空間掃描統(tǒng)計(jì)在中國(guó)菌陽結(jié)核病分布中的應(yīng)用

北京市結(jié)核病胸部腫瘤研究所(101149) 康萬里 鄭素華

近年來，在流行病學(xué)研究領(lǐng)域，空間信息技術(shù)已逐步應(yīng)用于分析疾病的空間分布特征、空間聚集性、繪制疾病風(fēng)險(xiǎn)地圖等方面，在疾病防控中發(fā)揮了重要作用〔1〕。結(jié)核病(tuberculosis)是由結(jié)核分枝桿菌引起的全身慢性傳染病。我國(guó)是全世界結(jié)核病高發(fā)的國(guó)家之一，為了掌握我國(guó)結(jié)核病的流行規(guī)律，獲得全國(guó)結(jié)核病疫情基線資料，我國(guó)已經(jīng)進(jìn)行了四次全國(guó)結(jié)核病流行病學(xué)抽樣調(diào)查(第五次流調(diào)詳細(xì)結(jié)果有待公布)。

疾病的空間聚集性(spatial clustering)是指疾病的發(fā)生在空間上表現(xiàn)出的聚集傾向或趨勢(shì)及疾病的空間分布特點(diǎn)和規(guī)律〔2〕。本研究利用我國(guó)2000年第四次結(jié)核病流行病學(xué)抽樣調(diào)查資料，應(yīng)用空間掃描統(tǒng)計(jì)(spatial scan statistics)和克里格插值(Kriging interpolation)方法研究我國(guó)菌陽肺結(jié)核的空間分布特征和空間聚集性，結(jié)果匯報(bào)如下。

資料與方法

1．資料來源〔3〕:菌陽肺結(jié)核資料來自我國(guó)2000年第四次全國(guó)結(jié)核病流行病學(xué)抽樣調(diào)查，并建立空間掃描統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫。

2．研究方法:

(1)空間掃描統(tǒng)計(jì)〔4－5〕:空間掃描統(tǒng)計(jì)采用移動(dòng)窗口法，應(yīng)用一系列掃描圓探測(cè)研究區(qū)域疾病的空間聚集性，窗口的大小和位置處于動(dòng)態(tài)變化之中。掃描半徑按調(diào)查人口范圍劃分，在0到總?cè)丝谝欢ū壤g變動(dòng)(一般為總?cè)丝诘?0%)。開始探測(cè)時(shí)，隨機(jī)選取某一研究點(diǎn)為圓心，以從0到規(guī)定的上限按照一定的步長(zhǎng)逐漸變化的距離為半徑，生成一系列的掃描圓。當(dāng)掃描圓半徑達(dá)到規(guī)定的上限后，又以研究區(qū)域內(nèi)另一個(gè)研究點(diǎn)為圓心開始新的掃描，直到掃描完所有研究地點(diǎn)?？臻g掃描統(tǒng)計(jì)在研究區(qū)域內(nèi)生成無數(shù)個(gè)大小、位置不同的掃描圓，利用圓內(nèi)外病例的實(shí)際數(shù)和期望數(shù)計(jì)算對(duì)數(shù)似然比(log likelihood ratio，LRR)。將掃描圓的對(duì)數(shù)似然比由大到小排序，尋找所有位置所有窗口中較大的對(duì)數(shù)似然比值，這些區(qū)域是最有可能存在聚集性的區(qū)域，然后進(jìn)行蒙特卡羅隨機(jī)化法(Monte Carlo randomization method)檢驗(yàn)，以探測(cè)疾病的空間聚集性，確定窗口所包含的地區(qū)，并計(jì)算該地區(qū)的相對(duì)危險(xiǎn)度(RR)及檢驗(yàn)有無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，通過檢驗(yàn)的掃描圓就是探測(cè)到的疾病聚集區(qū)。

本研究應(yīng)用空間掃描統(tǒng)計(jì)分析中的Poission分布模型(Poission model)，在SaTScan8．0的操作平臺(tái)上對(duì)研究區(qū)域菌陽結(jié)核病進(jìn)行高患病率(high rate)和低患病率(low rate)空間掃描統(tǒng)計(jì)分析。

