tanzania  0‐4  5‐14  15+  0‐4  5‐11  15+ Pregnantwomen 

Rural  1.003156  0.1569868  0.1569868  1.247643E‐02  1.407473E‐04  1.407473E‐04  1.122525E‐03 

Urban  0.721695  0.1129401  0.1129401  8.975850E‐03  1.012571E‐04  1.012571E‐04  8.075718E‐04 

P S I ■■ | 13  

Page 14: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

Step 4  Calculate cases averted Malaria cases averted are calculated as:  Rural /urban proportion * protection * morbidity for each age group  

Residence  Percent Protection * rural/urban 

proportion for 0‐4 Morbidity 0‐4  Cases averted 

Rural  67  0.475447544  1.003156  0.476948057 

Urban  33  0.234175656  0.721695  0.1690034 

         

Residence  Percent Protection * rural/urban 

proportion for 5‐14 Morbidity  5‐14  Cases averted 

Rural  67  0.200744519  0.1569868  0.03151424 

Urban  33  0.098874166  0.1129401  0.011166858 

         

Residence  Percent Protection * rural/urban 

proportion for 15+ Morbidity 15+  Cases averted 

Rural  67  0.792412574  0.1569868  0.124398314 

Urban  33  0.39029276  0.1129401  0.044079703 

 

Total malaria cases averted = 0.857110573 

 Step 5  Include severe cases averted  Severe malaria cases averted are calculated as:  Rural/urban cases averted * 8.2% for each age group  

Cases averted (0‐4) Cases that become 

severe Severe cases 

averted 

0.476948057  Rural ‐ 8.2%  0.039109741 

0.1690034  Urban ‐ 8.2%  0.013858279 

      

   

P S I ■■ | 14  

Page 15: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

Cases averted (5‐14) Cases that become 

severe Severe cases 

averted 

0.03151424  Rural ‐ 8.2%  0.002584168 

0.011166858  Urban ‐ 8.2%  0.000915682 

      

Cases averted (15+) Cases that become 

severe Severe cases 

averted 

0.124398314  Rural ‐ 8.2%  0.010200662 

0.044079703  Urban ‐ 8.2%  0.003614536 

Total severe cases averted = 0.070283067 

Step 6  Calculate deaths averted Malaria deaths averted are calculated as:   Rural/urban proportion * protection * mortality for each age group  

Residence  Percent Protection * rural/urban proportion for

0‐4 age group  Mortality for 0‐4 age group Deathsaverted 

Rural  67  0.475447544  1.25E‐02  5.93E‐03 

Urban  33  0.234175656  8.98E‐03  2.10E‐03 

             

Residence  Percent Protection * rural/urban proportion for 

5‐14 age group  Mortality for 5‐14 age group Deathsaverted 

Rural  67  0.200744519  1.41E‐04  2.83E‐05 

Urban  33  0.098874166  1.01E‐04  1.00E‐05 

          

Residence  Percent Protection * rural/urban proportion 

for15+ age group  Mortality for 15+ age group Deathsaverted 

Rural  67  0.792412574  1.41E‐04  1.12E‐04 

Urban  33  0.39029276  1.01E‐04  3.95E‐05 

         

Residence  Percent Protection * rural/urban proportion 

forpregnant women Mortality for 

pregnant women 

Deathsaverted 

Rural  67  0.10565501  1.12E‐03  1.19E‐04 

Urban  33  0.052039035  8.08E‐04  4.20E‐05 

    

P S I ■■ | 15  

Page 16: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

Step 7  Calculate years of life lost due to disability (YLD) from morbidity  YLD weight for malaria = 0.105, duration = 0.03 years YLD weight for severe malaria = 0.611, duration = 0.08  

YLD = 0.857110573*0.105*0.03+0.070283067*0.611*0.08 = 0.00614 

Step 8   Calculate years of life lost (YLL) from premature death (mortality) 

The representative ages 0‐4, 5‐14, 15+, and over 15 pregnant women are taken as 1.8, 8.4, 28, and 28 years, respectively. Assuming an exponential decay to discount years (at rate of 3%), with a life expectancy of 81.25 years, gives discounted years of life lost (YLL) from premature death as 30.715, 30.032, 26.986, and 26.986 years. 

YLL = 30.715 *(5.93E‐03+2.10E‐03)+ 30.032*(2.83E‐05+1.00E‐05) + 26.986*(1.12E‐04+3.95E‐05) + 26.986*(1.19E‐04+4.20E‐05) = 0.256 

Step 9   Calculate DALYs 

DALY = YLD +YLL = 0.00614+0.256 = 0.2621 

 

P S I ■■ | 16  

Page 17: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

Section 4: DALY Calculations for Pre-packaged Treatment (PPT) for Malaria

Analogous to the nets section, the calculation relies on: 

Protection = (100‐waste)*(treatment adherence) 

Cases averted = Protection * (proportion of fevers malaria) * efficacy * (proportion of malaria severe) 

Deaths averted = Protection* (case fatality rate) * (proportion of fevers malaria) * efficacy 

Coefficients are given for each age group (not including pregnant women) and are not aggregated into one overall, all‐risk coefficient. This could be estimated by taking a population weighted average of the coefficients. 

