Цифровая медицина в эпоху пандемии. Обзор

Современные технологии, все то, что мы понимаем под термином цифровое здравоохранение, играют важную роль в борьбе с коронавирусным кризисом на переднем крае этой "войны". Правительства по всему миру принимают решительные меры по сдерживанию распространения, пока ученые соревнуются со временем в поисках эффективной вакцины.

Медицинские и технологические компании, ученые и исследователи во всем мире в настоящее время разрабатывают новые решения, которые помогают мировому здравоохранению справиться с кризисом с наименьшими потерями, решить все неожиданно возникающие проблемы - ограничения доступа в медицинские учреждения, ухудшение состояния людей в условиях изоляции, психические трудности и т.п. , а также предпринять меры по снижению человеческих и материальных потерь из-за пандемии.

В этом обзоре мы хотим представить вам технологии, которые являются эффективным оружием в борьбе с коронавирусом.

Технологии прогнозирования развития пандемии

Сегодня, в условиях недоступности вакцин и реально работающих лекарств от COVID-19, первостепенное значение приобретает ограничение распространения заболевания. И для того, чтобы лучше понять, какие инструменты для этого наиболее эффективны, разработаны эпидемиологические модели для прогнозирования распространения заболеваний и, в частности, коронавируса. Такие инструменты, в том числе и онлайновые, доступны для общего пользования и позволяют понять тяжесть ситуации и даже сопоставить его с демографической ситуацией в конкретном населенном пункте.

Например, американская газета Вашингтон Пост опубликовала статью, в которой объяснено распространение инфекционного заболевания (с использованием математической модели) с анимированными графиками, показывающими, как распространяется болезнь и как важно ограничить контакт. Там показано, как влияет на распространение болезни такие меры как карантин, умеренное социальное дистанцирование и расширенное социальное дистанцирование, и что из этого наиболее эффективно.

Один из онлайновых инструментов разработан в Гарвардском университете - он позволяет моделировать различные сценарии развития ситуации для исследовательских и образовательных целей. Там можно ввести свои собственные параметры, такие как численность населения, клинические факторы и скорость передачи, и смоделировать, как они влияют на распространение инфекции, смертность, а также восстановление после COVID-19. Результаты можно посмотреть в виде легко понятных графиков. Особенно полезно визуализировать, насколько эффективны такие мероприятия, как социальное дистанцирование или карантин.

Еще одним удобным инструментом является модель, разработанная университетом Пенсильвании (США). Она позволяет использовать данные для имитации воздействия COVID-19 на больницы. Этот метод может помочь руководству больниц лучше подготовиться к ведению болезни, а также информировать власти о том, при каких условиях вместимость их больницы может быть превышена, если не будут приняты надлежащие меры по ограничению распространения инфекции.

В свою очередь газета "Нью-Йорк Таймс", используя данные, полученные от американских Центров контроля заболеваний, создала онлайн-инструмент, позволяющий сравнить смертность от COVID-19 с данными других основных "убийц", таких как рак и болезни сердца. Это позволяет скорректировать данные об инфекции и уровне смертности, чтобы лучше понять тяжесть болезни.

Интерактивные карты продвижения пандемии

Получение реальных данных о пандемии становится сложным, особенно в условиях все увеличивающегося информационного потока, насыщенного ложными данными. Для решения этой проблемы было разработано сразу несколько интерактивных онлайновых карт. В частности, университет Джона Хопкинса разработал онлайн-панель, собирающую данные из различных доверенных источников, которую сейчас используют во многих странах. Она позволяет пользователям легко визуализировать и отслеживать данные о смертности, выздоровлениях и распространении пандемии в глобальном масштабе и по конкретным странам.

Аналогичную интерактивную карту на базе своего поисковика выпустила компания Microsoft, черпая свои данные из официальных источников. Она отображает реальные данные о количестве инфицированных, выздоровевших и умерших людях во всем мире и в отдельных странах, при этом позволяет просматривать связанные с этим новости. Правда, эта карта не очень своевременно обновляется, но все же может служить для предоставления общей информации. К сожалению, данные о России там немногочисленны и вряд ли могут быть полезными.

Цель таких интерактивных карт и информационных панелей заключается в том, чтобы дать общественности представление о развитии эпидемической ситуации по мере ее возникновения, используя прозрачные источники данных.