(2)克里格(Kriging)插值法〔6－7〕:克里格插值是以變異函數(shù)理論和結(jié)構(gòu)分析為基礎(chǔ)，根據(jù)未知樣點(diǎn)有限鄰域內(nèi)的若干已知樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)，在考慮了樣本點(diǎn)的形狀、大小和空間方位，與未知樣點(diǎn)的相互空間位置關(guān)系，以及變異函數(shù)提供的結(jié)構(gòu)信息之后，對(duì)未知樣點(diǎn)進(jìn)行的一種線性無偏最優(yōu)估計(jì)，是空間統(tǒng)計(jì)學(xué)中的一種空間插值定量繪圖方法。

其中s0表示某處未流調(diào)點(diǎn)預(yù)測(cè)值，Z(si)為臨近區(qū)域si的測(cè)量值，λi為 si的權(quán)重，其和為1，即∑λi=1，n為已知樣本點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

本研究應(yīng)用ArcGIS 9．0克里格插值功能，繪制我國(guó)菌陽肺結(jié)核發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)比的空間插值地圖。

結(jié) 果

1.一般情況:2000年第四次全國(guó)結(jié)核病流行病學(xué)抽樣調(diào)查共調(diào)查257個(gè)抽樣點(diǎn)，調(diào)查365 097人，發(fā)現(xiàn)菌陽肺結(jié)核患者584例，菌陽肺結(jié)核患病率160.0/10萬。

(1)菌陽肺結(jié)核與性別的關(guān)系 第四次流調(diào)共調(diào)查男性182 183例，女性182 914例;其中菌陽肺結(jié)核患者男性411例，女性173例。男性菌陽肺結(jié)核患病率225.59/10萬，女性94.57/10萬，男、女菌陽肺結(jié)核患病率差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=98.106，P＜0.001)。

(2)菌陽肺結(jié)核與年齡組的關(guān)系 各年齡組患菌陽肺結(jié)核情況，見表1。經(jīng)線性趨勢(shì)檢驗(yàn)，隨著年齡的增大菌陽肺結(jié)核患病率有升高的趨勢(shì)(χ2=553.678，P＜0.001)。

表1 各年齡組患菌陽肺結(jié)核情況

2．空間掃描統(tǒng)計(jì)分析:

(1)菌陽肺結(jié)核高發(fā)區(qū)域的空間掃描統(tǒng)計(jì)

經(jīng)過空間掃描統(tǒng)計(jì)分析，得到一個(gè)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的菌陽肺結(jié)核高發(fā)聚集區(qū)域(LLR=16.54，RR=1.62，P=0.001)。結(jié)果表明:我國(guó)菌陽肺結(jié)核空間分布非隨機(jī)化，存在高發(fā)聚集區(qū)，聚集區(qū)內(nèi)的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)是其他區(qū)域的1.62倍，該區(qū)域涉及豫、鄂、湘、皖、贛、川、渝、黔、粵、桂等省市。

(2)菌陽肺結(jié)核低發(fā)區(qū)域空間掃描統(tǒng)計(jì)

經(jīng)空間掃描統(tǒng)計(jì)，得到一個(gè)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的菌陽肺結(jié)核低發(fā)聚集區(qū)域(LLR=15.66，RR=0.43，P=0.001)。結(jié)果表明:我國(guó)菌陽肺結(jié)核空間分布非隨機(jī)化，存在低發(fā)聚集區(qū)，聚集區(qū)內(nèi)的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)是其他區(qū)域的0．43倍，該區(qū)域涉及京、津、冀、魯?shù)仁∈小?/p>

3．克里格插值研究

為更好研究我國(guó)菌陽肺結(jié)核的空間分布特征，將各調(diào)查地區(qū)的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)比導(dǎo)入ArcGIS 9.0，應(yīng)用克里格插值分析制作我國(guó)菌陽肺結(jié)核發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)比地圖(圖1)，顏色條由白到黑發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)比逐漸增大。菌陽肺結(jié)核高發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)比聚集在豫、鄂、湘、皖、贛、川、渝、黔、藏等地區(qū);菌陽肺結(jié)核低發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)比區(qū)域在京、津、冀、魯?shù)鹊貐^(qū)，結(jié)果與空間掃描統(tǒng)計(jì)分析基本相似。

