智慧化突发公共卫生事件早期识别与风险预警模型:设计框架及实现路径

何琪乐,杨予青,葛 申,齐 啸,胡红濮

(1.北京协和医学院/中国医学科学院医学信息研究所,北京 100020;2.北京市朝阳区疾病预防控制中心,北京 100021)

突发公共卫生事件是指暴发突然,能够或可能严重损害社会公众身体健康,需要应急处置措施及时处理的重大传染病、大范围无法对症治疗的群体性疾病、重大的食物中毒和职业中毒以及其他对公众健康造成严重威胁的事件[1]。自2003年非典疫情后,我国公共卫生信息化发展迅速,突发公共卫生事件应急管理体系日趋完善。但由于现行监测系统在卫生系统内部及跨行业间尚未形成有效信息共享、预警模型算法待优化、预警系统停留在对出现已纳入国家法定报告管理的传染病的聚集性疫情为预警起点等原因[2],目前我国突发公共卫生事件应急管理仍存在传染病早期识别能力不足、监测预警与快速响应能力亟需加强、跨部门应急协作机制尚不成熟、智慧化应急管理模式尚未形成等问题[3,4]。针对此,新时代的智慧公共卫生应急管理需实现全周期、全方位管理以提升全民健康水平,通过健全信息化基础设施和内外部协调机制,以解决管理部门的条块分割与信息壁垒;加强预测预警算法研究并建立新的医疗大数据应用模式,以实现突发公共卫生事件的管理精细化和精准化;建立多点触发和多渠道预警机制,以提高预警的及时性与准确性。

鉴于在突发公共卫生事件爆发早期,有效预警、及时识别和迅速应对至关重要,针对突发公共卫生事件监测预警,既往研究已形成了较严谨的理论基础。从发生机制来看,由于公共卫生与社会、经济、政治、医疗卫生服务、环境等因素具有关联性,当各因素发生危害事件的突发干扰时,便会通过公共卫生体系的脆弱环节演变为突发公共卫生事件。根据该机制,逐步从直接危害原因、社会公众健康等环节出发,逐层分析顶层要素到最终因素,即可获得突发公共卫生事件风险发生发展路径,从而针对性进行预防干预[5]。从风险监测预警信息采集渠道来看,目前趋势是在传统流行病学监测的基础上,结合手机定位数据[6]、物联网[7]、互联网搜索引擎[8]等多渠道监测预警信息。从预警模型来看,知识库和模型库作为一种结构化、易操作、易利用,全面有组织的知识集群,已被引入公共卫生应急管理领域,以提高感知、决策和预警水平[9]。然而在具体实践中,虽然知识库和模型库在重大传染病流行病学调查等部分突发公共卫生事件应急领域中得到了初步应用,但在群体性不明原因疾病、食品安全与职业危害等突发公共卫生事件检测预警过程中仍缺乏有效支撑[10]。

2020年,习近平总书记在公共卫生专家学者座谈会上强调“要完善传染病疫情和突发公共卫生事件监测系统,提高评估监测敏感性和准确性,建立智慧化预警多点触发机制,健全多渠道监测预警机制,提高实时分析、集中研判的能力”[2]。当前我国基于突发公共卫生事件早期发现和风险评估技术的研究和应用处于起步阶段,在国外,智慧应急也属新概念、新起点[11]。因此,在新时代卫生健康工作方针的指引下,本文拟通过构建突发公共卫生事件早期识别和风险预警模型,提出全新的智慧化公共卫生应急管理模式的理念,进一步促进智慧公共卫生的学科建设,并为突发公共卫生事件的事前准备提供参考和有针对性的防控目标和建议,帮助建立智慧化多点预警的防控机制,提升我国突发公共卫生事件的防控管理水平。

1 设计思路

(1)通过文献调研、现场调研、专家咨询,在对公共卫生应急管理业务、信息化支撑现状进行深度分析的基础上,结合突发公共卫生事件早期识别和风险预警中存在的问题,梳理各类突发公共卫生事件的基本信息、突发公共卫生事件发生发展路径相关理论、我国公共卫生应急管理的业务及业务流程等;深入分析各级政府部门、卫生健康管理部门、应急管理部门、疾控部门、医疗机构、紧急医学救援机构、基层医疗卫生机构等相关方在突发公共卫生事件早期识别预警中的需求。(2)根据不同突发公共卫生事件的发生发展特点,研究构建全面包含各类突发公共卫生事件性质、特征、分类、分级、防控处置等内容的突发公共卫生事件知识库[8,9]。(3)基于已构建好的知识库中的本体和规则,通过专家咨询的方式初步筛选出各类突发公共卫生事件的主要影响因素,定量分析不同影响因素的影响程度,结合数值计算、文本处理、地理信息系统等建立突发公共卫生事件早期识别和风险预警模型,对突发公共卫生事件进行及时预测以及发布。