Искусственный интеллект

Еще до того, как ВОЗ выпустила предупреждения о распространении COVID-19, в декабре 2019 года компания BlueDot озвучила информацию о возможной эпидемии. Сделала она это при помощи своей системы на основе искусственного интеллекта (artificial intelligence, AI), который идентифицирует тенденции путем "прочесывания" новостных сообщений, данных авиакомпаний и сообщений о вспышках заболеваний животных. Эти тенденции затем анализируются эпидемиологами, которые, в свою очередь, предупреждают клиентов компании.

В условиях пандемии аналогичным методом пользуются несколько других организаций. Британские ученые из Саутгемптонского университета использовали анонимизированную информацию о передвижениях людей, полученную из данных смартфонов и авиационных полетов, для изучения распространения болезни из китайского города Уханя и как она может повлиять на другие города вскоре после первого предупреждения. Другая группа исследователей синтезировала данные из сообщений о случаях заболеваний, перемещений людей и вмешательствах органов общественного здравоохранения, после чего проанализировала их с использованием AI для моделирования распространения COVID-193 и показала, как карантинные меры задержали рост эпидемии.

AI используется не только для отслеживания болезни, но и для диагностики. Многие больницы во всем мире используют такое программное обеспечение для обнаружения признаков COVID-19 при радиологическом сканировании. Например, AI-алгоритм, разработанный китайской компанией Alibaba, способен обнаруживать инфекции COVID-19 на КТ-сканах груди пациентов с точностью 96% в считанные секунды.

Телемедицина

Телемедицина и чат-боты в условиях пандемии и связанными с ней требованиями социальной изоляции и дистанцирования становятся все более привлекательными решениями.

Во многих странах начинают все активнее поддерживать телемедицину для снижения рисков, связанных с распространением вируса. В ОАЭ создается первая виртуальная больница на Ближнем Востоке. Правительство США предпринимает значительные шаги для расширения доступности услуг телемедицины, активизировались подобные усилия и в России.

Компания Altoida NMI сделала бесплатным для клиник и телемедицинских учреждений во время пандемии свой сервис мониторинга здоровья мозга, чтобы поддерживать непрерывность ухода за пациентами с когнитивными нарушениями во время их пребывания дома.

В то же время резко вырос спрос на такие услуги. Использование телемедицинских приложений Amwell увеличилось в США с января на 158%, в то время как PlushCare сообщает, что количество виртуальных консультаций увеличилось на 70%. Последняя даже планирует внедрить сервис для тестирования COVID-19 на дому.

В Италии компания Paginemediche запустила онлайн-чатбот, разработанный в соответствии с инструкциями Министерства здравоохранения, в целях поддержки удаленной сортировки потенциальных случаев COVID-19. Несколько медицинских организаций в стране стали использовать это решение в качестве средства уменьшения посещений больниц и перекрестного заражения.

В Великобритании компания Healthcare Communications развернула свой чатбот, доступный для любого подразделения Национальной службы здравоохранения, который мгновенно отвечает на самые распространенные вопросы, используя проверенные источники. Компания также предоставляет платформу видеоконсультаций eClinic для виртуальных встреч и оценки состояния пациента.

Аналогичную систему, которая доступна по всему миру и, в частности, на русском языке, разработали специалисты Школы медицины американского университета Эмори. Этот Coronavirus Checker задает вопросы о возрасте, местоположении и симптомах пользователя, чтобы вывести сводку о его рисках в отношении COVID-19 и предоставить инструкции в соответствии с рекомендациями Министерства здравоохранения.

Технологии отслеживания контактов с зараженными людьми при помощи смартфонов

Успех Южной Кореи в борьбе со эпидемией отчасти связан с эффективной организацией отслеживания инфицированных людей. Власти использованные данные видеонаблюдения, банковских операций и применения телефона, чтобы определить и отследить людей, которые подверглись воздействию COVID-19. Этих людей предупреждали с помощью текстовых сообщений, и они, в свою очередь, могли информировать других людей о возможности заражения.

Израиль придерживается аналогичного подхода. Здесь соответствующие органы использовали данные о местоположении, полученный из телефона, для борьбы с коронавирусом. Зараженных людей предупреждали о необходимости карантина.

