智慧化突發公共衛生事件早期識別與風險預警模型:設計框架及實現路徑

何琪樂,楊予青,葛 申,齊 嘯,胡紅濮

(1.北京協和醫學院/中國醫學科學院醫學信息研究所,北京 100020;2.北京市朝陽區疾病預防控制中心,北京 100021)

突發公共衛生事件是指暴發突然,能夠或可能嚴重損害社會公眾身體健康,需要應急處置措施及時處理的重大傳染病、大范圍無法對癥治療的群體性疾病、重大的食物中毒和職業中毒以及其他對公眾健康造成嚴重威脅的事件[1]。自2003年非典疫情后,我國公共衛生信息化發展迅速,突發公共衛生事件應急管理體系日趨完善。但由于現行監測系統在衛生系統內部及跨行業間尚未形成有效信息共享、預警模型算法待優化、預警系統停留在對出現已納入國家法定報告管理的傳染病的聚集性疫情為預警起點等原因[2],目前我國突發公共衛生事件應急管理仍存在傳染病早期識別能力不足、監測預警與快速響應能力亟需加強、跨部門應急協作機制尚不成熟、智慧化應急管理模式尚未形成等問題[3,4]。針對此,新時代的智慧公共衛生應急管理需實現全周期、全方位管理以提升全民健康水平,通過健全信息化基礎設施和內外部協調機制,以解決管理部門的條塊分割與信息壁壘;加強預測預警算法研究并建立新的醫療大數據應用模式,以實現突發公共衛生事件的管理精細化和精準化;建立多點觸發和多渠道預警機制,以提高預警的及時性與準確性。

鑒于在突發公共衛生事件爆發早期,有效預警、及時識別和迅速應對至關重要,針對突發公共衛生事件監測預警,既往研究已形成了較嚴謹的理論基礎。從發生機制來看,由于公共衛生與社會、經濟、政治、醫療衛生服務、環境等因素具有關聯性,當各因素發生危害事件的突發干擾時,便會通過公共衛生體系的脆弱環節演變為突發公共衛生事件。根據該機制,逐步從直接危害原因、社會公眾健康等環節出發,逐層分析頂層要素到最終因素,即可獲得突發公共衛生事件風險發生發展路徑,從而針對性進行預防干預[5]。從風險監測預警信息采集渠道來看,目前趨勢是在傳統流行病學監測的基礎上,結合手機定位數據[6]、物聯網[7]、互聯網搜索引擎[8]等多渠道監測預警信息。從預警模型來看,知識庫和模型庫作為一種結構化、易操作、易利用,全面有組織的知識集群,已被引入公共衛生應急管理領域,以提高感知、決策和預警水平[9]。然而在具體實踐中,雖然知識庫和模型庫在重大傳染病流行病學調查等部分突發公共衛生事件應急領域中得到了初步應用,但在群體性不明原因疾病、食品安全與職業危害等突發公共衛生事件檢測預警過程中仍缺乏有效支撐[10]。

2020年,習近平總書記在公共衛生專家學者座談會上強調“要完善傳染病疫情和突發公共衛生事件監測系統,提高評估監測敏感性和準確性,建立智慧化預警多點觸發機制,健全多渠道監測預警機制,提高實時分析、集中研判的能力”[2]。當前我國基于突發公共衛生事件早期發現和風險評估技術的研究和應用處于起步階段,在國外,智慧應急也屬新概念、新起點[11]。因此,在新時代衛生健康工作方針的指引下,本文擬通過構建突發公共衛生事件早期識別和風險預警模型,提出全新的智慧化公共衛生應急管理模式的理念,進一步促進智慧公共衛生的學科建設,并為突發公共衛生事件的事前準備提供參考和有針對性的防控目標和建議,幫助建立智慧化多點預警的防控機制,提升我國突發公共衛生事件的防控管理水平。

1 設計思路

(1)通過文獻調研、現場調研、專家咨詢,在對公共衛生應急管理業務、信息化支撐現狀進行深度分析的基礎上,結合突發公共衛生事件早期識別和風險預警中存在的問題,梳理各類突發公共衛生事件的基本信息、突發公共衛生事件發生發展路徑相關理論、我國公共衛生應急管理的業務及業務流程等;深入分析各級政府部門、衛生健康管理部門、應急管理部門、疾控部門、醫療機構、緊急醫學救援機構、基層醫療衛生機構等相關方在突發公共衛生事件早期識別預警中的需求。(2)根據不同突發公共衛生事件的發生發展特點,研究構建全面包含各類突發公共衛生事件性質、特征、分類、分級、防控處置等內容的突發公共衛生事件知識庫[8,9]。(3)基于已構建好的知識庫中的本體和規則,通過專家咨詢的方式初步篩選出各類突發公共衛生事件的主要影響因素,定量分析不同影響因素的影響程度,結合數值計算、文本處理、地理信息系統等建立突發公共衛生事件早期識別和風險預警模型,對突發公共衛生事件進行及時預測以及發布。