討 論

男性和高年齡組者是患菌陽肺結(jié)核的高危人群。原因可能是男女兩性接觸感染機(jī)會(huì)的不同，男性社會(huì)活動(dòng)、社會(huì)應(yīng)酬較多，因此與傳染源接觸的機(jī)會(huì)較多。高年齡組者患病率高，原因可能是老年人的免疫狀況比較低，易被結(jié)核病傳染。因此，應(yīng)該加強(qiáng)男性、高年齡者結(jié)核病的防護(hù)工作。

圖1 中國(guó)菌陽肺結(jié)核發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)比的克里格插值地圖(臺(tái)灣省數(shù)據(jù)缺失)

空間掃描統(tǒng)計(jì)是研究疾病空間聚集性的方法之一〔8〕，不但可以判斷疾病的分布是否存在空間聚集性，而且可以對(duì)疾病聚集位置和范圍進(jìn)行定位〔9〕，其無效假設(shè)是病例的空間分布是隨機(jī)的，備擇假設(shè)是至少存在一個(gè)掃描圓，其區(qū)域內(nèi)發(fā)病率顯著高于或低于區(qū)域外。聯(lián)合地理信息系統(tǒng)，可以對(duì)空間掃描統(tǒng)計(jì)結(jié)果可視化，為疾病防治和研究提供重要依據(jù)。本研究空間掃描統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明我國(guó)菌陽肺結(jié)核空間分布非隨機(jī)化，存在一個(gè)高發(fā)聚集區(qū)和一個(gè)低發(fā)聚集區(qū)。對(duì)菌陽患病率高發(fā)聚集區(qū)域形成的原因應(yīng)進(jìn)一步調(diào)查，并加強(qiáng)防控措施和治療。應(yīng)用克里格插值空間分析技術(shù)可以對(duì)全國(guó)結(jié)核病流行病學(xué)抽樣調(diào)查數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行充分利用，獲得更加可靠、準(zhǔn)確的疾病空間分布的信息?？死锔癫逯低ㄟ^有限、離散的流調(diào)點(diǎn)生成連續(xù)平滑的地圖，突破行政區(qū)域的限制，繪制出我國(guó)菌陽肺結(jié)核發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)比的空間分布地圖，研究疾病全區(qū)域的分布特征，使我國(guó)結(jié)核病空間分布可視化，為政府和上級(jí)主管部門直觀地提供全國(guó)結(jié)核病流行病學(xué)地理信息，為今后強(qiáng)化結(jié)核病指導(dǎo)策略，最終控制結(jié)核病提供科學(xué)依據(jù)。

1．Boulos MN，Roudsari AV，Carson ER．Health geomatics:An enabling suite of technology in health and healthcare．J Biomed Inform，2001，34(3):195-219．

2．陳峰．疾病時(shí)空聚集性的統(tǒng)計(jì)方法研究．南通醫(yī)學(xué)院院報(bào)，1999，13(9):237-240．

3．中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部編著．2000年全國(guó)結(jié)核病流行病學(xué)抽樣調(diào)查資料匯編．北京:人民衛(wèi)生出版社，2003．

4．Kulldorff M．SaTScanTM User Guide for version 8．0，2009．2(www．satscan．org)

5．Adjuik M，Kanyomse E，Kondayire F，et al．Clustering of under-five mortality in the Navrongo HDSSin the Kassena-Nankana District of northern Ghana．Glob Health Action，2010，3(10):15-25．

6．Ortiz BV，Perry C，Goovaerts P，et al．Geostatistical modeling of the spatial variability and risk areas of southern root-knot nematodes in relation to soil properties．Geoderma，2010，156(3-4):243-252．

7．Davis HT，Aelion CM，McDermott S，et al．Identifying natural and anthropo-genic sources of metals in urban and rural soils using GIS-based data，PCA，and spatial interpolation．Environ Pollut，2009，157(8-9):2378-2385．

8．朱琦，于石成，郝元濤．傳染病監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析方法．中國(guó)衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)，2011，28(2):217-220．

9．唐咸艷，仇小強(qiáng)，黃天壬，等．空間掃描統(tǒng)計(jì)在廣西肝癌空間格局中的應(yīng)用研究．中國(guó)衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)，2009，26(2):114-116．