从布鲁里大学各采样点收集的含有社区样本的鼻拭子被送到布鲁里大学临床检测实验室进行处理，如图所示。每天更新面向公众的仪表板，以报告阳性、阴性和无效结果的数量。照片由Janice Checchio提供

COVID监测

波士顿大学COVID-19仪表板背后的故事和科学

波士顿大学的科学家们“全力以赴”支持一个独一无二的系统，该系统包括定制软件、实时校园网络建模、接触者追踪和病例集群管理

8月17日，波士顿大学开始在面向公众的仪表板上公布全校范围内的冠状病毒测试项目的结果。该网站的访问者现在可以立即看到波士顿大学在过去一天或过去一周进行了多少次检测，记录的阳性、阴性或无效病例总数，与波士顿市和马萨诸塞州联邦相比，波士顿大学阳性病例的总体百分比等等。

波士顿大学校长罗伯特·a·布朗（Robert A. Brown）说：“由于围绕这种疾病的大量焦虑，重要的是我们要尽可能透明地了解我们正在做的事情，我们社区的健康状况是什么，以及它是如何随着时间变化的。”他说，面向公众的仪表板是为了让人们对波士顿大学的冠状病毒监测和控制工作充满信心——不久之前，一所大学完全靠自己来完成这一过程似乎是不可想象的。

布朗说，仪表板将有助于回答一个重要的问题：就感染率而言，“与整个社区相比，波士顿大学的情况是好还是坏？”这是我们需要知道的透明度，也是我们周围的社区需要知道的。”

但面向公众的仪表板只是波士顿大学广泛的冠状病毒工作的众多方面之一。整个大学范围内的测试项目依赖于新的波士顿大学临床测试实验室，该实验室在夏天迅速配备了机器和定制软件。现在它已经启动并运行，每天能够处理多达6000次冠状病毒检测。

“我们早期做的一件事是承诺在波士顿大学建立一个测试设施，”布朗说。“当我们在3月和4月第一次开始了解这种疾病时，我们清楚地认识到，如果没有监测测试，就无法控制大学内的传播。”这是因为科学澳门威尼斯人注册网站研究表明，多达40%的冠状病毒感染者可能是无症状的，这使他们有可能在不知不觉中将病毒传播给他人。“常规检测是找到所有感染者的唯一方法。”

布朗任命波士顿大学副校长兼澳门威尼斯人注册网站研究副教务长格洛丽亚·沃特斯（Gloria Waters）协调波士顿大学的科学家团队，使校园冠状病毒检测和监测项目成为现实，并要迅速完成，以便为8月份学生的到来做好准备。

“测试本身只是我们项目的一部分，”布朗说。“没有检测，你是盲目的——有了检测，你就有了社区中感染病毒的人的数据。那么问题来了，你该如何处理这些数据？整个接触者追踪、隔离、将感染者隔离、能够向人们提供咨询以使他们遵守指导方针、拥有正确的软件将这些数据传递给根据这些数据做出决策的人——这是波士顿大学科学界的一个全体参与的时刻。”

利用网络科学模拟大学社区

波士顿大学的测试方案——每周对本科生进行两次抽样，每周对面向学生的教职员工和澳门威尼斯人注册网站研究生进行一次抽样——已经通过了波士顿大学校园和社区的复杂网络模拟的审查，该模拟建立在丰富的数据基础上，旨在预测冠状病毒如何在学生、教职员工中传播。该网络模拟是根据比尔和梅林达·盖茨基金会支持的流行病学模型改编的，并由波士顿大学的科学家定制，以代表波士顿大学社区的运动和模式。

“我们正在做的建模类型是基于网络的模型，这意味着我们正在模拟个人行为，”埃里克·科拉奇克说，他是波士顿大学拉菲克·b·哈里里计算与计算科学与工程澳门威尼斯人注册网站研究所所长，也是模拟团队的负责人。“我们的主要数据来源包括所有在校学生的班级注册和时间表以及住宿信息。从数学上讲，我们正在以合理的现实水平计算个体之间的互动方式，以及冠状病毒如何通过波士顿大学网络中的这种接触传播。”

每周两次，波士顿大学的本科生必须去波士顿大学的一个采样点进行鼻拭子测试，以进行冠状病毒测试。面向学生的教职员工和澳门威尼斯人注册网站研究生必须每周这样做一次。照片由Jackie Ricciardi（左）和Janice Checchio拍摄

虽然校园模拟是针对波士顿大学社区的，但开发它的科学家利用了现有的澳门威尼斯人注册网站研究以及澳门威尼斯人注册冠状病毒如何传播的最新循证信息。

波士顿大学公共卫生学院生物统计学副教授、生物统计学家和流行病学家劳拉·怀特说：“我们确实从了解COVID动态的大量澳门威尼斯人注册网站研究中受益。”“我们使用现有的统计计算器来查看建筑气流如何影响COVID的传播，以及给定的教室密度如何影响传播概率。”

