田怀玉: 用模型预测新冠肺炎疫情风险

2020-05-31 11:55:12 来源: 科技日报 作者: 代小佩

科技日报实习记者 代小佩

2020年春节后的一天,凌晨4点多,手机又响了。

挂掉电话,田怀玉爬出暖烘烘的被窝,急忙赶往实验室。遇京城大雪,原本步行大约20分钟的路,变得寂寥又漫长。抵达实验室,他打开电脑,把大量有关新冠肺炎的数据输入到北京市新冠肺炎传播风险预测预警技术平台,这是他不久前刚搭建的。结合输出结果,他撰写了2000字左右的分析报告,递交给指挥防疫的决策者。得空休息,他吃起了便利店买来的面包。

33岁的田怀玉是北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院副教授,疫情期间,他带着实验室7名学生,为北京本地及全国抗击新冠肺炎提供技术保障。他们的工作试图回答一些生死攸关的问题:全国还会有多少人感染新冠肺炎?武汉究竟缺多少张床位?北京会有多少输入性病例?哪些措施会对防疫有效?

  

田怀玉(受访者供图)

病毒无情复制,死亡阴翳笼罩,抗疫决策者如置身黑夜,而田怀玉建立的预测模型,点亮了一盏探照灯。1月至3月中旬,田怀玉研究组共向中央领导层提交疫情分析报告3 份,向北京市市委市政府提交预测分析报告19 份,为政策决策、医疗资源和支援物资的调配提供了支撑,获得了中央政治局、国务院、北京市委市政府领导同志的高度认可和重要批复。

5月30日,第四个全国科技工作者日,田怀玉获得第二届全国创新争先奖,同时获得该奖项的个人还包括中国工程院院士李兰娟、中国工程院院士张伯礼等。 

 

5月30日,田怀玉(右一)领取第二届全国创新争先奖 (记者截图自网络直播)

临危受命

2020年初,通过新闻和武汉的朋友,田怀玉得知了“不明肺炎”。但和全国大多数人一样,他并没有太放在心上。2020年1月18日至20日,湖北省卫健委通报了新冠肺炎感染病例,虽然接连每日新增病例只有几十例,但十几年来深耕传染病流行病模型研究的田怀玉嗅到了危险的气息。

如果说抗疫一线医生看到的是ICU躺着多少名新冠肺炎患者,传染病流行病预测者则试图看到未来还有多少患者要去ICU门口排队。“最初确诊的几十例感染者如果符合传染病预测模型,他们或许就是庞大感染群体的冰山一角。”出于职业敏感,田怀玉猜测,还有大量冰山隐于海平面之下。

田怀玉告诉科技日报记者:“根据传染病预测模型的经典理论测算,当时武汉疫情风险已经很高。以往经验也表明,报告病例与实际病例通常存在一定比例,加上被感染群体在动态扩大,根据动力学,我们认为感染者的置信区间实际很大。”

尽管有理论支撑,田怀玉不相信这就是事实。和所有人一样,他希望疫情可控。他说,“不敢去想,如果疫情暴发,灾难有多么巨大”。然而很快,他就意识到事情的确不妙。

1月22日,田怀玉和军事医学科学院研究员杨瑞馥合作提交了一份预测报告。虽然当时缺少武汉的一手数据,他们还是估算了武汉疫情暴发规模与持续时间。

抗疫的号角吹响,北京市疾控中心联系到田怀玉,希望他能提供新冠肺炎数据分析的技术支持。“我一直做的是动物源性传染病(如禽流感、狂犬病)的相关研究。接到任务时,我意识到这次疫情与以往不同,需要交叉学科协助。” 1月初田怀玉被邀请为世界卫生组织(WHO)传染病模型工作组专家,WHO也希望模型工作组的专家能为疫情传播情况提供理论阐释。

1月24日,农历2019年除夕,田怀玉通知实验室团队,要开展关于新冠肺炎的应急研究。“最开始我没想让这帮孩子帮忙,他们都放假回家了。但情况很糟糕,一个人处理不过来,就让他们远程协助我。”田怀玉的这帮孩子是实验室里6名女生1名男生,他们平均年龄25岁,最小的22岁。接到任务时都没有怨言,其中有几个本科毕业于武汉大学,出于感情,他们更认为自己责无旁贷。“很多时候,我们做研究都是跟着兴趣走,但这次临危受命,让我们更深刻意识到,科学要服务社会。”

  

田怀玉(右) (受访者供图)

