Разработка аналитических модулей геоинформационного программного комплекса «Эпидемиологический атлас России. Территория федерального округа» для дополнительного анализа эпидемического процесса

Введение

Инфекционные болезни являются одной из главных причин временной нетрудоспособности населения [1]. Геоинформационные системы (ГИС) — это универсальный инструмент для специалистов медицинских учреждений, органов здравоохранения и других организаций, занимающихся вопросами профилактики инфекционных или неинфекционных болезней. Использование ГИС расширило возможности исследования эпидемического процесса, упростило анализ различных факторов, влияющих на возникновение и распространение болезней среди населения [2]. Совершенствование подходов к оценке эпидемической ситуации является перспективным научным направлением. Его развитие способствует проведению научно-обоснованных актуальных профилактических и противоэпидемических мероприятий по снижению заболеваемости или минимизации экономического ущерба от инфекционных болезней.

Одним из способов совершенствования анализа эпидемической ситуации на изучаемой территории в системе эпидемиологического надзора служит объединение инфекций общим признаком, придание дополнительных характеристик изучаемым нозологиям для выявления тенденций развития эпидемических процессов по актуальным инфекционным заболеваниям и для повышения эффективности эпидемиологического мониторинга. Работы по анализу и визуализации инфекций, объединенных общим признаком, реализованы только в виде тематических атласов как в нашей стране, так и за рубежом [3–5], они не являются геоинформационными проектами с расширенным аналитическим и интерактивным аппаратом, их содержание не обновляется длительное время, и они остаются фундаментальными картографическими произведениями только на определенную дату.

Цель исследования — разработка дополнительных аналитических модулей геоинформационного программного комплекса по актуальным инфекционным и паразитарным заболеваниям «Эпи­демиологический атлас России. Территория федерального округа» для повышения качества эпидемиологического мониторинга и формирования данных о тенденциях развития эпидемических процессов в субъектах Российской Федерации.

Материалы и методы

Для достижения цели исследования решали следующие задачи:

анализ и подготовка существующих классификаций нозологических форм;

поиск дополнительных характеристик, потенциально формирующих группы нозологий;

оптимизация существующей базы данных (БД) «Эпидемиологический атлас России. Территория федерального округа»;

проектирование, разработка и интеграция дополнительных аналитических модулей Web-приложения данного атласа для сравнительного и динамического анализа заболеваемости по группам нозологий;

разработка алгоритмов получения и оценки эпидемиологических показателей в новых аналитических блоках.

Анализ литературных данных [6–9] и действующих нормативных документов [10–13] позволил сформировать 14 групп и 76 подгрупп инфекционных заболеваний (нозологий). Критериями отбора характеристик служила возможность проведения дополнительного анализа по сформированной группе или подгруппе, которая позволила бы характеризовать тенденции эпидемических процессов. Исходные данные, включающие информацию по сформированным группам и подгруппам заболеваний, были конвертированы в набор взаимосвязанных таблиц с последующей интеграцией их в реляционную БД «Эпидемиологический атлас России. Территория федерального округа», которая позволяет нормализовать работу SQL-запросов существующих аналитических модулей ГИС.

В БД вошли следующие группы: этиологический признак, экологический признак, механизм передачи, основной фактор передачи, факторы риска, профилактические мероприятия, эпидемиологический мониторинг, природная очаговость, группы патогенности, социально-значимые и представляющие опасность инфекции, особо опасные инфекции, санитарная охрана территории, МКБ-10, календарь профилактических прививок. Количество сформированных групп не является окончательным и может меняться в случае необходимости (детализация, изменение действующих групп/подгрупп или добавление новых). Для формирования массива выходных статистических значений эпидемиологического характера в новых аналитических блоках использовалась информация из основной ранее созданной БД данного атласа, которая включала сведения о субъектах и нозологиях, таблицы численности населения муниципальных образований и субъектов, данные об инфекционной и паразитарной заболеваемости (формы Федерального статистического наблюдения №1 и №2) [14].

Анализ заболеваемости по группам нозологий был реализован в виде двух дополнительных аналитических модулей «Сравнительный анализ заболеваемости по группам нозологий» и «Динамический анализ заболеваемости по группам нозологий». Эти модули сформированы с помощью программных средств обработки информации, отвечающих общей концепции программного комплекса, и ранее выбранных оптимальных технических решений (JavaScript, PHP и др.) [15]; функционал и визуализация соответствуют ранее разработанным модулям атласа для удобства пользователя в формировании запросов, работе с картами, табличными и графическими данными на странице Web-приложения. Для расчета кумулятивной заболеваемости по группам нозологий в новых аналитических блоках были оптимизированы алгоритмы получения и оценки эпидемиологических показателей.

