新技术在COVID-19战斗中的应用和潜力

工程6（2020）1061新闻亮点COVID-19战斗招募数字技术：追踪难以捉摸的敌人米奇·莱斯利高级技术作家2020年3月，一位刚从滑雪旅行回来的芬兰商人注意到他的Oura戒指的输出有些奇怪，这是他戴在一根手指上一年的健身追踪器。虽然他没有感到不适，但该设备检测到他的体温比正常温度高出1 ℃，它将他的整体状况评为低于标准。担心的人看到一名医生发现他感染了2019冠状病毒病（COVID-19）冠状病毒。他的经验帮助引发了几项涉及数千名Oura佩戴者的研究，以测试跟踪器收集的数据是否可以早期诊断COVID-19[2]。随着越来越多的人感染并死于COVID-19，世界正在寻找可能有助于对抗新病原体传播的新技术。 手机追踪、欧拉环和智能体温计是已经使用或正在测试的技术的三个引人注目的例子，以确定它们是否可以加速诊断、阐明病毒的传播、发现或可能预测疾病的爆发。除 了 隐 私 问 题 ， 一 个 人 许 多 应 用 程 序 通 过 全 球 定 位 系 统（GPS），连接到无线保真（Wi-Fi）网络和其他方式捕获位置信息[4]。电信公司根据手机信号塔ping记录客户Facebook、谷歌和苹果也通过手机收集了大量关于用户移动性的数据，这些数据有助于说明疫情的范围[6，7]。对这些位置数据的分析，从数千甚至数百万部手机中汇集而来，被证明对跟踪疾病趋势和指导公共政策非常有用。美国马里兰州巴尔的摩市约翰霍普金斯大学全球疾病流行病学和控制教授AlainLabrique说，这些数据具有启发性的一种方式是提供例如，科学家们已经使用汇集的手机位置信息来衡量呆在家里的规定的有效性来自1500万部美国手机的数据显示，许多州和城市在3月中旬开始采取的封锁措施产生了巨大的影响[9]。平均而言，在2020年2月下旬至3月下旬期间，封锁县的用户相比之下，没有这些规定的只有67%，这表明这些限制限制了旅行[9]。另一项对8600万人手机数据的分析发现，流动性下降似乎有助于限制病毒的传播。该研究确定，在25个COVID-19病例最多的美国县，居民在政府官员要求之前就开始呆在家里，而行动的减少与9-12天后开始的新型冠状病毒感染增长率的然而，并不是每个人都能呆在家里，手机记录已经阐明了可能影响人们是否呆在家里的因素Cuebiq公司（美国纽约州纽约市）的数据精确定位了2020年2月中旬至3月下旬美国各地1500万用户的手机，从而可以比较不同地区的移动模式[11]。截至2020年3月16日然而，低收入地区的居民直到三天后才达到50%的减少，在一些城市延迟了一周或更长时间。Labrique说，这些发现可能有助于解释为什么COVID-19对低收入人群的影响不成比例另一项对约1800万部手机的位置数据的分析显示，这些数据有助于监测对就地避难规定的遵守情况。到2020年4月下旬手机定位数据也有助于记录可能传播病毒的事件。例如，在2020年3月，数据公司X-Mode（美国弗吉尼亚州雷斯顿）和Tectonix（美国马里兰州哥伦比亚）调查了大约5000部手机的位置记录，这些手机在美国一年一度的“春假”假期期间出现在佛罗里达州的一个海滩上。他们广泛宣传的调查结果显示，春假结束后，手机基于手机的移动性分析导致了政策的变化。2020年4月初，这些证据显示田纳西州的农村居民并没有减少他们的旅行，促使州长下令该州封锁[14]。每个智能手机用户都知道，位置信息可能不精确，但这并不是跟踪人口https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.08.0062095-8099/©2020 THE CONDITOR.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志主页：www.elsevier.com/locate/eng1062米 Leslie /工程 6 （2020）1061美国宾夕法尼亚州匹兹堡市卡内基梅隆大学电子和计算机工程助理教授Swarun Kumar说例如，GPS在室外通常精确到库马尔说：“根据这些研究的假设，这些错误并不值得关注。”但他补充说，这种方法的一个重要局限是，它忽视了某些人群，如儿童和没有智能手机的成年人。此外，位置数据无法揭示人们是否正在采取其他措施来减少病毒传播，即使他们四处走动，例如保持社交距离和戴口罩，其预测疾病传播的价值Oura环和互联网连接的温度计等设备不是跟踪用户无症状和症状前的COVID-19患者可能具有传染性[16]。正如芬兰商人的例子一样，像Oura环这样的美国国家篮球协会（NBA）接受了这个想法，将环作为其计划的一部分，以监测球员由芬兰公司Oura Health（芬兰奥卢）发明，价格为299美元的戒指可以记录心脏和呼吸频率，体温和运动（图1）。