В Сингапуре правительство запустило приложение TraceTogether в качестве управляемого способа для отслеживания контактов. TraceTogether работает за счет обмена сигналами Bluetooth между телефонами на коротких расстояниях для обнаружения других пользователей TraceTogether в непосредственной близости друг от друга. Записи таких встреч хранятся локально на телефонах каждого пользователя.

Это облегчает процесс отслеживания контактов и позволяет медицинским службам быстрее информировать пользователей TraceTogether, которые являются близкими контактами с заболевшим COVID-19.

Другие организации также работают над подобными решениями. В частности, в недавно запущенном проекте с открытым исходным кодом CoEpi разрабатывается приложение, похожее на TraceTogether. Исследователи американского Массачусетского технологического института также работают над аналогичным проектом, позволяющим пользователям регистрировать свои передвижения и сравнивать их с данными других людей, инфицированных COVID-19.

Конечно, такой нетрадиционный метод вызывает вопросы конфиденциальности. И озабоченность по этому поводу, и необходимость такого метода оправданы. Будет трудно заставить людей мириться с таким наблюдением или даже сообщать о своем инфекционном состоянии, и это может послужить проверкой доверия населения к властям.

Цифровая психиатрия

Пандемия оказывает пагубное воздействие на психику людей. Она особенно сильно оказывает влияние на переутомленных и перегруженных медицинских работников, которые ежедневно находятся на передней линии борьбы с заразой. В это время все более востребованными стали приложения, предназначенные для обеспечения психического здоровья.

Например, приложение Headspace бесплатно предлагает свою Премиум-версию для медицинских работников, которые работают в сфере общественного здравоохранения. Для широкой общественности компания открыла часть функционала своего приложения "Weathering the storm", которая содержит набор бесплатных медитаций и упражнений, предназначенных для поддержки людей по всему миру во время пандемии.

Компания Sanvello также открыла премиум-контент своего решения для поддержания поведенческого здоровья на период кризиса. Он использует сочетание когнитивно-поведенческой терапии, медитации, отслеживание настроения и здоровья, чтобы помочь людям пройти через трудные времена.

Недавнее исследование, проведенное Американской кардиологической ассоциацией, показало, что некоторое время, потраченное на расслабление, может снизить как кровяное давление, так и риск сердечно-сосудистых заболеваний. 

Носимые технологии

Носимые устройства в эпоху пандемии нашли новое применение. Например, приняв участие в проекте DETECT, владельцы носимых устройств от таких компаний, как Apple, Fitbit и Garmin, могут помочь обнаружить вспышки вирусных заболеваний и помочь органам здравоохранения принять оперативные меры. Участники могут обмениваться данными об их сердечном ритме, уровне сна и активности, а также о респираторных симптомах, лекарствах, данными электронной медицинской карты и результатами теста на грипп, стрептококк или COVID-19.

Одна из профилактических мер, которую можно принять для предотвращения инфицирования, заключается в отказе от прикосновений к лицу. Однако, как бы просто это не звучало, для многих действие стало рефлекторным - есть люди, прикасающиеся к лицу в среднем 20 раз в час. Компания Slightly Robot создала носимое устройство Immutouch, которое может помочь в борьбе с этой привычкой. После первоначальной калибровки браслет будет жужжать, когда рука приближается к лицу.

Вынужденная изоляция нарушает все сферы нашей жизни, включая физическую активность. Чтобы сохранить активность людей компания Fitbit бесплатно предоставляет доступ к 90-дневной пробной версии Fitbit Premium - премиальной программе с сотнями тренировок, чтобы люди могли продолжать двигаться в помещении. "Умные" часы Fitbit напоминают своим владельцам о регулярном мытье рук, а также имеют таймер на время мытья рук не менее 20 секунд.

3D-печать медицинского оборудования

3D-печать начала широко использоваться в области медицины - эта технология используется для печати живой кожи с кровеносными сосудами, многослойных таблеток для медикаментов и протезирования. Конечно же, 3D-печать может быть использована и для борьбы с пандемией.

Одной из наиболее острых проблем, с которой сталкиваются медицинские работники во всем мире, является нехватка медицинского оборудования из-за огромного количества случаев заболевания, с которыми им приходится иметь дело. В частности, в разгар первой волны эпидемии стала очевидной нехватка средств индивидуальной защиты и аппаратов искусственной вентиляции легких - это две вопиющие проблемы, которые подвергают опасности практикующих врачей и пациентов. Эта нехватка побудила многих разработчиков заняться самостоятельным производством такого оборудования.