В данной работе не использована информация, нарушающая чью-либо конфиденциальность. Иссле­дование выполнено без участия людей и животных.

Результаты

На сегодняшний день разработанные аналитические блоки согласно концепции программного комплекса выполняют три основные задачи: формирование карт, табличных и графических материалов по результатам запросов из БД; анализ эпидемиологических данных; экспорт графических и табличных данных в наиболее распространенных форматах (.xls, .pdf, .csv, .png, .jpeg, .svg). Как и для предыдущих блоков, предусмотрена возможность работы и с табличной, и с графической информацией и картами (изменение состава таблицы, сортировка по выбранному атрибутивному показателю, изменение наполнения диаграмм, графиков и карт). Материалы по результатам запросов в БД являются динамически обновляемыми и формируются каждый раз на основе соответствующего запроса пользователя.

Аналитический модуль «Сравнительный анализ заболеваемости по группам нозологий» позволяет провести сравнительный анализ по нозологиям, группам нозологий, периодам, территориям и возрастным категориям (рис. 1). Выбранный период (год, месяц, месяцы) сравнивается с аналогичным за предыдущий календарный год. Пространственная детализация — административно-территориальная единица субъекта (район) округа. Возрастные категории представлены в соответствии с формой Федерального статистического наблюдения №2. Интерфейс страницы имеет две основные зоны: табличное и графическое (карты) предоставление информации.

Рис. 1. Пример работы с эпидемиологическим атласом по теме запроса «заболеваемость социально-значимыми инфекциями в субъектах Приволжского федерального округа в 2023 г., °/°°°°» с использованием модуля «Сравнительный анализ заболеваемости по группам нозологий»

Табличный результат сформированного запроса предоставляет следующую информацию: абсолютное количество случаев, относительные показатели, заболеваемость с расчетом ошибки относительного показателя выбранных периодов; сравнительная аналитика выбранных периодов (темп прироста, темп роста, рост/снижение заболеваемости с расчетом достоверности, атрибутивный риск, коэффициент ассоциации); сравнительная аналитика со средне-многолетними показателями (рост/снижение, достоверность) и удельный вес строки в сформированном запросе. Для просмотра нозологий, входящих в группы и подгруппы, предусмотрена возможность детализации и внутригруппового анализа.

Карты показывают наборы эпидемиологической информации, имеющей пространственную привязку.

Аналитический модуль «Динамический анализ заболеваемости по группам нозологий» предназначен для углубленного ретроспективного эпидемиологического анализа инфекционной и паразитарной заболеваемости (рис. 2). С его помощью осуществляется анализ внутригодовой и многолетней динамики в группах/подгруппах инфекционных заболеваний в административно-территориальных единицах (районах) субъекта округа и в целом по округу; возрастных групп с расчетом средне-многолетних показателей; показателей выбранного периода с расчетом стандартной ошибки относительных значений и краткосрочным прогнозом заболеваемости с использованием линейной регрессии. Для просмотра нозологий, входящих в группы или подгруппы инфекционных заболеваний, и/или возрастных групп также предусмотрена возможность детализации и внутригруппового анализа.

Рис. 2. Пример работы с эпидемиологическим атласом по теме запроса «заболеваемость по факторам риска в Приволжском федеральном округе в 2013–2023 гг., °/°°°°» с использованием модуля «Динамический анализ заболеваемости по группам нозологий»

Отличительной особенностью новых аналитических блоков является впервые разработанная функция исключения. Так, на долю острых инфекций верхних дыхательных путей и новой коронавирусной инфекции (COVID-19) приходится более 90% в общей структуре заболеваемости во всех исследуемых субъектах, вследствие чего происходит смещение расчетных значений и доминирование групп, в которые входят данные патологии. Пользователь может исключить из анализа острые инфекции верхних дыхательных путей, или COVID-19 и сопряженные с ней состояния, или обе патологии одновременно для расчетов средне-многолетних показателей, удельного веса в структуре группы, построения графиков, диаграмм и т.д.

Обсуждение

В настоящее время ГИС используются самыми разными специалистами, работающими на стыке информатики, эпидемиологии, медицинской статистики, географии, демографии и других наук. С каждым годом увеличивается количество научных работ по санитарно-эпидемиологическому надзору с применением ГИС-технологий как в нашей стране [15–18], так и за рубежом [19–21]. ГИС используются для принятия стратегических решений на уровне территориального управления отдельного города и в масштабе целой страны [22].

