Using spatial methods of epidemiological data analysis to improve HIV surveillance

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Objective. To develop a geographic information system (GIS) for improvement in epidemiological surveillance for HIV infection in Volga Federal District (VFD), aimed at increasing the effectiveness of monitoring, analyzing spatiotemporal patterns of the infection spread, and optimizing preventive and anti-epidemic measures.

Materials and methods. The developed system is a web resource comprising a web application, an administration module, and a database management system.

Statistical materials used in the study are: Federal State Statistical Observation forms N61 (“Data on HIV-infected Patient Population”), N4 (“Data on Results of HIV Antibody Blood Tests”), N2 (“Data on Infectious and Parasitic Diseases”); data from the Priority National Project “Prevention of HIV infection, Hepatitis B and C, and Identification and Treatment of HIV Patients”; statistical data from the centers for the prevention and control of AIDS and infectious diseases in the Volga Federal District; classifiers of the administrative-territorial division of the Russian Federation; population statistics for VFD regions.

Results. The web application was developed based on the software program "Basic Module "Epidemiological Atlas of Russia" from the existing “Epidemiological Atlas of Russia. Federal District Territory" with key improvements in architectural optimization, unification of data processing logic and performance enhancements achieved through code refactoring. A standardized database model was implemented to systematize the input and resulting epidemiological parameters. Based on user query parameters, the web application dynamically generates an array of epidemiological data with annual temporal resolution and regional spatial detail, visualizing the data through tabular, graphical, and cartographic interfaces.

Conclusions. The “Epidemiological Atlas for HIV Infection” represents a comprehensive modernization of the “HIV Infection in VFD” section from the Epidemiological Atlas of Volga Federal District. It is designed to improve and optimize the system of epidemiological surveillance for HIV infection, improve the level of epidemiological assessment of specific features and trends in the epidemic process, provide objective spatial characteristics of HIV incidence in the regions of the district and in Volga Federal District as a whole for timely planning of preventive and anti-epidemic measures. The approach presented for implementation allows for the collection of necessary epidemiological data on HIV infection in any federal district, or the centralized accumulation of data in case of its replication and/or scaling. In the context of healthcare digitalization, this system can become a component of the state strategy for combating HIV infection.

Full Text

Введение

ВИЧ-инфекция продолжает оставаться одним из наиболее социально значимых заболеваний и важнейшей проблемой российского здравоохранения, оказывая существенное влияние на медицинские и демографические показатели страны [1–4]. Экономический аспект проблемы также требует внимания – значительные бюджетные средства направляются на обеспечение пациентов лекарственными препаратами, организацию лабораторной диагностики и проведение профилактических мероприятий. В условиях напряженной эпидемиологической ситуации по ВИЧ-инфекции, с преимущественным поражением трудоспособного населения, особую актуальность приобретает совершенствование системы эпидемиологического надзора. Определенное значение имеет наблюдение за группами населения повышенного риска в отношении ВИЧ-инфекции – потребителями инъекционных наркотиков, коммерческих секс-работников и мужчинами, практикующими секс с мужчинами. Региональные особенности, изменение количественных и качественных характеристик эпидемического процесса требуют внедрения инновационных подходов к мониторингу ВИЧ-инфекции. В контексте цифровой трансформации здравоохранения применение геоинформационных систем (ГИС) становится стратегически важным инструментом, позволяющим проводить пространственно-временной анализ распространения инфекции, выявлять территории с наиболее неблагополучной эпидемиологической ситуацией, способствовать объективной оценке эффективности проводимых профилактических программ в субъектах округа.

Таким образом, модернизация системы эпидемиологического надзора за ВИЧ-ин­фек­цией с использованием геоинформационных технологий представляет собой актуальное и перспективное направление, соответствующее современным вызовам эпидемиологии и способствующее оптимизации профилактических и противоэпидемических мероприятий на различных уровнях управления здравоохранением.

