[논문 리뷰] Internet - assisted risk assessment of infectious diseases in women sexual and reproductive health

Andrzej Jarynowski, Damian Marchewka외 1명|arXiv (Cornell University)|2018. 02. 05.

Consumer Behavior and Market Dynamics인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 병원 정보 시스템(HIS) 및 환자 설문 조사 데이터를 기반으로 베이지안 추론, 로지스틱 회귀, 에이전트 기반 모델링을 사용하여 여성의 성 및 생식 건강 분야에서 전염성 질환의 오픈소스, 인터넷 기반 위험 계산기를 제시한다. 이는 출산 중 병원에서 유래한 감염 및 HIV와 같은 성전이성 감염의 실시간 개인화된 위험 평가를 가능하게 하며, 상호작용 웹 애플리케이션을 통해 동적 위험 점수와 수정 가능한 요소 피드백을 제공한다.

ABSTRACT

We develop open source infection risk calculators for patients and healthcare professionals as apps for hospital acquired infections (during child-delivery) and sexually transmitted infections (like HIV). Advanced versions of ehealth in non-communicable diseases do not apply to epidemiology much. There is, however, no infection risk calculator in the Polish Internet so far, despite the existence of data that may be applied to create such a tool. The algorithms involve data from Information Systems (like HIS in hospitals) and surveys by applying mathematical modelling, Bayesian inference, logistic regressions, covariance analysis and social network analysis. Finally, user may fill or import data from Information System to obtain risk assessment and test different settings to learn overall risk. The most promising risk calculator is developed for Healthcare-associated infections in modes for patient hospital sanitary inspection. The most extended version for hospital epidemiologists may include many layers of hospital interactions by agent-based modeling. Simplified version of calculator is dedicated to patients that require personalized hospitalization history of pregnancy described by questions represented by quantitative and qualitative variables. Patients receive risk assessment from interactive web application with additional description about modifiable risk factors. We also provide solution for sexually transmitted infections like HIV. The results of calculations with meaningful description and percentage chances are presented in real-time to interested users. Finally, user fills the form to obtain risk assessment for given settings.

연구 동기 및 목표

• 폴란드에서 여성의 성 및 생식 건강 분야에 대한 인터넷 기반 감염 위험 평가 도구의 부족을 해결하기 위해.
• 기존 병원 및 설문 조사 데이터를 활용하여 의료진과 환자 모두가 접근 가능한 데이터 기반의 위험 계산기를 개발하기 위해.
• 베이지안 추론 및 로지스틱 회귀와 같은 고급 통계 방법을 전염성 질환 위험에 대한 임상 의사결정 지원에 통합하기 위해.
• 수정 가능한 요소 피드백이 있는 상호작용 웹 애플리케이션을 통해 실시간 개인화된 위험 평가를 가능하게 하기 위해.
• 환자 수준의 위험에서 병원 감염 통제를 위한 역학 모델링으로 도구의 유용성을 확장하기 위해.

제안 방법

• 위험 모델링의 입력으로 병원 정보 시스템(HIS) 및 환자 설문 조사 데이터를 활용한다.
• 관측된 변수를 바탕으로 감염 위험 확률을 업데이트하기 위해 베이지안 추론을 적용한다.
• 정량적 및 정성적 변수를 사용하여 감염 결과의 확률을 추정하기 위해 로지스틱 회귀를 적용한다.
• 위험 요소와 감염 결과 간의 관계를 평가하기 위해 공분산 분석을 통합한다.
• 병원 환경에서의 전파 역학을 모델링하기 위해 사회망 분석을 활용한다.
• 고급 버전에서는 다층적 병원 상호작용과 감염 전파를 시뮬레이션하기 위해 에이전트 기반 모델링을 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 인터넷 기반 도구는 임상 환경에서 출산 중 병원에서 유래한 감염의 위험 평가를 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 환자 보고 데이터와 HIS 데이터를 얼마나 잘 융합하여 생식 건강 분야의 전염성 질환 위험을 예측할 수 있는가?
• RQ3 수정 가능한 위험 요소는 임신 중 환자의 개인화된 감염 위험 프로필을 어떻게 형성하는가?
• RQ4 웹 애플리케이션을 통한 실시간 위험 피드백은 환자 및 의료진의 의사결정을 얼마나 효과적으로 향상시키는가?
• RQ5 에이전트 기반 모델링은 병원 환경에서의 감염 위험 예측 정확도를 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• 개발된 위험 계산기는 HIS 데이터와 환자 보고 정보를 모두 활용하여 실시간 개인화된 감염 위험 평가를 제공한다.
• 가장 유망한 적용 분야는 출산 중 병원에서 유래한 감염으로, 병원 위생 점검 전용 모드가 포함되어 있다.
• 간소화된 환자 대상 버전은 정량적 및 정성적 변수를 포함한 설문지를 사용하여 위험 평가를 가능하게 한다.
• 고급 버전은 병원 역학 전문가를 위해 에이전트 기반 시뮬레이션을 통해 병원 상호작용의 다층적 모델링을 지원한다.
• 사용자는 동적 위험 점수와 확률 백분율, 수정 가능한 위험 요소에 대한 조치 가능한 피드백을 수신한다.
• 시스템은 오픈소스이며 비전염성 질환 맥락에서 기존 eHealth 프레임워크에 통합 가능하도록 설계되어 있다.