大數(shù)據(jù)技術(shù)在公共衛(wèi)生應(yīng)急管理中的應(yīng)用*

馬曉江 周 然 鄒顯東 張振喜 高貴軍

(1河北省疾病預(yù)防控制中心公共衛(wèi)生信息所 石家莊 050021 2 河北省衛(wèi)生健康委員會(huì)項(xiàng)目管理中心 石家莊 050000)

1 引言

當(dāng)前，全球經(jīng)濟(jì)文化交融逐漸深入，人員流動(dòng)增加，突發(fā)公共衛(wèi)生事件的暴發(fā)和傳染病的新發(fā)、再發(fā)，對人類生命健康安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅[1]。疾病預(yù)防控制人員面臨如何控制傳染病和突發(fā)公共衛(wèi)生事件經(jīng)濟(jì)成本，提高工作效率，增強(qiáng)公眾衛(wèi)生保健意識(shí)，保障公眾身體健康等問題。隨著信息技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，基于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)的相關(guān)解決方案逐漸顯現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢，蘊(yùn)藏巨大發(fā)展?jié)摿?。本文以河北省疾病預(yù)防控制中心公共衛(wèi)生數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)為例，對大數(shù)據(jù)技術(shù)在公共衛(wèi)生應(yīng)急管理工作中的應(yīng)用問題進(jìn)行初步探討。

2 河北省公共衛(wèi)生數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)用情況

公共衛(wèi)生信息化建設(shè)需要總體規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一平臺(tái)，以便有效采集和利用醫(yī)療信息，應(yīng)對傳染病流行和公共衛(wèi)生事件突發(fā)等問題，推動(dòng)河北省公共衛(wèi)生信息化縱深發(fā)展。河北省公共衛(wèi)生數(shù)據(jù)平臺(tái)(以下簡稱平臺(tái))依托中國疾病預(yù)防控制中心信息管理系統(tǒng)(以下簡稱直報(bào)系統(tǒng))原始數(shù)據(jù)，結(jié)合河北省公共衛(wèi)生應(yīng)急管理工作特點(diǎn)，研制開發(fā)符合實(shí)際工作需要的數(shù)據(jù)平臺(tái)。

2.1 平臺(tái)架構(gòu)

平臺(tái)與直報(bào)系統(tǒng)對接，同步上傳、接收傳染病與突發(fā)公共衛(wèi)生事件數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)時(shí)、定制化統(tǒng)計(jì)分析資料，追溯傳播源頭、明確傳播路徑、發(fā)現(xiàn)突變規(guī)律及其潛在風(fēng)險(xiǎn)，以最快時(shí)間做出研判。針對即將可能發(fā)生的突發(fā)公共衛(wèi)生事件，為切斷傳染源，阻止致病細(xì)菌、病毒大規(guī)模蔓延[2]以及制定科學(xué)、精準(zhǔn)、適合的應(yīng)對防控措施提供信息支撐。

2.1.1 平臺(tái)總體架構(gòu) 平臺(tái)縱向包括基礎(chǔ)環(huán)境層、數(shù)據(jù)資源中心服務(wù)層、支撐應(yīng)用服務(wù)層、平臺(tái)應(yīng)用層和接入層5層；橫向包括標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、業(yè)務(wù)應(yīng)用體系和安全保障體系3部分，形成面向服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)集成、信息共享和交換的整體架構(gòu)，見圖1。

圖1 河北省公共衛(wèi)生數(shù)據(jù)平臺(tái)總體架構(gòu)

2.1.2 數(shù)據(jù)同步架構(gòu) 為保持?jǐn)?shù)據(jù)一致性，需要自動(dòng)同步國家直報(bào)系統(tǒng)屬地化傳染病和突發(fā)公共衛(wèi)生事件數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)交換與共享平臺(tái)，即數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)。建立星型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)交換體系，數(shù)據(jù)交換管理平臺(tái)處于中心位置，成為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的核心，通過數(shù)據(jù)交換管理平臺(tái)為每個(gè)數(shù)據(jù)交換節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)，見圖2。