长期以来，公共卫生专家、流行病学家和统计学家一直在完善理解传染病传播的模型。但随着科学家对这种病毒的了解越来越多，冠状病毒的特定参数仍在开发中。

怀特说：“这是一个非常变化的景观，但有一些重要的趋同点与人们出现症状所需的时间有关，有多少无症状传播和疾病可能发生——我们看到多项澳门威尼斯人注册网站研究证实了类似的数字。”

科拉奇克说，该团队采用盖茨基金会资助的冠状病毒模型，建立了一个特定于bu的系统，以便大学的各个部门可以输入数据进行处理。除了描述个人如何在校园里移动——从宿舍到教室再到COVID-19测试点——以及他们一路上遇到的人的数据之外，还有几十个代表感染概率的数学计算。

“如果有两个人互动，如果其中一个人感染了冠状病毒，另一个人被感染的可能性有多大？Kolaczyk说，他是波士顿大学艺术与科学学院和工程学院的数学、统计学和系统工程教授。通过计算，他和他的团队确定了任何两个人之间传播可能性的基线。利用个人数据，模拟甚至可以根据年龄预测轻度、中度或严重疾病的可能性。

为了测试波士顿大学冠状病毒监测计划在防止病毒传播方面的有效性，澳门威尼斯人注册网站研究人员使用该模型模拟了2019-2020学年的校园人口及其交通模式，以及如果有病人通过该网络会发生什么。

“这些都是超级计算密集型模型，”Kolaczyk说。“每次病人与其他人接触时，并不能保证冠状病毒会传播。当你在个人层面上运行校园模拟时，以及他们如何移动和彼此接近，你在计算上一遍又一遍地投掷数亿枚硬币——传播的概率。”

为了彻底探索随着时间的推移，校园内可能发生的感染率范围，波士顿大学的科学家们正在进行数万次模拟，不仅捕捉平均预期感染率，还捕捉可能感染率的上限和下限。

“建模的一件事是，对你所做的计算有信心总是很重要的，”计算专家卡蒂亚·布列科娃（Katia Bulekova）说，她是波士顿大学信息服务与技术（IS&T）澳门威尼斯人注册网站研究计算服务小组的科学编程和应用经理。“抛硬币的次数越多，获得的数据就越多。我们进行了数千次模拟，以确保我们的结果是可重复的。”

Bulekova说，作为建模团队的带头人，Kolaczyk非常清楚地告诉团队中的每个人，模拟是用来生成无偏见的数据，而不是用来证明任何先入为主的观念。

布列科娃说：“他对我们说，在任何时候，我们都不会用这个模型来试图证明任何提出的预防措施都会有所不同。”“他明确表示，我们只会澳门威尼斯人注册网站研究预防措施如何影响病毒的传播，并对基于该模型的澳门威尼斯人注册网站研究结果保持透明。”

她说，出于隐私考虑，输入数据不会被分享，但所有的计算都是公开的。“如果波士顿大学或其他地方的人想看看我们的计算是否合理，他们可以看看我们的代码，”她说。

驱动BU模型所需的计算能力是巨大的。布列科娃和他的团队利用了位于马萨诸塞州霍利奥克市波士顿以西90英里处的一个庞大的计算机网络。它被称为马萨诸塞州绿色高性能计算中心（MGHPCC），它的计算网络由成千上万的处理器组成，分布在10000台计算机上，它们一起工作，解决数据丰富的数学问题，这在单个设备上是不可能的。MGHPCC是由波士顿大学、哈佛大学、麻省理工学院、东北大学和麻省大学以及州政府和私营企业成员支持和使用的合作澳门威尼斯人注册网站研究工具。它也由国家科学基金会和马萨诸塞州生命科学中心资助。

在MGHPCC的计算集群的支持下，BU模型表明，通过结合戴口罩、校园去密度和其他预防措施，以及校园范围的检测、接触者追踪和感染个体的隔离，有可能使感染增长曲线趋于平缓。

“我们不能肯定地说任何事情——我们在这里说的是一种概率语言，”科拉奇克说。

但这种模式给了波士顿大学领导层信心，让他们继续推进恢复住宿校园生活的计划，尽管有许多新的预防措施和参数。现在，该由波士顿大学社区来遵守安全准则了。“我们可以建立我们想要的模型，但如果（社区）没有实施安全措施，那么我们就会看到那些更高的曲线，”科拉奇克说。

