вторник, 22 марта 2022 г.

Мобильные технологии для эпидемиологии COVID-19 в режиме реального времени

COVID-19

Результаты тестирования

Скорость, с которой коронавирус 2 тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV-2) распространяется через население, бросает вызов способам его отслеживания, так как количественное тестирование полимеразной цепной реакции до сих пор было слишком медленным для эпидемиологии в режиме реального времени. Используя преимущества

существующей лонгитюдной медицинской помощи и исследовательских когорт пациентов, Дрю и др. продвигал обновления программного обеспечения для участников, чтобы стимулировать сообщения о потенциальных симптомах коронавирусной болезни 2019 года (COVID-19). 

Авторы привлекли около 2 миллионов пользователей (включая медицинских работников) к исследованию симптомов COVID (ранее известному как COVID Symptom Tracker) со всей Великобритании и Соединенных Штатов. Распространенность комбинаций симптомов (трех или более), включая усталость и кашель, сопровождающиеся диареей, лихорадкой и/или аносмией, была предиктором положительной верификации теста на SARS-CoV-2. Как показывают данные из Уэльса (Великобритания), математическое моделирование предсказывало географические горячие точки заболеваемости на 5-7 дней раньше официальных отчетов общественного здравоохранения.


РИС. 1 Схема рабочего процесса участника.
После загрузки приложения COVID Symptom Study и предоставления согласия пользователям предлагается ввести исходную демографическую и клиническую информацию, а также последовательно запрашивать информацию о новых или текущих симптомах, результатах тестирования и степени изоляции. Медицинские работники предлагают дополнительную информацию об интенсивности взаимодействия с пациентами, потенциальном воздействии инфицированных пациентов и использовании СИЗ. С информированного согласия пользователи, также участвующие в различных текущих когортах или клинических испытаниях (исследование здоровья медсестер, TwinsUK и другие), имеют возможность связать информацию об исследовании симптомов COVID с существующими данными исследований.
ОТКРЫТЬ В ОКНЕ ПРОСМОТРА
Благодаря быстрому развертыванию этого инструмента мы можем получить ключевые данные о динамике популяции заболевания (рис. 2). Путем сбора геопространственных данных, представленных участниками, которые были выделены в качестве критической потребности в пандемических эпидемиологических исследованиях (15), мы можем быстро идентифицировать популяции с очень распространенными симптомами в регионах, которые могут стать горячими точками вспышки. Ранний снимок первых 1,6 миллиона пользователей в Соединенном Королевстве за первые 5 дней использования подтверждает вариабельность симптомов, о которых сообщалось в подозрительных случаях COVID-19, и полезен для генерации и проверки более широких гипотез. В то время средний возраст пользователей составлял 41 год, варьировался от 18 до 90 лет и составлял 75% женщин. Графическая визуализация наших первоначальных результатов (рис. 3) показывает, что среди тех, кто сообщил о симптомах к 27 марта 2020 г. = 265 851 человек), наиболее распространенными симптомами были усталость и кашель, за которыми следовали диарея, лихорадка и аносмия. Одышка отмечалась относительно редко. Только 0,4% (n = 1176) лиц, сообщивших о возможных симптомах COVID-19, сообщили о получении количественного теста полимеразной цепной реакции на COVID-19.
РИС. 2 Использование исследования симптомов COVID, сообщенные симптомы и результаты тестирования в зависимости от географического положения в Соединенном Королевстве.
В период с 24 по 29 марта 2020 года более 1,6 миллиона уникальных людей загрузили приложение и поделились клинической и демографической информацией, а также ежедневными симптомами и высокоинтенсивными профессиональными воздействиями (синяя карта). Плотность населения с любыми симптомами (левая фиолетовая карта) варьировалась в зависимости от региона, с широко распространенными сообщениями об усталости, кашле и диарее, сопровождающимися аносмией и, относительно редко, лихорадкой (inset). Обследование лиц, сообщивших о сложных симптомах (правая фиолетовая карта), определяемых как кашель или лихорадка и, по крайней мере, один другой симптом (диарея, аносмия или лихорадка), выявляет области, которые потенциально нуждаются в дополнительном тестировании. Для подгруппы населения, получившей тест на COVID-19 (черная карта), области с большей долей положительных тестов (оранжевая карта), по-видимому, совпадают с областями, в которых высокие доли населения сообщили о сложных симптомах. Напротив, некоторые районы с низкой распространенностью сложных симптомов получили более высокие показатели тестирования и, следовательно, более отрицательные тесты (зеленая карта). Этот пример визуализации данных в режиме реального времени, полученных в ходе исследования симптомов COVID, может помочь органам общественного здравоохранения и государственным чиновникам перераспределить ресурсы, определить области с неудовлетворенными потребностями в тестировании и обнаружить возникающие горячие точки.