Материалы и методы исследования

В соответствии с концепцией Электронного эпидемиологического атласа Российской Федерации1 «Эпидемиологический атлас по ВИЧ-инфекции» реализован в виде комплекса, состоящего из Web-приложения для интерактивного анализа и визуализации данных, модуля администрирования для управления контентом и системы управления базами данных (СУБД) для хранения и обработки информации. Технические решения основаны на опыте разработки раздела «ВИЧ-инфекция в ПФО» Эпидемиологического атласа ПФО [5] и действующего Эпидемиологического атласа России [6] с ключевыми улучшениями архитектурной оптимизации, унификации логики работы с данными и улучшением производительности за счет изменения структуры программного кода без изменения его внешнего поведения. Веб-интерфейс атласа разработан на основе JavaScript-фреймворков. Для работы комплекса по картографическому предоставлению информации был реализован доступ к картографической библиотеке Leaflet и картографическому ресурсу OpenStreetMap. В качестве СУБД с поддержкой геопространственных запросов была выбрана свободная реляционная система управления базами данных MySQL. При формировании базы данных были использованы материалы официальной статистики МЗ РФ и Роспотребнадзора: форма Федерального государственного статистического наблюдения № 61 «Сведения о контингентах больных ВИЧ-инфекцией»2, форма № 4 «Сведения о результатах исследований крови на антитела к ВИЧ»3, форма Приоритетного национального проекта «Сведения о мероприятиях по профилактике ВИЧ-инфекции, гепатитов В и С, выявлению и лечению больных ВИЧ»4, статистическая информация по ВИЧ-инфек­ции из формы № 2 «Сведения об инфекционных и паразитарных заболеваниях»5. Использовались статистические данные по вновь выявленным ВИЧ-инфициро­ван­ным лицам, представленные территориальными центрами по профилактике и борьбе со СПИД и ИЗ в ПФО и данные о численности населения субъектов ПФО (официальный сайт Федеральной службы государственной статистики). Глубина базы данных составляет 4 года (2020–2023 гг.) В базе данных были созданы все необходимые таблицы для ее функционирования: справочники отчетных форм, справочники субъектов округа с учетом общероссийского классификатора муниципальных образований[1], данные отчетных форм, справочник населения территорий в разрезе регионов и т.д. Дополнительно подготовлены таблицы и справочники для внесения результатов лабораторных исследований частоты встречаемости мутаций резистентности ВИЧ к антиретровирусным препаратам у ВИЧ-позитивных лиц. Работа основана на анонимизированных данных, не использована информация, нарушающая чью-либо конфиденциальность, что исключает необходимость получения информированного согласия. Работа выполнена на небиологическом материале.

Результаты и их обсуждение

В эпидемиологии ГИС-технологии активно применяются для разработки специализированных проектов, направленных на изучение в том числе социально значимых инфекционных заболеваний, включающих статистические данные и результаты лабораторных исследований [7–11]. В России исследования с использованием ГИС в рамках эпидемиологического надзора носят разрозненный характер. В большинстве случаев они ограничиваются тематическими атласами, а не полноценными геоинформационными системами с аналитическими и интерактивными функциями. Кроме того, данные материалы редко обновляются, оставаясь статичными картографическими решениями, актуальными лишь на момент публикации. Отчетные формы государственного и ведомственного статистического наблюдения различаются по структуре, содержанию и назначению. Детализированные эпидемиологические данные, представленные в виде специализированных отчетов по отдельным заболеваниям, существенно отличаются по возрастной структуре, социальному статусу, наполнению, периодичности и т. д. Эти различия исключают возможность создания единой унифицированной базы данных и общего программного продукта для детализированного анализа по актуальным нозологиям. Как следствие, для каждого инфекционного заболевания с дополнительной статистикой требуется отдельная база данных и специализированный аналитический модуль или эпидемиологический атлас.

