Bio.Diaspora：基于大數(shù)據(jù)的疫情擴(kuò)散預(yù)測(cè)

辛妍

目前，正在西非肆虐的埃博拉病毒已經(jīng)造成了重大的人員傷亡，這是自該病毒1976年被發(fā)現(xiàn)以來規(guī)模最大、情況最復(fù)雜的暴發(fā)。世界衛(wèi)生組織的最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至10月22日，全球共有9936個(gè)埃博拉病毒感染病例，已有4877人死于這種致命病毒。其中，有4868人死于埃博拉疫情爆發(fā)最為嚴(yán)重的幾內(nèi)亞、塞拉利昂和利比里亞這三個(gè)西非國(guó)家。為此，包括中國(guó)在內(nèi)的國(guó)際社會(huì)均給予高度重視。2014年9月23日，作為審查埃博拉疫情在西非暴發(fā)狀態(tài)的健康小組的一員，Bio.Diaspora公司創(chuàng)始人Kamran Khan博士出現(xiàn)在了加拿大廣播公司（CBC）的“國(guó)民（The National）”節(jié)目中，講述如何使用該公司研發(fā)的Bio.Diaspora，基于大數(shù)據(jù)分析，結(jié)合航班資訊、天文及風(fēng)向等數(shù)據(jù)，追溯埃博拉病毒等傳染病暴發(fā)點(diǎn)及預(yù)測(cè)擴(kuò)散情況，并協(xié)助各地政府做出預(yù)防措施。

在上海“科技創(chuàng)新日·科技夾子”活動(dòng)上，Kamran Khan博士攜帶的Bio.Diaspora項(xiàng)目同樣倍受關(guān)注。因?yàn)樵诋?dāng)今日益全球化的世界中，新發(fā)傳染病比歷史上任何其他時(shí)候都出現(xiàn)得更快，而且有很多以前得到控制的傳染病死灰復(fù)燃。此外，對(duì)抗生素的廣泛使用和濫用導(dǎo)致了新一代高耐藥性形式的傳染病的產(chǎn)生。隨著全球傳染病活動(dòng)的發(fā)展，世界變得越來越小。今天，每年有超過20億的旅客搭乘商業(yè)航班，這為將當(dāng)?shù)乇┌l(fā)的傳染病迅速轉(zhuǎn)化為國(guó)際流行病或傳染病創(chuàng)造了前所未有的機(jī)會(huì)，因而可能會(huì)造成更嚴(yán)重的健康和經(jīng)濟(jì)后果。全球傳染病活動(dòng)的變化，加之國(guó)際航空旅行的增長(zhǎng)，都令人信服的表明，像SARS和H1N1這類傳染病的暴發(fā)在未來是不可避免的。同樣，目前仍在暴發(fā)中的埃博拉病毒的潛伏期為2到21天，這就使得病毒攜帶者在癥狀出現(xiàn)以前，可以進(jìn)行相當(dāng)長(zhǎng)途的旅行并與他人接觸。鑒于空中旅行急劇增長(zhǎng)，埃博拉疫情確實(shí)會(huì)給目前受染國(guó)家和大洲之外的地區(qū)帶來相當(dāng)大的風(fēng)險(xiǎn)。

傳染病毒不可能絕跡，只能運(yùn)用先進(jìn)的科技手段進(jìn)行預(yù)警和預(yù)防，并把損失降到最低。而Bio.Diaspora正是要改變?nèi)藗儗?duì)全球傳染病威脅的應(yīng)對(duì)方式。

致力于人類社會(huì)健康的學(xué)術(shù)-商業(yè)公司

Bio.Diaspora是從加拿大多倫多圣米高醫(yī)院（St. Michael's Hospital）獨(dú)立出來的公司，于2008年由Kamran Khan博士創(chuàng)立。Bio.Diaspora公司力圖通過尋求切實(shí)有效的解決方案，來應(yīng)對(duì)新的全球傳染性疾病，以減輕它們對(duì)健康、安全和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)造成的風(fēng)險(xiǎn)。

