传染病信息实时采集与应急处置系统研究

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导师姓名
史套兴  方立群
学科专业
军事预防医学
文献出处
中国人民解放军军事医学科学院   2013年
关键词
信息实时采集论文  流行病学信息支持论文  调查表定制论文  传染病现场应急作业箱论文
论文摘要

1.研究背景和目的进入新世纪以来,新发传染病不断出现,2003年的SARS疫情,2009年的甲型H1N1流感疫情,以及2013年2月中国出现的H7N9禽流感疫情等不断威胁人类健康。地震、飓风、洪水、干旱等自然灾害频发,在一些经济欠发达地区,由于医疗卫生条件有限,通讯手段落后,对传染病突发疫情不能及时监测,获取现场疫情信息困难且滞后,这些极易造成传染病的大面积流行,严重威胁人类健康。在一些偏远地区,由于专业设备欠缺,疾病预防控制人员对突发传染病疫情处置能力相对不足,容易造成疫情的扩散。对突发传染病疫情的有效控制有赖于传染病现场信息的快速获取和采取及时有效的干预措施,对传染病疫情暴发地点自然情况和历史传染病发病情况以及传染病防控专业信息的掌握,有助于传染病防控人员根据现场情况制定合理的防控措施,及时控制传染病突发疫情。因此,建立一套方便易操作、灵活多用的传染病防治及应急处置决策支持系统非常必要。本研究立足中国发展实际,依托先进的计算机硬件技术和软件技术,为应对突发传染病疫情和及时获取传染病现场信息和标本提供方便廉价的工具,建立一套软硬件结合的、完善的传染病防治和应急处置决策支持系统平台,系统平台的有效应用可以增强传染病现场调查和疫情应急处置的效率,为突发传染病疫情和其它公共卫生事件的处置提供有效的工具。2.研究内容本研究综合应用无线通讯技术、网络技术、WebGIS技术、计算机硬件集成技术建立基于网络、电脑、手机的传染病防治及应急处置决策支持系统,包括硬件和软件两个部分。软件主要为基于WebGIS的传染病防治及应急处置决策支持系统,采用浏览器/服务器架构(B/S结构),建立基于PC和PDA两个版本,满足传染病现场调查需求。本研究综合应用无线通讯技术、网络技术、WebGIS技术建立基于网络和手机的传染病防治及应急处置决策支持系统。该系统是集传染病现场调查与信息采集、卫生流行病学信息支持、卫生流行病学统计分析、传染病疫情处置指南、流行病学调查表定制、流行病学专业知识查询等功能于一体的传染病防治及应急处置决策支持系统平台。系统平台的有效应用可以快速有效地获取现场流行病学调查信息并进行统计分析,可以为流行病学相关从业人员提供专业指导,提高突发传染病疫情处置效率,避免传染病疫情的快速扩散。本系统应用方便廉价,通过用户名和密码访问网站(PC用户访问www.geoepi.com;手机用户访问m.geoepi.com)即可获得相应服务,适用于经济条件相对落后的国家和地区。本系统分为PC端和移动便携端两个入口,PC端可以通过台式机、笔记本电脑进行访问,移动便携端可以通过PDA或手机进行访问,系统操作简单,用户通过GPS定位或系统快速定位功能可以快速确定疫情的地理位置并对疫情当地的自然情况和历史传染病发病情况进行侦察。信息采集功能可以实现传染病现场调查数据实时上报与分析,并可以通过站内消息实现前方流调人员与后方专家或决策人员实时交流,后方专家可以实时指导现场流行病调查工作,提高传染病疫情的处理效率。本系统可以为传染病相关人员提供有效服务,为传染病现场调查和传染病疫情应急处置提供有效的工具和平台。硬件主要为便携式传染病现场应急作业箱,包括电子模块和医学模块两个箱体。主要应用于突发传染病疫情以及其他突发公共卫生事件的现场调查以及标本的采集、储存运输等。