ACTUAL PROBLEMS OF CREATION OF INFORMATIONAL-ANALYTICAL SYSTEM FOR RAPID CONTROL OF EPIDEMICS OF INFECTIOUS DISEASES

Full Text

Анализ прогностических оценок указывает на то, что для эффективной борьбы с эпидемиями и вспышками инфекционных заболеваний на различных территориях любой страны, включая Россию, необходимо заблаговременно отрабатывать на аналитической модели возможные сценарии их проявления [6, 7, 9]. С учетом получаемых результатов можно также оценивать готовность специалистов органов здравоохранения к мерам по оперативному выявлению первых случаев болезни среди населения крупных городов и принятию адекватных мер противодействия. Важное значение при этом имеет база данных, систематизированных в специальном электронном атласе России для оперативного противодействия эпидемиям и вспышкам значимых инфекционных заболеваний, первым шагом в создании которого является разработка информационно-аналитической системы (ИАС). После реализации основных элементов ИАС она может быть использована рядом министерств и ведомств РФ как универсальный компьютерный тренажер для анализа заболеваемости и прогноза вспышек и эпидемий, которые могут в любой момент возникать на территории страны. Данную систему важно будет использовать для обучения и тренинга специалистов, которым на практике придется решать эпидемиологические задачи. Разработка информационно-аналитической системы тесным образом связана с проблемой биологической безопасности, которая также включает в себя широкий спектр вопросов и прикладных задач, изучение и решение которых становится необходимым для устойчивого развития региона. Это комплексная система медико-биологических, организационных, инженерно-технических и других мероприятий, необходимых для реализации сил и средств в условиях возникновения эпидемии или биологической угрозы [4, 8]. В этой связи, специалистами НИИЭМ им. Н.Ф. Гамалеи в течение нескольких лет проводились специальные расчетнотеоретические исследования, связанные с разработкой современного научного инструмента в виде математических моделей эпидемий, их компьютерных программ и методик применения по защите населения страны от инфекционных заболеваний в условиях природных катастроф и техногенных аварий. Этот научно обоснованный подход позволяет получить оценку и прогнозировать тот или иной сценарий развития эпидемических процессов более чем 10 вирусных и бактериальных инфекционных заболеваний [2 - 5, 9]. Практический опыт проведения расчетно-теоретических исследований, а также их результаты в настоящее время можно использовать при создании и реализации структуры и элементов специальной информационно-аналитической системы «Электронный Атлас России» (ЭАР), основанной на применении функций современных гео-информационных систем (ГИС) и технологий. Электронные атласы инфекционной патологии созданы во всех промышленно-развитых странах мира, им принадлежит важная роль в системе информационного обеспечения защиты населения этих стран от эпидемий и вспышек опасных инфекционных заболеваний. Для реализации ГИС по созданию ЭАР в настоящее время имеются оригинальные компьютерные технологии и научные подходы, составляющие ее «идейное ядро». Важную роль в функционировании системы может играть уникальная информация эпидемиологических данных, заложенных в коллекции Банка сывороток крови НИИЭМ им. Н.Ф. Гамалеи, что позволяет оперативно получать данные о популяционном иммунитете населения, превалентности отдельных инфекций, показателях защищенности населения от патогенных микроорганизмов в масштабах города, региона и страны в целом. Актуальность создания ИАС, являющейся структурным компонентом ЭАР, обусловлена тем, что в ведущих странах мира в последние годы уже созданы Национальные банки сывороток крови населения и их компьютерные системы, функционирующие в рамках Международной информационной сети биологических ресурсов. Коллекции биобанков в США и ведущих странах Европейского Союза (ЕС) постоянно пополняются и анализируются с помощью компьютерных технологий, в том числе в интересах решения задач биобезопасности этих стран. В России отсутствует официально утвержденный Национальный банк сывороток крови населения страны, однако ведутся научные исследования по разработке элементов интегрированой компьютерной системы биобезопасности территории с функциями по сбору, накоплению, анализу и обработке разнообразных данных и информации с визуализацией результатов исследований на географических картах. Сотрудники НИИЭМ им.Н.Ф.