EVI: Ένα ελληνικό εργαλείο πρώιμης πρόγνωσης επιδημικών κυμάτων

Ο Πολυχρόνης Κωστούλας (φωτογραφία), είναι επιδημιολόγος, αναπληρωτής καθηγητής του Τμήματος Δημόσιας και Ενιαίας Υγείας του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας, με κύριο ερευνητικό ενδιαφέρον τις διαγνωστικές δοκιμές, τα προγράμματα επιτήρησης νόσων και την τεχνητή νοημοσύνη στην επιδημιολογία. Ένα βράδυ, στη διάρκεια του πρώτου lockdown, παρακολουθούσε στις ειδήσεις ένα γράφημα με την εξέλιξη των κρουσμάτων κορωνοϊού, όταν άκουσε τη σύζυγό του να παρατηρεί πως "αυτό είναι ακριβώς όπως το Χρηματιστήριο". Ο ίδιος θυμήθηκε τα λόγια ενός καθηγητή, το 2009, στη μεγάλη πτώση του Χρηματιστηρίου, ότι στο Χρηματιστήριο έχει πάντα σημασία το volatility (η μεταβλητότητα). Σκέφτηκε μήπως η μεταβλητότητα είναι ένα εργαλείο που μπορεί να εντοπίζει την απότομη άνοδο ή την απότομη πτώση και σε περιπτώσεις επιδημιών. Το ίδιο κιόλας βράδυ κατέβασε τα δεδομένα του Johns Hopkins και άρχισε να μελετά αυτό το ενδεχόμενο.

Κάπως έτσι άρχισε να δημιουργείται η EVI (Epidemic Volatility Index - Δείκτης Επιδημικής Μεταβλητότητας), ένας αλγόριθμος - δείκτης που βοηθάει στην έγκαιρη πρόβλεψη των επιδημικών κυμάτων. Το εργαλείο που δημιούργησε έχει καταφέρει να προβλέψει με σημαντική αξιοπιστία τα προηγούμενα επιδημικά κύματα. Σήμερα, είναι on line διαθέσιμο, παίρνει καθημερινά τα δεδομένα από το αποθετήριο του Johns Hopkins και δίνει προβλέψεις για την πορεία της πανδημίας στο επόμενο διάστημα για 130 χώρες του κόσμου και για κάθε μια από τις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής.

Το λογισμικό έχει ήδη χρησιμοποιηθεί και για άλλες εφαρμογές, πλην της πρόγνωσης επιδημικών κυμάτων, και φιλοδοξεί να αποτελέσει μεταξύ άλλων ένα χρήσιμο εργαλείο συνδρομικής επιτήρησης στα νοσοκομεία για διάφορες παθήσεις.

Πώς λειτουργεί

Ο κ. Κωστούλας, ο οποίος σε δημοσιευμένη εργασία σε επιστημονικό περιοδικό έχει παρουσιάσει τα δεδομένα εφαρμογής της μεθόδου του στην Ιταλία και στην Πολιτεία της Νέας Υόρκης, εξήγησε τις βασικές αρχές λειτουργίας του EVI, μιλώντας πριν από λίγες μέρες στο ετήσιο συνέδριο "Ημέρες Πνευμονολογίας 2020" στον Βόλο.

Όπως είπε, αρχικά καταγράφεται ο αριθμός των νέων περιστατικών ανά ημέρα, για ένα χρονικό διάστημα 10 ημερών. Υπολογίζεται όχι ο μέσος όρος, αλλά η τυπική απόκλιση για αυτό το κυλιόμενο παράθυρο των δέκα ημερών κάθε 10^η ημέρα. "Η EVI είναι ο ρυθμός μεταβολής της κυλιόμενης τυπικής απόκλισης. Δηλαδή, πόσο τοις εκατό αλλάζει η τυπική απόκλιση με τον χρόνο. Το κάνουμε συνεχώς και κάποια στιγμή βλέπουμε αυτό το peak το οποίο θα δώσει σύντομα μεγάλη άνοδο στα περιστατικά", εξήγησε.

Στο επόμενο στάδιο ο μελετητής ορίζει πόσο μεγάλη πρέπει να είναι αυτή η αύξηση, ώστε ο δείκτης να κοκκινήσει, καθώς κρίνεται ότι κάτι σημαντικό θα συμβεί στο μέλλον. Ο ίδιος έχει ορίσει πως κάτι τέτοιο θα συμβαίνει όταν ο μέσος όρος μεταξύ δύο εβδομάδων αυξάνει κατά 20%.