Разработанный на базе Нижегородского научно-исследовательского института эпидемиологии и микробиологии им. академика И.Н. Блохиной Роспотребнадзора «Эпидемиологический атлас по ВИЧ-инфекции» является полноценной геоинформационной системой, осуществляющей интерактивный анализ и визуализацию данных, с возможностью пополнения базы данных актуальной информацией. В процессе разработки были реализованы изменения и улучшения взятой за основу программы для ЭВМ «Основной модуль “Эпидемиологический атлас России”»: 1) архитектурная оптимизация – переход с семи отдельных страниц на единое одностраничное приложение (Single-Page Application), что упростило навигацию, сократило объем кода и время загрузки; 2) унификация логики работы с данными – замена множества специализированных модулей на единый адаптивный модуль, обрабатывающий запросы через параметризованные вызовы, упрощена масштабируемость; 3) производительность – оптимизация алгоритмов обработки данных. Данные изменения позволили приложению значительно сократить время формирования результатов запроса без потери функциональности в плане анализа дополнительной эпидемиологической информации, формированию графических, картографических и табличных материалов. Табличные результаты сформированного запроса предоставляют информацию как по абсолютным значениям, так и по относительным (заболеваемость с расчетом ошибки относительного показателя выбранных периодов, распространенность, темп прироста, удельный вес и т.д.). Данные функции преемственны для любой современной ГИС с интерактивными элементами и являются основными для проведения эпидемиологического мониторинга. Для удобства работы с информацией пользователь может выбрать как интересующую отчетную форму, так и таблицу данной формы, контингент или конкретную территорию, а также использовать данные анализируемого года, года сравнения и т. д.

В процессе разработки модуля администрирования комплекса авторами было принято решение по улучшению интерфейса и упрощению внесения данных в программу оператором. Для приема и контроля данных в модуле администрирования комплекса оператору следует только выбрать соответствующий раздел и путь к необходимому файлу. После проверки файла программа вносит новые данные или, в случае использования файла, отличимого от ранее выбранной формы, выдаст список ошибок, которые необходимо исправить для успешного внесения информации. Подготовлен второй модуль администрирования комплекса в формате Web-приложения с блоком авторизации, с сохранением данных о дате, времени входа, уникального числового идентификатора устройства, имени оператора и внесенных изменениях (при необходимости размещения сайта на стороннем хостинге или для дистанционного обслуживания).

Новый «Эпидемиологический атлас по ВИЧ-инфекции» обладает несколькими важнейшими улучшениями по сравнению с разделом «ВИЧ-инфекция в ПФО» предыдущей версии эпидемиологического атласа:

  • автономность – может работать как самостоятельное программное решение, независимо от эпидемиологических атласов федерального округа или Российской Федерации;
  • масштабируемость – благодаря гибкости и универсальности программы возможно расширение статистических данных при условии стандартизации электронных отчетов из разных источников;
  • адаптивность – может быть адаптирован для любого федерального округа в случае его тиражирования;
  • расширенная аналитика – включает больше статистических показателей с автоматическим пересчетом данных; дополнительные данные: использует расширенную эпидемиологическую информацию, такую как формы № 61 и № 4, а также данные формы Приоритетного национального проекта «Профилактика ВИЧ-инфекции, гепатитов В и С, выявление и лечение больных с ВИЧ» (рисунок);
  • современные технологии – применяются технические решения, повышающие производительность программы.

 

Рис. Пример работы с дополнительной эпидемиологической информацией «Сведения о результатах исследования крови на антитела к ВИЧ в ПФО в 2023 г.»

 

Программа для ЭВМ «ГИС “Эпидемиологический атлас по ВИЧ-инфекции”» прошла процедуру государственной регистрации, заявка удовлетворена отделом регистрации программ для ЭВМ, баз данных и топологий интегральных микросхем Федерального института промышленной собственности Федеральной службы по интеллектуальной собственности (Москва), получено Свидетельство о государственной регистрации от 17.03.2025 № 2025616466.