Гама-леи имеют опыт по специальным эпидемиологическим и картографическим исследованиям, в которых объектами выступают эпидемии и вспышки социально значимых инфекционных заболеваний на территории России. Это современная компьютерная система, содержащая статистические данные по эпидемиологии, демографии, ресурсам, мерам противодействия эпидемиям, а также информацию о состоянии окружающей среды и экономике регионов России. Концентрируя в ИАС многообразную информацию в систематизированной, сопоставимой и наглядной форме, атлас будет способствовать реализации функций банка данных и аналитических средств при проведении прогнозно-аналитических исследований. Таким образом, атлас явится источником новых данных и знаний для оценки уровня показателей биобезопасности и решения прикладных задач его повышения за счет оперативных исследований по защите населения от распространения инфекционных заболеваний. Структура ЭАР представлена на рис. 1. Он может быть построен по модульному принципу, т.е. возможен выбор любой комбинации его функциональных элементов для решения конкретных задач. Функционально он будет состоять из следующих модулей: анализа и визуализации результатов; моделирования ситуаций и прогнозирования эпидемического неблагополучия; поиска и анализа информации; обработки структурированных материалов и хранилища данных. В этих инструментах будут реализованы разнообразные компьютерные технологии, включающие индексацию, классификацию и категоризацию; интеллектуальный поиск; распознавание образов и идентификацию параметров эпидемического процесса; географический и фактографический анализ; математическое и компьютерное моделирование и др. (рис.2). Например, модуль анализа и визуализации результатов работы поддерживает основные виды эпидемиологического анализа: многомерный, выборочный, непоследовательный, анализ временных рядов и др. Ключевыми функциями модуля являются организация единой аналитической среды для пользователей-экспертов, реализация аналитической функциональности и визуализация, интеграция в единой системе отчетности данных из различных источников, создание аналитической базы для стратегиче- Рис.1. Структура «Электронного Атласа России». Рис.2. Модули информационно-аналитической системы «Электронный Атлас России». ской оценки развития возможного эпидемического неблагополучия. Основными возможностями второго модуля являются организация аналитической среды, сценарное моделирование развития эпидемической ситуации и поддержка принятия решений о выборе эффективных способов достижения целей развития конкретной эпидемической ситуации. Модуль поиска и анализа информации предназначен для решения задач сбора данных из различных источников и создания их единого индекса, извлечения информационных объектов и связей для автоматизации процессов анализа, классификации, кластеризации, обеспечения различных видов поиска, поддержки справочной информации по объектам. Модуль обработки структурированных данных используется для реализации набора методик и математических алгоритмов, позволяющих рассчитывать комплексные и интегрированные показатели биологической угрозы на основе структурированной части результатов оценки территории и ее населения, показателей социально-экономического развития и др. Модуль хранилища данных атласа предназначен также для создания единого информационного пространства, позволяющего сформировать масштабируемую базу знаний для анализа и прогноза развития эпидемической ситуации. Создание ЭАР связано с завершением в НИИЭМ им. Н.Ф.Гамалеи разработки современного научного инструментария анализа и прогноза эпидемий и вспышек природного и техногенного характера. В качестве примера можно привести информацию по прогнозированию эпидемии гриппа, вызванного вирусом A/H1N1 [1]. Представленные в виде моделей и компьютерных программ развития эпидемий и вспышек инфекционных заболеваний фундаментальные разработки целесообразно использовать в электронном атласе совместно с функциями геоинформационных систем. Применяя атлас, эксперты-эпидемиологи могут сформировать исчерпывающую, а главное, системную информацию по процессам появления, становления и распространения социально значимых инфекционных заболеваний среди населения. Особый интерес могут представить подробные и многослойные электронные карты Российской Федерации, насыщенные оригинальной прогнозно-аналитической информацией по любым нозологическим формам эпидемий, присылаемые для включения в ЭАР. В перспективе возможно создание периодически пополняемого варианта атласа, создаваемого на основе использования достижений отечественных технологий математического и компьютерного моделирования эпидемий и вспышек вирусных и бактериальных инфекционных заболеваний. Являясь инструментом и справочным пособием для эпидемиологов-практиков, электронный атлас создает