全球航空運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)共享生命系統(tǒng)的許多功能，其復(fù)雜的“分解”包含了一個(gè)連接全球城市的動(dòng)脈網(wǎng)。沿著每條動(dòng)脈的旅客流有其自身獨(dú)特的“生理”模式。就像一個(gè)活生生的實(shí)體，這一系統(tǒng)可能會(huì)由于傳染病的暴發(fā)、自然災(zāi)害、恐怖活動(dòng)和其他重大事件而生病。作為傳染性疾病傳播的主要渠道，Bio.Diaspora致力于了解全球航空運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，試圖理解這個(gè)復(fù)雜的生命系統(tǒng)的行為，并充分利用與其相關(guān)的知識(shí)更好地為全球性傳染病的威脅做準(zhǔn)備并及時(shí)應(yīng)對(duì)。要做到這一點(diǎn)，Bio.Diaspora需要運(yùn)用包括臨床醫(yī)學(xué)、公共衛(wèi)生、流行病學(xué)、生物統(tǒng)計(jì)學(xué)、地理信息系統(tǒng)、制圖學(xué)、數(shù)學(xué)建模、網(wǎng)絡(luò)分析、衛(wèi)生政策和計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科交叉點(diǎn)的新知識(shí)。

自創(chuàng)立以來，Kamran Khan博士組建了一支相當(dāng)優(yōu)秀的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，聚集了地理信息系統(tǒng)（GIS）、交通網(wǎng)絡(luò)、仿真建模、空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)可視化、計(jì)算機(jī)科學(xué)和軟件開發(fā)等方面的專家。而作為公司創(chuàng)始人的Kamran Khan博士本身就在圣米高醫(yī)院任傳染病醫(yī)生及科學(xué)家，同時(shí)也是多倫多大學(xué)傳染病分支的醫(yī)學(xué)副教授。他曾于多倫多大學(xué)、康奈爾大學(xué)、哥倫比亞大學(xué)及哈佛大學(xué)學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)及進(jìn)行科研，掌握了全球流動(dòng)性、人類遷移行為及傳染病三者的復(fù)雜關(guān)系。在Kamran Khan的帶領(lǐng)下，Bio Diaspora公司與MaRSInnovation合作，開發(fā)了一種易于使用的基于網(wǎng)絡(luò)的解決方案——大數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)Bio.Diaspora，可以實(shí)時(shí)生成并傳遞定制的、可操作的關(guān)于全球傳染病威脅的情報(bào)。Bio.Diaspora對(duì)傳染病傳播的預(yù)測(cè)能力在2009年H1N1流感大流行期間得到了驗(yàn)證，并且發(fā)表在了新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志上。其后，Bio.Diaspora一直參與世界上大量不同的流行與非流行事件的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，包括2010年的海地霍亂暴發(fā)，以及2011年的福島核事件。2011年， Bio.Diaspora公司因其創(chuàng)新的地理信息系統(tǒng)應(yīng)用，獲得國(guó)際數(shù)據(jù)集團(tuán)計(jì)算機(jī)世界的榮譽(yù)獎(jiǎng)。該獎(jiǎng)由國(guó)際數(shù)據(jù)集團(tuán)于1988年設(shè)立，是運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的國(guó)際獎(jiǎng)之一，用于表彰那些利用信息技術(shù)來推動(dòng)積極的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和教育變革的個(gè)人和組織。

目前，Bio Diaspora已經(jīng)并將繼續(xù)與大型公立醫(yī)療機(jī)構(gòu)合作，包括美國(guó)疾病控制和預(yù)防中心，加拿大公共衛(wèi)生署，歐洲疾病預(yù)防和控制中心，英格蘭公共衛(wèi)生，以及世界衛(wèi)生組織等。另外，國(guó)防和生物安全組織，甚至一些活動(dòng)會(huì)受到傳染病或流行病影響的大型跨國(guó)公司，都表示對(duì)Bio.Diaspora有興趣。

Bio.Diaspora的所有相關(guān)工作起步于圣米高醫(yī)院的李嘉誠(chéng)知識(shí)研究所，其研究一直得到了李嘉誠(chéng)基金會(huì)的支持。Kamran Khan博士說，如果沒有早期預(yù)警、實(shí)時(shí)信息以及預(yù)測(cè)系統(tǒng)來幫助各國(guó)政府、企業(yè)和個(gè)人更好地預(yù)測(cè)威脅并做出明智的決策，那么我們?cè)诤艽蟪潭壬线€將只能以反應(yīng)的方式來應(yīng)對(duì)傳染病的暴發(fā)。找到準(zhǔn)確有效地預(yù)測(cè)傳染性疾病的全球傳播的工具將是個(gè)數(shù)十億美元的機(jī)會(huì)。

Bio.Diaspora應(yīng)用：對(duì)2009年H1N1流感傳播的預(yù)測(cè)

當(dāng)疫情襲來，公共衛(wèi)生官員不得不做出艱難、但又必要的決定，以防止病毒的進(jìn)一步蔓延。例如他們可能會(huì)考慮進(jìn)行機(jī)場(chǎng)篩查。由于這一行動(dòng)需要大量資源的，因此，要采取行動(dòng)需要有強(qiáng)有力的科學(xué)基礎(chǔ)，這也正是Bio.Diaspora能做的。

