空間流行病學(xué)

1、2024/4/1,1,GIS與流行病學(xué),學(xué)術(shù)匯報,2024/4/1,2,空間流行病學(xué)的定義,空間流行病學(xué) —— 流行病學(xué)的一個分支，是一門描述、定量和解釋疾病在地理上分布變化的學(xué)科，特別是針對小面積范圍內(nèi)環(huán)境暴露中疾病分布的變化。,2024/4/1,3,涉及學(xué)科領(lǐng)域,涉及到流行病學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、地理學(xué)、人口統(tǒng)計學(xué)和環(huán)境衛(wèi)生學(xué)、社會經(jīng)濟(jì)學(xué)等多個領(lǐng)域， 主要研究內(nèi)容 疾病地圖、地理相關(guān)研究、聚集性檢測與疾病的聚集性等。,2024/

2、4/1,4,,。隨著現(xiàn)代計算機(jī)軟硬件(如地理信息系統(tǒng)，GIS) 、遙感技術(shù)(RS) 、全球定位系統(tǒng)(GPS) 和統(tǒng)計學(xué)方法(如貝葉斯模型的MCMC 技術(shù)) 的發(fā)展，以及近年來公眾、政府和媒體對環(huán)境與健康問題的普遍關(guān)注，極大地促進(jìn)了空間流行病學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用,2024/4/1,5,背景介紹,流行病學(xué)是研究人群中疾病與健康狀況的分布及其影響因素， 并研究防治疾病及促進(jìn)健康的策略和措施的科學(xué)， 而分布主要是研究人群、時間和空間的分布， 通過分布

3、研究以確定高危人群和高發(fā)地區(qū)，以及相關(guān)的危險因素。,2024/4/1,6,地理信息系統(tǒng)（G IS）,地理信息系統(tǒng)(Geographic Inform at ion Systems， GIS) 概念由加拿大測量學(xué)家R. P. Tom linson 于1963 年首次提出， 并在加拿大建立了世界上第一個地理信息系統(tǒng)。隨后， 加拿大、美國、瑞典、 日本、德國等國相繼建立了許多G IS 實驗室， 開發(fā)了ARC/N FO、T IGRL S

4、、ERDA S 等優(yōu)秀軟件。進(jìn)入20 世紀(jì)90 年代G IS 已被廣泛用于各個領(lǐng)域， 例如 土地利用、資源管理、環(huán)境監(jiān)測、交通運輸、城市規(guī)劃、應(yīng)急救援、市場分析、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、重大自然災(zāi)害監(jiān)測與評估、農(nóng)作物大面積估產(chǎn)、建立生態(tài)模型等。 在醫(yī)學(xué)方面， G IS 廣泛應(yīng)用于流行病預(yù)防控制、疾病監(jiān)測、衛(wèi)生資源配置、衛(wèi)生服務(wù)研究、衛(wèi)生教育、社區(qū)衛(wèi)生評價等多個方面。,2024/4/1,7,我國GIS 起步較晚 ，70 年代首先在

5、測繪部門實驗并發(fā)展，后推廣到農(nóng)、林、地質(zhì)部門。1987 年底，國家計委和中科院建立的資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國家重點實驗通過國家驗收，是我國GIS 技術(shù)應(yīng)用和研究起點的標(biāo)志 。 經(jīng)過30 年的發(fā)展，我國已初步建立國土基礎(chǔ)信息系統(tǒng)、全國資源和環(huán)境信息系統(tǒng)、土地保持信息系統(tǒng)等。 衛(wèi)生系統(tǒng)GIS 主要應(yīng)用于血吸蟲病、瘧疾等寄生蟲病的防治研究中。,2024/4/1,8,G IS 定義,G IS 的定義有很多

6、。Blskemore 的定義是， 對數(shù)字空間信息具有存貯、操作、分析、建立模型和繪圖作用的電腦軟件包。 G IS 采集、存儲、管理、檢索、分析和應(yīng)用與地理空間分布有關(guān)的各種數(shù)據(jù)， 以多種形式輸出數(shù)據(jù)或圖形產(chǎn)品。,2024/4/1,9,GIS的組成及功能,GIS 是以計算機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，由計算機(jī)硬件、軟件、數(shù)據(jù)和用戶四大要素組成， 能對空間相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和分析是GIS 的重要標(biāo)志， 并以其