"Το δεύτερο που πρέπει να αποφασίσουμε, αφού έχουμε ορίσει το 20%, είναι ποιο θα είναι το παράθυρο. Το τρίτο, πάνω από ποια ποσοστιαία αύξηση της τυπικής απόκλισης πρέπει να κοκκινήσουμε τις παρατηρήσεις μας", είπε ο επίκουρος καθηγητής και πρόσθεσε: "ο αλγόριθμος το κάνει αυτά τα τρία πράγματα κάθε μέρα για κάθε καινούργια παρατήρηση. Μαζεύουμε όλες τις παρατηρήσεις μέχρι εκείνη τη μέρα και παίρνουμε μια καινούργια απόφαση".

Έρχεται νέο κύμα σήμερα;

Όπως αναφέρεται στη δημοσιευμένη εργασία, η EVI πέτυχε υψηλό δείκτη ευαισθησίας (πιθανότητας ακριβούς έκδοσης έγκαιρης προειδοποίησης) για τα επιδημικά κύματα στην Ιταλία και στην Πολιτεία της Νέας Υόρκης από την έναρξη της πανδημίας ως τον Απρίλιο του 2021.

Και για την Ελλάδα, η εφαρμογή έχει δώσει ως τώρα πρώιμα κόκκινο σήμα σε όλα τα μικρά και μεγάλα επιδημικά κύματα. Σήμερα, η επιδημική καμπύλη του τελευταίου διαστήματος έχει πάλι κοκκινήσει. Δείχνει αυτό πως κάτι σημαντικό έρχεται;

"Δεν μπορώ να δώσω πρόβλεψη για τον τελευταίο καιρό γιατί ο ΕΟΔΥ κάνει πλέον εβδομαδιαίες ενημερώσεις. Γι αυτόν τον λόγο δεν μπορώ να πω αν αυτό το κόκκινο είναι πραγματικό ή όχι", διευκρίνισε ο κ.Κωστούλας

Εφαρμογές και σε άλλα πεδία

Σήμερα, η EVI βρίσκεται στο στάδιο της «ωρίμανσης», με στόχο την ευρεία εφαρμογή της από επιστήμονες στην Ελλάδα και στο εξωτερικό, αλλά και τη μετεξέλιξή της σε ένα εργαλείο που θα χρησιμοποιείται και σε άλλα πεδία.

Ήδη, με την συνεργασία του καθηγητή Πνευμονολογίας του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας, Κωνσταντίνου Γουργουλιάνη, έχει χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση (monitoring) των αναπνευστικών λοιμώξεων και πνευμονιών στην Πνευμονολογική Κλινική του Πανεπιστημιακού Νοσοκομείου της Λάρισας. Στόχος ήταν η συνδρομική επιτήρηση, που θα εντόπιζε πιθανό κύμα αναπνευστικών λοιμώξεων και θα έδινε προειδοποίηση. Σε μια περίοδο 300 ημερών που έκανε monitoring, το εργαλείο κοκκίνησε τα δύο αναμενόμενα κύματα εποχικών λοιμώξεων της άνοιξης και του φθινοπώρου.

Σε μια δεύτερη εφαρμογή, η EVI αξιοποιεί τα δεδομένα των αναζητήσεων στη Google ανά περιοχή για να δει αν κάπου συμβαίνει κάτι έκτακτο. Τα δεδομένα λαμβάνονται από τα στοιχεία του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας, ο οποίος παίρνει αναφορές από την πιο δημοφιλή μηχανή αναζήτησης για τον αριθμό των google searches στο διαδίκτυο σχετικά με την COVID ανά περιοχή. «Εμείς τρέχουμε αυτά τα δεδομένα για να δούμε αν έχουμε ένα κύμα αύξησης των αναζητήσεων για COVID. Είναι κάτι μη ειδικό και πολύ πρώιμο και μπορεί να σου δείξει ότι κάτι μπορεί να συμβαίνει σε μια περιοχή του πλανήτη», είπε.

Ο κ.Κωστούλας επεσήμανε πως η τεράστια ποσότητα ποιοτικών δεδομένων από όλο τον κόσμο που παρέχεται σήμερα, δίνει δυνατότητες πολλαπλών εφαρμογών σε προγνωστικά εργαλεία όπως η EVI. Πιθανές μελλοντικές εφαρμογές είναι στα επείγοντα των νοσοκομείων, σε φαρμακεία και συνταγογραφήσεις, αλλά και σε μικροδείκτες σε ατομικό επίπεδο. Για παράδειγμα, η αύξηση του ρυθμού της αναπνοής ή των καρδιακών παλμών μπορεί να είναι ένας πολύ πρώιμος δείκτης για κάποιο πρόβλημα υγείας.