2009年甲型H1N1流感大流行時(shí)，Khan與其合著者分析了在2009年5月從墨西哥飛出的超過58名高風(fēng)險(xiǎn)旅客的飛行路線。他們發(fā)現(xiàn)，對(duì)疫情國(guó)家機(jī)場(chǎng)的離境乘客進(jìn)行篩查比在目的地機(jī)場(chǎng)對(duì)其進(jìn)行篩查更有效。Khan估計(jì)，在H1N1流感期間，所有的高風(fēng)險(xiǎn)旅客均能在墨西哥的36個(gè)國(guó)際機(jī)場(chǎng)進(jìn)行出境篩查評(píng)估。而通過在墨西哥六個(gè)最大的國(guó)際機(jī)場(chǎng)進(jìn)行出境篩查，再加上對(duì)上海和東京這兩個(gè)機(jī)場(chǎng)進(jìn)行有針對(duì)性的入境篩查，就可以涵蓋全球范圍內(nèi)90%的高風(fēng)險(xiǎn)旅客。上海和東京機(jī)場(chǎng)被包括在內(nèi)是因?yàn)樗鼈冇衼碜阅鞲绲淖铋L(zhǎng)的直飛航班，分別為17小時(shí)和20小時(shí)。這些航班足夠長(zhǎng)，那些離境時(shí)還有流感潛伏期中的旅客很可能會(huì)在到達(dá)時(shí)開始感覺不適。相反，如果對(duì)這些相同的旅客的篩查只在其飛行目的地機(jī)場(chǎng)進(jìn)行，則需要在26個(gè)國(guó)家的82個(gè)國(guó)際機(jī)場(chǎng)設(shè)置檢查站。并且，在到達(dá)地機(jī)場(chǎng)對(duì)所有的國(guó)際旅客進(jìn)行篩查相當(dāng)困難。在H1N1流感大流行期間，這將意味著要在1111個(gè)機(jī)場(chǎng)篩查6730 萬脾氣暴躁的旅客。而實(shí)際上，為了要篩查出每一個(gè)確實(shí)已經(jīng)接觸過H1N1病毒的人，就要對(duì)116個(gè)人進(jìn)行不必要的篩查?；谶@一研究成果，Khan與其合著者開發(fā)了一個(gè)基本的決策工具，各國(guó)可以在病毒暴發(fā)期間使用，用以幫助公共衛(wèi)生官員決定是否，以及如何設(shè)置機(jī)場(chǎng)篩查。該工具考慮了三件事：一是在疫情暴發(fā)源地是否有有效的出境篩查，二是該市是否有來自疫情暴發(fā)地國(guó)的直航航班，三是疾病的潛伏期。

Bio.Diaspora應(yīng)用：2012年倫敦夏季奧運(yùn)會(huì)

想象一下，數(shù)以百萬計(jì)的人從世界各地匯聚在一個(gè)城市，在密集、擁擠的環(huán)境中混在一起幾個(gè)星期。同時(shí)，該市具有世界上最高的國(guó)際空中交通客流量，而大量的額外人口會(huì)在旅行旺季來到此觀看比賽。這正是倫敦2012年夏季奧運(yùn)會(huì)時(shí)，擺在公共衛(wèi)生規(guī)劃者面前的挑戰(zhàn)。認(rèn)識(shí)到這些挑戰(zhàn)，Khan及Brownstein與英國(guó)國(guó)家健康服務(wù)（National Health Service in the United Kingdom）合作，模擬世界上的人將如何聚集在倫敦，并同時(shí)通過互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，來預(yù)測(cè)在奧運(yùn)會(huì)期間、以及會(huì)后不久可能的傳染疾病威脅。這一流行病的情報(bào)將給英國(guó)的公共衛(wèi)生官員提供全球傳染病事件的全時(shí)態(tài)勢(shì)，如果需要的話，可以幫助制定公共衛(wèi)生對(duì)策。

如Khan所言，很有可能什么都不會(huì)發(fā)生，但是正是“如果發(fā)生會(huì)怎樣”讓他保持清醒。過去，疾病暴發(fā)就曾與大規(guī)模集會(huì)相關(guān)，包括比如2010年加拿大溫哥華冬奧會(huì)期間的麻疹激增，以及2008年悉尼天主教青年節(jié)期間暴發(fā)的流感等。來自英國(guó)健康保護(hù)局的Brian McCloskey負(fù)責(zé)奧運(yùn)會(huì)，他說，像奧運(yùn)會(huì)這樣大規(guī)模的集會(huì)，更需要考慮潛在的健康威脅，特別傳染性疾病，因?yàn)樗鼈兛赡軙?huì)通過人群的流動(dòng)而傳播到世界各地。

