blik op de toekomst

Van aardbevingsmodel naar voorspellend model voor IC-opnames

31 juli 2020 • 3 min leestijd

Binnen het Brains4corona-initiatief heeft TNO, samen met Amsterdam UMC, Erasmus MC, en Leiden UMC een model ontwikkeld dat het aantal IC-opnames kan voorspellen: het SEIR-model. Verrassend: een numerieke aanpak om aardbevingen mee te voorspellen bood hiertoe inspiratie.

Een oplossing komt soms uit onverwachte hoek. Want op het eerste gezicht heeft een model, dat voorspellingen doet over hoe veranderingen in de ondergrond in Groningen zich vertalen naar aardbevingen, weinig te maken met het aanpakken van de coronacrisis. Maar niets is minder waar.

Van aardbeving tot IC-opnamevoorspelling

Jan-Diederik van Wees, hoogleraar binnen de aardwetenschappen bij de Universiteit Utrecht en onderzoeker bij TNO, was er eind januari van overtuigd dat het nieuwe coronavirus ook naar Nederland zou komen. “Gezien de gegevens uit China – verspreiding onder de radar en verdubbeling van besmettingen binnen twee dagen – kon dat haast niet anders. Toen het RIVM in een briefing aan de Tweede Kamer aangaf geen model te hebben voor het inschatten van de IC-behoefte, heb ik me er in verdiept. Want het moest toch mogelijk zijn om zo’n model te maken. Eerst ben ik er in mijn eigen tijd mee aan de slag gegaan en later binnen een Brains4corona-project", vertelt Van Wees.

“Ik zag al snel dat het ‘aardbevingmodel’ omgebouwd kon worden om IC-opnames te voorspellen”

Omgaan met onzekerheden

Al snel ontstond bij Van Wees de gedachte dat het type wiskundige modellen waarmee aardbevingen voorspeld worden ook wel eens geschikt kon zijn voor de coronaproblematiek. “Onder de grond hebben we te maken met veranderingen, bijvoorbeeld door gaswinning, die zich verspreiden. En is er sprake van veel onzekerheid. Dezelfde soort basiskarakteristieken speelt bij het coronavirus ook; er zijn maar een paar parameters waaraan je je kunt vasthouden. Er is immers nog veel onbekend over de transmissie. Met beperkte informatie kunnen we met behulp van zogenoemde data-assimilatie echter toch goede voorspellingen doen. Samen met het Amsterdam UMC en Erasmus MC hebben we medio maart het open source ‘COVID-SEIR model’ ontwikkeld. En het bleek de snelle groei van de IC-behoefte eind maart en de piek van begin april juist te voorspellen”, legt Van Wees uit.

“Veel landen kiezen ervoor flink te versoepelen en vervolgens aan de handrem te trekken als het

misgaat”

Hoe werkt het SEIR-model?

De letters in het woord SEIR staan voor: Susceptible (het vatbare deel van de bevolking), Exposed (het deel van de bevolking dat het virus draagt), Infected (patiënten die de eerste milde symptomen vertonen) en Removed (patiënten die zijn hersteld of overleden). Het model houdt rekening met onzekerheden voor parametrisering – het in parameters uitdrukken van COVID-19 – en maatregelen voor sociale afstand. Het model laat gebruikers de drastische effecten zien die kleine veranderingen kunnen hebben. “Slechts een kleine verandering in de parameters kan de voorspellingen van nieuwe gevallen, ziekenhuisopnames en sterfgevallen diepgaand beïnvloeden. Het illustreert hoe cruciaal nauwkeurige gegevens kunnen zijn bij het bestrijden van het virus. Het kan dagelijks gekalibreerd worden en geeft zo een up-to-datebeeld aan de hand van actuele data. Het biedt op deze manier het nodige comfort onder onzekerheid”, stelt Van Wees. Het model en de Nederlandse voorspelling zijn openbaar gemaakt. 

Voorkeur voor adaptieve sturing

Van Wees: “Veel landen kiezen ervoor flink te versoepelen en vervolgens aan de handrem te trekken als het misgaat. Wij hebben met het model verschillende exit-strategieën bestudeerd en stresstests gedaan. We hebben geconstateerd dat je bij progressieve versoepeling kleine stappen moet zetten om overbelasting van de IC te voorkomen. Je hebt bovendien een noodrem nodig om bij te snelle IC-groei in te grijpen. Dat resulteert in een sterke golfbeweging. Een adaptieve strategie, waarbij je versoepelende stappen kunt afwisselen met beperkende stappen, is beter. Op die manier is uiteindelijk meer versoepeling mogelijk, omdat je geen grote golfbeweging krijgt. Een handrem is niet nodig en je leert bovendien beter wat wel en niet werkt.

“Een adaptieve strategie, waarbij versoepeling kan worden afgewisseld met beperkende stappen, werkt het beste”

Verbreding en uitbreiding

Nu ligt de focus op de zorgcapaciteit, maar er zijn meer toepassingen mogelijk. “Eigenlijk kun je dit model toepassen op alles wat logistiek getrapt, in steeds kleine fracties, doorwerkt. Zoals infecties, ziekenhuisopnames en dus IC-opnames. Het voordeel is dat je met weinig maar toch actuele data, dagelijks voorspellingen kan doen. Dat maakt het bijvoorbeeld ook voor het Rode Kruis mogelijk om het model in Afrika – waar geen uitgebreid bron- en contactonderzoek is – in te zetten.” 
Verder werken we samen met de Universiteit van Amsterdam aan een publieke webversie voor de dagelijkse voorspelling van de zorgcapaciteit. Gebruikers kunnen daarin interactief simulaties doen van versoepelende of beperkende maatregelen, en zo meer inzicht en begrip krijgen van COVID-19.

Meer weten? Neem dan contact op met Jan-Diederik van Wees

nieuwsbericht

Geothermie volledig CO2-neutraal maken

8 dec '21 - 3 min
Geothermie is een van de schoonste duurzame warmtebronnen en vormt een essentieel onderdeel van de energietransitie. Toch is aardwarmte niet honderd procent CO2-neutraal.... Lees meer
nieuwsbericht

Proeven met nieuwe generatie zonnewegdek

18 nov '21 - 3 min
Wegdek kan een rol van betekenis spelen in het grootschalig opwekken van zonne-energie. TNO werkt in het concept SolaRoad aan technieken en constructies waarbij... Lees meer

Dag van de uitvinder

9 nov '21 - 5 min
Bij TNO werken onze uitvinders al sinds 1932 aan de uitvindingen en innovaties van morgen. In het kader van de Dag van de Uitvinder staan we stil bij enkele TNO... Lees meer
innovatie

TNO’ers bestrijden de stikstofcrisis met programma Brains4Nitrogen

15 okt '21 - 4 min
Na het succes van het Brains4corona-programma, waarin TNO zich richtte op de aanpak van het coronavirus in 2020, is de organisatie nu van plan meer van deze 'Brains4x'-uitdagingen... Lees meer
innovatie

Met Brains4x van TNO versnelde innovatie op maatschappelijke uitdagingen in Nederland

15 okt '21 - 2 min
Van de coronapandemie tot aan de stikstofcrisis: Nederland staat voor grote uitdagingen. Na het succes van Brains4corona en Brains4nitrogen gaat TNO vaker challenges... Lees meer