7、混合的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和獨特的地理空間分析功能，提供良好的、交互式的制圖環(huán)境，設(shè)計和制作不同類型的專題地圖 。,2024/4/1,10,GIS的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),GIS 中的數(shù)據(jù)可分為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。 空間數(shù)據(jù) 描述的是地理空間實體的位置、大小、形狀、方向等幾何特征，以及與相鄰物體的拓?fù)潢P(guān)系，由點、線、面組成，如地圖、工程圖、規(guī)劃圖、航空與遙感影像等。 如面可以表示行政區(qū)劃、土壤利用圖、媒介孳生地等；線可以表示河流

8、、道路或管網(wǎng)等；點可以代表居民定居點、消防栓、水井、醫(yī)院、單個病例等。,2024/4/1,11,,屬性數(shù)據(jù) 是定義空間數(shù)據(jù)或特征所表示的內(nèi)容，描述該空間現(xiàn)象的其他特征，如地形地貌、溫濕度、降雨量、土壤類型、動植物種類及其密度、發(fā)病率、媒介密度、人口數(shù)、醫(yī)院等級等。,2024/4/1,12,G IS 的功能　 ①數(shù)據(jù)采集： 通過現(xiàn)成的數(shù)字化數(shù)據(jù)、人工編碼、數(shù)字化和掃描等方式采集。②數(shù)據(jù)整理： 核對、糾正和編輯數(shù)據(jù)， 去掉轉(zhuǎn)換

9、中的錯誤數(shù)據(jù)。③數(shù)據(jù)融合： 通過一系列的操作將數(shù)據(jù)換成一致的地理信息結(jié)構(gòu)。,2024/4/1,13,④數(shù)據(jù)存儲： 將數(shù)據(jù)以恰當(dāng)?shù)男问酱鎯τ跀?shù)據(jù)庫中， 以方便查詢和分析。⑤空間與統(tǒng)計分析： 進(jìn)行數(shù)據(jù)的地理操作和轉(zhuǎn)換以及統(tǒng)計分析， 包括空間檢索， 空間拓?fù)浏B加分析和空間模擬分析， 單層或多層分析等。⑥結(jié)果展示： 將結(jié)果數(shù)據(jù)或圖形以多種形式輸出， 如表格、地圖等， 特別是數(shù)據(jù)可以以地圖為背景， 在相應(yīng)位置或區(qū)域用多種方式展示,20

10、24/4/1,14,GIS中的空間分析,由于很多疾病均與空間位置有關(guān)， 伴隨著空間分析理論與技術(shù)的逐漸成熟， 流行病學(xué)的空間分布研究越來越多， 在流行病學(xué)的研究中正發(fā)揮著越來越重要的作用， 正成為公共衛(wèi)生和流行病學(xué)新的研究工具。 以下以血吸蟲病為例介紹空間分析的應(yīng)用,2024/4/1,15,空間分析是地學(xué)領(lǐng)域的重要概念， 是地理信息系統(tǒng)(GIS)的一個專門術(shù)語， 用定量的過程與技術(shù)分析地圖上或由地理坐標(biāo)定義的二維或三維空間

11、上的點、線和面的結(jié)構(gòu)模式。,2024/4/1,16,早在1854年英國倫敦霍亂流行時， 現(xiàn)代流行病學(xué)的奠基人之一John Snow 博士便通過在繪有霍亂流行地區(qū)的所有道路、房屋、飲用水機(jī)井等內(nèi)容的1︰6 500比例尺的城區(qū)地圖上， 標(biāo)出了每個霍亂病死者的居住位置， 從而得到了霍亂病死者居住位置分布圖， 并對患者的居住地與飲用水井之間的關(guān)系進(jìn)行簡單的空間分析找到了霍亂病的根源，,2024/4/1,17,疾病的可視化分析,、可

12、視化分析是指在空間分析中將圖形信息與屬性信息直接匹配而成， 可視化分析是以空間結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)， 利用GIS 的地圖創(chuàng)建功能， 制作專題地圖， 用于可視化的描述疾病或媒介的空間分布 確定疾病的高發(fā)地區(qū)及疾病的動態(tài)變化， 為疾病危險因素的探討及防治措施的制訂提供依據(jù)。,2024/4/1,18,探索性空間數(shù)據(jù)分析,探索性空間數(shù)據(jù)分析是指利用統(tǒng)計學(xué)原理和圖形圖表相結(jié)合的方法對空間數(shù)據(jù)包含信息的性質(zhì)進(jìn)行分析、鑒別，