ОТКРЫТЬ В ОКНЕ ПРОСМОТРА
Быстрые темпы пандемии коронавирусной болезни 2019 года (COVID-19), вызванной тяжелым острым респираторным синдромом коронавирус 2 (SARS-CoV-2), создают проблемы для надежного сбора данных в масштабе населения для решения этого глобального кризиса здравоохранения. Мы создали Консорциум эпидемиологии пандемии коронавируса (COPE), чтобы объединить ученых с опытом исследований больших данных и эпидемиологии для разработки мобильного приложения COVID Symptom Study, ранее известного как COVID Symptom Tracker. Это приложение, которое предлагает данные о факторах риска, прогностических симптомах, клинических исходах и географических горячих точках, было запущено в Соединенном Королевстве 24 марта 2020 года и Соединенных Штатах 29 марта 2020 года и собрало более 2,8 миллиона пользователей по состоянию на 2 мая 2020 года. Наша инициатива предлагает доказательство концепции перепрофилирования существующих подходов для обеспечения быстрого масштабируемого сбора и анализа эпидемиологических данных, что имеет решающее значение для реагирования на эту проблему общественного здравоохранения на основе данных.
Экспоненциально растущее число инфекций коронавируса 2 тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV-2) привело к “настоятельной необходимости расширения деятельности общественного здравоохранения с целью выяснения эпидемиологии нового вируса и характеристики его потенциального воздействия” . Понимание факторов риска заражения и предикторов последующих исходов имеет решающее значение для получения контроля над пандемией коронавирусной болезни 2019 (COVID-19) . Однако скорость, с которой разворачивается пандемия, создает беспрецедентную проблему для сбора данных о воздействии для характеристики всей широты тяжести заболевания, препятствуя усилиям по своевременному распространению точной информации, влияющей на планирование общественного здравоохранения и клиническое управление. Таким образом, существует острая необходимость в адаптируемой платформе сбора данных в реальном времени для быстрого и перспективного сбора действенных высококачественных данных, охватывающих спектр субклинических и острых проявлений и выявляющих различия в диагностике, лечении и клинических исходах. Решение этого приоритета позволит более точно оценивать заболеваемость, информировать о стратегиях снижения рисков, способствовать распределению ограниченных ресурсов для тестирования и поощрять надлежащий карантин и лечение пострадавших.
Развивающийся объем литературы предполагает, что заболеваемость и исходы COVID-19 варьируются в зависимости от возраста, пола, расы, этнической принадлежности и основного состояния здоровья, при этом противоречивые данные свидетельствуют о том, что широко используемые лекарства, такие как ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента, тиазолидиндионы и ибупрофен, могут изменять естественное течение заболевания (3-9).. Кроме того, симптомы COVID-19 широко варьируются, причем лихорадка и сухой кашель, как сообщается, являются наиболее распространенными, хотя многочисленные исследования показали, что бессимптомное носительство является важным фактором распространения в сообществе (5-7, 10-13). Кроме того, полный спектр клинической картины, который все еще характеризуется, может заметно отличаться в разных подгруппах пациентов. Недавние рекомендации Американской гастроэнтерологической ассоциации, Американской академии отоларингологии-хирургии головы и шеи и Британского гериатрического общества подчеркнули потенциальную связь между инфекцией COVID–19 и ранее недооцененными желудочно-кишечными симптомами (например, тошнотой, анорексией и диареей), потерей вкуса и/или запаха и распространенными гериатрическими синдромами (например, падениями и делирием). Пандемия значительно опередила наши коллективные усилия по полной характеристике того, кто наиболее подвержен риску или может пострадать от наиболее серьезных последствий инфекции.