Table 8 gives the regional values for the parameters; currently there is no country‐level data. Wastage is set at 15%. 

Table 8.  For four regions with endemic malaria, parameters for ACT efficacy and adherence, and proportion of fevers that are malaria  

Region ACT  No ACT  Proportion of 

fevers malaria Efficacy  Adherence  Efficacy  Adherence 

Hyper‐Holo SSA  91.95  80.8  74.84  80.8  34.81 

Meso SSA  91.95  80.8  74.84  80.8  34.81 

South/East Asia  99.44  80.8  71.93  80.8  34.81 

LAC  97.96  80.8  96.94  80.8  34.81 

 

P S I ■■ | 17  

Page 18: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

Section 5: ACT Example for Tanzania

EXAMPLE: Pre‐packaged treatment (PPT) for malaria 

This example shows how the ACT DALY coefficient for Tanzania is calculated. 

Step 1  Calculate protection Same for all age groups = (100‐waste)* adherence = 0.85*0.808 

Step 2  Cases averted Same for all age groups = Protection * (proportion of fevers malaria) * efficacy * (proportion of malaria severe) = 0.85*0.808*0.3481*0.9195*0.082 =0.01803  Split into rural = 0.67*0.01802602195692 = 1.20774*10‐2 

Split into urban = 0.33*0.01802602195692 = 5.9488*10‐3 

Step 3  Calculate deaths averted Deaths averted are calculated as:   Protection* (case fatality rate) * (proportion of fevers malaria) * efficacy   Where,   Case fatality rate (CFR) is mortality/morbidity, for each age group and split into rural and urban  

Residence  Percent  Protection  CFR 0‐4 Percentage of  fevers * 

efficacy Deathsaverted 

Rural  67  0.85*0.808  1.37062430060402E‐02  0.3481*0.9195  1.02E‐02 

Urban  33  0.85*0.808  9.86060646376217E‐03  0.3481*0.9195  7.15E‐04 

       

Residence  Percent  Protection  CFR 5‐14 Percentage of  fevers * 

efficacy Deathsaverted 

Rural  67  0.85*0.0.808  9.88037679470888E‐04  0.3481*0.9195  1.46E‐04 

Urban  33  0.85*0.0.808  7.10818483644095E‐04  0.3481*0.9195  5.16E‐05 

       

Residence  Percent  Protection  CFR 15+ Percentage of  fevers * 

efficacy Deaths averted 

Rural  67  0.85*0.0.808  9.88037679470888E‐04  0.3481*0.9195  1.46E‐04 

Urban  33  0.85*0.0.808  7.10818483644095E‐04  0.3481*0.9195  5.16E‐05 

Total deaths averted =  2.73E‐03 (for 0‐4); 1.97E‐04 (for 5‐14); 1.97E‐04 (for 15+) 

P S I ■■ | 18  

Page 19: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

Step 4  Calculate years of life lost due to disability (YLD) from morbidity It is assumed that prepackaged treatment (PPT) prevents morbidity from severe malaria and consequently the severely morbid parameters are used.  YLD for each age group = (1.20774*10‐2+5.9488*10‐3) *0.611*0.08 = 0.000881120656 

Step 5   Calculate years of life lost (YLL) from premature death (mortality) 

The representative ages 0‐4, 5‐14, 15+, and over 15 pregnant women are taken as 1.8, 8.4, 28, and 28 years, respectively. Assuming an exponential decay to discount years (at rate of 3%), with a life expectancy of 81.25 years, this gives discounted years of life lost (YLL) as 30.715, 30.032, 26.986, and 26.986 years. YLL =  30.715 *(2.73E‐03) = 0.0839 (for 0‐4)         30.032*(1.97E‐04) = 0.0059 (for 5‐14)         26.986*(1.97E‐04) = 0.0053 (for 15+) 

Step 6  Calculate DALYs DALY = 0.0008811 + 0.0839 =0.0848 (for 0‐4)            0.0008811 + 0.0059 = 0.0068 (for 5‐14)             0.0008811 + 0.0053 = 0.0062 (for 15+)   

P S I ■■ | 19  

Page 20: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

Section 6: DALY Calculation for Rapid Diagnostic Test (RDT) Kits Malaria cases averted = morbidity * (100‐waste) * benefit from RDT Deaths averted = mortality * (100‐waste) * benefit from RDT  

The PPV and NPV for RDTs are known: PPV = positive predictive value = (# true positives)/ (RDT positive outcome) NPV = negative predictive value = (# true negatives)/ (RDT negative outcome).  