2 突發公共衛生事件早期識別和風險預警現狀分析

2.1 預警機制

突發公共衛生事件早期識別和風險預警的實現需基于突發公共衛生事件預警機制,即關于信息收集和報告、風險研判、預警決策等內容的制度設計。目前相關規定散見于法律、行政法規、部門規章、地方政府規章等規范性文件,雖然各文件對預警主體、預警標準、信息搜集報告程序作出了相關規定,但不同文件之間存在一定程度的差異[12]。

在監測主體方面,《傳染病防治法》規定各級疾病預防機構是收集和監測突發公共衛生事件信息的主要主體;《突發公共衛生事件應急條例》規定縣級以上人民政府衛生行政主管部門應當指定機構負責突發事件的日常監測;《國家突發公共衛生事件應急預案》規定各級醫療、疾病預防控制、衛生監督和出入境檢疫機構負責開展突發公共衛生事件的日常監測工作,省級人民政府衛生行政部門組織開展重點傳染病和突發公共衛生事件的主動監測。新冠疫情后出臺的一系列地方性法規,如《北京市突發公共衛生事件應急條例》在既往要求的基礎上新增了多渠道監測哨點、預警多點觸發機制建設,除了強調疾控承擔主要日常監測以外,各級各類醫療衛生機構、相關科研機構、藥品零售企業和海關等監測哨點也需提供監測信息。

在預警主體方面,以縣級以上人民政府衛生行政部門為主。如《湖北省突發公共衛生事件應急預案》中,進一步按照不同預警級別將預警權力細化授權給省衛生行政主管部門、縣(區)政府以及衛生行政部門。在2020年發布的《傳染病防治法(修訂草案征求意見稿)》中,提出了“風險提示”權以將預警權部分賦予疾控機構,各級疾控機構可根據多渠道傳染病監測信息和風險評估結果發布健康風險提示,向同級衛生健康主管部門提出預警建議,衛生健康主管部門組織評估后向同級人民政府提出建議,最終由縣級以上人民政府決定發布預警并啟動應急響應。

在預警標準方面,雖然在國家層面,《國家突發公共衛生事件應急預案》等規章文件將突發公共衛生事件分為四級,并明確了特別重大(Ⅰ級)突發公共衛生事件覆蓋范圍,但對于II級及以下預警級別尚未有明確統一規定。《突發事件應對法》將其籠統定義為以“即將發生或發生可能性增大”作為發布警報的標準,在實踐中往往由省、市人民政府依據相關程序并按照應急預案明確應急響應級別及預警標準。

2.2 預警流程

在實際業務運行流程中,我國現已形成以國家、省、市、縣四級人民政府及其衛生行政主管部門為主干、以疾病預防控制中心和醫療機構為輔助的以傳染病為主的突發公共衛生事件預警體系。就運行流程來看,可分為風險認知流程、風險研判流程和預警發布流程[12](見圖1)。風險認知流程是對突發公共衛生事件風險信息的監測、收集和上報程序。就最主要的傳染病信息收集與監測而言,以衛生行政部門及其疾病預防控制中心為主導、以醫療機構為輔[13]。多渠道監測是目前的發展趨勢,諸如湖北等部分省份正在建立結合醫療機構采集網絡、社會面采集網絡的綜合監測網絡。從信息傳遞過程來看,基層負責收集和監測信息,并自下而上逐級上報,直至省一級人民政府或國務院衛生行政部門等有權決定預警的機構[14]。

圖1 突發公共衛生事件發生機制與監測預警流程示意圖

風險研判流程是指預警主體依據認知流程所獲得的相關信息來判斷疫情爆發可能性大小的流程,主要包含研判主體、預警標準等內容,是整個預警機制的中心環節。預警發布流程是指預警主體依法向社會和公眾發出的警報程序,主要包括預警級別和預警預案等內容。目前我國預警機制的運行依托于我國現行國省市縣鄉五級行政體制,仍然屬于“以條為主”的“被動反應式”管理體系[12]。

2.3 突發公共衛生事件監測預警影響因素

基于以上分析,本研究認為影響公共衛生事件早期監測預警能否有效實現的關鍵因素主要有以下幾方面:

