Проекты
Конкурсные проекты

Компьютерная модель для определения оптимальной схемы вакцинации населения против ветряной оспы


Тип участника:  Авторский/творческий коллектив
Полное наименование организации/физического лица/авторского или творческого коллектива:  Алтайский государственный университет. Творческий коллектив: Кульшин Антон Витальевич, магистрант Института математики и информационных технологий; Козлов Денис Юрьевич, доцент кафедры информатики ИМИТ; Хворова Любовь Анатольевна, доцент кафедры теоретической кибернетики и прикладной математики ИМИТ
В лице (для организации или авторского/творческого коллектива указывается ФИО и должность руководителя):  Хворова Любовь Анатольевна, доцент кафедры теоретической кибернетики и прикладной математики ИМИТ
Интернет-сайт заявителя:  www.asu.ru
Контактное лицо: ФИО:  Хворова Любовь Анатольевна
ФИО всех участников авторского/творческого коллектива:  1. Кульшин Антон Витальевич
2. Козлов Денис Юрьевич
3. Хворова Любовь Анатольевна
Идея и краткое описание ИТ-проекта: 

В настоящее время все отрасли экономики подвержены цифровой трансформации. Медицина, и в широком смысле, здоровьесбережение населения, – одна из сфер деятельности человека, ставящая большое число задач по разработке алгоритмов, технологий и программных решений по автоматизации различных бизнес-процессов.

Целью проекта является разработка алгоритма и приложения с возможностью их последующего внедрения в практическую деятельность для улучшения качества оказания услуг и повышения производительности труда персонала лечебно-оздоровительной и курортной сферы.

В рамках реализации проекта разработана компьютерная модель с различными схемами вакцинации против ветряной оспы.

В период пандемии COVID-19 очевидна ценность математических и компьютерных моделей эпидемий и вакцинопрофилактики различных эпидемиологических заболеваний. Задача проекта – разработка компьютерной модели вакцинации против ветряной оспы совместно с АГМУ, прогнозирующей влияние различных схем вакцинации на население Алтайского края в течение длительного периода времени. Развитием проекта станет разработка веб-сервиса, реализующего модель, с последующим внедрением в учебный процесс кафедры эпидемиологии, микробиологии и вирусологии АГМУ. Также будет разработан веб-сервис по оценке вероятности возникновения внутрибольничных инфекций.

Перечень решаемых задач:  В проекте осуществлена реализация имитационной модели распространения ветряной оспы в популяции как система управления и стратегического планирования вакцинопрофилактики вируса Varicella Zoster. Разработан алгоритм компьютерной симуляции распространения ветряной оспы с особенностями различных типов вакцинации. Проведен сравнительный анализ полученных в процессе построения модели результатов с реальными медицинскими данными.
Описание функциональных возможностей и элементов проекта: 

Компьютерная модель позволяет разработать систему управления и прогнозирования тенденции распространения заболевания среди населения Алтайского края, определить сроки достижения пика и максимального снижения уровня заболеваемости с выходом на минимальное плато в уровне передачи заболевания для оценки эффективности плановой вакцинопрофилактики на общую эпидемическую ситуацию.

Дата внедрения (в случае, если предполагается запуск проекта в эксплуатацию):  20.12.2022
Используемые платформы, средства разработки: 

Компьютерная модель разработана на языке программирования Python.

В основу построенной имитационной модели положен метод Монте-Карло симуляции, суть которого заключается в построении математических моделей с использованием генератора случайных чисел. Метод Монте-Карло – общее название группы численных методов, основанных на получении большого числа реализаций стохастического (случайного) процесса, который формируется таким образом, чтобы его вероятностные характеристики совпадали с аналогичными величинами решаемой задачи.

Стоимость разработки системы:  300 000 РУБЛЕЙ
Средний размер ежегодных затрат на эксплуатацию:  5 000 РУБЛЕЙ
Перспективы развития: 

Развитием проекта станет разработка веб-сервиса, реализующего модель, с последующим внедрением в учебный процесс кафедры эпидемиологии, микробиологии и вирусологии АГМУ. Также будет разработан веб-сервис по оценке вероятности возникновения внутрибольничных инфекций.

Достижение поставленных целей:  Достижение поставленных целей и задач связано с заинтересованностью медиков в результатах проекта.
Кроме того, 90% задач реализовано в рамках выполнения выпускной работы. В рамках магистерской диссертации все поставленные задачи будут реализованы.
Социальная значимость и/или экономическая эффективность (в зависимости от типа проекта): 

Среди медицинских мероприятий, реализуемых в борьбе с инфекционными болезнями, одно из ведущих мест отводится вакцинопрофилактике. Во всем мире она признана как наиболее эффективное, экономичное и доступное средство в борьбе с инфекциями. В нашей стране вакцинопрофилактика поднята до ранга государственной политики, способной обеспечить предупреждение, ограничение распространения и ликвидацию инфекционных болезней.