电子模块由自制加固计算机、风速风向仪、PDA、照相机、录音笔、内置无线网卡等一系列电子设备构成,可实现对传染病现场相关信息实时采集、分析和传输,可采集音频、视频、图片、调查表等现场资料,通过电子模块还可以实现流行病学调查前后方交互,后方专家和决策者可以实时指导现场工作,为现场工作人员提供技术支持。医学模块包括酒精灯、试剂瓶、不锈钢消毒盒、各种标本采集管、止血钳以及防护服护目镜等个人防护用品等。可用于采集动物脏器标本、昆虫、人和动物各种体液、大小便等标本,可以进行简单的试验操作并对采集的信息进行标准化处理。医学模块箱体内部结构采用模块化设计,可根据每次现场调查任务进行组合以携带不同的物品,应用方便快捷。3.方法系统中历史传染病数据资料来源于中国CDC传染病监测系统数据,包括中国各县(市)多年的传染病发病种类以及发病人数等信息,主要用于流行病学侦察,让用户了解不同地区的传染病发病情况。搜集中国所有县(市)的宿主动物数据,用于了解当地的宿主动物分布信息。搜集中国所有县(市)的气象信息,包括年/月平均温度、最高温度、最低温度、平均湿度、平均气压、降雨量等信息,为传染病的防控提供决策支持信息。搜集所有县(市)内的道路交通、地形地貌、人口特征和人口构成等信息数据。所有这些数据都应用于流行病学信息支持系统。提供传染病病原体经气溶胶施放危害评估、现场流行病学调查表定制、现场信息采集上报、疾病智能判断等功能。系统通过PC和手机两个入口进行访问,与地理信息相关信息查询以Google Map为地理显示平台、用户通过关键字查询、GPS定位等功能确定地理位置,根据地理位置查询相关地区的卫生流行病学信息、气候气象情况、宿主动物及地形地貌等基础信息,并可以通过文本、图片、调查表等方式上报当地的流行病学调查信息,并对上报的调查表信息进行实时统计分析,通过站内消息后方专家可以及时了解现场流调人员的情况,并可以对现场工作进行指导。便携式传染病现场应急作业箱可分为电子模块和医学模块两个箱体。电子模块由自制加固便携计算机、随机附件、防水安全箱3部分。流调箱绝大部分功能集成在加固计算机上,无法集成的功能设备作为随机附件,加固计算机和随机附件全部放置在定制防水安全箱中。医学模块主体也为防水安全箱,内部采用模块化设计,包括采血模块、不锈钢消毒盒、排泄物采集管、昆虫盒、动物器官标本采集管、防护模块、储运模块等。用户可以根据每次调查和采集标本任务的不同合理携带不同的物品。便携式传染病现场应急作业箱采取自主设计,现场测试定型,专业工厂代为生产的方式进行。4.结果建立了能够通过PC和PDA两个入口进行访问的传染病防治及应急处置决策支持系统,并申请域名进行了部署,PC用户通过访问http://www.geoepi.com获得服务,手机用户通过访问http://m.geoepi.com获得相关服务。4.1传染病调查现场信息实时采集上报和分析用户可以通过电脑、PDA或手机等采集传染病调查现场的调查表信息、文本信息、图片信息以及音视频信息等,这些信息可以通过无线网络实时发送至数据库。后方专家和决策者可以对现场上报的数据进行实时的统计分析,通过分析了解突发传染病疫情的发展动态、现场病人的时空分布、受影响的人群以及可能的危险因素等。系统中集成200多种传染病个案调查表和疫情调查表,当现有调查表不能满足需求时,系统提供调查表定制功能,满足现场流行病学调查人员实际需求。在现场调查中,调查者的位置信息是非常重要的,本研究中位置信息通过GPS定位模块和快速定位关键字查询获得,经纬度信息会集成在调查者上报的数据中。用户通过对上报的信息进行统计分析,可以实时绘制现场调查病例空间分布地图、流行曲线,年龄性别职业分布等也可以快速通过饼图、条图等进行展示。