IBM 如何用數據追蹤世界上最致命的傳染病?

作者 | 發布日期 2016 年 10 月 18 日 20:00 | 分類 生物科技 , 醫療科技 follow us in feedly

根據世界衛生組織(WHO)的數據顯示,南非約有 80% 的人口患有潛伏性肺結核,僅在 2013 年就有 45 萬例肺結核陽性患者。肺結核的致死率在去年超過了愛滋病,成為了世界上最致命的傳染病。



全球約有 37.5% 的肺結核患者未被確診,未被確診也就意味著沒有應對的治療方案。可以說這是檢測環節,或者說治療環節上的缺陷。這些患者會不斷地感染新患者,進而導致疾病在人群中傳播的惡性循環。而確診這些患者將有助於推動肺結核治療方法的進步,這也是 IBM 之所以支持 WHO 結核病終止戰略的原因。IBM 為 WHO 提供了數據驅動的物聯網系統以診斷、預測結核病,並最終遏制結核病的傳播。

在追蹤傳染病環節中最大的難題在於,疾病監測訊息報告管理系統是由不同的健康機構監管。而調查結果仍需要人工手動輸入到系統中,這就不可避免會出現遺漏、輸入錯誤等問題。另外,在南非國家,患有肺結核會被打上社會偏見的烙印,所以許多肺結核患者也不願意提供相關資訊。

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▲ 研究員 Toby Kurien 手上拿的是一塊小型無線電肺結核追蹤器,由 IBM 研究所非洲製造實驗室研發。(Source:IBM

在不久前才投入使用的約翰尼斯堡實驗室裡,IBM 的研究人員正在嘗試解決數據驅動方法遇到的難題,想要設計一個更為有效的防控結核病策略。透過使用廉價的無線電標籤,研究團隊計劃在約翰尼斯堡的特定區域內投放數十個無線電標籤,以匿名追蹤結核病的傳播路徑。

研究員 Toby Kurien 和 Darlington Shingirirai 同在 Braamfontein 總部的實驗室工作,他們嘗試將無線電標籤商用化,將其應用於醫院、診所等場所,最終應用於社區中。 Kurien 是當地的製造業內一名十分出名的工程師,也加入了這款追蹤器研發過程。Darlington 是一名生物訊息學博士,在 8 個月前進入了 IBM 非洲研究所,他的加入對醫療健康的研究無異於錦上添花。

 

如何更有效地追蹤肺結核

一般來說,無線射頻追蹤器使用場所有限,只能在某一特定區域能工作,比如說商場。但是無線射頻追蹤器的收發距離有限,監測員很難判斷在監控範圍內的是誰、剛剛又是誰進入了監控範圍。所以在類似商場或其他特殊場所,無線射頻追蹤器的效果就要大打折扣了。

然而 Kurien 和 Shingirirai 的無線電標籤就解決了追蹤器的收發距離問題。

Kurien 說:「我們的無線電標籤間就可以互相通訊,所以當兩個無線電標籤互聯時,它們的交互紀錄就會被記錄下來。」舉個例子,一個攜帶標籤的患者可能會分別進入與另外 10 個攜帶標籤患者的通訊範圍,兩兩標籤間就會逐一通訊(8 個人在公車上,3 個人在家裡)。如果每名患者都攜帶這一無線電標籤的話,那麼每兩兩標籤間的通訊都會被逐一記錄下來。

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▲ 三維數據可視化有助於研究員和衛生組織確定「超級聯絡員」,由此可設計一個有針對性的免疫接種策略。(Source:IBM

從無線電標籤中收集來的數據將呈現在一個三維動態監測的顯示屏上,科學家和研究員們可以利用這些數據來分析疾病的分布情況,甚至追蹤疾病的傳播路徑。同時,因為接種疫苗的花費太高,這些數據還可幫助醫療人員來確定優先免疫接種患者。

Kurien 說:「這些標籤負責收集數據,而我們則將這些收集來的數據進行可視化處理,以此來確定疾病的分布情況。當我們發現一處疾病密集地時,這就意味著有一個帶有標籤的患者進入了這一密集地大多數的人通訊範圍,我們把這樣的人稱為『超級聯絡員』或者高集中性的人。這些數據顯示,如果我們選擇超級聯絡員進行接種治療的話,這就意味著我們可以打破這一密集網絡,阻止疾病的進一步傳播。」

Shingirirai 稱:「透過使用這些標籤,我們可以分析疾病在不同人群中的傳播模式,這一資訊不僅對預防疾病傳播起著至關重要的作用,而且在分析疾病傳播機制及在不同環境下的易感人群中扮演著必不可少的角色。這便使我們可以製定出更有效的干預措施,比如有針對性的免疫接種(異煙肼預防性治療),強化結核病患者的檢測方法,傳染控制以及其他一些預防疾病傳播的措施。」

除了調查數據提取的操作不當以外,另一個導致結核病追蹤困難的原因在於像 GPS 感測器這類的傳統工具不但價格高昂,更重要的是,患者都不願意攜帶。這些用做醫療數據收集的追踪器通常都會被認為是侵犯私人隱私的。還有一個更敏感的問題在於,戴著一個追蹤器無異於向別人宣告自己是結核病患者。

了解到這些問題之後,技術團隊設計了第三代追蹤器,也就是最小的這個版本。Kurien 告訴我們:「每一塊晶片包含一個小型感測器、儲存設備和電池。我們將晶片做成手鐲大小,然後配上時尚的外殼,這樣別人就看不出配戴者是結核病患者了。」Shingirirai 指出,為了降低追蹤器的辨識性,他們還可以將其做成頭帶(女性患者)或腕帶(男性患者)形式。

技術團隊有了這些設計思想後,與當地的初創科技公司 SiGNL 合作,生產製造了這些追蹤器。他們計劃在一個可控的環境內(如醫院)對這批追蹤器進行首測,滿足要求後再將其投入大規模使用。這一追蹤器也可以用來追蹤其他類型的傳染病。

「我們學習的知識越多,對事物的理解也就更深。當我們對事物的理解開始加深時,我們採取的行動自然也就會更積極。而在這一事例中,我們在與結核病的抗爭中產生了巨大影響。」

為了支持 WHO 結核病終止戰略, IBM 研發的傳染病追蹤器不僅是一款創新發明,更是一款實用的工具。它不僅貢獻了可提升人類健康安全的寶貴數據,還消除了現有追蹤器在社會層面的弊端,並解決了成本問題。

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:shutterstock) 

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