Využití umělé inteligence v prevenci proti respiračním onemocněním v České republice

Zánětlivá respirační onemocnění patří dlouhodobě k nejčastějším příčinám nemocnosti nejen v České republice, ale i ve světě. Každého jedince postihne tato infekce asi 2× ročně. Respiračními chorobami trpí osoby napříč věkovými kategoriemi. Nejčastějším etiologickým faktorem jsou viry, méně pak bakterie. V současné době se na vzniku této skupiny onemocnění podílí měnící se situace a charakter klimatických, ekologických i populačních změn spojených s budováním „světa bez hranic“ a samozřejmě je nutné zmínit výskyt nových mutací virů s následkem rychle se šířících virových epidemií.

Úvod

Z historického hlediska je vhodné připomenout jednu z největších zdravotních krizí 20. století, a to španělskou chřipku. V roce 1920 se odhadovalo, že mezi jarem 1918 a začátkem léta 1919 nemoc postihla 200–700 milio­nů lidí a zapříčinila úmrtí 10–21 ­milionů nakažených. V roce 1991 David Patterson a Gerald Pyle zvýšili odhady úmrtí na 24,7–39,3 milionů, ale Ian Mills odhalil jen v Indii počet obětí větší než 21 milionů, proto novější revize zvýšily pravděpodobnou globální úmrtnost na španělskou chřipku na 50–100 milionů osob (Reid, 2005).

Respirační infekce postihují horní i dolní část dýchacího ústrojí. Vzhledem k převládající virové etiologii patří dnes tato onemocnění do gesce lékařů prvního kontaktu. Tyto infekce jsou také nejčastější příčinou, pro kterou přichází pacient do ordinace praktického lékaře, ale i do lékárny. Jsou také na prvním místě příčin pracovní neschopnosti a významně se podílí na úmrtnosti (Kotolová et al., 2020; Trojánek et al., 2020; Jeseňák et al., 2020).

Z původců virových respiračních onemocnění jsou aktuálně nejčastější a nejzávažnější viry chřipky a aktuální SARS-CoV-2. Výskyt virů se v průběhu sezóny respiračních onemocnění mění. Na podzim převažují RS viry (Respiratory Syncytial Virus) přenášené kapénkami, které jsou pak na přelomu roku vystřídány chřipkovými viry. Už třetí sezónu po sobě tento princip narušil virus ­SARS-CoV-2, což způsobilo nízký výskyt chřipky v tomto období. Epidemie a pandemie výše uvedených onemocnění v poslední době způsobily obrovské zdravotní, ale také hospodářské škody (Trojánek et al., 2020).

Odborníci se shodují v tom, že omezení šíření chřipky i dalších virů v poslední době pomohla opatření proti koronaviru. Pokles v počtu nakažených přitom časově odpovídá nasazení sociální izolace a dalších opatření v zájmu boje s covidem-19. Respirační onemocnění řadíme mezi ­preventa­bilní. Zavedením preventivních opatření se významně zamezuje šíření infekcí. Tato opatření jsou důležitá pro jednotlivce i skupiny. Mezi preventivní opatření, která firmy zavedly, patří především zákaz služebních cest do zasažených oblastí, zákaz návštěv osob ze zasažených oblastí, nahrazení osobního setkání formou online meetingů, navýšení hygieny na pracovištích (častější úklid, zvýšené možnosti dezinfekce, školení zaměstnanců) a intenzivní interní komunikace prevence proti respiračním onemocněním. Mnoho pracovišť vydalo například sady doporučení v případě návratu zaměstnanců ze zahraničních služebních cest či z dovolených (například telefonický kontakt s nadřízeným a následná domluva na dalším postupu). Do pre­vence je také důležité zahrnout opatření vedoucí k posilování imunity. Mezi tato opatření řadíme například otužování, sportování a užívání vitaminových doplňků a dalších přírodních preparátů. Zmíněná opatření jsou především osobní odpovědností každého člověka a zaměstnance, na straně druhé může zaměstnavatel významně podpořit tyto aktivity formou například zaměstnaneckých benefitů. Odolnost organizmu se pozitivně projeví také na léčbě, která trvá kratší dobu a je zejména symptomatická (Allan et al., 2014; Rezapour et al., 2021).