2 突发公共卫生事件早期识别和风险预警现状分析

2.1 预警机制

突发公共卫生事件早期识别和风险预警的实现需基于突发公共卫生事件预警机制,即关于信息收集和报告、风险研判、预警决策等内容的制度设计。目前相关规定散见于法律、行政法规、部门规章、地方政府规章等规范性文件,虽然各文件对预警主体、预警标准、信息搜集报告程序作出了相关规定,但不同文件之间存在一定程度的差异[12]。

在监测主体方面,《传染病防治法》规定各级疾病预防机构是收集和监测突发公共卫生事件信息的主要主体;《突发公共卫生事件应急条例》规定县级以上人民政府卫生行政主管部门应当指定机构负责突发事件的日常监测;《国家突发公共卫生事件应急预案》规定各级医疗、疾病预防控制、卫生监督和出入境检疫机构负责开展突发公共卫生事件的日常监测工作,省级人民政府卫生行政部门组织开展重点传染病和突发公共卫生事件的主动监测。新冠疫情后出台的一系列地方性法规,如《北京市突发公共卫生事件应急条例》在既往要求的基础上新增了多渠道监测哨点、预警多点触发机制建设,除了强调疾控承担主要日常监测以外,各级各类医疗卫生机构、相关科研机构、药品零售企业和海关等监测哨点也需提供监测信息。

在预警主体方面,以县级以上人民政府卫生行政部门为主。如《湖北省突发公共卫生事件应急预案》中,进一步按照不同预警级别将预警权力细化授权给省卫生行政主管部门、县(区)政府以及卫生行政部门。在2020年发布的《传染病防治法(修订草案征求意见稿)》中,提出了“风险提示”权以将预警权部分赋予疾控机构,各级疾控机构可根据多渠道传染病监测信息和风险评估结果发布健康风险提示,向同级卫生健康主管部门提出预警建议,卫生健康主管部门组织评估后向同级人民政府提出建议,最终由县级以上人民政府决定发布预警并启动应急响应。

在预警标准方面,虽然在国家层面,《国家突发公共卫生事件应急预案》等规章文件将突发公共卫生事件分为四级,并明确了特别重大(Ⅰ级)突发公共卫生事件覆盖范围,但对于II级及以下预警级别尚未有明确统一规定。《突发事件应对法》将其笼统定义为以“即将发生或发生可能性增大”作为发布警报的标准,在实践中往往由省、市人民政府依据相关程序并按照应急预案明确应急响应级别及预警标准。

2.2 预警流程

在实际业务运行流程中,我国现已形成以国家、省、市、县四级人民政府及其卫生行政主管部门为主干、以疾病预防控制中心和医疗机构为辅助的以传染病为主的突发公共卫生事件预警体系。就运行流程来看,可分为风险认知流程、风险研判流程和预警发布流程[12](见图1)。风险认知流程是对突发公共卫生事件风险信息的监测、收集和上报程序。就最主要的传染病信息收集与监测而言,以卫生行政部门及其疾病预防控制中心为主导、以医疗机构为辅[13]。多渠道监测是目前的发展趋势,诸如湖北等部分省份正在建立结合医疗机构采集网络、社会面采集网络的综合监测网络。从信息传递过程来看,基层负责收集和监测信息,并自下而上逐级上报,直至省一级人民政府或国务院卫生行政部门等有权决定预警的机构[14]。

图1 突发公共卫生事件发生机制与监测预警流程示意图

风险研判流程是指预警主体依据认知流程所获得的相关信息来判断疫情爆发可能性大小的流程,主要包含研判主体、预警标准等内容,是整个预警机制的中心环节。预警发布流程是指预警主体依法向社会和公众发出的警报程序,主要包括预警级别和预警预案等内容。目前我国预警机制的运行依托于我国现行国省市县乡五级行政体制,仍然属于“以条为主”的“被动反应式”管理体系[12]。

2.3 突发公共卫生事件监测预警影响因素

基于以上分析,本研究认为影响公共卫生事件早期监测预警能否有效实现的关键因素主要有以下几方面:

