Метод і система для епідеміологічних досліджень гострих респіраторних захворювань

Abstract

Всесвітня організація здоров’я відзначає, що грип та інші респіраторні вірусні інфекції (ГРВІ) відносять до найбільш масових захворювань. Наукова новизна отриманих результатів роботи полягає у вирішенні актуальної науково-технічної задачі – підвищення ефективності прогнозування епідеміологічних процесів ГРВІ на основі розвитку математичних моделей та розробки компартментно–кластерних моделей для об’єктно-програмного моделювання динаміки складних біомеханічних процесів і систем, що є важливим для умов медичного прогнозування. В дисертаційній роботі викладені результати досліджень щодо розробки методу і системи для епідеміологічних досліджень гострих респіраторних захворювань. Експериментальні дослідження методу і системи підтвердили дієспроможність програмного середовища визначати порогові значення базових чисел репродукції з урахуванням типу моделі, що забезпечило лікаря достовірним прогнозом і надало йому можливості розробляти оптимальні індивідуальні схеми профілактичних заходів. Розроблено Web–інтегроване програмне середовище дослідження інфекційних захворювань та методів його керування за допомогою вакцинації, яке впроваджено в головне Управління Держсанепідслужби у Тернопільській області. Розроблене середовище містить програмний інтерфейс, орієнтований на користувача, та відкриту бібліотеку відповідних Java-класів

Научная новизна работы заключается в решении актуальной научно- технической задачи – повышение эффективности прогнозирования эпидемиологических процессов ОРВИ на основе развития математических моделей и разработки компартментно–кластерных моделей для объектно-программного моделирования динамики сложных биомеханических процессов и систем, что важно для условий медицинского прогнозирования. В диссертационной работе изложены результаты исследований по разработке метода и системы для эпидемиологических исследований острых респираторных заболеваний. Экспериментальные исследования метода и системы подтвердили дееспособность программной среды определять пороговые значения базовых цифр репродукции с учетом типа модели, что обеспечило врача достоверным прогнозом и дало ему возможности разрабатывать оптимальные индивидуальные схемы профилактических мероприятий. Разработана Web–-интегрированная среда программирования исследования инфекционных заболеваний и методов его управления с помощью вакцинации, которое внедрено в главное Управление Госсанэпидслужбы в Тернопольской области. Разработанное среда содержит программный интерфейс, ориентированный на пользователя, и открытую библиотеку соответствующих Java–классов.

The World Health Organization notes that influenza and other respiratory viral infections (VRI) are among the most spread diseases that take a leading place in the structure of infectious diseases, which is 80%-90% of the total number of diseases. Taking into consideration the ability of the influenza virus to cause annual epidemics in different parts of the planet, it can be stated that influenza and its prognosis are important problems. Recently, scientific researches related to the analysis and forecast of probable scenarios of the development of epidemics that can act ahead of and promote the effective carrying out of immunoprophylaxis measures become significant. Scientific novelty of the received results is to solve relevant scientific and technical tasks - increase the efficiency of prognostic of epidemiological process of VRI on the basis of development of mathematical models and development of compartment-cluster models for object-software modeling of dynamics of complex biomechanical processes and systems, that is important for medical forecasting. The conducted analysis of literary confirmed the relevance of the current problem of infectious epidemics, and especially VRI, which allowed to define the purpose and main tasks of its achievement by increasing the efficiency of modeling and predicting of epidemiological processes of VRI with the help of development of appropriate models and software-oriented complex of decision-making support. For the first time a combined simulation model of the VRI spread, as a set of compartment stochastic model and a probable cellular automaton is proposed , which allows to simulate the processes of dimensional transfer of the disease. The deterministic and stochastic models of the spread of the flu through the representation of flows in the form of a random variable, distributed according to the binomial law, that provide a clear reflection of the dynamics of the epidemic process from the absolute values of the amount of compartment and realistic results, compared with the known models. A method of modeling of the spatial distribution of VRI in a time-distributed population is proposed , which uses a combined simulation model based on a stochastic compact model that allows us to present the studied epidemic system as a megapopulation from a multitude of elementary populations that form a twodimensional spatial lattice. The subsystem of decision-making support has been improved by applying into its structure the error detector, the error correction block and the block of control of the coincidences, which provides the practitioner with an unmistakable and unambiguous decision regarding the prognosis of the disease course, taking into account their cause-consistent connection and the automated replenishment of the expert system and knowledge base with complete knowledge. On the basis of developed models and systems, a complex object-program modeling is provided, that provides a selection of epidemiological models, identification of their parameters, determination of the epidemic threshold, as well as issues, related to the nonlinear dynamic of the system, solving the problems of optimal management of the epidemic at the expense of immunoprophylaxis measures. Experimental studies of the method and the system confirmed the ability of the software environment to determine the threshold values of the basic numbers of reproduction, taking into account the type of model, which provide the doctor with a reliable prognosis and give him the opportunity to develop optimal individual schemes of preventive measures. Web-integrable software environment of studying infectious diseases and methods of its control with the help of vaccination, introduced in the main Office of the Ternopil region laboratory center of state sanitary and epidemiological service of Ukraine is developed. The designed environment contains program interface for users, and open library of the appropriate Java classes.