首先,需建立橫向覆蓋多職能部門、縱向深入各層級環節的突發公共衛生事件信息監測與收集系統。我國目前信息監測與收集系統對已知傳染病有較為詳盡的分類和監測標準,并得到較好應用,但現有系統的信息來源主要源自被動的傳染病報告數據,預警信息來源單一,信息量不足,信息化支撐和自動化流程在基層應用程度不深[15]。若想進一步完整且準確地判斷事件存在的可能性和發展趨勢,還需要結合臨床癥狀、社會面信息等多元數據。

其次,科學且全面的預警標準是預警機制有效運行的關鍵。目前我國突發公共衛生事件的預警標準比較模糊,缺少相應指標或事件等客觀標準,不利于預警主體及時預警。此外,欠缺預警標準的動態調整機制,無法及時更新預警標準以應對陌生的傳染病疫情和發生頻次較低的突發公共衛生事件。

第三,不同層級、不同類型的機構在應急工作中需明確劃分職責和權能,充分發揮專業性優勢。目前省級部門更多的是作為指導與決策者,疾控機構多是承擔技術上的實施工作,在溝通協調處置過程中更容易感受到權責不匹配。此外,在現行模式下,不同部門、不同層級和不同機構之間尚未形成有效的信息共享機制,難以有效整合資源以準確預警。

3 實現路徑

突發公共衛生事件預警機制需要依靠充足的信息來對各子類型事件的性質、危害和未來發展趨勢做出判斷。但其處置涉及多環節、多部門協同,在短時間內實現各流程打通、各機構協調并非易事。加之突發公共衛生事件本身具備復雜性和隱匿性,全國各省疾病預防信息化水平不一、人員數量與能力情況差異大,也難以形成統一可量化的預警標準。鑒于此,本文提出建立基于知識庫的突發公共衛生事件早期識別和風險預警模型。一方面希望能有助于及時收集到相關信息以啟動預警機制;另一方面借助案例知識庫可拓展可復用的特性,在目前尚未形成針對全類型突發公共衛生事件的預警數理模型和規章規范的情況下,實現有證可循的突發公共衛生事件早期預警。

3.1 突發公共衛生事件信息采集和理論知識組織梳理

預測和控制突發公共衛生事件的關鍵在于對其傳播、識別和預警機理進行深入分析,故需進一步詳細采集來自衛生行政部門、醫學科研院所、相關醫學文獻以及國內外醫學動態的數據,經過專家篩選及審核并對其進行規范化整理組織,形成突發公共衛生事件的傳播、識別和預警相關知識理論。對突發公共衛生事件進行分級分類,分析各脆弱環節及相應處置要素,梳理其發生路徑,為后續研究突發公共衛生事件的早期識別和風險預警奠定基礎。以公共衛生應急管理的實際需求為導向,從全面預防、早期預警、精準防控等方面分析我國公共衛生應急管理工作各流程中的問題根源、風險挑戰、業務重點及全過程數據共享、分發和流轉機制。

3.2 突發公共衛生事件識別與風險預警知識庫構建

本研究提出建立突發公共衛生事件早期識別和風險預警知識庫,通過結合案例推理和規則推理方法,分析不同風險因素的影響程度。首先以系統性、完整性、代表性、權威性和正確性為原則,通過從衛生行政部門、生物醫學文獻數據庫、圖書、期刊、網絡采集到的傳染病疫情、群體不明原因疾病、群體性急性中毒,以及由其他因素引起的嚴重危害人群健康的突發公共衛生事件數據,構建主要包括突發公共衛生事件問題庫、預案庫、案例庫、規則庫和領域庫多個字庫的知識庫,其中規則實體的構建結合了人工編輯和規則文件獲取,實現對語料中實體信息的自動化抽取和識別。該知識庫以歷史事件案例(如時空信息、傳播范圍、流行特征、危害程度、處理措施、控制結果等)為核心內容,同時包含背景知識(如傳染源、傳播途徑、易感人群、臨床表現、診斷標準、治療措施等)、防控知識(如預防措施、控制方法、預案等)、政策法規、衛生資源(如專家資源和醫院、藥品、疫苗等資源庫)等內容。鑒于不同時期的突發公共衛生事件反應了變化發展著的傳染病疫情狀況、社會經濟狀況、自然環境狀況和公共衛生標準,知識庫的存儲量可以隨著新問題案例的加入不斷地更新擴大。知識庫功能模塊劃分圖如下(見圖2)。