Выводы

Мониторинг ВИЧ-инфекции – это ключевой инструмент для контроля эпидемиологической ситуации, его актуальность обусловлена необходимостью своевременного реагирования на изменения хода эпидемического процесса, минимизации негативных последствий эпидемии. «Эпидемиологический атлас по ВИЧ-инфекции» является углубленной модернизацией раздела «ВИЧ-инфекция в ПФО» Эпидемиологического атласа ПФО, предназначен для совершенствования и оптимизации системы эпидемиологического надзора за ВИЧ-инфекций, позволит повысить уровень эпидемиологической оценки особенностей и тенденций развития эпидемического процесса, объективизирует и визуализирует пространственную характеристику заболеваемости ВИЧ-инфекцией в субъектах округа и округа в целом для своевременного планирования профилактических и противоэпидемических мероприятий. Предлагаемый к реализации подход позволяет проводить сбор необходимой эпидемиологической информации по ВИЧ-инфекции в любых федеральных округах или централизованную аккумуляцию данных в случае его тиражирования или масштабирования, позволит оптимизировать межведомственное сотрудничество в целях надзора и контроля за ВИЧ-инфекцией. В условиях цифровизации здравоохранения данный комплекс может стать неотъемлемой частью государственной стратегии противодействия ВИЧ-инфекции в виде дополнительного инструмента для обоснованного принятия управленческих решений, повысить эффективность противодействия эпидемии ВИЧ-инфекции.

 

1 Побединский Г.Г., Ершов В.И., Вьюшков М.В. и др. Разработка методических подходов к созданию ГИС «Эпидемиологический атлас России»: отчет о НИР (промежут.). Нижний Новгород: ФБУН ННИИЭМ им. академика И. Н. Блохиной 2019; 116.

2 Постановление Росстата от 09 января 2008 г. № 1 «Об утверждении статистического инструментария для организации минздравсоцразвития России статистического наблюдения за контингентами больных ВИЧ-инфекцией».

3 Приказ Федеральной службы государственной статистики от 14 февраля 2020 г. № 66 «Об утверждении формы федерального статистического наблюдения с указаниями по ее заполнению для организации Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека федерального статистического наблюдения за санитарно-эпидемио­логической ситуацией по ВИЧ-инфекции в Российской Федерации».

4 Приоритетный национальный проект сфере здравоохранения «Профилактика ВИЧ-инфекции, гепатитов В и С, выявление и лечение больных с ВИЧ» утвержденный президиумом Совета при Президенте Российской Федерации по стратегическому развитию и национальным проектам, протокол от 24 декабря 2018 г. № 16.

5 Приказ Росстата от 13.12.2024 № 639 «Об утверждении форм федерального статистического наблюдения №1 и №2 “Сведения об инфекционных и паразитарных заболеваниях” с указаниями по их заполнению».

1 Общероссийский классификатор территорий муниципальных образований. ОК 033-2013. Т. 5. Приволжский федеральный округ. Утвержден приказом Росстандарта от 14 июня 2013 г. № 159-ст. (с учетом Изменений 1/2013 – 661/2023).

×

About the authors

S. A. Sarskov

Academician I.N. Blokhina Nizhny Novgorod Scientific Research Institute of Epidemiology and Microbiology

Author for correspondence.
Email: Sarskov@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-5221-0638

Researcher of the Laboratory of GIS Technologies and Bioinformatics

Russian Federation, Nizhny Novgorod

M. V. Vyushkov

Academician I.N. Blokhina Nizhny Novgorod Scientific Research Institute of Epidemiology and Microbiology

Email: Sarskov@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-7763-8198

Researcher of the Laboratory of GIS Technologies and Bioinformatics

Russian Federation, Nizhny Novgorod

N. N. Zaitseva

Academician I.N. Blokhina Nizhny Novgorod Scientific Research Institute of Epidemiology and Microbiology

