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Nuevos sistemas de modelado por computadora para predecir la propagación del virus SARS-CoV-2

Joe Mihaljevic, epidemiólogo matemático y profesor asistente en la Facultad de Informática de la Universidad del Norte de Arizona, Informática, y Cyber ​​Systems (SICCS), está liderando un nuevo proyecto para crear sistemas de modelado por computadora para predecir los resultados de la propagación del virus SARS-CoV-2, que causa COVID-19, en cuatro condados del norte de Arizona:Coconino, Navajo Apache y Mohave.

A principios de esta primavera, Flagstaff Medical Center expresó la necesidad urgente de modelar la propagación del virus para la planificación de emergencias y para solicitar recursos adecuados de las autoridades estatales y federales. "Por lo tanto, las ciberinfraestructuras confiables de pronóstico de transmisión casi en tiempo real son vitales para garantizar atención médica equitativa para las poblaciones rurales de Arizona durante esta crisis pandémica, "Dijo Mihaljevic.

En marzo, la National Science Foundation (NSF) hizo un llamado urgente a los investigadores a la luz del surgimiento y propagación del COVID-19, alentar a los científicos a utilizar el mecanismo de financiación de la Investigación de Respuesta Rápida (RAPID) para apoyar la investigación relacionada con virus. Como resultado, Mihaljevic solicitó y recibió $ 200, 000 subvención de un año para desarrollar un portal de modelado de enfermedades en colaboración con el científico informático y profesor del SICCS Eck Doerry y el biólogo evolutivo y profesor asistente del SICCS Crystal Hepp, subdirector del Instituto de Patógenos y Microbiomas de la NAU. La colaboración reúne tres áreas clave de especialización:Mihaljevic es modelador de enfermedades; Doerry transforma ideas novedosas en soluciones de software de gran utilidad; y Hepp es un biólogo evolutivo que se centra en la propagación del virus de ARN y el análisis de datos de salud pública.

Usando un portal de modelado seguro e interactivo basado en la web desarrollado por Doerry, Mihaljevic puede extraer los últimos datos de casos notificados de las autoridades sanitarias locales y ejecutar modelos en vivo en una interfaz interactiva que los responsables de la toma de decisiones pueden utilizar para explorar posibles escenarios y resultados proyectados.

En los cuatro condados, el patógeno está moderadamente bajo control, aunque existe variabilidad regional, con algunas poblaciones más expuestas. Estamos ralentizando el virus pero ahora queremos entender qué sucederá si comenzamos a eliminar las intervenciones en su lugar, como el distanciamiento social y físico. Es posible que haya escuchado que hemos llegado a la cima. En brotes de enfermedades, puede haber varios picos. Reducir las restricciones demasiado pronto puede significar múltiples bloqueos ".

Joe Mihaljevic, Profesor asistente, Escuela de Informática de la Universidad del Norte de Arizona, Informática, y Cyber ​​Systems

Por ejemplo, si todas las restricciones se eliminaron a principios de mayo después de 45 días de pedidos para quedarse en casa, este modelo predice un segundo pico con al menos tres veces el número de visitas al hospital que la tasa actual. "Podríamos ver más de 100 nuevas visitas al hospital por día, " él dijo.

Si las medidas de distanciamiento se mantienen hasta el 31 de mayo, por otra parte, el modelo proyecta un segundo brote más pequeño cuando se eliminan las restricciones. "Con 75 días de intervenciones en marcha, un segundo pico en el norte de Arizona podría ser un poco más pequeño que el primer pico, en un escenario optimista, "Dijo Mihaljevic.

"En breve, Muchos de los modelos actuales desarrollados para manejar la crisis de COVID-19 probablemente no sean completamente adecuados para describir la propagación de patógenos en las regiones rurales. Tenemos centros urbanos como Flagstaff que realmente están anidados en un paisaje más rural:una metapoblación, si se quiere, con comunidades que son muy diferentes entre sí. Podremos rastrear la cantidad de pacientes que se envían a qué hospitales y comprender qué instalaciones están más estresadas ", dijo Mihaljevic.

El modelo informático se basa en datos de vigilancia de enfermedades, datos de la Oficina del Censo de EE. UU. e información del centro médico que rastrea cuántas camas de hospital están disponibles en cada condado. Mihaljevic dice que parte de la subvención consiste en desarrollar mapas detallados. "Supongamos que es un hospital y desea comprender lo que está sucediendo en su región. Podrá filtrar los datos y las proyecciones solo en su condado o sistema hospitalario".

Hepp colabora con una variedad de socios de salud pública en su investigación. "Con una sólida comprensión de los tipos de datos disponibles en los sistemas de informes de salud pública, junto con una conciencia de la sensibilidad de los datos, mi contribución es ayudar a identificar qué datos se necesitan para ingresar en el modelo de computadora. No necesitamos información privada como el nombre o la dirección de un paciente, pero podemos agregar números para informar el modelo en función de información como códigos postales, cuando una persona comenzó a sentirse enferma y cuando se tomó un hisopo nasal para detectar la enfermedad ".

"Nuestro objetivo es desarrollar una ciberinfraestructura, una aplicación web para ayudarnos a comunicar los resultados de nuestro modelo a las partes interesadas de la salud pública y la atención médica que pueden interactuar visualmente con el modelo y manipular los parámetros para explorar estos escenarios y tomar decisiones informadas para un plan de salud pública basado en datos, "Dijo Mihaljevic.

Mihaljevic cree que su modelado por computadora también ayudará a informar a los funcionarios electos sobre cómo y cuándo eliminar las restricciones de distancia física y reabrir negocios y espacios públicos. "Nuestro objetivo es proporcionar soporte informático crítico inmediato para la gestión estratégica de la crisis actual, mientras construimos nuestra experiencia, herramientas e infraestructura para agilizar las respuestas a futuras epidemias ".

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