13、 用以引導(dǎo)確定性模型的結(jié)構(gòu)和解法， 注重于研究數(shù)據(jù)的空間依賴性與空間異質(zhì)性， 即探索空間分布， 揭示空間聯(lián)系的結(jié)構(gòu)， 給出空間異質(zhì)的不同形式,2024/4/1,19,探索性空間數(shù)據(jù)分析方法,1. 分類分析 Cline在1970 年首次提出了遙感圖像能夠提供豐富的環(huán)境變量信息， 以血吸蟲病為例，遙感圖像不僅能夠提供大量的與血吸蟲病有關(guān)的環(huán)境變量信息， 而且應(yīng)用遙感信息繪制疾病中間宿主孳生地的分布比地面調(diào)查價廉且

14、準(zhǔn)確。,2024/4/1,20,2.疊置分析 疊置分析是一種信息復(fù)合技術(shù)， 它以疊置運算為基礎(chǔ)對多種空間信息進(jìn)行綜合分析， 以幫助用戶判斷信息間相互關(guān)系， 從中獲取更豐富的信息,2024/4/1,21,3. 緩沖區(qū)分析 緩沖區(qū)分析是基于對點、線、面等因素， 按照指定的條件在其周圍建立一定空間區(qū)域作為分析對象， 對該區(qū)域進(jìn)行相關(guān)分析， 如： 根據(jù)高速公路噪聲的影響范圍， 可使用緩沖區(qū)分析方法建立一緩沖區(qū)，

15、 在該區(qū)域內(nèi)不準(zhǔn)建立居民區(qū)以保正居民的健康。,2024/4/1,22,4. 判別分析 1984 年， Cross 等從氣象資料和衛(wèi)星遙感資料中共得到29 個變量通過逐步判別分析來預(yù)測菲律賓血吸蟲病的流行區(qū)， 并根據(jù)地理變量和預(yù)測的某地疾病的發(fā)生概率繪制了疾病風(fēng)險圖， 認(rèn)為其結(jié)果可信并可推廣到菲律賓的其他地區(qū)。,2024/4/1,23,5.主成分分析 主成分分析是克服變量間相關(guān)性的一種方法， 通常是與其他的空間分析技術(shù)結(jié)

16、合進(jìn)行分析， 很少單獨應(yīng)用。,2024/4/1,24,6. 空間自相關(guān)分析 周毅等1999 年在四川省大山區(qū)血吸蟲病的研究中發(fā)現(xiàn)陽性釘螺棲息點的整體分布呈現(xiàn)出正空間自相關(guān)， 人群患病率和釘螺感染率存在顯著的空間聯(lián)系， 而釘螺密度、疫水接觸程度、年齡、職業(yè)則無明顯的空間聯(lián)系，認(rèn)為居住地是控制血吸蟲病傳播的靶點,2024/4/1,25,G IS 在公共衛(wèi)生及流行病學(xué)中的應(yīng)用,G IS 可以為流行病學(xué)研究中空間數(shù)據(jù)的管理、分析提供

17、有效的工具， 它能夠考慮特定位置中影響疾病分布的各種因素， 如地理因素(地形、地貌)、土壤因素、氣象因素和人文因素(人口密度、經(jīng)濟(jì)狀況等) 及其與不同區(qū)域疾病分布和變化的關(guān)系， 探索疾病的影響因子。,2024/4/1,26,用于疾病監(jiān)測領(lǐng)域,展示疾病的時空分布，確定疾病的高發(fā)地區(qū)、高危人群，探索疾病的病因或危險因素。 易彬樘等探索登革熱流行和媒介伊蚊種群的空間分布特征，指出地理信息系統(tǒng)用于登革熱媒介

18、監(jiān)測分析是可行的，并具有常規(guī)研究方法不可替代的作用。 Kaminska 等研究地理信息系統(tǒng)用于監(jiān)測和分析農(nóng)藥污染及其對公共衛(wèi)生的影響。,2024/4/1,27,疾病流行趨勢預(yù)測,用于預(yù)測疾病發(fā)生的趨勢，預(yù)測疾病的流行強(qiáng)度，預(yù)測疫區(qū)特征，預(yù)測疾病或媒介的空間分布特征以及預(yù)測衛(wèi)生事件的空間分布等。 周曉農(nóng)等應(yīng)用GIS 預(yù)測模型來預(yù)測不同血吸蟲病流行程度的可能性和正確性，對18 個氣象觀察點的資料分析結(jié)果顯示，