уникальную возможность определять характер развития эпидемического процесса различных инфекционных заболеваний, составлять многовариантные прогнозы возникновения эпидемий и вспышек с учетом реализации мер противодействия (вакцинация, неспецифическая профилактика, диагностика и терапия) и оценивать их экономическую эффективность (потенциальные и реальные возможности). Создание ЭАР можно осуществить в несколько этапов: Этап 1 - работы по формированию электронных карт с общим эпидемиологическими и иными характеристиками крупных городов и территорий РФ; Этап 2 - моделирование и прогнозирование эпидемий и вспышек инфекционных заболеваний с отображением их на электронных картах РФ; Этап 3 - решение прикладных задач по противодействию эпидемиям и вспышкам инфекционных заболеваний на территории РФ; Этап 4 - ввод электронного атласа в эксплуатацию и решение текущих задач на территории РФ. Каждый этап этой программы, являясь составной частью всего атласа, представляет собой самостоятельное исследование, имеющее собственную информационную и познавательную ценность. Таким образом, концентрируя современную многообразную статистическую и эпидемиологическую информацию в сопоставимой и наглядной форме, ЭАР может выполнять функции банка пространственных и эпидемиологических данных на территории страны. Учитывая, что исходная информация, помещаемая в атласе России, со временем устаревает, для оперативного обеспечения потребностей органов здравоохранения РФ в более современной информации необходимо осуществлять постоянный мониторинг за объектами исследования, что будет использовано в электронных приложениях к атласу. В результате экспертам предоставляется отображение реальной картины развития эпидемии, возможность осуществить интеграцию различных статистических и иных данных, на основе которых проводится эпидемиологический анализ ситуации, применить современные методы математического моделирования эпидемий и провести расчеты по их прогнозированию и возможному предупреждению. В качестве примера можно рассмотреть вариант с оспой. С целью оценки последствий появления и распространения оспы на территории России была разработана специальная компьютерная система, предназначенная для решения задач противодействия эпидемии оспы в случае ее неожиданного появления и распространения в городах страны [8]. Эта система представляет собой синтез двух вполне самостоятельных элементов: прогнозно-аналитического модуля, в котором реализуется комплекс математических моделей процессов появления и развития эпидемии опасной инфекции, и информационно-аналитической части, обеспечивающей обработку и визуализацию информации в виде приложения [4 - 6]. Интеграция материалов по эпидемиологии оспы, прикладной математике и ГИС-технологиям позволила заблаговременно наметить возможности решения проблем профилактики инфекции на территории России [9]. Эффективность функционирования аналитической модели можно проиллюстрировать расчетами и анализом гипотетических сценариев появления этой инфекции в нашей стране, например, при реализации сценария завоза возбудителя из-за рубежа. Согласно гипотетическому сценарию, вирус оспы заносится в столицу двумя мигрантами из-за рубежа, что является толчком к развитию вспышки оспы в городе с последующим ее распространением по транспортным сетям в другие города страны [8]. В настоящее время к пилотному образцу ЭАР привлечены ведущие специалисты различных НИИ, ряда организаций и учреждений Минздравсоц-развития России, РАМН, РАН и др. Учитывая специфическое назначение и разнообразный круг потребителей, планируется реализовать атлас России в электронном виде (на CD) с применением современных компьютерных технологий обработки данных (ГИС «ArcView», ИАС «Deductor 5.2» и др.). В атласе реализуется отечественная методология математического и компьютерного моделирования эпидемий, объединенных с информацией электронных карт РФ. Это позволяет наглядным образом проводить прогнозно-аналитические исследования по изучению процессов распространения инфекционной патологии для отдельных городов и территорий, страны в целом с элементами противодействия различным инфекциям, появление которых трудно предсказать, как и возможной угрозы актов биотерроризма.

About the authors

B. V Boev

Gamaleya Research Institute of Epidemiology and Microbiology

Moscow, Russia

T. A Semenenko

Gamaleya Research Institute of Epidemiology and Microbiology

Moscow, Russia

V. M Bondarenko

Gamaleya Research Institute of Epidemiology and Microbiology

Moscow, Russia

A. L Gintsburg

Gamaleya Research Institute of Epidemiology and Microbiology

Moscow, Russia

References

Supplementary files