The benefit of RDTs is estimated by comparing two populations, one with and one without RDTs. 

No RDT probability of malaria = prevalence of malaria among subjects with fever  

Post RDT probability of malaria = PPV   

Comparing No RDT and Post RDT gives:  

Additional cases detected = PPV – probability of malaria among fevers 

This is moderated by the efficacy of and adherence to treatment, assumed to be ACT. 

However, RDTs can yield false negatives, which must be included:  

Probability of a false negative = 1‐NPV 

So, the additional benefit of RDT is as follows:  

(PPV – probability of malaria amongst fevers)*efficacy*adherence – (1‐NPV) 

Table 9 shows the parameters of rapid diagnostic test (RDT) kits. 

Table 9. Parameters for rapid diagnostic test (RDT) kits: wastage, positive predictive value (PPV), and negative predictive value (NPV)  

Wastage  PPV  NPV 

15%  79%  91% 

 

P S I ■■ | 20  

Page 21: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

Section 7: Rapid Diagnostic Test (RDT) Kit Example for Tanzania

EXAMPLE: Rapid diagnostic test (RDT) kits  

This example shows how the RDT DALY coefficient for Tanzania is calculated. 

Step 1  Calculate rapid diagnostic test (RDT) kit benefit Benefit = (0.79‐0.3481)*0.9195*0.808 – (1‐0.91) = 0.23831229856815  

Step 2  Calculate cases averted Cases averted = Benefit*proportion with severe morbidity   (It is assumed that a positive RDT and successful treatment prevents progression to severe malaria.)  For all age groups, Cases averted = 0.85*[(0.79‐0.3481)*0.9195*0.808 – (1‐0.91)]*0.082 = 0.0166  

Step 3  Calculate deaths averted Deaths averted 0‐4, rural =  % rural * (1‐Wastage)*CFR 0‐4 * Benefit = 0.67 *0.85 * 1.37062430060402E‐02* 0.23831229856815= 0.1860E‐02  Deaths averted 0‐4, urban =  % urban * (1‐Wastage)*CFR 0‐4 * Benefit = 0.33 *0.85 * 9.86060646376217E‐03* 0.23831229856815= 0.6591E‐03  Deaths averted 5‐14, rural =  % rural * (1‐Wastage)*CFR 0‐4 * Benefit = 0.67 *0.85 * 9.88037679470888E‐04* 0.23831229856815= 0.1341E‐03  Deaths averted 5‐14, urban =  % urban * (1‐Wastage)*CFR 0‐4 * Benefit = 0.33 *0.85 * 7.10818483644095E‐04* 0.23831229856815= 0.4752E‐04  Deaths averted 15+, rural =  % rural * (1‐Wastage)*CFR 0‐4 * Benefit = 0.67 *0.85 * 9.88037679470888E‐04* 0.23831229856815= 0.1341E‐03  Deaths averted 15+, urban =  % urban * (1‐Wastage)*CFR 0‐4 * Benefit = 0.33 *0.85 * 7.10818483644095E‐04* 0.23831229856815= 0.4752E‐04  

P S I ■■ | 21  

Page 22: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

Step 4  Calculate years of life lost due to disability (YLD) from morbidity For all age groups,  YLD = Cases averted*severe weight*severe duration = 0.0166*0.611*0.08 =8.1141E‐04  

Step 5  Calculate years of life lost (YLL) due to premature death (mortality) For all age groups,  YLL =   30.715 *(0.1860E‐02+0.6591E‐03) = 0.0773741565 (for 0‐4) 

30.032*(0.1341E‐03+0.4752E‐04) = 0.00545441184 (for 5‐14) 26.986*(0.1341E‐03+0.4752E‐04) = 0.00490119732 (for 15+) 

 

Step 6  Calculate DALYs 

All‐risk DALYs for each age group are: DALY = 8.1141E‐04+ 0.0773741565 = 0.07819 (for 0‐4)             8.1141E‐04+ 0.0054544118 = 0.00626 (for 5‐14)             8.1141E‐04+ 0.0049011973 = 0.00571 (for 15+)  

P S I ■■ | 22  

Page 23: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

Section 8: Malaria Equations Assuming the following notations:  MR = mortality rate MO = morbidity CFR = case fatality rate A = representative group ages Dis(A,0.03,81.5) = discounted life years for life expectancy of 81.5 with a discount rate of 3% W = disability weight S = product sales E = product efficacy WA = proportion of product wasted Le = disease episode length in years AD = adherence PPV = positive predictive value NPV = negative predictive value  The algorithms used to estimate DALYs in the Malaria Health Impact Model are summarized below: 