圖2 河北省公共衛(wèi)生數(shù)據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)自動(dòng)同步架構(gòu)

2.2 平臺(tái)主要功能

2.2.1 統(tǒng)計(jì)分析查詢模塊 根據(jù)不同疾病分類制訂統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、定時(shí)、比較等統(tǒng)計(jì)分析功能。按照時(shí)間、地區(qū)、人群等分類定制統(tǒng)計(jì)分析內(nèi)容。其中包含地區(qū)排序、發(fā)病趨勢和高發(fā)地區(qū)分布等專題分析。完成查詢和報(bào)表輸出。輸出統(tǒng)計(jì)圖，生成分析結(jié)果，給予直觀評(píng)價(jià)。并對數(shù)據(jù)存在的差異性給予定量、計(jì)數(shù)等統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析，進(jìn)一步推斷利用。

2.2.2 智能簡報(bào)功能模塊 疾病報(bào)告動(dòng)態(tài)分析是報(bào)告管理工作的重要內(nèi)容，包括每月進(jìn)行常規(guī)動(dòng)態(tài)分析，每年度進(jìn)行深入、全面和前瞻性的例行分析；設(shè)置不同病種和事件實(shí)時(shí)專題報(bào)告。手工制作費(fèi)時(shí)費(fèi)力且無法滿足各方面需求，應(yīng)用數(shù)據(jù)平臺(tái)的簡報(bào)功能模塊，可以根據(jù)不同業(yè)務(wù)需求定義多個(gè)簡報(bào)模板，并對簡報(bào)模板進(jìn)行管理。針對不同簡報(bào)模板，結(jié)合流行病學(xué)現(xiàn)場和實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測資料設(shè)置不同任務(wù)。參考現(xiàn)時(shí)和歷史報(bào)告資料作出比對、推斷分析，在簡報(bào)中給予描述，解決人工制作耗時(shí)費(fèi)力問題。同時(shí)特別設(shè)置傳染病和突發(fā)公共衛(wèi)生事件聚集性監(jiān)測、重點(diǎn)關(guān)注監(jiān)測、高發(fā)流行監(jiān)測3個(gè)模塊?？勺远x聚集性監(jiān)測時(shí)間，如監(jiān)測7日內(nèi)事件聚集情況、重點(diǎn)關(guān)注高發(fā)流行病種。

2.2.3 預(yù)警預(yù)測功能模塊 根據(jù)傳染病及突發(fā)公共衛(wèi)生事件發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，對可能發(fā)生的流行趨勢作出預(yù)測。主要依靠初始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和預(yù)警模型，根據(jù)任務(wù)需要配置后臺(tái)不同預(yù)警模型、計(jì)劃預(yù)警周期。同時(shí)考慮模型信息設(shè)定(常量)、閾值設(shè)定(設(shè)置方式及常用指標(biāo)的靈活配置維護(hù))和預(yù)警的頻率及格式(周期和定性、定量)，實(shí)現(xiàn)與國家直報(bào)系統(tǒng)中河北省相關(guān)數(shù)據(jù)同步，隨后將產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)經(jīng)過分析處理后傳送到數(shù)據(jù)平臺(tái)。達(dá)到觸發(fā)條件時(shí)，實(shí)時(shí)預(yù)警并以短信方式通知工作人員。還可將傳染病預(yù)警模型計(jì)算結(jié)果顯示在地圖上，實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息的地域分布及其量化數(shù)據(jù)的可視化，見圖3。

圖3 河北省公共衛(wèi)生數(shù)據(jù)平臺(tái)預(yù)警預(yù)測功能模塊架構(gòu)