就像预测股票

研究迅速展开,大家分工协调。有学生负责搜集整理各省市病例数据,有学生负责研究新冠肺炎疫情空间传播特征,还有学生负责梳理文献翻译疫情相关科普文章。田怀玉主要负责建模工作,并撰写分析报告。相对而言,建立人间传染病模型比建立动物源性传染病模型程序更简单,所以,从技术上来说,研究组给新冠肺炎疫情提供预测分析并不难实现。

但,田怀玉的状态并不轻松。“那种压力不是因为工作难,而是每次拿到预测结果后油然而生的恐惧感。”

1月至2月,新冠肺炎疫情尚未在全球形成暴发之势。在WHO的模型工作组内,几十位专家在建模分析预测疫情。田怀玉说:“本国疫情尚未暴发的专家可以对疫情‘高谈阔论’,或是用零星的数据建模,但我没有退路。因为疫情蔓延在我的祖国,而且病例每天不断地输入我的家乡——北京。”

早期,国外专家关于基本再生数(R0)的推算位于2-6这个区间,意味着1个感染者可传染的人数在2-6之间。“但R0微小的变化涉及的是指数级的增长,考虑到病例每天迭代,我国巨大的人口基数以及有限的医疗资源,稍有差错后果会完全不同。所以,我要给政府和疾控部门提供更准确的数字。”田怀玉说。

但田怀玉心里也没底。虽然他做传染病流行病模型研究十多年,荷枪实弹上战场却是头一回。非典时他上高中,对疫情没有很深刻的记忆。这一次,他的分析结果可能会被采纳,并用于抗疫实战。“当时武汉报告病例只有几百例,但我们的模型预测,照此形势,武汉会有5-100万人感染。我们还预计床位缺口在2万至50万之间。如果这些数据不准,怎么办?”田怀玉回想起来,觉得当时就跟预测股票一样。

  

田怀玉(左二)(受访者供图)

今朝试锋芒

不过,不管疫情如何发展,在田怀玉的认知和经验中,都有一份答案。“疫情发展在任何时间段都有无限种可能。我们通过指标、数据反复测算,并结合以往经验反复做排除法,排除那些不可能的结果,捞出那个最有可能的答案。”

他形容自己当时的心态:激动又恐惧。激动是因为“教科书上的理论真的用上了”,恐惧是因为“通过模型预测看到疫情形势十分严峻。”那时候,他把恐惧感埋在心里,没有跟人提起过。

1月至2月,田怀玉吃住几乎都在实验室。由于外卖停工,也不想家人冒着被感染的风险外出给他送饭,田怀玉常以面包果腹。疫情吃紧,北京市疾控中心大半夜打电话要求提供疫情预测分析是常态,有时候田怀玉要在接到电话后一两个小时内出报告。妻子渐渐习惯,称这类电话为“Morning Call”(叫醒服务)。

2月7日,田怀玉研究组预测了武汉的床位缺口,同时指出武汉在当时就解封的话存在风险。3月31日,基于预警平台,田怀玉与来自普林斯顿大学、牛津大学等15家团队合作在《科学》杂志上发论文。他们认为,武汉封城使疫情在其他城市的传播延缓了2.91天,世卫组织全球传染病危害与预备司司长布里安德在讲话中引用了这一结论。田怀玉研究组的成果被相关部门使用,降低了防疫成本。

1月以来,他们的模型几乎准确预测了每天输入北京市的病例数量,田怀玉说,这是他心底最大的快乐。“就像《魔戒》里灰袍法师甘道夫成为白袍法师,我们战胜了疫情,更战胜了自己。”

十年磨一剑,今朝试锋芒。十几年前保研时,田怀玉希望从事一个能为社会做实际贡献,又能探索自然、满足好奇心的研究方向,传染病流行病模型研究符合他的初衷。但这个领域小众,且主要是理论研究,妻子调侃田怀玉的研究领域“虚、空”。但经此一役,家人们似乎豁然开朗:“哦,原来你是做这个的!”

虽然带领研究组为抗疫前线提供了一份作战图,田怀玉并不居功。“‘英雄’这个称号一定要留给一线人员。尤其是奔赴武汉前线的同志,在那条生死未卜的路上,他们是伟大的逆行者。”

田怀玉希望研究能解决实际问题。“做疫情预测模型,我们并不追求自己的工作有显示度,但遇到危险,一定要发出这个危险信号。”

责任编辑: 李俊霞