Email: Sarskov@bk.ru
ORCID iD: 0000-0001-5370-4026

DSc (Medicine), Director

Russian Federation, Nizhny Novgorod

References

  1. Гриднева Г.И., Белов Б.С., Аронова Е.С. ВИЧ-инфекция и аутоиммунные болезни: современное состояние проблемы. ВИЧ-инфекция и иммуносупрессии 2025; 17 (1): 7–18. doi: 10.22328/2077-9828-2025-17-1-7-18 / Gridneva G.I., Belov B.S., Aronova E.S. HIV-infection and rheumatic diseases: the current state of the problem. HIV Infection and Immunosuppressive Disorders. 2025; 17 (1): 7–18. doi: 10.22328/2077-9828-2025-17-1-7-18 (in Russian).
  2. Загдын З.М., Кобесов Н.В., Денюшенков В.Л., Стерликов С.А. Глобальное бремя ВИЧ/СПИД в аспекте общественного здоровья в России: DALY, вызванные ВИЧ-инфекцией. Часть 2. ВИЧ-инфекция и иммуносупрессии 2025; 17 (2): 32–43. doi: 10.22328/2077-9828-2025-17-2-32-43 / Zagdyn Z.M., Kobesov N.V., Denyushenkov V.L., Sterlikov S.A. A public health perspective on global burden of HIV/AIDS in Russia: DALY due to HIV infection. Part 2. HIV Infection and Immunosuppressive Disorders. 2025; 17 (2): 32–43. doi: 10.22328/2077-9828-2025-17-2-32-43 (in Russian).
  3. Левахина Л.И., Блох А.И., Пасечник О.А. ВИЧ-инфекция в Сибирском федеральном округе Российской Федерации. ВИЧ-инфекция и иммуносупрессии 2024; 16 (4): 107–116. doi: 10.22328/2077-9828-2024-16-4-107-116 / Levakhina L.I., Blokh A.I., Pasechnik O.A. HIV infection in the Siberian Federal District of the Russian Federation. HIV Infection and Immunosuppressive Disorders. 2024; 16 (4): 107–116. doi: 10.22328/2077-9828-2024-16-4-107-116 (in Russian).
  4. Киреев Д.Е., Кириченко А.А., Акимкин В.Г. Геномный эпидемиологический надзор за ВИЧ-инфекцией в Российской Федерации. ВИЧ-инфекция и иммуносупрессии 2024; 16 (4): 17–27. doi: 10.22328/2077-9828-2024-16-4-17-27 / Kireev D.E., Kirichenko A.A., Akimkin V.G. Genomic surveillance of HIV infection in the Russian Federation. HIV Infection and Immunosuppressive Disorders. 2024; 16 (4): 17–27. doi: 10.22328/2077-9828-2024-16-4-17-27 (in Russian).
  5. Зайцева Н.Н., Ефимов Е.И., Солнцев Л.А., Ершов В.И. Электронный атлас в эпидемиологическом надзоре за ВИЧ-инфекцией. Медицинский альманах 2014; 34: 63-67. / Zaitseva N.N., Efimov E.I., Solntsev L.A., Ershov V.I. Electronic atlas in epidemiological surveiilanve over hiv-infection. Medicinskij al’manah 2014; 34: 63–67 (in Russian).
  6. Сарсков С.А., Вьюшков М.В., Полянина А.В., Славин С.Л., Зайцева Н.Н. «Эпидемиологический атлас России» по актуальным инфекционным заболеваниям. Современные технологии в медицине 2023; 15 (6): 22–30. doi: 10.17691/stm2023.15.6.03 / Sarskov S.A., Vyushkov M.V., Polyanina A.V., Slavin S.L., Zaitseva N.N. GIS software package "Epidemiological atlas of Russia" on current infectious diseases. Sovremennye tehnologii v medicine 2023; 15 (6): 22–30. doi: 10.17691/stm2023.15.6.03 (in Russian).