2.2.4 地圖展示功能模塊 省、市、縣不同級(jí)別用戶可以從時(shí)間、疾病等維度定制地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)統(tǒng)計(jì)分析圖形，并通過電子屏幕展示。對滿足預(yù)警條件的傳染病和突發(fā)公共衛(wèi)生事件，通過不同等級(jí)的圖例進(jìn)行預(yù)警展示。展示內(nèi)容還包括醫(yī)療救治、疾病防控、人口、經(jīng)濟(jì)等方面，可通過短信、視頻會(huì)議方式進(jìn)行決策分析、指揮調(diào)度，及時(shí)有效處置突發(fā)公共衛(wèi)生事件。

2.3 建立共享接口

應(yīng)用大數(shù)據(jù)融合等技術(shù)手段，將醫(yī)院、公安、通信、交通、物流系統(tǒng)等相關(guān)部門采集的“面上數(shù)據(jù)”與疾控部門信息平臺(tái)上報(bào)的“線上數(shù)據(jù)”有機(jī)結(jié)合。預(yù)留與公安、通信、交通、物流等其他行業(yè)機(jī)構(gòu)的接口，保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和編碼規(guī)范化。

2.4 網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知

首先是物理安全。指服務(wù)器的安全保障，電源和設(shè)備容錯(cuò)等。其次是網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢覺察。監(jiān)測漏洞和病毒，實(shí)時(shí)跟蹤并給予預(yù)警，全面掌握河北省數(shù)據(jù)平臺(tái)安全態(tài)勢。最后是發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全威脅、風(fēng)險(xiǎn)隱患和網(wǎng)絡(luò)攻擊情況。了解網(wǎng)絡(luò)最新告警情況、攻擊類型分布、攻擊地址排行、病毒分布類型、漏洞排行以及整體安全態(tài)勢。對已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的威脅治理情況給予展示，完成分析總結(jié)。

3 面臨問題

3.1 數(shù)據(jù)源涵蓋要素不夠全面

傳染病及突發(fā)公共衛(wèi)生事件的發(fā)生與地理環(huán)境、氣象因素、社會(huì)因素、人類行為等多種要素高度相關(guān)，目前系統(tǒng)僅能實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的宏觀展示。下一步應(yīng)依托大數(shù)據(jù)技術(shù)與流行病學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等多學(xué)科交叉融合技術(shù)，對地理、氣候因素與其發(fā)生傳染病流行的內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行深度挖掘，為傳染病早期發(fā)現(xiàn)、風(fēng)險(xiǎn)研判、因地制宜制定傳染病預(yù)防措施等方面提供支撐和科學(xué)依據(jù)。

3.2 預(yù)警預(yù)測準(zhǔn)確性有待提高，時(shí)間跨度需延伸

預(yù)警模型主要采用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，數(shù)據(jù)采集、病原體變異等原因可能導(dǎo)致預(yù)測偏差，中遠(yuǎn)期預(yù)測能力不足，不能實(shí)現(xiàn)定期和定義性的預(yù)測功能，同時(shí)主觀因素也會(huì)影響預(yù)警預(yù)測準(zhǔn)確性。

3.3 接口不統(tǒng)一

平臺(tái)建設(shè)過程中發(fā)現(xiàn)，由于跨部門間缺乏常態(tài)化的數(shù)據(jù)共享和開放機(jī)制、數(shù)據(jù)交換和共享較為困難。各行業(yè)自行建立數(shù)據(jù)平臺(tái)格式、預(yù)留接口不統(tǒng)一，不易對接，冗余程度較高。因此需要依據(jù)交換流程預(yù)留接口，并制定接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

4 應(yīng)用建議

4.1 消除“信息孤島”

通過大數(shù)據(jù)技術(shù)迅速下沉，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)全鏈條傳染病防控，促進(jìn)防、控、治環(huán)節(jié)之間快速、有序銜接[3]。借助人工智能(artificial intelligence，AI)和大數(shù)據(jù)技術(shù)對疾控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，結(jié)合地域特征、區(qū)域密度和人口流動(dòng)率等數(shù)據(jù)，采集疾控內(nèi)部縱向“縣(區(qū))-市-省-國家”自下而上的垂直領(lǐng)域數(shù)據(jù)、跨行業(yè)部門橫向(如地理、氣候、公安、交通等)相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)銜接貫通，消除“信息孤島”。