8.1 Burden of disease

Years of life lost (YLL) due to premature death from malaria = 

)5.81,03.0,(**2

1

3

1∑∑= =i j

jijij ADisMRpopulation 

Years of life lost due to disability (YLD) from malaria =  

∑∑= =

2

1

3

1***

i jijijmalaria

malariae MOpopulationWL

 

Where, 

 i=1 to 2 is rural and urban, j =1 to 3 is age groups 0‐4, 5‐15, over 15, and pregnant women  

8.2 Insecticide-treated net (ITN) intervention

Deaths averted by use of ITNs =  

( ) productjj

j LSWEfeverspropMRpropS *)1(******4

1−∑

=  

propj is the proportion of the population (urban and rural combined) in age group j 

P S I ■■ | 23  

Page 24: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

prop fevers is the proportion of fevers that are malaria 

LSproduct  is the product life span in years 

Episodes of malaria averted by use of ITNs =  

( ) productjj

j LSWEfeverspropMOpropS *)1(******4

1−∑

=  

DALYs averted by use of ITNs =  

( ) malariamalariaej

jjj WLavertedepisodesADisaverteddeaths **5.81,03.0,*

4

1+∑

=

 

 

8.3 Pre-packaged malaria treatment (PPT) intervention

Deaths averted by use of PPT =  

( ) )1(******3

1WADfeverspropCFRpropS j

jj −∑

=  

propj is the proportion of the population (urban and rural combined) in age group j 

prop fevers is the proportion of fevers that are malaria 

Episodes of malaria averted by use of PPT =  

( ) )1(***)(***3

1WADfeverspropsubjectssevereproppropS

jj −∑

=  

Prop severe subjects is the proportion of diseased subjects with severe disease 

DALYs averted by use of PPT =  

( ) malariamalariaej

jjj WLavertedepisodesADisaverteddeaths **5.81,03.0,*

3

1+∑

=

 

 

8.4 Rapid diagnostic test (RDT) kit intervention

Deaths averted by use of RDT =  

[ ] )1(*)1(**)(****3

1WNPVADEfeverspropPPVCFRpropS RDKRDKj

jj −−−−∑

=  

P S I ■■ | 24  

Page 25: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

P S I ■■ | 25  

propj is the proportion of the population (urban and rural combined) in age group j 

prop fevers is the proportion of fevers that are malaria 

Episodes of malaria averted by use of RDT = 

 [ ] )1(*)1(**)(*)(***1

WNPVADEfeverspropPPVubjectsspropseverepropS RDKRDKj

j −−−−∑=

3

Prop severe subjects is the proportion of diseased subjects with severe disease 

DALYs averted by use of RDT =  

( ) malariamalariaej

jjj WLavertedepisodesADisaverteddeaths **5.81,03.0,*

3

1+∑

=

 

 

Page 26: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

P S I ■■ | 26  

Section 9: Access Calculator

The calculator repeats exactly the operations described above for each stratum for each country, using visual basic for applications (VBA) code. The table below gives the name of the Access tables, stored within the calculator, that correspond to the tables of data (Tables 1‐9).  Table No.  Name of Access table  Comments 

1  country_epi_data   

2  regional_demog_mal  Ratio rural to urban in field prop_r_u

2  regional_epi_data  Fields severe_per and mortaility_rate_ratio

3  daly_defaults   

4  efficacy   

5  country_epi_data  Field coverage

6  tbl_utilisation_urban  Note data is identical in tbl_utilisation_rural

7  life span_tab  Life span stored as months

8  Region_demog_mal Fields clinical_eff_act, adherence_act, prop_of_fevers_act and same for noact – prop of fevers are the same 

9  RDT parameters   

Endemic populations that are used to estimate the burden of disease are in Table 8 (Regional Demography – Malaria). 

 

Page 27: PSI Malaria Health Impact Estimation Model · in the form of artemisinin‐based combination therapies (ACT), and rapid diagnostic test (RDT ... 1.69E‐07 1.33E‐07. Rwanda 1.493075

 

References

Population Services International (PSI). 2011a. Why PSI uses social marketing: The evidence base. Washington, D.C.: Population Services International. 

Population Services International (PSI). 2011b. PSI applauds U.S. passage of resolution to increase malaria prevention. Press release, July 1, 2011. 

World Health Organization (WHO). 2010. World malaria report 2010. Geneva: World Health Organization. 

 

P S I ■■ | 27  

1120 19th Street, NW | Suite 600  Washington, DC 20036 psi.org  |  Twitter: @PSIHealthyLives  |  blog: psihealthylives.com