引用Kamran Khan博士自己的話，“世界的相互聯(lián)系日益緊密，這給人類帶來的驚人的好處。但同時(shí)，不論是從經(jīng)濟(jì)性質(zhì)來說，還是從患傳染病來說，相互聯(lián)系也深深地與相互依存交織在一起。傳染病會(huì)造成健康和安全風(fēng)險(xiǎn)，并極大地破壞當(dāng)?shù)睾腿虻慕?jīng)濟(jì)活動(dòng)。Bio.Diaspora正是致力于最大限度地提高生活在相互關(guān)聯(lián)的世界中的好處，同時(shí)盡量減少其風(fēng)險(xiǎn)。”

[ 對(duì) ?話 ]

《新經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊》：您是怎樣想到要開發(fā)Bio.Diaspora的？

Kamran Khan：我是一名傳染病醫(yī)生，并且在多倫多圣米高醫(yī)院有臨床實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。2003年SARS暴發(fā)時(shí)，我看到了傳染病會(huì)怎樣影響一座城市，這不僅包括健康，而且還包括對(duì)心理和經(jīng)濟(jì)造成的損失。SARS本身給多倫多當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)造成的損失就達(dá)20億美元。這一事件讓我開始思考國(guó)際社會(huì)之間的相互聯(lián)系，從中我意識(shí)到，作為一名要在世界各地行醫(yī)的醫(yī)生，我必須要充分了解全球的傳染病活動(dòng)。但問題是，一個(gè)人怎樣才可能知道在世界各地的其他城市中發(fā)生了什么，并且這些事件如何與每個(gè)城市聯(lián)系起來？于是我開始將研究重點(diǎn)放在了全球航空網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)槊磕晁鼤?huì)運(yùn)送超過25億的全球旅客。隨后，我才開始考慮全世界是怎么相互連接的，以及城市和國(guó)家間如何共同承擔(dān)傳染病的風(fēng)險(xiǎn)。

《新經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊》：展望未來，你對(duì)于疾病追蹤的理想狀態(tài)的設(shè)想愿景是什么？

Kamran Khan：我希望我們能擺脫反應(yīng)的應(yīng)對(duì)方式，而是轉(zhuǎn)向預(yù)測(cè)。今天，在很大程度上我們是消防隊(duì)員，基本上是在等待大火發(fā)生并出現(xiàn)在家門口，才做出反應(yīng)。而我們真正需要的是一個(gè)早期預(yù)警系統(tǒng)。這一系統(tǒng)可以讓個(gè)人、組織和機(jī)構(gòu)密切留意世界其他地區(qū)，感知并了解疫情暴發(fā)的態(tài)勢(shì)。作為一個(gè)全球性的社會(huì)，我們需要開始更積極主動(dòng)地思考，并優(yōu)先預(yù)防，而不是只作為一個(gè)個(gè)獨(dú)立的國(guó)家，只關(guān)注自己眼前的私利。

大數(shù)據(jù)與醫(yī)療

大數(shù)據(jù)開辟了新的機(jī)會(huì)，讓我們能夠以更聰明、更大膽和更創(chuàng)新的方式來做出決策。人們常說，數(shù)據(jù)是新的世界貨幣，而網(wǎng)絡(luò)是它交易的外匯局。

在十八屆三中全會(huì)上，《關(guān)于全面深化改革若干重大問題的決定》中提出，深化醫(yī)藥衛(wèi)生體制改革成為全面深化改革的戰(zhàn)略中的一部分，并提出要充分利用信息化手段，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源縱向流動(dòng)，并加強(qiáng)區(qū)域公共衛(wèi)生服務(wù)資源整合，健全全民醫(yī)保體系。醫(yī)療信息化被提上了議程，意味著整個(gè)醫(yī)療信息化得到了真正的認(rèn)同。

用中國(guó)工程院院士鄔賀銓的話說，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用首當(dāng)其沖的就是智慧醫(yī)療。在醫(yī)療數(shù)字化的過程中，醫(yī)院成了大數(shù)據(jù)產(chǎn)生的重要來源，病歷、影像、遠(yuǎn)程醫(yī)療等都會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。有報(bào)告顯示，醫(yī)療大數(shù)據(jù)的分析會(huì)為美國(guó)產(chǎn)生3000億美元的價(jià)值，減少8%的美國(guó)國(guó)家醫(yī)療保健的支出。而在日前，美國(guó)最大的醫(yī)療保險(xiǎn)公司W(wǎng)ellpoint已經(jīng)開始通過運(yùn)用IBM的超級(jí)計(jì)算機(jī)“Watson”幫助醫(yī)生來針對(duì)病人的病情進(jìn)行診斷，并已經(jīng)服務(wù)了7000萬人。在癌癥治療領(lǐng)域，目前需要一個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間才能制定出針對(duì)性的藥物治療方案，未來利用Watson的認(rèn)知計(jì)算技術(shù)可以將周期縮短至一天，極大提高癌癥患者的治愈率。