预测模型控制感染率

在为住宿本科生返校做计划时，波士顿大学还利用流行病学工具，根据学生的州或原籍国，计算他们到达波士顿大学时已经感染冠状病毒的可能性。

“你可以使用澳门威尼斯人注册学生身体的个性化数据来计算这些概率，比如，如果有人来自某个特定的地方，他们把冠状病毒带给你的可能性有多大？”布朗说。“我们有这些估计，我们已经准备好了。这也是我们将学生的返校安排在几周内的原因之一，这样我们就可以在受感染的学生到达校园时系统地处理他们。”

布朗说，到目前为止，实际感染率远低于计算器的估计。

在波士顿大学的社区成员在波士顿大学的一个采样点自我擦拭鼻孔后，医疗快递员将样本带到波士顿大学的临床检测实验室，在那里对样本进行处理和检测，以确定是否存在冠状病毒。照片由西德尼·斯科特（左）和贾尼斯·切奇奥拍摄

随着学生、澳门威尼斯人注册网站和澳门威尼斯人注册返回校园，Kolaczyk和建模团队正在切换模拟，这样它就不会模拟历史数据，而是实时模拟波士顿大学正在发生的事情，以及校园里到底有谁。为了实现这一目标，Bulekova和来自BU IS&T的其他人设计了定制的前端和后端软件，使BU各部门能够轻松地将最新数据输入到模拟中。

BU IS&T分析服务和机构澳门威尼斯人注册网站研究助理副总裁Linette Decarie说：“我们一直在通过在线门户网站收集学生的记录数据，包括学生在哪里，他们每个人计划如何使用LfA选项，他们的课表是什么，他们来自哪个州——各种各样的信息被输入到这个软件中。”“有些信息是我们直接从学生那里收集来的；他们可以访问一个在线门户网站，在那里他们可以表明他们上课或在线学习的计划，他们可以随时更新这些信息。”

波士顿大学学生健康服务部行为医学主任兼临床服务副主任嘉莉·兰达（Carrie Landa）说，利用所有这些数据点和波士顿大学临床测试实验室的测试结果，校园模拟将像一张热图一样发挥作用，为波士顿大学的医疗保健和接触者追踪团队提供特定建筑物、宿舍和教室中任何冠状病毒活动的详细视图。

她说：“这些数据将帮助我们准确地决定我们需要实施哪些资源来应对病例并防止进一步传播。”自今年4月以来，兰达一直在波士顿大学的医疗咨询小组任职，该小组是由布朗为应对疫情而组建的。

“我们将每天仔细检查数据，找出可能引起关注的薄弱环节，例如我们的隔离单元有多少被使用，测试材料的供应链如何运作，大学的人员配备水平等等。我们将关注20多个指标，”布朗说。他和来自全州的其他大学校长都是马萨诸塞州州长查理·贝克（Charlie Baker）组织的高等教育特别工作组的成员，该工作组就安全重新开放大学的策略提出了建议。Decarie还向该高等教育工作队提供了支助。

密切关注社区依从性

戴维森·哈默是波士顿大学医疗咨询小组的成员，也是波士顿大学公共卫生学院和医学院传染病与全球健康专家。他说，一个不确定因素是，波士顿大学社区的每个人是否都会遵守测试协议和社区安全指南。哈默也是波士顿大学国家新兴传染病实验室的一名教员，他为布朗所在的马萨诸塞州高等教育重新开放工作组提供了指导。

哈默说：“我认为，在学生、教职员工中，看看口罩的使用程度、填写日常健康证明的情况，以及这与疾病爆发的风险有何关系，将是一件有趣的事情。”“我们可以从中学到很多实用的公共卫生知识。”

哈默说，随着学生从州外返回波士顿大学和马萨诸塞州的其他学院和大学，进入该州的病例可能会增加。尽早发现这些病例将有助于隔离和接触控制，最终限制向他人传播。

哈默说：“像波士顿大学这样的大学正在采取措施，识别病人，并将他们与其他人区分开来。”“案件数量会有一个小的上升，但希望它能很快下降。我们面临的挑战将是加强学生的行为；我希望学生领袖们能帮助同龄人向其他人施加压力，让他们说，‘你需要戴上口罩，你需要做检查。’”

哈默还说，对学生来说，重要的是要有正确的口罩，有效的口罩，并且手头有多个口罩。哈默说：“理想情况下，你想要一个由两种不同材料组成的口罩，有两到三层，贴合性好，能很好地覆盖口鼻，不会漏气——这种口罩非常有效。”“这些类型的材料是可洗的，所以如果它们被弄湿或弄脏——这会降低它们的效果——你可以洗它们。当这种情况发生时，你需要准备另一个面具。我们知道，像大手帕和羊毛绑腿这样的东西，它们根本不起作用，甚至可能会让事情变得更糟。所以，人们戴的口罩类型真的很重要。”