19、所有血吸蟲流行區(qū)的觀察點傳播指數(shù)值均在900 以上。空間分析所得的血吸蟲傳播區(qū)域分布圖與江蘇省血吸蟲病流行區(qū)相吻合，可劃分出不同區(qū)域的流行強(qiáng)度，AVHRR 衛(wèi)星片圖疊加分析后，得出不同區(qū)域和不同季節(jié)的流行強(qiáng)度預(yù)測圖， 預(yù)測總正確率為88189 %。,2024/4/1,28,衛(wèi)生服務(wù)、衛(wèi)生管理和決策支持,地理信息系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用允許公共衛(wèi)生從業(yè)者去探索衛(wèi)生差距、分析疾病暴發(fā)以及按優(yōu)先次序應(yīng)用有限的資源改善人類健康。 GIS

20、已經(jīng)用在許多研究中去估計一個新診所、醫(yī)院或GP surgery （全科醫(yī)生診所）的最佳位置，考慮到己有的設(shè)施、交通運輸供給、每小時交通流量變化以及人口密度，使病人到新診所、醫(yī)院或GP surgery 的距離最小。,2024/4/1,29,應(yīng)對突發(fā)衛(wèi)生事件,加強(qiáng)突發(fā)事件準(zhǔn)備、反應(yīng)、復(fù)原的信息很多本身具有地理空間特征。 在美國新澤西州發(fā)生炭疽生物恐怖事件時，有關(guān)人員應(yīng)用GIS 去支持現(xiàn)場調(diào)查，在這次調(diào)查中GIS的主要應(yīng)用是建立相

21、對詳細(xì)的工作草圖、定位環(huán)境樣本、向調(diào)查提供空間分析和可視化支持,2024/4/1,30,公共衛(wèi)生教育,GIS 產(chǎn)生的圖形和圖像作為傳播衛(wèi)生知識并與公眾溝通的媒介，可以在公共衛(wèi)生教育中發(fā)揮作用。 通過把有關(guān)疾病的GIS 地圖和圖像放在公共場所、作為網(wǎng)絡(luò)資源共享并及時更新，這將有助于公眾參與社區(qū)衛(wèi)生規(guī)劃，有助于人們認(rèn)識其所處的環(huán)境和疾病的演變， 從而起到衛(wèi)生教育作用。,2024/4/1,31,環(huán)境影響評價,環(huán)境流行病學(xué)的結(jié)合，生態(tài)環(huán)

22、境的監(jiān)測 如吉林黑龍江的松花江污染事件調(diào)查等,2024/4/1,32,GIS在疾病研究中的應(yīng)用實例,Glass 等利用G IS 對美國馬里蘭州Baltimore 萊姆病進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)， 50 多項環(huán)境因素(包括地貌、高程、土壤類型、森林分布、分界線等) 中， 有11 個因素與萊姆病有關(guān)， 其中居住地距離森林越近危險性越大， 而與公園、河溪的距離無關(guān)， 適合針葉松的土壤或不適合草本植物的土壤可增加其危險性。 結(jié)合logis

23、tic 回歸分析模型， 可以確定哪些地區(qū)最易發(fā)生萊。 其后回顧1991 年萊姆病病例與對照組的地理分布情況證實了該風(fēng)險模型預(yù)測結(jié)果的有效性。,2024/4/1,33,,溫度和雨量是影響瘧疾流行的兩個重要自然因素。 1992 年以色列Kitron 等以G IS 為基礎(chǔ)建立了全國瘧疾計算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)，其中包括按蚊繁殖點、人群聚居點等與瘧疾發(fā)生有關(guān)的流行病學(xué)資料。 該系統(tǒng)可以計算各居民點與按蚊繁殖地之間的距離，

24、 根據(jù)各種按蚊的媒介效能和活動范圍評價瘧疾傳播的危險性。 一旦有小范圍瘧疾暴發(fā)， 該系統(tǒng)能夠立即確定導(dǎo)致暴發(fā)的按蚊繁殖點以及可能的病原體來源， 從而采取最有效、針對性強(qiáng)的控制措施,2024/4/1,34,美國疾病控制中心在“兒童鉛中毒篩檢”項目中推薦使用G IS 幫助確定鉛暴露的高危地區(qū)。 Hanchette 等利用G IS 對北卡羅萊州的監(jiān)測數(shù)據(jù)及鹽湖城數(shù)據(jù)進(jìn)行分析， 結(jié)果顯示血鉛水平與1950 年以前修建的房