鄔賀銓院士認(rèn)為，大數(shù)據(jù)在醫(yī)療中可以應(yīng)用在臨床診斷、遠(yuǎn)程監(jiān)控、藥品研發(fā)、防止醫(yī)療詐騙等方面。

大數(shù)據(jù)在臨床診斷方面的應(yīng)用首先體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是對(duì)病人的數(shù)據(jù)分析;二是臨床決策系統(tǒng);三是可以讓臨床醫(yī)療數(shù)據(jù)更加透明。精準(zhǔn)地分析病人的體征、治療費(fèi)用和療效數(shù)據(jù)，可避免過度治療、避免副作用較為明顯的治療。通過進(jìn)一步比較各種治療措施的效果，醫(yī)生可更好地確定臨床最有效、效益最好的治療方法。通過將醫(yī)生處方和醫(yī)療專家?guī)灬t(yī)學(xué)指導(dǎo)比較，系統(tǒng)可提醒醫(yī)生避免出錯(cuò)，幫助醫(yī)生降低醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)。通過告訴病人多種不同的醫(yī)療方案，病人可以自己選擇治療方案。僅僅一個(gè)醫(yī)療臨床決策系統(tǒng)，就能讓美國(guó)一年減少1650億美元的醫(yī)療支出?？梢灶A(yù)見，在臨床診斷方面，大數(shù)據(jù)應(yīng)用引起醫(yī)院最大的變化將是臨床路徑的標(biāo)準(zhǔn)化。未來，醫(yī)療研究人員將從各地醫(yī)療大數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中攢取來的海量臨床數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類，很方便地用于對(duì)每一病種的臨床路徑標(biāo)準(zhǔn)化研究。

大數(shù)據(jù)的第二個(gè)應(yīng)用是計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)。首先，通過收集數(shù)據(jù)，醫(yī)生可以更好地判斷病人病情。其次，通過對(duì)數(shù)據(jù)的收集和分析，可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)，對(duì)慢性病進(jìn)行管理。

大數(shù)據(jù)的第三個(gè)應(yīng)用是醫(yī)療研發(fā)。這主要體現(xiàn)在預(yù)測(cè)建模和臨床實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的統(tǒng)計(jì)工具和算法。通過收集臨床實(shí)驗(yàn)前期和結(jié)果的數(shù)據(jù)，獲得大數(shù)據(jù)的海量支撐，新藥研發(fā)人員將得到很大幫助。對(duì)大量醫(yī)療數(shù)據(jù)的抓取和分析，可以評(píng)價(jià)新藥的安全性、有效性以及潛在的副作用，加快新藥開發(fā)，提高研發(fā)效率，甚至?xí)a(chǎn)生意想不到的好結(jié)果。而通過挖掘病人數(shù)據(jù)，可以評(píng)估和招募患者是否符合試驗(yàn)條件，并進(jìn)一步找出最合適的臨床實(shí)驗(yàn)基地，從而加快臨床試驗(yàn)進(jìn)程。

另外，醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也是大數(shù)據(jù)在醫(yī)療方面的一大成功應(yīng)用。隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)的高速發(fā)展，建立在互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等解決方案的基礎(chǔ)上的移動(dòng)醫(yī)療正在推動(dòng)醫(yī)療機(jī)構(gòu)不斷利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提升傳統(tǒng)醫(yī)療模式的實(shí)踐。以醫(yī)院為中心的業(yè)務(wù)模式正在轉(zhuǎn)向?qū)ο蠊芾砟Ｊ?。醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)將給醫(yī)生帶來快捷的醫(yī)療診斷途徑，給患者帶來自由。

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，醫(yī)療行業(yè)的信息化也將迎來自己的“大數(shù)據(jù)時(shí)代”。雖然大數(shù)據(jù)的醫(yī)療模式能使醫(yī)療更快捷、更高效，但不得不說的是病人醫(yī)療隱私的保護(hù)也將是一個(gè)關(guān)鍵性的課題。只有兼顧數(shù)據(jù)互通和數(shù)據(jù)保護(hù)才能讓其健康發(fā)展。