Приложения для мобильных телефонов и веб-инструменты облегчают самостоятельный сбор данных на уровне населения в масштабе (14), результаты которого могут быть быстро перераспределены для информирования участников о неотложной медицинской информации (14, 15). Обе технологии особенно выгодны, когда многим людям рекомендуется поддерживать физическую дистанцию от других (16). Такие цифровые инструменты уже применяются в более контролируемых исследовательских условиях, и эти исследования выигрывают от большего времени выполнения полевых испытаний, курирования вопросов и набора персонала. Хотя многие цифровые инструменты сбора данных для COVID-19 разрабатываются и запускаются в Соединенных Штатах и за рубежом для постоянно обновляемого списка ресурсов от Европейского союза и Всемирной организации здравоохранения), в том числе некоторые в партнерстве с государственными учреждениями здравоохранения, такими как Центры по контролю и профилактике заболеваний, большинство приложений в основном были настроены на единую оценку симптомов для адаптации полуперсонализированных рекомендаций для дальнейшей оценки. Веб-инструменты эпиднадзора за инфекционными заболеваниями (например, http://flunearyou.org) были быстро адаптированы для сбора специфичных для COVID-19 (например, http://covidnearyou.org). В качестве альтернативы были разработаны веб-порталы, позволяющие исследователям сообщать информацию на уровне пациентов от имени участников, уже зарегистрированных в клинических реестрах (например, ccc19.org). Также рассматривается возможность интеграции с подходами, использующими удаленный сбор данных (например, носимые технологии или средства проверки симптомов, такие как термометры для отчетности в реальном времени). Хотя эти подходы предлагают критическую информацию в области общественного здравоохранения, они часто не адаптированы для масштабируемого сбора продольных данных, необходимых эпидемиологам для проведения комплексных, хорошо продуманных исследований.
Для решения этой задачи мы создали многонациональное сотрудничество-Консорциум эпидемиологии пандемии коронавируса (COPE), состоящий из ведущих исследователей из нескольких крупных клинических и эпидемиологических когортных исследований. COPE объединяет междисциплинарную команду ученых, обладающих опытом в области исследований больших данных и трансляционной эпидемиологии, для изучения пандемии COVID-19 в большой и разнообразной популяции пациентов. Несколько крупных когорт уже согласились присоединиться к этим усилиям, включая серию исследований здоровья медсестер, исследование Growing Up Today (GUTS), последующее исследование медицинских работников (HPFS), TwinsUK, исследование профилактики рака 3 Американского онкологического общества (CPS-3), Многонациональное когортное исследование, Калифорнийское исследование учителей (CTS), исследование здоровья чернокожих женщин (BWHS), Сестринское исследование, Аспирин в снижении событий у пожилых людей (ASPREE), исследования питания в Стэнфорде, исследование долгосрочного наблюдения в Персидском заливе (GuLF), исследование здоровья сельского хозяйства, реестр экологических полиморфизмов Национального института наук об окружающей среде, прогнозирование прогрессирования развития миеломы в исследовании скрининговой популяции высокого риска (PROMISE) и исследование краудсорсинга предшественников (PCROWD). Чтобы помочь в наших усилиях по гармонизации данных в Соединенных Штатах, мы разработали мобильное приложение COVID Symptom Study (ранее известное как COVID Symptom Tracker) с натуральными взносами от Zoe Global Ltd., цифровой медицинской компании, и академических ученых из Массачусетской больницы общего профиля и Королевского колледжа Лондона. Используя устоявшуюся цифровую основу приложения, используемого для личных исследований питания, приложение COVID Symptom Study было запущено в Соединенном Королевстве 24 марта 2020 года и стало доступно в Соединенных Штатах 29 марта 2020 года (https://covid.joinzoe.com/us). Консорциум COPE привержен общему международному стремлению бороться с COVID-19 и работает с научными сотрудниками и лидерами мысли в области эпидемиологии в режиме реального времени, чтобы определить приоритетность гармонизации данных и обмена ими в рамках Коллективной переписи коронавируса (17).