K 18. 7. 2022 bylo podle University Johns Hopkins infikováno virem SARS-CoV-2 celosvětově 562 443 636 lidí a nemoci podlehlo 6 369 529 lidí. Celkem bylo podáno 11 829 603 509 vakcín proti covidu-19 (Johns Hopkins University and Medicine, 2022). Pandemie covidu-19 paralyzovala celý svět a jeho ekonomické aktivity, a to prostřednictvím vládních nařízení majících snahu snížit přenos onemocnění. Tento fakt byl patrný například v ČR ve 2. čtvrtletí roku 2020, kdy HDP meziročně kleslo o 10,7 %, v daném roce o 5,8 % (Český statistický úřad). Tento pokles se dotkl většiny ekonomických subjektů.

Projekt

Pandemie covidu-19 zvýraznila nutnost využívání a rozvoje prvků umělé inteligence. Tento fakt vedl dva významné subjekty – společnost ­Principal engineering s. r. o. a Univerzitu Pardubice (Fakulta ekonomicko-správní a Fakulta zdravotnických studií) – k vytvoření projektu s názvem PIDOZ – Vývoj platformy pro inteligentní digitální ochranu zdraví a výzkum dopadů jejího nasazení na ekonomiku soukromého a veřejného sektoru cz.01.1.02/­0.0/0.0/20_321/0024397. Cílem projektu je vyvinout a ověřit v provozu digitální systém/řešení, který nasazením nástrojů umělé inteligence, telemedicíny, dalších platforem a datových zdrojů umožní vybudovat zónovou ochranu jedinců, skupin a komunit před virovými respiračními nákazami. Nasazením inovativních technologií k ochraně před virovými respiračními nákazami má ambice služby unikátního celospolečenského dosahu. Umožní snížit destruktivní dopady respiračních virových nákaz na kvalitu životů obyvatel a ekonomické ztráty firem a organizací kvůli širokým výpadkům významných segmentů hospodářství.

Řešení bude predikovat a monitorovat šíření nákaz v blízkém i vzdáleném okolí jednotlivce, skupin a komunit. Průběžně bude sledovat fyzickou kondici jednotlivců a změny jejich fyziologických parametrů s ohledem na aktuální kvalitu jejich dýchání a dalších parametrů. Zajistí s uživateli denní komunikaci pro subjektivní hodnocení jejich zdravotního stavu a poskytne včasné upozornění před zhoršením podmínek pro jejich zdravé dýchání včetně varování před riziky virových respiračních onemocnění. Navrhuje doporučení a odstupňovaná opatření k ochraně před šířící se nákazou. Předvídá vznik nákazy a průběh onemocnění u jednotlivců, skupin a komunit. Ve spolupráci s lékaři navrhuje postup léčby. Nástroj umělé inteligence komunikuje s dalšími okolními datovými systémy a využívá zpřístupněná data ke zkvalitnění svých predikcí a úpravu svých dalších algoritmů.

Vlastní realizace projektu je rozdělena do tří základních etap (realizace od 4/2021 do 5/2023) s konkrétním obsahem a definovanými výstupy.

→ V první etapě zahájil realizační tým svoji činnost definováním základního konceptu celého řešení projektu, přípravou architektury a funkčních specifikací jednotlivých oblastí umělé inteligence (AI) ­VANDA a jejím designem a nastavením. Kromě toho v této etapě proběhlo dotazníkové šetření mezi jednotlivci a podniky z hlediska ekonomických a sociálních dopadů respiračních onemocnění.
→ Druhá etapa je zaměřena zejména na technologický vývoj jednotlivých částí AI VANDA a zahájení testování její funkčnosti a efektivity jak při možném využívání v podnicích, tak u jednotlivců.
→ Třetí finální etapa bude zaměřena na finalizaci funkčního celku (finální ověřování a odladění řešení).

Všemi třemi etapami prostupuje tvorba ekonomických modelů jednotlivce a organizace proti šíření respiračních nemocí. Jejich cílem je určit pomocí nákladové metody vynaložení finančních prostředků jak u jednotlivce, tak u organizací na prevenci proti respiračním onemocněním (včetně vy­užití AI), tak i u jednotlivce na nemoci samotné.