Например, испанская группа Coronavirus Makers разработала и сделала доступными "конструкции" маски и даже механических вентиляторов, которые могут быть напечатаны с помощью 3D-принтера. В Италии стартап Thefablab с помощью 3D-печати снабдил больницы клапанами, необходимыми для подключения респираторов к кислородным маскам. Правда после этого производитель оригинального устройства отказывается делиться проектными файлами, на которые распространяются авторские права и патенты.

Другие разработчики используют напечатанные на 3D-принтере части, чтобы изменить маски для подводного плавания для использования в качестве C-PAP маски для кислородной терапии. Решений, ориентированных на широкую общественность, а не на больницы, также очень много.

Роботы в условиях пандемии

Наличие роботов в медицинском учреждении в наше время уже стало реальностью. При этом они, возможно, лучше всего подходят для борьбы со смертельными инфекционными заболеваниями, так как они не подвержены перекрестному инфицированию.

В Китае гигант электронной коммерции компания JD.com использовала самоходные роботы для доставки медицинских товаров в г. Ухане. Стартап Shanghai TMIRob направил роботов для дезинфекции палат, отделений интенсивной терапии и операционных в больницах города.

Еще в январе врачи одной из больниц США использовали робота, чтобы помочь им забрать жизненные показатели пациента, зараженного вирусом COVID-19, чтобы свести к минимуму воздействие. Они могли общаться с помощью экрана робота, а последний также имел стетоскоп для измерения жизненных показателей пациента.

Роботы, используемые для наблюдения за выздоравливающими пациентами, перенесшими инсульт, в настоящее время перепрофилируются в Таиланде для измерения температуры пациентов и предоставления врачам возможности общаться с пациентами по видеосвязи.

Бельгийская робототехническая компания ZoraBots также принимает участие в подобном проекте. В Бельгии был введен запрет на посещение домов престарелых, чтобы разорвать цепь передачи инфекции. ZoraBots бесплатно предоставила своих роботов в эти центры по уходу за престарелыми, чтобы они могли дистанционно поддерживать связь со своими близкими.

Секвенирование и редактирование генома

Первый геном для вакцины COVID-19 был секвенирован китайскими учеными уже в течение первого месяца после первого случая официально зарегистрированного заражения коронавирусом. И с того момента было завершено еще несколько десятков подобных исследований. Благодаря технологическому прогрессу и стремлению к международному сотрудничеству, человеческие жизни могут быть спасены благодаря ускоренной диагностике и разработке вакцины. Так как с развитием технологий медицинский персонал сможет гораздо быстрее проводить секвенирование генома патогенных микроорганизмов, скорость успешного поиска адекватной терапии также увеличится. И, следовательно, мы сможем спасти гораздо больше жизней от смертельного вируса.

Исследователи, работающие с технологией редактирования генов CRISPR*, также принимают участие в войне с COVID-19. Ученые из Нью-Йоркского Центра геномов и Нью-Йоркского университета недавно опубликовали результаты своих исследований новой методики, использующей CRISPR для подавления экспрессии генов. Затем они адаптировали ее к COVID-19, чтобы определить оптимальные направляющие РНК**, которые могут быть использованы для будущего обнаружения и терапевтического применения, и сделали эти исследования доступными в Интернете.

Ученые из Стэнфордского университета (США) опубликовали свои результаты по методике, основанной на CRISPR, которая может воздействовать на более чем 90% всех коронавирусов, включая COVID-19, и подавлять их. Новый метод называется PAC-MAN (как ссылка на классическую видеоигру). Он содержит убивающий вирус фермент Cas13, который направляется нитью РНК. Последняя дает команду ферменту уничтожить определенные нуклеотидные последовательности в геноме возбудителя коронавируса

Другие же используют эту методику, чтобы за считанные минуты ускорить тестирование на COVID-19.

* CRISPR (точнее, CRISPR/Cas9) — мощный инструмент редактирования геномов. Он основан на элементе защитной системы бактерий, который биологи приспособили для внесения изменений в ДНК растений, животных и людей.

** Направляющая РНК, гРНК (guide RNA, gRNA) — небольшая молекула РНК, которая функционирует в качестве матрицы при редактировании РНК.

Обзор подготовлен по материалам Medical Futurist