3.3 基于知識庫的突發公共衛生事件早期識別和風險預警模型構建

該模型主要涵蓋以下五大模塊(見圖3)。

3.3.1 數據采集與實時監測

基于構建好的突發公共衛生事件知識庫,可實現面向突發公共衛生事件在醫療衛生相關機構(疾控、哨點醫療機構、院前急救機構調度信息、實驗室病毒檢測、藥品出售情況監測等)、城市管理行政部門(食品安全、空氣水源監測、交通運輸、人口流動、重點職業、重點場所、農林業等)、互聯網輿情及電信運營商的突發公共衛生事件自動預警系統,提高各類機構對于突發公共衛生事件的早期監測預警能力,實現多源數據、多點觸發。

3.3.2 數據處理

該模型通過對多源數據進行整合處理,并使用機器學習、模型算法等方法進行分析和挖掘。

3.3.3 風險評估

結合歷史數據和當前趨勢分析,與突發公共衛生事件預警模型進行實時比對,對事件進行風險評估,同時結合人口密度、交通網絡、氣候環境等因素,評估擴散風險,及時發現新的傳染病風險、群體性疾病等突發公共衛生事件。針對新發未知公共衛生事件,通過提取其特征值進行語義搜索,在歷史事件知識庫中采用相似度和推理規則相融合的方式,尋找與目標案例相匹配或近似匹配的案例,重用和優化案例檢索結果,并監測新案例解決方法的成熟度。

3.3.4 觸發預警

根據風險評估結果,發布新發傳染病的風險預警,并為公共衛生應急管理部門推薦相應的預警方案及干預效果預測。預警標準可借鑒《國家突發公共衛生事件應急預案》對一級突發公共衛生事件進行具體列舉的方式,將尚未被細化的二級、三級和四級突發公共衛生事件進行具體列舉,建立細化的預警規則作為預警標準。鑒于預警標準可能存在顆粒度不夠的情況,同時可考慮結合案例推理方式參照歷史案例預警等級指標。具體而言,首先可按照歷史突發公共衛生事件案例各指標(如事件類型、持續時長、影響范圍、人數規模)等特征值計算歷史案例和目標案例間各指標的局部相似度;其次,將案例局部相似度按一定的權重加權求和得到二者的全局相似度。以全局相似度最高的歷史案例的預警級別作為新發案例的參照級別。

3.3.5 監測和反饋

通過實時監測和跟蹤數據,不斷優化模型。

4 討論與總結

近年來,突發公共衛生事件頻發,嚴重影響人民群眾的身心健康和經濟社會發展,已成為重要的研究課題。本研究設計的突發公共衛生事件識別與風險預警知識庫模型架構可用于指導后續各類突發公共衛生事件特征、分級、防控、處置等知識庫的構建,并針對不同發展階段風險研判與決策特點、關鍵要素及其作用關系等方面開展分析。通過結合案例推理和規則推理方法,分析不同風險因素的影響程度。或根據歷史案例復盤結果,在事件爆發前提前對危險因素進行針對性干預,以實現“防患于未然”。

本研究基于已有的經典理論模型,構建了智慧化突發公共衛生事件早期風險識別和預警模型。該模型結合了突發公共衛生事件在風險識別、監測預警的數據采集、處理、服務、應用全流程需求,為應急管理部門提供公共衛生應急服務平臺設計的參考框架。基于該模型,可進一步根據傳染病網絡直報系統、各級區域衛生健康信息平臺、各類醫院信息系統、社區衛生服務信息系統、突發公共衛生事件應急指揮系統等諸多信息系統的特點和需求,設計開發智慧公共衛生應急管理平臺或相應原型系統,綜合提高突發公共衛生事件的早期識別能力和智能化上報水平。

本文在既往理論研究的基礎上,創新性地針對突發公共衛生事件早期識別與預警環節,進行了知識庫和預警模型的詳細設計,是政策建議、發展模式的具象化設計體現,對于建立多點觸發和多渠道預警機制、提高預警的及時性與準確性、實現突發公共衛生事件的應急管理精細化和精準化具有重要意義。此外,本研究相較于其他聚焦于傳染病的監測預警模型,綜合性地考慮了圍繞傳染病疫情、群體不明原因疾病、群體中毒,以及其他自然或人為因素引起的多種危害人群健康的公共衛生事件的風險監測預警情景。但由于各子類型突發公共衛生事件發生發展在具備共性的同時也存在復雜特性,本模型尚未實現各類別層面的具體構建。進一步的研究可完善各類型公共衛生事件風險評估模型、風險預測模型,開展公共衛生事件情景分析,建立突發事件動態評估系統。