4.2 規(guī)范平臺(tái)數(shù)據(jù)交換接口

在制定接口規(guī)范時(shí)，不僅要考慮可擴(kuò)展性，同時(shí)還要考慮執(zhí)行效率[4]。制定出臺(tái)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理和使用規(guī)范，保障至少全省范圍內(nèi)數(shù)據(jù)的一致性[5]。即建立唯一的標(biāo)識(shí)和索引，對疫苗接種、就醫(yī)就診等信息一鍵查詢。實(shí)現(xiàn)疾控機(jī)構(gòu)與醫(yī)院診療的接口統(tǒng)一，使接收者和發(fā)送者能夠準(zhǔn)確解讀所需信息，保證數(shù)據(jù)兼容順暢。

4.3 提高預(yù)警預(yù)測精準(zhǔn)度

“平臺(tái)”建設(shè)的核心是預(yù)警預(yù)測，即利用數(shù)據(jù)倉庫統(tǒng)計(jì)、關(guān)聯(lián)、挖掘等分析手段，結(jié)合數(shù)學(xué)模型和人工智能技術(shù)對傳染病進(jìn)行定性和定量分析[6]。在使用此功能時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于人為主觀因素、環(huán)境變化、病原體變異和數(shù)據(jù)采集偏差等原因，預(yù)警預(yù)測的精準(zhǔn)度受到影響，中遠(yuǎn)期預(yù)測能力不足。因此提高數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量，優(yōu)化機(jī)器學(xué)習(xí)方法，處理好殘差異構(gòu)數(shù)據(jù)序列等問題，提高精準(zhǔn)度是未來的主要工作目標(biāo)。

4.4 強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)信息安全，保障平臺(tái)健康運(yùn)轉(zhuǎn)

網(wǎng)絡(luò)信息安全是平臺(tái)數(shù)據(jù)暢通運(yùn)轉(zhuǎn)的前提和基礎(chǔ)，要從整體上認(rèn)識(shí)平臺(tái)信息安全的重要作用，建立新型無中心化證書授權(quán)(certification authority，CA)認(rèn)證體系，有效提高加密安全性和破解難度[7]。加強(qiáng)日志系統(tǒng)建設(shè)，做好日志綜合分析利用，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患[8]。應(yīng)用個(gè)人信息保護(hù)與信息共享安全管理模式[9]，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)內(nèi)所涉?zhèn)€人信息安全。全方位采集網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安全設(shè)備、安全管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行深度挖掘與分析，對網(wǎng)絡(luò)的攻擊和威脅做好實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)測。

5 結(jié)語

由于原有公共衛(wèi)生數(shù)據(jù)平臺(tái)已經(jīng)不能完成當(dāng)前最新工作任務(wù)，升級(jí)建設(shè)全覆蓋的區(qū)域化多觸點(diǎn)信息化數(shù)據(jù)平臺(tái)，利用新一代信息技術(shù)，打通多部門多渠道業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通道，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的匯聚與融合，促進(jìn)多部門業(yè)務(wù)協(xié)同聯(lián)動(dòng)。推進(jìn)對傳染病、突發(fā)公共衛(wèi)生事件及其危險(xiǎn)因素的監(jiān)測精細(xì)化、管理智慧化[10]。保證能夠快速開展應(yīng)對策略研究，組建傳染病流行病學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、實(shí)驗(yàn)室檢測和應(yīng)急管理等領(lǐng)域的專家團(tuán)隊(duì)，基于系統(tǒng)初步風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果對當(dāng)前傳染病風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行深入研判，進(jìn)而高效快速響應(yīng)和處置，在降低感染率的同時(shí)節(jié)約醫(yī)療支出[11]。提高應(yīng)急處置能力、疾控工作能力和整體水平。