作为一名公共卫生专家，哈默不仅为大学重新开放提供指导，还就重新开放企业的建议向马萨诸塞州提供建议（以及哪些警告信号会让该州逐步取消重新开放计划），他承认“在保持经济发展、保持人们快乐、保持人们安全和健康之间，这是一个微妙的平衡。”

波士顿大学的校园模拟足够详细，可以像热图一样发挥作用，为波士顿大学的医疗保健和接触者追踪团队提供特定建筑物、宿舍和教室中任何冠状病毒活动的详细视图。波士顿大学的临床检测实验室（如图所示）有足够的带宽，可以在校园内显示出病毒传播迹象的任何区域提高检测频率。Janice Checchio摄影

在4月至5月马萨诸塞州病例激增的高峰期，哈默是波士顿医疗中心（BMC）成人传染病小组的成员，他在BMC、波士顿安全网医院和波士顿大学教学医院的一线协助治疗危重病人。“我在治疗方面提供了相当多的帮助，一次和其他六位医生一起工作，然后插嘴说，‘我们认为这个人需要这种药物’，或者根据病人的数据做出其他评估。我亲眼看到了这种疾病的破坏性，”哈默说。

哈默说，在波士顿大学，如果病毒显示出不受控制的传播迹象，大学可能会被迫关闭餐饮和住房单位，或采取其他更严厉的措施。但他仍保持谨慎乐观。他说，为了控制传播，你需要经常检测。他认为，波士顿大学的监测频率是合理的，并且有内置控制措施，可以在感染突然出现时消除感染。

他说：“如果系统的所有方面都能按计划运作，那么对学生、员工和周边社区的风险应该是非常小的。”我认为我们可以控制局面。”

社区监测正在改变大流行的形势

在波士顿大学，布朗和其他科学家正在观察该大学的监测项目还能揭示哪些澳门威尼斯人注册冠状病毒大流行的新见解。

布朗说：“这是一次大规模的监测测试活动，它不像你在其他任何州听说过的测试，也不同于其他机构正在做的。”“例如，马萨诸塞州或波士顿市正在进行医学检查，医生因为某人有症状而开了检查处方。那不是我们要做的。我们正在测试每个人。在医学上订购的测试池中，人们感染冠状病毒的可能性比像我们这样进行大规模监测测试时要高。随着今年秋天在波士顿大学继续推广，我们的测试结果以透明的方式公开分享，看看我们发现多少无症状感染者将会很有趣。”

该项目最终可能会发现有关冠状病毒的新信息，其影响远远超出波士顿大学的校园。这是一个难得的机会，可以看到新型冠状病毒的真正无症状率是多少，并评估病毒在人与人之间的真实传播率。

布朗说：“在我们的环境中，我们将能够比任何人都了解更多澳门威尼斯人注册接触者追踪的信息，我们将有非常好的数据，当有人检测呈阳性时，我们将发现他们与其他人有多少接触，然后我们将能够追踪这些接触者中有多少最终发展成病毒。”“真正的概率是多少？”到目前为止，还没有足够好的数据来解决这个问题。”

布朗说，波士顿大学正在与其他大学谈判，以建立一个数据共享联盟，将校园测试数据汇集在一起，用于更广泛的科学目的。Kolaczyk的校园建模团队已经公开了他们的软件代码，并通过GitHub开源。

科拉奇克说：“许多其他大学比波士顿大学晚了两个月或更长时间，才建立了支持校园重新开放的模型，他们很高兴能接触到我们的模型。”

“这个过程的协调给我留下了深刻的印象；这不是在真空中进行的建模练习，”他说。“我认为这是一次非常谦卑的经历....当你作为一名科学家，仅仅因为有趣而进行计算时，你可能会做的事情，其影响的重要性要大得多。”

布朗说，波士顿大学有许多“无名英雄”，他们的巨大努力使大学有可能回到学生重返校园的地步。“采购部门有人为我们提供了运行新临床测试实验室所需的机器人和机器，这不是一件容易的事情——记住，早在春天，疫情就造成了许多供应短缺。采购团队非常有创意，工作非常努力，为我们提供了优惠的价格，获得了设备，降低了测试成本，使BU的监控项目成为现实。”

现在，“可能发生的最好的事情是，”布朗说，“有了所有的协议、戴口罩、建筑通风措施、清洁要求等等，我们承认，尽管这不是我们想要生活的世界，但这是一个我们可以安全生活的世界——我们的社区有3万人一起工作和生活，一起上课，感染率得到了很大的控制——直到治愈冠状病毒。”