  7. Карелин А.О., Ломтев А.Ю., Горбанёв С.А., Еремин Г.Б. Применение географических информационных систем для совершенствования санитарно-эпидемиологического надзора и социально-гигиенического мониторинга. Гигиена и санитария 2017; 96 (7): 620–622. doi: 10.47470/0016–9900–2017–96–7–620–622 / Karelin A. O., Lomtev A.Yu., Gorbanev S. A., Yeremin G. B., Novikova Yu. A. The use of geographic information systems (gis) for improving sanitary-epidemiological surveillance and socio-hygienic monitoring. Gigiena i sanitariya 2017; 96 (7): 620–622. doi: 10.47470/0016–9900–2017–96–7–620–622 (in Russian).
  8. Лукьяненко Н.В., Базарова Г.Х., Сафьянова Т.В., Шевченко В.В. Широкоступ С.В., Лукьяненко Н.Я. Методологический подход использования ГИС-технологий в эпиднадзоре за сибирской язвой на территории Алтайского края, Республики Алтай. Медицинский альманах 2016; 3 (43): 103–108. / Lukyanenko N.V., Bazarova G.H., Safyanova T.V., Shevchenko V.V., Shirokostup S.V., Lukyanenko N.Ya. The methodological approach of using GIS technology in the surveillance of anthrax in the Altai territory, Altai Republic. Medicinskij al’manah 2016; 3 (43): 103–108 (in Russian).
  9. Водяницкая С.Ю., Водопьянов А.С., Киреев Ю.Г., Водопьянов С.О., Судьина Л.В., Логвин Ф.В. О совершенствовании эпидемиологического надзора за сибирской язвой в Ростовской области на основе новых компьютерных технологий. Медицинский вестник Юга России 2016; 2: 42–46. / Vodyanitskaya S.Yu., Vodop’ianov A.S., Kireev Yu.G., Vodop’ianov S.O., Sudina L.V., Logvin F.V. On improvement of the epidemiological surveillance of anthrax in the Rostov region on the basis of new computer technologies. Medicinskij vestnik Uga Rossii 2016; 2: 42–46 (in Russian).
  10. Буравцева Н.П., Мезенцев В.М., Рязанова А.Г., Головинская Т.М., Дегтярев Д.Ю., Пазенко А.Н., Семенова О.И., Куличенко А.Н. Использование геоинформационных систем для создания электронной базы данных сибиреязвенных захоронений на территории Ставропольского края. Проблемы особо опасных инфекций 2019; 4: 31–36. doi: 10.21055/0370-1069-2019-4-31-36 / Buravtseva N.P., Mesentsev V.M., Ryazanova А.G., Golo-vin¬skaya T.M., Degtyarev D.Yu., Pazenko A.N., Semenova O.I., Kulichenko A.N. Use of geographic information systems for creation of electronic database of anthrax burial sites in the Stavropol territory. Problemy osobo opasnykh infektsii 2019; 4: 31–36. doi: 10.21055/0370-1069-2019-4-31-36 (in Russian).
  11. Ватлина Т.В., Котова Т.В., Малхазова С.М., Миронова В.А., Орлов Д.С., Пестина П.В., Румянцев В.Ю., Рябова Н.В., Солдатов М.С., Шартова Н.В. Медико-географический атлас России «Природно-очаговые болезни». М: Парето-Принт 2017. / Vatlina T.V., Kotova T.V., Malkhazova S.M., Mironova V.A., Orlov D.S., Pestina P.V., Rumyantsev V.Yu., Ryabova N.V., Soldatov M.S., Shartova N.V. Mediko-geograficheskiy atlas Rossii “Prirodnoochagovye bolezni” [Medical and geographical atlas of Russia “Natural focal diseases”]. Moscow: Pareto-Print 2017 (in Russian).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. An example of working with additional epidemiological information "Information on the results of a blood test for HIV antibodies in the Volga Federal District in 2023"

Download (351KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Eco-Vector

License URL: https://eco-vector.com/for_authors.php#07
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ЭЛ № ФС 77 - 75489 от 05.04.2019 г.