Smarte Statistik-Software unterstützt Gesundheitsämter bei Entscheidungen

BMBF-Projekt EsteR – Entscheidungsunterstützung der Gesundheitsämter mittels Risikomodellierung zur Pandemiebekämpfung

Die Gesundheitsämter stehen weiter vor großen Herausforderungen bei der Eindämmung der SARS-CoV-2 Pandemie. Unter anderem müssen täglich Entscheidungen zu Quarantänanordnungen getroffen werden, die nicht selten ganze Schulklassen oder andere Gruppen betreffen. Daher beschäftigen wir uns gemeinsam mit unseren Partnern im Rahmen des Projekts EsteR – Entscheidungsunterstützung für Gesundheitsämter damit, wie wir diese Entscheidungen mit Hilfe statistischer Modellierung unterstützen können. In Zusammenarbeit mit den assoziierten Gesundheitsämtern haben wir verschiedene Fragestellungen identifiziert, die für die tägliche Arbeit von Nutzen sind. Statistische Auswertungen zur Unterstützung bei diesen Fragestellungen stellen wir in Form einer App bereit.

Das Projekt wird für ein Jahr im Rahmen der Bekanntmachung »Prävention und Versorgung epidemisch auftretender Infektionen mit innovativer Medizintechnik« durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Es ist ein Folgeprojekt zu CorASiv und wir als Fraunhofer ITWM sind Projektkoordinator.

Innovation und Anwendung: Was ist das innovative an unserer Lösung?

Im Laufe der Pandemie wurden viele Softwareanwendungen entwickelt, die jedoch selten Unterstützung für individuelle Kontaktereignisse liefern. Bestehende Software zielt zumeist lediglich auf die Erfassung und Verwaltung von Kontaktpersonen ab, weiterführende statistische Auswertungen dienen vermehrt strategischen Analysen. Ziel unseres Projekts ist es, komplexe statistisch-epidemiologische Sachverhalte zu konkreten Infektionssituationen in einer leicht zu bedienenden und verständlichen Softwareumgebung zu implementieren. Wir setzen dabei direkt am Alltag der Mitarbeitenden im Gesundheitsamt an. 

Risikomodellierung zur Pandemiebekämpfung: Startseite.
© Fraunhofer ITWM
Risikomodellierung zur Pandemiebekämpfung: Startseite.

Beispiel: Wie kann man anhand von negativen Testergebnissen eine Risikoabschätzung für Gruppenquarantäneauflagen durchführen?

Eine gängige Entscheidungssituation in Gesundheitsämtern ist folgende: Eine infizierte Person war Teil eines Gruppenevents – zum Beispiel ein erkranktes Kind besucht den Unterricht. Für die ganze Gruppe wird Quarantäne angeordnet. Es werden jedoch keine Ansteckungen bekannt, d.h. kein Kind der Schulklasse zeigt Symptome und alle Getesteten weisen einen negativen Test vor. Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass es doch zu einer Ansteckung der Gruppe kam?

Risikomodellierung zur Pandemiebekämpfung: Risikoabschaetzung.
© Fraunhofer ITWM
Risikomodellierung zur Pandemiebekämpfung: Risikoabschätzung.

Es wurde ein statistisches Modell für die Wahrscheinlichkeit einer Infektion bei ausschließlich negativen Tests in einer Gruppe erarbeitet. Dafür wird nach Angabe von Gruppengröße, Kontakt- und Testdatum bestimmt, wie hoch die Wahrscheinlichkeit ist, dass trotz Kontakt mit einer infizierten Person bislang nur negative Tests durchgeführt wurden. Unter Einbeziehung einer weiteren Modellierung der a priori Wahrscheinlichkeit dafür, dass bei dem Kontaktevent überhaupt eine Infektion erfolgte, wird daraus eine a posteriori Wahrscheinlichkeit bestimmt, dass tatsächlich niemand außer dem Indexpersonen in der Gruppe infiziert ist. Die so berechnete Wahrscheinlichkeit kann als unterstützendes Argument bei der Verkürzung von Quarantäne-Zeiträumen genutzt werden.

Risikomodellierung zur Pandemiebekämpfung: Worst Case Szenario.
© Fraunhofer ITWM
Risikomodellierung zur Pandemiebekämpfung: Worst Case Szenario.

Beispiel: Hat eine Infektion in der Gruppe stattgefunden?

Hierbei ermittelt die Software, ob die Verteilung von Symptomen innerhalb der Gruppe statistisch zu einer Ansteckung zum Zeitpunkt des Treffens passt. Dabei werden ausschließlich die Gruppendaten eingegeben wie

  • Gruppengröße
  • Zeitpunkt des Treffens
  • Personeninformationen
  • Beginn der Symptome

Die Antwort wird anschließend in der App angezeigt, während im Hintergrund Berechnungen eines statistischen Tests (genauer Chi-Quadrat-Test) liefen. Zusätzlich veranschaulicht die Software visuell, wie ein Worst-Case-Szenario für die erwarteten weiteren Ansteckungen aussehen kann.

Bereitstellung der Forschungsergebnisse

Die entwickelten Methoden sind derzeit in Form einer Demonstrator-App verfügbar. Zum Projektabschluss ist eine Veröffentlichung des statistischen Rechenkerns in Form eines Open Source R-Pakets geplant. 

Projektlaufzeit

Das Projekt ist auf ein Jahr angelegt und läuft vom 01.07.2021 bis 30.06.2022.

 

Fraunhofer ITWM versus Corona

Das Projekt wird gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) auf den Bundesanzeiger vom 03.08.2020 »Prävention und Versorgung epidemisch auftretender Infektionen mit innovativer Medizintechnik« hin.