首先,需建立横向覆盖多职能部门、纵向深入各层级环节的突发公共卫生事件信息监测与收集系统。我国目前信息监测与收集系统对已知传染病有较为详尽的分类和监测标准,并得到较好应用,但现有系统的信息来源主要源自被动的传染病报告数据,预警信息来源单一,信息量不足,信息化支撑和自动化流程在基层应用程度不深[15]。若想进一步完整且准确地判断事件存在的可能性和发展趋势,还需要结合临床症状、社会面信息等多元数据。

其次,科学且全面的预警标准是预警机制有效运行的关键。目前我国突发公共卫生事件的预警标准比较模糊,缺少相应指标或事件等客观标准,不利于预警主体及时预警。此外,欠缺预警标准的动态调整机制,无法及时更新预警标准以应对陌生的传染病疫情和发生频次较低的突发公共卫生事件。

第三,不同层级、不同类型的机构在应急工作中需明确划分职责和权能,充分发挥专业性优势。目前省级部门更多的是作为指导与决策者,疾控机构多是承担技术上的实施工作,在沟通协调处置过程中更容易感受到权责不匹配。此外,在现行模式下,不同部门、不同层级和不同机构之间尚未形成有效的信息共享机制,难以有效整合资源以准确预警。

3 实现路径

突发公共卫生事件预警机制需要依靠充足的信息来对各子类型事件的性质、危害和未来发展趋势做出判断。但其处置涉及多环节、多部门协同,在短时间内实现各流程打通、各机构协调并非易事。加之突发公共卫生事件本身具备复杂性和隐匿性,全国各省疾病预防信息化水平不一、人员数量与能力情况差异大,也难以形成统一可量化的预警标准。鉴于此,本文提出建立基于知识库的突发公共卫生事件早期识别和风险预警模型。一方面希望能有助于及时收集到相关信息以启动预警机制;另一方面借助案例知识库可拓展可复用的特性,在目前尚未形成针对全类型突发公共卫生事件的预警数理模型和规章规范的情况下,实现有证可循的突发公共卫生事件早期预警。

3.1 突发公共卫生事件信息采集和理论知识组织梳理

预测和控制突发公共卫生事件的关键在于对其传播、识别和预警机理进行深入分析,故需进一步详细采集来自卫生行政部门、医学科研院所、相关医学文献以及国内外医学动态的数据,经过专家筛选及审核并对其进行规范化整理组织,形成突发公共卫生事件的传播、识别和预警相关知识理论。对突发公共卫生事件进行分级分类,分析各脆弱环节及相应处置要素,梳理其发生路径,为后续研究突发公共卫生事件的早期识别和风险预警奠定基础。以公共卫生应急管理的实际需求为导向,从全面预防、早期预警、精准防控等方面分析我国公共卫生应急管理工作各流程中的问题根源、风险挑战、业务重点及全过程数据共享、分发和流转机制。

3.2 突发公共卫生事件识别与风险预警知识库构建

本研究提出建立突发公共卫生事件早期识别和风险预警知识库,通过结合案例推理和规则推理方法,分析不同风险因素的影响程度。首先以系统性、完整性、代表性、权威性和正确性为原则,通过从卫生行政部门、生物医学文献数据库、图书、期刊、网络采集到的传染病疫情、群体不明原因疾病、群体性急性中毒,以及由其他因素引起的严重危害人群健康的突发公共卫生事件数据,构建主要包括突发公共卫生事件问题库、预案库、案例库、规则库和领域库多个字库的知识库,其中规则实体的构建结合了人工编辑和规则文件获取,实现对语料中实体信息的自动化抽取和识别。该知识库以历史事件案例(如时空信息、传播范围、流行特征、危害程度、处理措施、控制结果等)为核心内容,同时包含背景知识(如传染源、传播途径、易感人群、临床表现、诊断标准、治疗措施等)、防控知识(如预防措施、控制方法、预案等)、政策法规、卫生资源(如专家资源和医院、药品、疫苗等资源库)等内容。鉴于不同时期的突发公共卫生事件反应了变化发展着的传染病疫情状况、社会经济状况、自然环境状况和公共卫生标准,知识库的存储量可以随着新问题案例的加入不断地更新扩大。知识库功能模块划分图如下(见图2)。