几项研究正在测试这些记录中的模式是否有助于识别COVID-19感染者。在一项这样的研究中，加州大学旧金山分校的研究人员和同事们正在跟踪旧金山2000名医生、护士和其他医护人员，他们有高暴露风险，以及其他Oura佩戴者[18]。西弗吉尼亚大学的科学家们进行了一项类似的研究，正在调查该环是否可以帮助预测600名医护人员和急救人员何时会出现症状。这两项研究都宣布了积极的初步结果，包括证据表明，戒指可以帮助提前多达三天预测COVID-19症状。然而，这些发现还没有在同行评审的期刊上发表[2]。Fig. 1. Oura戒指可以捕捉佩戴者的三种数据。红外传感器通过检测手指上的动脉何时变得更加不透明来测量心率，这是心脏刚刚通过血管泵血的迹象。测量电阻的负温度系数传感器测量皮肤温度。一个三维加速度计检测运动。然后，链接手机应用程序中的算法会分析用户的睡眠、活动和准备情况，这是衡量身体状况的一般指标。希望用户评分的变化将揭示他们是无症状感染COVID-19冠状病毒还是感染前感染。图片来源：Oura Health（公共领域）。旧金山Kinsa公司生产的智能温度计（图2）在美国已经拥有超过200万用户[20]。温度计自动将体温测量结果发送给该公司，该公司已将数据绘制成图表，以建立全国范围内的发烧基线水平。从这些基线水平的增加可以表明流感或类似疾病正在传播。在COVID-19大流行之前进行的一项研究表明，包括温度计的数据可以更好地预测流感爆发[21]。Kinsa还表示，这些信息可以帮助定位COVID-19感染的激增。该公司现在在网上发布了一份逐县地图，显示美国哪些地方的流感样疾病（可能包括COVID-19）高于其既定基线[22]。2020年3月，Kinsa宣布其数据显示，封锁措施降低了COVID-19的发病率[23]。2020年6月，该公司报告说，发烧的增加预示着亚利桑那州等州的病例会激增，这些州已经开始重新开放[24]。然而，Klausner和Labrique说，Kinsa温度计数据的价值有限。Labrique说，尽管温度计可以识别一些需要调查的疾病爆发，但由于它们的采用不稳定-不到1%的美国人口使用它们-它们将错过其他爆发Klausner指出，发烧并不是一种特定的症状，COVID-19感染者-包括许多最有可能感染该病毒的老年人-通常不会发烧。因此，“温度监测将错过很多感染者，”Klausner说，并补充说，欧拉环更有希望，因为它测量其他变量。即便如此，仍有很大一部分感染但没有症状的人会逃脱检测。克劳斯纳说，NBA随着疫情的持续，研究人员正在调查是否有更多的技术可以帮助控制危机。一种方法是建立在现有设备和程序的基础上，试图通过监测污水中的冠状病毒来检测COVID-19的爆发[25]。另一种方法，在本新闻和亮点专栏的第二篇文章中讨论，图二. 30美元的Kinsa智能温度计与一个手机应用程序配合使用，该应用程序记录用户的温度历史记录，并将数值传输给公司，用于流感和流感样疾病（包括COVID-19）传播的公共卫生预测。使用中的100多万个Kinsa温度计的读数使Kinsa能够建立美国各地的发烧基线水平。该公司的HealthWeather地图可在该公司网站上向公众提供，显示发烧高于预期水平的地方，这可能是冠状病毒爆发的一个指标。例如，2020年3月31日的地图显示，纽约市地区的发烧水平有所上升，那里的COVID-19 病例正在激增。图片来源：WikimediaCommons（CC BY 2.0）。M. Leslie /工程学6（2020）1061-10631063涉及使用手机来帮助追踪COVID-19感染者的接触者。引用[1] 奥本海姆消费者数据拯救？技术和研究人员如何照亮COVID-19的传播[互联网]。泽 西 市 ： 福 布 斯 ; 2020 年 4 月 6 日 [ 引 用 2020 年 7 月 8 日 ] 。 可 查 阅 ：https://www.forbes.com/sites/serenaoppenheim/2020/04/06/consumer-data-to-the-rescue-how-tech-and-researchers-are-illuminating-the-spread-of-covid-19。[2] 佐治亚州福勒可穿戴技术可以在你意识到自己华盛顿特区：华盛顿邮报; 2020年5月28日[引用2020年7月8日]。可从：https://www.washingtonpost.com/technology/2020/05/28/wearable-coronavirus-detect/获取。[3] Thompson SA，Warzel C. 1200万部手机，一个数据集，零隐私。