当系统内置分析功能满足需求时,用户可以将调查数据导出为Excel格式,而后利用STATA、SPSS等专业软件进行进一步分析。4.2以Google Map为地理信息显示平台的全国卫生流行病学信息支持了解传染病疫情当地的相关信息可以为传染病疫情处置提供有效的信息支持,提高疫情处置效率。用户通过GPS定位和系统提供的快速定位功能可以快速确定自己所处的地理位置,现场疫情处置人员可以通过系统了解传染病疫情现场的基本情况,用户位置信息以及当地流行病学信息会在Google Maps平台上进行展示。这些信息包括传染病既往流行情况、地形地貌特征、宿主动物分布、气候信息、交通状况、医疗卫生机构分布等。根据传染病疫情现场处置需求,搜集并整合了传染病相关专业知识并建立了数据库,传染病相关从业人员及传染病疫情处置人员可以通过电脑手机随时检索查阅,可以丰富传染病相关从业人员专业知识、为传染病疫情应急处置人员和卫生部门决策者提供信息支持。包括专业信息、应急预案、经典案例、防护防疫保障、文书指南、专业技能信息、法律法规、卫生资源等信息。可以为疾病预防控制相关从业者提供专业的技术支持。4.3基于Google Maps API可视化方法的传染病病原体经气溶胶施放危害评估利用Google Map API (谷歌地图应用程序开发接口)提供的绘图和空间分析功能,结合现有的传染病病原体经气溶胶施放扩散模型和全国人口密度数据,实现对病原微生物通过气溶胶施放所造成的危害范围、受影响人数的快速评估,并在地图上进行动态的可视化模拟与展示。该方法可以在发生通过气溶胶施放生物危害事件时对不同种类病原微生物危害的范围、人数等进行快速评估,为快速制定防控措施、减少生物危害后果提供决策支持依据。4.4传染病突发疫情处置指南本研究集成突发传染病疫情和突发公共卫生事件应急处置流程图,包括重大传染病处置流程、新发传染病应急处置流程、食物中毒、核化生危害应急处置以及其它公共卫生事件应急处置流程。现场处置人员和决策者可以获得多种突发公共卫生事件的处置流程,也可以获得不同应急事件的相关专业信息,包括相关传染病预防控制信息、传染病实验室诊断信息、相关法律法规、相关卫生服务信息以及消毒、杀虫、灭菌等信息。4.5流行病学调查表定制功能本研究实现了流行病学调查表现场定制功能,系统管理员用户可以管理现有的调查表,可以对现有调查表进行优化,也可以定制新的调查表。普通用户具有输入、浏览、修改、查询、以及对调查表数据进行分析以及导出为Excel文件的权限。现场调查处置人员可以根据现场需要快速定制新的调查表。定制调查表的表项在系统中容易获得而且容易填写,主要包括单选项、多选项、文本、表格、时间等类型。用户可以根据填写调查表的设备(PC或PDA)合理设置所定制调查表的格式,使得用户易于在线填写、发送及浏览。用户上报的调查表信息直接写入数据库,具有相应权限的用户可以对这些信息进行实时统计分析并将结果反馈给现场调查人员,有助于现场调查和疫情处置的有效开展。4.6便携式传染病现场应急作业箱本研究根据现场流行病学调查的需要,研制出新一代的便携式传染病现场应急作业箱,调查箱包含电子模块和医学模块两个箱体,能够实现现场流行病学调查作业的集成化、信息化和模块化,实现调查现场到指挥中心的快速沟通,进一步提高现场流行病学调查工作的实时性和科学性。5.结论传染病防治及应急处置决策支持系统和新一代流行病学现场调查作业箱构成一套完整的流行病学现场调查作业平台,平台集现场信息采集与传输、现场标本采集与储运、数据分析、流行病学调查表定制等功能于一体。携带方便、使用灵活、成本低廉,适合多种级别的用户进行流行病学调查和标本采集。系统平台的有效应用可以提高我国现场流行病学调查的信息化水平和效率,为传染病防控和突发公共卫生事件处置提供强有力的工具。