Ветряная оспа – острая системная, обычно детская инфекция, вызываемая вирусом ветряной оспы – вирусом опоясывающего лишая (varicellazoster). Является чрезвычайно заразным и распространённым по всему миру заболеванием, обладающим рядом специфических характеристик: распространяется воздушно-капельным путем, при котором происходит инокуляция вируса на слизистую, или через прямой контакт с носителем вируса; обладает высокой контагиозностью, восприимчивость к инфекции среди восприимчивых людей достигает 95–100%; характеризуется лихорадкой, умеренно выраженной интоксикацией и распространённой везикулезной сыпью. Подвержены инфекции преимущественно дети дошкольного возраста, посещающие детские образовательные учреждения. На их долю приходится в среднем 94–96% от общего количества заболевших, при этом пик заболевания приходится на возраст 3–4 года. После перенесенного заболевания у 97% переболевших вырабатывается пожизненный иммунитет.

Опираясь на опыт организации вакцинопрофилактик против вируса varicella zoster за рубежом, на территории Российской Федерации, в том числе и на территории Алтайского края, в настоящее время рассматриваются всевозможные стратегии и способы организации вакцинопрофилактик. Ориентировочные расчеты затрат свидетельствуют, что на лечение заболевших и противоэпидемические мероприятия по «управляемым» инфекциям из бюджета страны в 2021 г. было израсходовано не менее 5,1 млрд. рублей. В то же время, известно, что затраты на вакцинацию для любой инфекции, эпидемиологическая эффективность которой доказана, примерно в 10 раз меньше затрат на лечение заболевания. В этих условиях становится очевидной медицинская и экономическая значимость вакцинопрофилактики, организация и проведение которой несет на себе элементы повышенной ответственности за эпидемиологическое благополучие населения страны. 
Актуальность, экономическая или социальная полезность: 

Актуальность и практическая значимость проекта связаны с потребностями врачей в системе, способной управлять и планировать сроки и методы иммунопрофилактики, в определении сроков достижения пика распространения вируса ветряной оспы и максимального снижения уровня заболеваемости с выходом на минимальное плато в уровне передачи заболевания.

Адаптивность, стилистическое единство всех функциональных блоков:  При реализации проекта учитывалась адаптивность и стилистическое единство всех функциональных блоков.
Масштабируемость, способность к взаимодействию с другими системами, мобильность: 

Масштабируемость, способность к взаимодействию с другими системами, мобильность изначально заложены в требования к компьютерной программе.

Обоснованность применяемых проектных решений: 

Проект относится к междисциплинарной области, объединяющей медицину, компьютерные науки, математику и статистику. Крупномасштабные медицинские проблемы, требующие анализа больших объемов данных, в данном проекте решаются с вычислительной точки зрения и, главным образом, включают в себя разработку алгоритмов и программ, баз данных, компьютерных методов и моделей для обработки и анализа медицинских данных.

Все результаты моделирования согласуются с данными литературных источников, а также были обсуждены и одобрены врачами-специалистами.
Оригинальность, новизна, отличие от аналогов либо отсутствие аналогов: 

При разработке компьютерной модели использована модифицированная имитационная SEIR-модель распространения эпидемии, в которой к трём состояниям SIR-модели добавляется еще одно – Exposed (зараженный, находящийся в инкубационном периоде). Кроме того, в модели учитываются

следующие наиболее значимые параметры для каждого индивидуально-особенного человека: возраст, уровень риска в зависимости от возраста пациента, наличие выработанного иммунитета, длительность протекания заболевания, количество социальных связей, вероятность заражения, наличие вакцины в организме и другие.

Анализ распространения и тяжести протекания болезни предполагает необходимость разделения всей исследуемой популяции на возрастные категории: 0–2 года, 3–6 лет, 7–17 лет, 18 и старше.

При моделировании рассматривается три различных типа вакцинопрофилактики:

•          вакцинация 1-го типа: осуществляется в два приема – в возрасте 1 год, после чего вероятность заболевания после выработки антител составляет 20%, и в 6 лет – вероятность заболевания после выработки антител составляет всего 5%;

•          вакцинация 2-го типа: осуществляется в два приема – в 6 лет – вероятность заболевания после выработки антител составляет 20%, и в 6 лет через 30 дней после первой вакцинации – вероятность заболевания после выработки антител составляет 5%;

•          вакцинация 3-го типа: осуществляется в один прием – в 6 лет – вероятность заболевания после выработки антител составляет 20%.

Соответствие дизайн-решения целевой аудитории:  В целом, дизайн-решение соответствует целевой аудитории.
Юзабилити и полезность: 

Полезность отражена в социально-экономической целесообразности проекта и глобальном контекстном решении. Удобство и простота использования изначально закладывались в проект.

Компьютерная программа имеет простой и удобный интерфейс, позволяет получать легко читаемые графики по результатам моделирования.
Гарантирую достоверность предоставленной в заявке информации. Подтверждаю, что организация не находится в состоянии ликвидации, банкротства, реорганизации (Только для организаций):  Да
Презентация проекта pdf:  Загрузить
Возврат к списку
нет доступа к комментариям Авторизоваться