Očekávané výstupy projektu PIDOZ – Vývoj platformy pro inteligentní digitální ochranu zdraví a výzkum dopadů jejího nasazení na ekonomiku soukromého a veřejného sektoru jsou:

→ funkční celek s fungujícími technologickými částmi jednotlivých ochranných zón řešení;
→ definice a zprovoznění potřebných datových zdrojů pro potřeby ML/DL (machine learning – strojové ­učení / deep learning – hluboké učení);
→ navrhnuté metody výuky a analýzy výstupů jednotlivých modulů ML/DL;
→ funkční komunikační rozhraní pro textovou a hlasovou komunikaci s uživateli;
→ prostředí pro dohled a administraci řešení AI VANDA;
→ integrační rozhraní pro sdílení dat s externími systémy;
→ výzkum relevantních externích datových zdrojů, metod k výuce ML/DL;
→ výzkum metod vyhodnocení výstupů ML/DL;
→ návrh výzkumu implementace řešení AI VANDA do podnikového prostředí.

Závěr

Vedení společnosti Principal engineer­ing s. r. o. společně se svým partnerem Univerzitou Pardubice dospělo k záměru realizovat předkládaný projekt na základě letité zkušenosti na trhu s informačními systémy a v souladu s akutní potřebou vzdálené péče o pacienty založené na moderních digitálních technologiích. Projekt ­PIDOZ plynule navazuje na dosavadní aktivity partnerů a dále je rozšiřuje především v oblasti výzkumu, vývoje a poskytování s tím spojených služeb.

Nutnost vývoje řešení PIDOZ vychází především z rostoucí poptávky po inteligentním digitálním řešení pro podporu vzdálené péče o pacienty spolu s potřebou řešit ochranu před zdravotními, sociálními i ekonomickými dopady respiračních virových chorob. Vyvíjené řešení výrazným způsobem reflektuje aktuální stav na relevantním trhu a možnosti, které poskytují pokročilé prvky informační a komunikační technologie. 

Literatura

1. ALLAN G. M., ARROLL B. Prevention and treatment of the common cold: making sense of the evidence. CMAJ 2014; 186(3): 190–199. doi: 10.1503/cmaj.121442.
2. ČSÚ. Graf – Vývoj hrubého domácího produktu v ČR (ve stálých cenách). [online]. Dostupné na: https://www.czso.cz/csu/czso/vyvoj-hrubeho-domaciho-produktu-v-cr-ve-stalych-cenach.
3. JESEŇÁK M., MINÁRIKOVÁ D. Akutní infekce horních cest dýchacích a jejich management. Prakt Lekáren 2020; 16(3): 123–130.
4. JOHNS HOPKINS UNIVERSITY AND MEDICINE. Coronavirus ­Resource Center. COVID-19 Dashboard. [online]. Available from: https://coronavirus.jhu.edu/map.html.
5. KOTOLOVÁ H., HAMMER T. Akutní respirační infekce – ­symptomatická samoléčba u dospělých. Med Praxi 2020; 17(5): 290–298.
6. REID M. The Effects of the 1918–1919 Influenza Pandemic on Infant and Child Health in Derbyshire. Med Hist 2005; 49(1): 29–54. doi: 10.1017/s0025727300008279.
7. REZAPOUR A., SOURESRAFIL A., PEIGHAMBARI M. M. et al. Eco­nomic evaluation of programs ­against COVID-19: a systematic review. Int J Surg 2021; 85: 10–18. doi: 10.1016/j.ijsu.2020.11.015.
8. TROJÁNEK M., GREBENYUK V., HERRMANNOVÁ K. et al. Nový koronavirus (SARS-CoV-2) a onemocnění COVID-19. Čas Lék Čes 2020; 159: 55–66.

 

---

PhDr. Kateřina Horáčková, Ph.D.
Katedra ošetřovatelství, Fakulta zdravotnických studií, Univerzita Pardubice

Ing. Zdeněk Brodský, Ph.D.
Ústav podnikové ekonomiky a managementu, Fakulta ekonomicko-správní, Univerzita Pardubice

Ing. Petr Moláček
Principal engineering s. r. o., Praha

 

 

• tisk
• předplatit si