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缩略词表

中文摘要

英文摘要

前言

1. 研究背景和立题依据

2. 国内外研究现状

3. 研究目的和意义

4. 本文主要研究内容

参考文献

第一部分 传染病信息实时采集与应急处置系统平台架构设计

1. 系统总体架构模式

2. 软件部分功能设计和开发策略

2.1 系统总体应用框架

2.2 管控端功能模块设计

2.3 地图可视化功能模块设计

2.4 系统开发工具

3. 硬件部分功能设计和开发策略

3.1 硬件基本架构设计

3.2 加固计算机功能设计

3.3 随机附件功能设计

第二部分 基于 WEB 的现场流行病学信息支持

1. 技术背景和需求分析

2. 功能实现

2.1 GPS 定位和基础地理信息查询

2.2 防护防疫保障信息查询

2.3 专业信息查询

2.4 专业技能查询

3. 应用与讨论

第三部分 基于 Ontology 的流行病学调查表定制的设计与实现

1. 技术背景和需求分析

2. 研究对象与方法

2.1 研究对象

2.2 实现方法

3. 结果

3.1 流行病学调查表定制基础架构和流程

3.2 流行病学调查表 Ontology 库的建立

3.3 流行病学调查表定制应用模式

3.4 流行病学调查表定制功能实现

3.5 调查表管理与维护

3.6 调查表数据导出

3.7 流行病学调查过程中的质量控制

4. 应用与讨论

参考文献

第四部分 基于 WEB 的传染病信息实时采集和统计分析

1. 技术背景和需求分析

2. 功能实现

2.1 功能架构和技术方案

2.2 功能实现

3.应用与讨论

第五部分 基于 Google MapAPI 的传染病病原体经气溶胶施放危害评估方法的建立

1. 技术背景和需求分析

2. 基本原理与功能实现

2.1 伯努里曲线气溶胶动态扩散模型

2.2 伯努里动态扩散模型参数和取值

3. 基于 GoogleMaps API 的生物危害评估过程

3.1 Google Map 和 GoogleMaps API 简介

3.2 采用 GoogleMaps API 实现动态伯努里评估曲线绘制

3.3 基于动态伯努里曲线实现气溶胶施放影响范围与人数估算

4. 应用与讨论

4.1 评估参数设定

4.2 动态绘制气溶胶施放影响范围

4.3 评估结果

参考文献

第六部分 便携式传染病现场应急作业箱的研制

1. 技术背景和需求分析

2. 技术方案和结构设计

3. 设备功能实现

3.1 箱体外观设计

3.2 电子模块功能图解与设计

3.3 医学模块功能图解与设计

4. 应用与讨论

第七部分 传染病信息实时采集与应急处置系统功能集成与应用

1. 前言

2. 系统使用手册及主要功能介绍

2.1 传染病现场调查与信息采集

2.2 卫生流行病学基础信息支持

2.3 传染病病原体经气溶胶施放危害评估

2.4 卫生流行病学统计分析

2.5 疾病智能判断

2.6 流行病学专业技能信息支持

2.7 疫情处理指南

2.8 系统管理

2.9 网站部署与配置

3. 传染病防治及应急处置决策支持系统在 2009 年甲型 H1N1 流感疫情中应用

3.1 前言

3.2 研究对象与方法

3.3 结果

3.4 讨论

参考文献

结论

附录 1 致谢

附录 2 个人简历

附录 3 博士期间发表的论文目录

附录 4 博士期间取得专利情况

附录 5 博士期间取得软件著作权情况

附录 6 综述

参考文献

附录 7 在学期间发表的与学位论文密切相关的代表性论著

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