Исследование симптомов COVID позволяет самостоятельно сообщать данные, связанные с воздействием COVID-19 и инфекциями (рис. 1). При первом использовании приложение запрашивает местоположение, возраст и основные факторы риска для здоровья. Ежедневные запросы запрашивают обновления о промежуточных симптомах, посещениях здравоохранения и результатах тестирования COVID-19. Для тех, кто находится на карантине или обращается за медицинской помощью, собираются данные об уровне вмешательства и связанных с ним результатах. Лицам без явных симптомов также рекомендуется использовать приложение. Благодаря обновлениям программного обеспечения мы можем добавлять или изменять вопросы в режиме реального времени для проверки возникающих гипотез о симптомах и методах лечения COVID-19. Примечательно, что участники, участвующие в текущих эпидемиологических исследованиях, клинических когортах или клинических испытаниях, могут предоставить информированное согласие на увязку данных опроса, собранных с помощью приложения, с их ранее существовавшими данными когорты исследования и любыми соответствующими биоспецификами в соответствии с Законом о переносимости и подотчетности медицинского страхования (HIPAA) и Общим регламентом защиты данных (GDPR). манеры. Кроме того, работникам здравоохранения предоставляется специальный модуль для определения интенсивности и типа их непосредственного ухода за пациентами, наличия и использования средств индивидуальной защиты (СИЗ), а также стресса и тревоги, связанных с работой.
РИС. 3 Симптомы, сообщаемые через приложение COVID Symptom Study.
К 27 марта 2020 года 265 851 человек в Соединенном Королевстве сообщили о любых симптомах, потенциально связанных с COVID-19 (top). Участники предоставили данные о том, были ли они проверены на COVID-19, а также результат теста. 1176 человек сообщили, что получили тест на COVID-19 (0,4% от тех, у кого были симптомы). Показаны частоты симптомов среди тех, кто дал положительный результат (среднийn = 340) по сравнению с отрицательным (нижнийn = 836).
ОТКРЫТЬ В ОКНЕ ПРОСМОТРА
Сравнение симптоматических пользователей, которые сообщили о получении теста в течение начального периода запуска, породило несколько гипотез для будущего исследования с растущим набором данных. Частота кашля или усталости в одиночку или в комбинации обычно приводила к тестированию, но не была особенно точным предиктором положительного теста. Аналогичным образом, ни один человек, сообщивший о диарее при отсутствии других симптомов, не дал положительного результата. Примечательно, что более сложные презентации с кашлем и/или усталостью и, по крайней мере, одним дополнительным симптомом, включая менее распространенные жалобы, такие как диарея и аносмия, по-видимому, были обогащены среди тех, у кого были положительные результаты тестов, по сравнению с теми, у кого были отрицательные результаты. В частности, аносмия может быть более прогностическим симптомом, поскольку она была более распространена, чем лихорадка у людей с положительным результатом. Действительно, в последующих анализах с большим набором выборок мы показали, что аносмия, по-видимому, является сильным предиктором COVID-19 . Напротив, сама по себе лихорадка не была особенно дискриминационной. Однако, когда лихорадка присутствовала в сочетании с менее выраженными симптомами, наблюдалась большая частота положительных тестов. Эти результаты свидетельствуют о том, что, возможно, люди со сложными или множественными симптомами (три или более) должны быть приоритетными для тестирования. К сожалению, 20% людей сообщили о сложных симптомах (кашель и/или усталость плюс, по крайней мере, одна аносмия, диарея или лихорадка), но еще не были протестированы, что представляет собой значительную популяцию, которая, по-видимому, подвержена повышенному риску заболевания. Необходима дополнительная работа для подтверждения того, могут ли сложные или множественные случаи точно предсказать заболеваемость COVID-19.
