IBM 如何用数据追蹤世界上最致命的传染病?

根据世界卫生组织(WHO)的数据显示,南非约有 80% 的人口患有潜伏性肺结核,仅在 2013 年就有 45 万例肺结核阳性患者。肺结核的致死率在去年超过了爱滋病,成为了世界上最致命的传染病。

全球约有 37.5% 的肺结核患者未被确诊,未被确诊也就意味着没有应对的治疗方案。可以说这是检测环节,或者说治疗环节上的缺陷。这些患者会不断地感染新患者,进而导致疾病在人群中传播的恶性循环。而确诊这些患者将有助于推动肺结核治疗方法的进步,这也是 IBM 之所以支持 WHO 结核病终止战略的原因。IBM 为 WHO 提供了数据驱动的物联网系统以诊断、预测结核病,并最终遏制结核病的传播。

在追蹤传染病环节中最大的难题在于,疾病监测讯息报告管理系统是由不同的健康机构监管。而调查结果仍需要人工手动输入到系统中,这就不可避免会出现遗漏、输入错误等问题。另外,在南非国家,患有肺结核会被打上社会偏见的烙印,所以许多肺结核患者也不愿意提供相关资讯。

IBM 如何用数据追蹤世界上最致命的传染病?

研究员 Toby Kurien 手上拿的是一块小型无线电肺结核追蹤器,由 IBM 研究所非洲製造实验室研发。

在不久前才投入使用的约翰尼斯堡实验室里,IBM 的研究人员正在尝试解决数据驱动方法遇到的难题,想要设计一个更为有效的防控结核病策略。透过使用廉价的无线电标籤,研究团队计划在约翰尼斯堡的特定区域内投放数十个无线电标籤,以匿名追蹤结核病的传播路径。

研究员 Toby Kurien 和 Darlington Shingirirai 同在 Braamfontein 总部的实验室工作,他们尝试将无线电标籤商用化,将其应用于医院、诊所等场所,最终应用于社区中。 Kurien 是当地的製造业内一名十分出名的工程师,也加入了这款追蹤器研发过程。Darlington 是一名生物讯息学博士,在 8 个月前进入了 IBM 非洲研究所,他的加入对医疗健康的研究无异于锦上添花。

如何更有效地追蹤肺结核

一般来说,无线射频追蹤器使用场所有限,只能在某一特定区域能工作,比如说商场。但是无线射频追蹤器的收发距离有限,监测员很难判断在监控範围内的是谁、刚刚又是谁进入了监控範围。所以在类似商场或其他特殊场所,无线射频追蹤器的效果就要大打折扣了。

然而 Kurien 和 Shingirirai 的无线电标籤就解决了追蹤器的收发距离问题。

Kurien 说:「我们的无线电标籤间就可以互相通讯,所以当两个无线电标籤互联时,它们的交互纪录就会被记录下来。」举个例子,一个携带标籤的患者可能会分别进入与另外 10 个携带标籤患者的通讯範围,两两标籤间就会逐一通讯(8 个人在公车上,3 个人在家里)。如果每名患者都携带这一无线电标籤的话,那幺每两两标籤间的通讯都会被逐一记录下来。

IBM 如何用数据追蹤世界上最致命的传染病?

三维数据可视化有助于研究员和卫生组织确定「超级联络员」,由此可设计一个有针对性的免疫接种策略。

从无线电标籤中收集来的数据将呈现在一个三维动态监测的显示屏上,科学家和研究员们可以利用这些数据来分析疾病的分布情况,甚至追蹤疾病的传播路径。同时,因为接种疫苗的花费太高,这些数据还可帮助医疗人员来确定优先免疫接种患者。

Kurien 说:「这些标籤负责收集数据,而我们则将这些收集来的数据进行可视化处理,以此来确定疾病的分布情况。当我们发现一处疾病密集地时,这就意味着有一个带有标籤的患者进入了这一密集地大多数的人通讯範围,我们把这样的人称为『超级联络员』或者高集中性的人。这些数据显示,如果我们选择超级联络员进行接种治疗的话,这就意味着我们可以打破这一密集网络,阻止疾病的进一步传播。」

Shingirirai 称:「透过使用这些标籤,我们可以分析疾病在不同人群中的传播模式,这一资讯不仅对预防疾病传播起着至关重要的作用,而且在分析疾病传播机制及在不同环境下的易感人群中扮演着必不可少的角色。这便使我们可以製定出更有效的干预措施,比如有针对性的免疫接种(异烟肼预防性治疗),强化结核病患者的检测方法,传染控制以及其他一些预防疾病传播的措施。」

除了调查数据提取的操作不当以外,另一个导致结核病追蹤困难的原因在于像 GPS 感测器这类的传统工具不但价格高昂,更重要的是,患者都不愿意携带。这些用做医疗数据收集的追踪器通常都会被认为是侵犯私人隐私的。还有一个更敏感的问题在于,戴着一个追蹤器无异于向别人宣告自己是结核病患者。

了解到这些问题之后,技术团队设计了第三代追蹤器,也就是最小的这个版本。Kurien 告诉我们:「每一块晶片包含一个小型感测器、储存设备和电池。我们将晶片做成手镯大小,然后配上时尚的外壳,这样别人就看不出配戴者是结核病患者了。」Shingirirai 指出,为了降低追蹤器的辨识性,他们还可以将其做成头带(女性患者)或腕带(男性患者)形式。

技术团队有了这些设计思想后,与当地的初创科技公司 SiGNL 合作,生产製造了这些追蹤器。他们计划在一个可控的环境内(如医院)对这批追蹤器进行首测,满足要求后再将其投入大规模使用。这一追蹤器也可以用来追蹤其他类型的传染病。

「我们学习的知识越多,对事物的理解也就更深。当我们对事物的理解开始加深时,我们採取的行动自然也就会更积极。而在这一事例中,我们在与结核病的抗争中产生了巨大影响。」

为了支持 WHO 结核病终止战略, IBM 研发的传染病追蹤器不仅是一款创新发明,更是一款实用的工具。它不仅贡献了可提升人类健康安全的宝贵数据,还消除了现有追蹤器在社会层面的弊端,并解决了成本问题。

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