纽约：纽约时报 ;2019 年 12 月 19 日 [ 引 用 2020 年 7 月 8 日 ] 。 可 查 阅 ：https://www.nytimes.com/interactive/2019/12/19/opinion/location-tracking-cell-phone.html。[4] 杨文忠，李文忠，李文忠.你的应用程序知道你昨晚在哪里，而且它们不会保密。 纽约：纽 约 时 报 ; 2018 年 12 月 10 日 [ 引 用 2020 年 7 月 8 日 ] 。 网 址 ： https ： //www.nytimes.com/interactive/2018/12/10/business/location-data-privacy-apps。HTML.[5] 佩戈拉罗河苹果和谷歌提醒你注意位置隐私，但McLean：USA Today; 2019Nov23[cited2020Jul8].可从：https://www.usatoday.com/story/tech/columnist/2019/11/23/location-data-how-much-do-wireless-carriers-keep/4257759002/.[6] Nield D.苹果和谷歌的社交距离地图是如何工作的。旧金山：连线; 2020年4月19日[引用2020年7月8日]。 网址：https：//www. wired.com/story/apple-google-social-distancing-maps-privacy/。[7] 华尔兹E Facebook和谷歌如何跟踪公众纽约：IEEE Spectrum; 2020年4月16日[ 引 用 于 2020 年 7 月 8 日 ] 。 可 查 阅 ： https://spectrum.ieee.org/the-human-os/telecom/wireless/facebook-google-data-publics-movement-covid 19。[8] Oliver N，Lepri B，Sterly H，Lambiotte R，Delataille S，De Nadai M，et al.Mobilephone data for informing public health actions across the COVID-19pandemiclife cycle. Sci Adv2020;6（23）：eabc0764.[9] Glanz J，Carey B，Holder J，Watkins D，Valentino-DeVries J，Rojas R，et al.Where America didn't stay home even as the virus spread. 纽约：纽约时报; 2020年4月2日[引用2020年7月8日]。网址：https：//www.nytimes.com/interactive/2020/04/02/us/coronavirus-social-distancing.html网站。[10] Badr HS，Du H，Marshall M，Dong E，Squire MM，Gardner LM.美国流动模式与COVID-19传播之间的关联：数学建模研究。《柳叶刀感染诊断》，2020年。在出版社。[11] 刘伟，刘伟，刘伟.位置数据说明了一切：在冠状病毒期间呆在家里是一种奢侈品。 纽约 ： 纽 约 时 报 ; 2020 年 4 月 3 日 [ 引 用 2020 年 7 月 8 日 ] 。 可 查 阅 ：https://www.nytimes.com/interactive/2020/04/03/us/coronavirus-stay-home-rich-poor.html。[12] McMinn S，Talbot R.手机数据显示，尽管有命令，越来越多的美国人正在离开华盛顿特区：NPR; 2020年5月1日[引用2020年7月8日]。可从以下网址获得：https://www.npr.org/2020/05/01/849161820/移动电话数据显示，越来越多的美国人不顾命令离开家园。[13] O’Sullivan 藐视冠状病毒警告的春假者的手机是如何被追踪的[互联网]。亚特兰大 ： CNN; 2020 年 4 月 4 日 [ 引 用 2020 年 7 月 8 日 ] 。 可 查 阅 ：https://www.cnn.com/2020/04/04/tech/location-tracking-florida-coronavirus/index.html。[14] 凯尔曼湾手机数据说服州长比尔·李关闭田纳西州。这就是他所看到的（互联网）。纳什维尔：田纳西州; 2020年4月3日[引用2020年7月8日]。