Учитывая современное состояние и роль геоинформационных технологий в эпидемиологии, можно сформулировать три направления дальнейших работ в этой области: 1) совершенствование системы сбора информации, структуры и содержания баз данных, повышение достоверности исходных данных; 2) совершенствование эксплуатационных характеристик ГИС эпидемиологического назначения, включая интерфейс пользователя, средства и методы визуализации эпидемических данных; 3) совершенствование аналитических методов и технологий.

На сегодняшний день не существует реализованных проектов по представлению и анализу групповой заболеваемости по всем актуальным инфекционным и паразитарным заболеваниям. Объединение инфекций общим признаком и формирование групп нозологий — один из способов совершенствования подходов к оценке эпидемической ситуации. Он позволяет повысить эффективность эпидемиологического мониторинга за счет выявления современных региональных эпидемических особенностей заболеваний на всех административных уровнях. Кроме того, данный метод способствует установлению характера следующих групп: 1) по актуальным инфекционным заболеваниям (особо опасные, социально-значимые и представляющие опасность инфекции, которые могут привести к возникновению чрезвычайных ситуаций в области санитарно-эпидемиологического благополучия населения); 2) по факторам риска (скученность, длительный контакт, нарушения режима температуры, проветривания и влажности в помещениях; неблагоприятное санитарно-коммунальное благоустройство территории; низкий уровень личной гигиены; профессиональная деятельность, связанная с уходом за животными и сельскохозяйственными работами и т.д.); 3) по профилактическим мероприятиям (поддержание в порядке водопроводных и канализационных сооружений, санитарно-просветительская работа, иммунопрофилактика, дератизационные/дезинсекционные мероприятия и т.д.).

Преимуществами новых аналитических блоков служат их дополнительные возможности:

удобство работы с интересующими группами заболеваний для профильного специалиста, формирование различных выборок из БД для субъекта/района/возрастной группы;

легкость подготовки аналитического материала, анализ инфекционной заболеваемости в рамках действующей отчетной формы (формирование отчетов и докладов);

проведение дополнительного ретроспективного эпидемиологического анализа (анализ тенденций эпидемических процессов);

анализ групп инфекций с различным уровнем заболеваемости (групповой анализ может оказаться наиболее информативным и статистически достоверным на небольших территориях с небольшим количеством населения);

проведение косвенной оценки профилактических и противоэпидемических мероприятий (анализ тенденций измерения групп по факторам риска, профилактическим мероприятиям и эпидемиологическому мониторингу);

применение разработанного аналитического подхода в атласе «Эпидемиологический атлас России. Территория федерального округа» за счет его универсальности;

детализация или изменение действующих групп, а также добавление новых с учетом интересов органов/организаций здравоохранения и Роспотребнадзора;

повышение качества эпидемиологического анализа и мониторинга соматической заболеваемости;

плотное взаимодействие с пользователем за счёт интерактивных элементов;

стандартизация эпидемиологического анализа.

Объединение инфекций общим признаком, придание им дополнительных характеристик — все это может служить основой для определения количественных критериев совокупности инфекционных заболеваний с целью своевременного выявления изменений эпидемической обстановки на изучаемой территории.

Заключение

Разработанные аналитические модули «Сравни­тель­ный анализ заболеваемости по группам нозологий» и «Динамический анализ заболеваемости по группам нозологий», интегрированные в геоинформационный программный комплекс «Эпи­демиологический атлас России. Территория феде­рального округа», созданы с целью расширения аналитических возможностей этого комплекса. Они отличаются высокой значимостью в оптимизации и повышении качества эпидемиологического мониторинга, оперативного и ретроспективного эпидемиологического анализа по актуальным инфекционным и паразитарным заболеваниям как в разрезе отдельного субъекта округа, так и страны в целом; обладают значительным потенциалом для совершенствования аналитических методов и технологий. Наиболее значимыми и перспективными направлениями дальнейшей работы являются создание блока автоматического формирования эпидемиологического отчета/бюллетеня (стандарт эпидемиологического анализа); определение количественных критериев совокупности инфекционных заболеваний; применение искусственных нейронных сетей в эпидемиологическом анализе, базирующемся на использовании дополнительных характеристик инфекционных заболеваний. Аналитические модули отвечают требованиям государственной политики по внедрению современных технологий в практическую деятельность. На сегодняшний день аналогов, подобных новым аналитическим модулям, не существует.

Источник финансирования. Данное исследование профинансировано из средств государственного бюджета в рамках задачи 1.3.7. «Управление эпидемиологическими рисками с помощью ГИС-технологий» отраслевой научно-исследовательской программы Роспотребнадзора на 2021–2025 гг.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.