Основываясь на этих первоначальных выводах, наша команда впоследствии разработала взвешенную модель прогнозирования, основанную на симптомах более 2 миллионов отдельных пользователей приложений (18). Используя эту модель прогнозирования, мы демонстрируем потенциальную полезность приложения COVID Symptom Study для сбора данных для долгосрочных исследований, а также для немедленного планирования общественного здравоохранения. В Южном Уэльсе в Соединенном Королевстве пользователи сообщали о симптомах, которые предсказывали за 5-7 дней два всплеска числа подтвержденных положительных случаев COVID-19, зарегистрированных органами общественного здравоохранения. И наоборот, снижение сообщений о симптомах предшествовало снижению подтвержденных случаев на несколько дней. Эти результаты демонстрируют, что это приложение перспективно фиксирует динамику заболеваемости COVID-19 за несколько дней до традиционных мер, таких как положительные тесты, госпитализации или смертность. В настоящее время мы планируем дополнительные исследования с использованием широко репрезентативной выборки лиц, которые пройдут единообразное тестирование на COVID-19, для дальнейшей проверки нашего подхода к моделированию заболеваемости на основе симптомов. Эти данные демонстрируют убедительные доказательства потенциальной прогностической силы нашего подхода, который будет улучшаться по мере сбора большего количества данных для информирования модели. Кроме того, наши данные подчеркивают потенциальную полезность отслеживания симптомов в режиме реального времени, чтобы помочь распределить ресурсы для тестирования и лечения, а также рекомендации по блокировке или сервитуту в конкретных областях.
РИС. 4 Прогнозирование случаев COVID-19 на основе отчетов о симптомах в реальном времени в Уэльсе, Великобритания.
Этот временной ряд (гистограмма) отображает количество новых подтвержденных случаев (серые полосы), зарегистрированных Фондом общественного здравоохранения Уэльса NHS Trust в период с 31 марта 2020 года по 20 апреля 2020 года. После 2 апреля число случаев заболевания, по-видимому, сократилось до 5 апреля. Тем не менее, наша модель прогнозирования на основе симптомов (18), разработанная на основе отчетов о симптомах от непроверенных пользователей приложения COVID Symptom Study, показала высокую долю прогнозируемых случаев COVID-19 в южном Уэльсе 1 апреля [темно-красные области в (A)]. Шесть дней спустя органы здравоохранения Уэльса сообщили о последующем пике заболеваемости в течение 4-дневного периода (с 6 по 9 апреля), обусловленном главным образом этими южными регионами (цветные полосы). К 10 апреля число новых подтвержденных случаев заболевания по всему Уэльсу сократилось. Однако, основываясь на сообщенных симптомах (B), регионы в Южном Уэльсе по-прежнему имели высокие прогнозируемые уровни COVID-19, что стало очевидным как второй всплеск подтвержденных случаев в период с 15 по 16 апреля. По состоянию на 20 апреля (C), прогнозируемая распространенность COVID-19 по всему Уэльсу в соответствии с отчетностью о симптомах представляется низкой, что соответствует сглаживанию кумулятивной кривой заболеваемости. Тем не менее, несколько регионов в южном Уэльсе все еще имеют относительно высокие сообщения о симптомах и, по-видимому, подвержены риску последующих случаев COVID-19. Черные точки на картах представляют относительную долю положительных тестов, сообщенных органами здравоохранения по всему Уэльсу в тот день по регионам. Прогнозное картирование включало данные от 1 339 670 пользователей исследования симптомов COVID на 1 апреля; 998 244 пользователя на 10 апреля; и 1 234 918 пользователей 20 апреля. Данные общественного здравоохранения Уэльса NHS Trust были актуальны по состоянию на 21 апреля 2020 года в 13:00 по местному времени, взятые из панели мониторинга “Rapid COVID-19 Virology-Public” (доступ через https://phw.nhs.wales/), и загружено 22 апреля 2020 года в 12:30 по восточному стандартному времени.
