空間掃描統計在中國菌陽結核病分布中的應用

北京市結核病胸部腫瘤研究所(101149) 康萬里 鄭素華

近年來，在流行病學研究領域，空間信息技術已逐步應用于分析疾病的空間分布特征、空間聚集性、繪制疾病風險地圖等方面，在疾病防控中發揮了重要作用〔1〕。結核病(tuberculosis)是由結核分枝桿菌引起的全身慢性傳染病。我國是全世界結核病高發的國家之一，為了掌握我國結核病的流行規律，獲得全國結核病疫情基線資料，我國已經進行了四次全國結核病流行病學抽樣調查(第五次流調詳細結果有待公布)。

疾病的空間聚集性(spatial clustering)是指疾病的發生在空間上表現出的聚集傾向或趨勢及疾病的空間分布特點和規律〔2〕。本研究利用我國2000年第四次結核病流行病學抽樣調查資料，應用空間掃描統計(spatial scan statistics)和克里格插值(Kriging interpolation)方法研究我國菌陽肺結核的空間分布特征和空間聚集性，結果匯報如下。

資料與方法

1．資料來源〔3〕:菌陽肺結核資料來自我國2000年第四次全國結核病流行病學抽樣調查，并建立空間掃描統計數據庫。

2．研究方法:

(1)空間掃描統計〔4－5〕:空間掃描統計采用移動窗口法，應用一系列掃描圓探測研究區域疾病的空間聚集性，窗口的大小和位置處于動態變化之中。掃描半徑按調查人口范圍劃分，在0到總人口一定比例之間變動(一般為總人口的50%)。開始探測時，隨機選取某一研究點為圓心，以從0到規定的上限按照一定的步長逐漸變化的距離為半徑，生成一系列的掃描圓。當掃描圓半徑達到規定的上限后，又以研究區域內另一個研究點為圓心開始新的掃描，直到掃描完所有研究地點。空間掃描統計在研究區域內生成無數個大小、位置不同的掃描圓，利用圓內外病例的實際數和期望數計算對數似然比(log likelihood ratio，LRR)。將掃描圓的對數似然比由大到小排序，尋找所有位置所有窗口中較大的對數似然比值，這些區域是最有可能存在聚集性的區域，然后進行蒙特卡羅隨機化法(Monte Carlo randomization method)檢驗，以探測疾病的空間聚集性，確定窗口所包含的地區，并計算該地區的相對危險度(RR)及檢驗有無統計學意義，通過檢驗的掃描圓就是探測到的疾病聚集區。

本研究應用空間掃描統計分析中的Poission分布模型(Poission model)，在SaTScan8．0的操作平臺上對研究區域菌陽結核病進行高患病率(high rate)和低患病率(low rate)空間掃描統計分析。

(2)克里格(Kriging)插值法〔6－7〕:克里格插值是以變異函數理論和結構分析為基礎，根據未知樣點有限鄰域內的若干已知樣本點數據，在考慮了樣本點的形狀、大小和空間方位，與未知樣點的相互空間位置關系，以及變異函數提供的結構信息之后，對未知樣點進行的一種線性無偏最優估計，是空間統計學中的一種空間插值定量繪圖方法。

其中s0表示某處未流調點預測值，Z(si)為臨近區域si的測量值，λi為 si的權重，其和為1，即∑λi=1，n為已知樣本點的個數。

本研究應用ArcGIS 9．0克里格插值功能，繪制我國菌陽肺結核發病風險比的空間插值地圖。

結 果

1.一般情況:2000年第四次全國結核病流行病學抽樣調查共調查257個抽樣點，調查365 097人，發現菌陽肺結核患者584例，菌陽肺結核患病率160.0/10萬。

(1)菌陽肺結核與性別的關系 第四次流調共調查男性182 183例，女性182 914例;其中菌陽肺結核患者男性411例，女性173例。男性菌陽肺結核患病率225.59/10萬，女性94.57/10萬，男、女菌陽肺結核患病率差別有統計學意義(χ2=98.106，P＜0.001)。

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

表1 各年齡組患菌陽肺結核情況

2．空間掃描統計分析:

(1)菌陽肺結核高發區域的空間掃描統計

經過空間掃描統計分析，得到一個有統計學意義的菌陽肺結核高發聚集區域(LLR=16.54，RR=1.62，P=0.001)。結果表明:我國菌陽肺結核空間分布非隨機化，存在高發聚集區，聚集區內的發病風險是其他區域的1.62倍，該區域涉及豫、鄂、湘、皖、贛、川、渝、黔、粵、桂等省市。

(2)菌陽肺結核低發區域空間掃描統計

經空間掃描統計，得到一個有統計學意義的菌陽肺結核低發聚集區域(LLR=15.66，RR=0.43，P=0.001)。結果表明:我國菌陽肺結核空間分布非隨機化，存在低發聚集區，聚集區內的發病風險是其他區域的0．43倍，該區域涉及京、津、冀、魯等省市。

3．克里格插值研究

為更好研究我國菌陽肺結核的空間分布特征，將各調查地區的發病風險比導入ArcGIS 9.0，應用克里格插值分析制作我國菌陽肺結核發病風險比地圖(圖1)，顏色條由白到黑發病風險比逐漸增大。菌陽肺結核高發病風險比聚集在豫、鄂、湘、皖、贛、川、渝、黔、藏等地區;菌陽肺結核低發病風險比區域在京、津、冀、魯等地區，結果與空間掃描統計分析基本相似。

討 論

男性和高年齡組者是患菌陽肺結核的高危人群。原因可能是男女兩性接觸感染機會的不同，男性社會活動、社會應酬較多，因此與傳染源接觸的機會較多。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，易被結核病傳染。因此，應該加強男性、高年齡者結核病的防護工作。

圖1 中國菌陽肺結核發病風險比的克里格插值地圖(臺灣省數據缺失)

空間掃描統計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，而且可以對疾病聚集位置和范圍進行定位〔9〕，其無效假設是病例的空間分布是隨機的，備擇假設是至少存在一個掃描圓，其區域內發病率顯著高于或低于區域外。聯合地理信息系統，可以對空間掃描統計結果可視化，為疾病防治和研究提供重要依據。本研究空間掃描統計分析結果表明我國菌陽肺結核空間分布非隨機化，存在一個高發聚集區和一個低發聚集區。對菌陽患病率高發聚集區域形成的原因應進一步調查，并加強防控措施和治療。應用克里格插值空間分析技術可以對全國結核病流行病學抽樣調查數據和監測數據進行充分利用，獲得更加可靠、準確的疾病空間分布的信息。克里格插值通過有限、離散的流調點生成連續平滑的地圖，突破行政區域的限制，繪制出我國菌陽肺結核發病風險比的空間分布地圖，研究疾病全區域的分布特征，使我國結核病空間分布可視化，為政府和上級主管部門直觀地提供全國結核病流行病學地理信息，為今后強化結核病指導策略，最終控制結核病提供科學依據。

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．疾病時空聚集性的統計方法研究．南通醫學院院報，1999，13(9):237-240．

3．中華人民共和國衛生部編著．2000年全國結核病流行病學抽樣調查資料匯編．北京:人民衛生出版社，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．傳染病監測數據的統計分析方法．中國衛生統計，2011，28(2):217-220．

9．唐咸艷，仇小強，黃天壬，等．空間掃描統計在廣西肝癌空間格局中的應用研究．中國衛生統計，2009，26(2):114-116．