可查阅：https://www.tennessean.com/story/news/health/2020/04/03/coronavirus-tenjiang-gov-bill-lee-shelter-in-place-cell-phone-data/5102643002/。[15] 蒂姆伯格角随着中国寻求重新开放互联网，智能手机数据的局限性也在显现华盛顿 特 区 ： 华 盛 顿 邮 报 ; 2020 年 5 月 14 日 [ 引 用 2020 年 7 月 8 日 ] 。 可 从 ：https://www.washingtonpost.com/technology/2020/05/14/location-data-covid-predictions/获取。[16] 舒克曼湾冠状病毒：“无症状”沉默传播者之谜[互联网]伦敦：BBC; 2020年5月31日[引用2020年7月8日]。可从以下网址获得：https://www.bbc.com/news/uk-52840763[17] 皮克曼湾戒指背后的故事是NBA重启的关键。纽约：体育画报; 2020年7月1日[引用2020年7月8日]。可从以下网址获得：https://www.si.com/nba/2020/07/01/oura-ring-nba-restart-orlando-coronavirus[18] Peters J.新研究旨在使用智能戒指的健康数据来识别冠状病毒症状。纽约：边缘; 2020年3月23日[引用2020年7月8日]。可查阅：https://www.theverge.com/2020/3/23/21191225/coronavirus-smart-ring-oura-ucsf-san-francisco-general-hospital-tempredict。[19] 埃 瑟林 顿D研 究人 员使 用生 物识 别技 术， 包括 来自 Oura 环 的数 据旧 金山 ：TechCrunch; 2020年5月28日[引用于2020年7月8日]。可从以下网址获取：https：//www.example.comtechcrunch.com/2020/05/28/researchers-use-biometrics-including-data-from-the-oura-ring-to-predict-covid-19-prospers-in-advance/.[20] 布劳多夫-因德利加托湾该公司声称其智能温度计可以帮助比CDC更快地检测冠状病毒热点。Englewood Cliffs：CNBC; 2020年4月2日[引用于2020年7月8日]。可从以下网站获取：https://www.cnbc.com/2020/04/02/this-smart-thermometer-could-help-detect-covid-19-hot-spots。HTML.[21] Miller AC，Singh I，Koehler E，Polgreen PM.智能手机驱动的温度计应用于实时人群和个人水平的 流感监测。临床感染疾病2018;67（3）：388-97。[22] [Internet]. 旧金山：Kinsa Inc.;[2020年7月8日更新; 2020年7月8日引用]。可从以下网址获得：https://healthweather.us[23] Kopf D，Ossola A.社交距离不仅减缓了COVID-19，也减缓了其他疾病。纽约：石 英 ;2020 年 3 月 25 日 [ 引 用 2020 年 7 月 8 日 ] 。 可 查 阅 ：https://qz.com/1824020/social-distancing-slowing-not-only-covid-19-but-other-diseases-too/。[24] 杨R，麦克马洪S.Kinsa智能温度计数据预测新的COVID-19峰值在CDC之前几周。波士顿：WBUR; 2020年6月25日[引用于2020年7月8日]。可从以下网站获得：https://www.wbur.org/hereandnow/2020/06/25/covid-19-kinsa-smart-thermometer。[25] 贝格利湾废水检测作为COVID-19早期预警系统获得关注[互联网]。波士顿：STAT;2020 年 5 月 28 日 [ 引 用 于 2020 年 7 月 8 日 ] 。 可 从 以 下 网 址 获 得 ：https://www.statnews.com/2020/05/28/wastewater-testing-gains-support-as-covid19-early-warning/。