3.3 基于知识库的突发公共卫生事件早期识别和风险预警模型构建

该模型主要涵盖以下五大模块(见图3)。

3.3.1 数据采集与实时监测

基于构建好的突发公共卫生事件知识库,可实现面向突发公共卫生事件在医疗卫生相关机构(疾控、哨点医疗机构、院前急救机构调度信息、实验室病毒检测、药品出售情况监测等)、城市管理行政部门(食品安全、空气水源监测、交通运输、人口流动、重点职业、重点场所、农林业等)、互联网舆情及电信运营商的突发公共卫生事件自动预警系统,提高各类机构对于突发公共卫生事件的早期监测预警能力,实现多源数据、多点触发。

3.3.2 数据处理

该模型通过对多源数据进行整合处理,并使用机器学习、模型算法等方法进行分析和挖掘。

3.3.3 风险评估

结合历史数据和当前趋势分析,与突发公共卫生事件预警模型进行实时比对,对事件进行风险评估,同时结合人口密度、交通网络、气候环境等因素,评估扩散风险,及时发现新的传染病风险、群体性疾病等突发公共卫生事件。针对新发未知公共卫生事件,通过提取其特征值进行语义搜索,在历史事件知识库中采用相似度和推理规则相融合的方式,寻找与目标案例相匹配或近似匹配的案例,重用和优化案例检索结果,并监测新案例解决方法的成熟度。

3.3.4 触发预警

根据风险评估结果,发布新发传染病的风险预警,并为公共卫生应急管理部门推荐相应的预警方案及干预效果预测。预警标准可借鉴《国家突发公共卫生事件应急预案》对一级突发公共卫生事件进行具体列举的方式,将尚未被细化的二级、三级和四级突发公共卫生事件进行具体列举,建立细化的预警规则作为预警标准。鉴于预警标准可能存在颗粒度不够的情况,同时可考虑结合案例推理方式参照历史案例预警等级指标。具体而言,首先可按照历史突发公共卫生事件案例各指标(如事件类型、持续时长、影响范围、人数规模)等特征值计算历史案例和目标案例间各指标的局部相似度;其次,将案例局部相似度按一定的权重加权求和得到二者的全局相似度。以全局相似度最高的历史案例的预警级别作为新发案例的参照级别。

3.3.5 监测和反馈

通过实时监测和跟踪数据,不断优化模型。

4 讨论与总结

近年来,突发公共卫生事件频发,严重影响人民群众的身心健康和经济社会发展,已成为重要的研究课题。本研究设计的突发公共卫生事件识别与风险预警知识库模型架构可用于指导后续各类突发公共卫生事件特征、分级、防控、处置等知识库的构建,并针对不同发展阶段风险研判与决策特点、关键要素及其作用关系等方面开展分析。通过结合案例推理和规则推理方法,分析不同风险因素的影响程度。或根据历史案例复盘结果,在事件爆发前提前对危险因素进行针对性干预,以实现“防患于未然”。

本研究基于已有的经典理论模型,构建了智慧化突发公共卫生事件早期风险识别和预警模型。该模型结合了突发公共卫生事件在风险识别、监测预警的数据采集、处理、服务、应用全流程需求,为应急管理部门提供公共卫生应急服务平台设计的参考框架。基于该模型,可进一步根据传染病网络直报系统、各级区域卫生健康信息平台、各类医院信息系统、社区卫生服务信息系统、突发公共卫生事件应急指挥系统等诸多信息系统的特点和需求,设计开发智慧公共卫生应急管理平台或相应原型系统,综合提高突发公共卫生事件的早期识别能力和智能化上报水平。

本文在既往理论研究的基础上,创新性地针对突发公共卫生事件早期识别与预警环节,进行了知识库和预警模型的详细设计,是政策建议、发展模式的具象化设计体现,对于建立多点触发和多渠道预警机制、提高预警的及时性与准确性、实现突发公共卫生事件的应急管理精细化和精准化具有重要意义。此外,本研究相较于其他聚焦于传染病的监测预警模型,综合性地考虑了围绕传染病疫情、群体不明原因疾病、群体中毒,以及其他自然或人为因素引起的多种危害人群健康的公共卫生事件的风险监测预警情景。但由于各子类型突发公共卫生事件发生发展在具备共性的同时也存在复杂特性,本模型尚未实现各类别层面的具体构建。进一步的研究可完善各类型公共卫生事件风险评估模型、风险预测模型,开展公共卫生事件情景分析,建立突发事件动态评估系统。