ОТКРЫТЬ В ОКНЕ ПРОСМОТРА
При дополнительном сборе данных мы также будем применять подходы к большим данным (например, машинное обучение) для выявления возникающих закономерностей в динамических условиях воздействия, появления симптомов, траектории заболевания и клинических исходов. Наш запуск приложения в нескольких крупных эпидемиологических когортах, которые ранее собирали продольные данные об образе жизни, диете и факторах здоровья, а также генетическую информацию, позволит исследовать гораздо более широкий спектр предполагаемых факторов риска для исходов COVID-19. При дополнительном последующем наблюдении мы также сможем исследовать долгосрочные последствия COVID-19, включая психическое здоровье, инвалидность, смертность и финансовые результаты. Мобильные технологии также могут дополнять недавно начатые клинические испытания или протоколы биобанка, уже встроенные в клинические условия. В сотрудничестве с фондом Stand Up to Cancer foundation мы также разработали стратегию отслеживания информации среди людей, живущих с раком, включая тех, кто участвует в клинических испытаниях. В Массачусетской больнице общего профиля и больнице Бригама и женщин мы внедряем этот инструмент в рамках нескольких клинических исследований, централизованных усилий по биобанкингу и программ наблюдения за медицинскими работниками. Работники здравоохранения особенно уязвимы к последствиям COVID-19, выходящим за рамки инфекции, включая рабочие опасности из-за нехватки СИЗ, эмоционального стресса и прогулов. Генерация данных в реальном времени, ориентированная на эти группы населения, будет иметь решающее значение для оптимального распределения ресурсов для защиты нашей рабочей силы здравоохранения и оценки ее эффективности.
Тем не менее наш подход имеет свои ограничения. Мы признаем, что приложение для смартфона не представляет собой случайную выборку населения. Однако это неотъемлемое ограничение любого эпидемиологического исследования, которое опирается на добровольное участие. Преимущество нашего подхода заключается в том, что он позволяет быстро развертывать большую часть населения во время крупного кризиса общественного здравоохранения. Со временем и при дальнейшем использовании большое количество участников будет включать достаточное количество пользователей в ключевых подгруппах, чтобы мы могли скорректировать нашу методологию для потенциальных источников путаницы. Привлекая когорты с недопредставленными группами населения, такими как BWHS в Соединенных Штатах, мы также надеемся использовать существующие отношения между исследователями и участниками для поощрения зачисления лиц из групп населения, которые традиционно были сложными для набора. Кроме того, поощряя лонгитюдный, проспективный сбор данных, мы можем фиксировать ассоциации, основанные на вариациях внутри человека с течением времени, что является заметным преимуществом по сравнению с повторными поперечными обследованиями, которые вносят значительные различия между людьми. В ближайшем будущем мы надеемся выпустить наше приложение как программное обеспечение с открытым исходным кодом fair-use для облегчения перевода и разработки в других регионах. Мы начали работать с коллегами в Канаде, Австралии и Швеции над внедрением этого инструмента в своих странах. Мы также разработали практический инструментарий для оказания помощи клиническим исследователям с местным институциональным обзорным советом и одобрением регулирующих органов для облегчения развертывания в рамках исследований (www.monganinstitute.org/cope-consortium). Этот инструментарий включает в себя полную информацию о вопросах мобильного приложения, документах согласия, политике конфиденциальности и условиях использования. С более широким внедрением данные, полученные из приложения COVID Symptom Study, все чаще связываются с ответом общественного здравоохранения в рамках Национальной службы здравоохранения (NHS) в Соединенном Королевстве. Приложение одобрено правительством Уэльса, NHS Wales, правительством Шотландии и NHS Scotland, и наша научная команда ежедневно обновляет главного научного сотрудника Великобритании. Мы работаем над разработкой аналогичного подхода в США. Однако отсутствие национальной системы здравоохранения потребовало стратегии, ориентированной на привлечение местных лидеров общественного здравоохранения. Например, мы сотрудничаем со Школой общественного здравоохранения Техасского университета для проведения эпиднадзора по всему штату для поддержки принятия решений в области общественного здравоохранения, особенно в связи с тем, что правительство штата Техас начинает смягчать стратегии смягчения последствий.
Наш подход демонстрирует доказательство концепции быстрого перепрофилирования существующих методов сбора данных для реализации масштабируемого сбора данных на уровне населения в реальном времени во время быстро развивающегося глобального кризиса здравоохранения. Мы призываем наших коллег работать с нами, чтобы мы могли развернуть все имеющиеся в нашем распоряжении инструменты для решения этой беспрецедентной проблемы общественного здравоохранения.

Комментариев нет:

Отправить комментарий