2011—2016年湖北省肺結核發病的時空聚集性分析

張玉 葉建君 黃飛 楊成鳳 童葉青 皮琦 盧星星 張夢嫻 侯雙翼

·論著·

2011—2016年湖北省肺結核發病的時空聚集性分析

張玉 葉建君 黃飛 楊成鳳 童葉青 皮琦 盧星星 張夢嫻 侯雙翼

目的 分析2011—2016年湖北省肺結核和涂陽肺結核報告發病的時空及發病聚集區域分布特征。 方法 采用空間統計學方法，利用2011—2016年湖北省肺結核報告發病數據，以縣(區)為水平，采用全局及局部空間自相關統計量(MoranI，即MoranI指數)分析肺結核發病的空間聚集性，采用SaTScan分析發病的時空聚集性。 結果 2011—2016年湖北省肺結核報告發病率從88.11/10萬(50 430/57 237 695)下降至74.70/10萬(43 712/58 515 000)，年均報告發病率為81.86/10萬(47 378/57 878 787)。涂陽肺結核報告發病率從44.41/10萬(25 421/57 237 695)下降至26.89/10萬(15 736/58 515 000)，年均報告發病率為33.08/10萬(19 149/57 878 787)；各年度和年均肺結核、涂陽肺結核報告發病整體上呈現空間自相關(空間自相關系數MoranI取值均為0.15～0.70，P值均<0.001)。局部空間自相關分析結果顯示，肺結核和涂陽肺結核高-高聚集區域均位于鄂西南恩施州和鄂東南咸寧市部分縣，高-低聚集區域位于鄂東部黃岡市團風縣。時空掃描分析的結果顯示，肺結核一級聚集區在鄂西南，二級聚集區在鄂東南和鄂東北地區，聚集時間均為2011—2013年，對數似然比(log likelihood ratio，LLR)為60.37～1309.47，P值均<0.001。涂陽肺結核一級聚集區域為鄂東南，聚集時間為2011—2013年，二級聚集區分別位于鄂西南恩施州、鄂北部以及鄂東地區，聚集時間分別為2011—2013年、2011年、2011—2012年，LLR為244.32～462.38，P值均<0.001。結論 湖北省肺結核和涂陽肺結核報告發病率存在空間和時空聚集區域，鄂西南和鄂東南山區是湖北省肺結核防控的重點地區。

結核，肺； 時空聚類分析； 地理信息系統； 湖北省

結核病作為一種傳染性疾病，其發生、發展及流行因素有明顯的空間屬性，多項研究表明，結核病傳播具有空間聚集性分布的特點[1-3]。在全球22個結核病高負擔國家中，我國的結核病發病例數居第3位，肺結核報告發病在甲、乙類傳染病中位居前列。近年來，湖北省結核病疫情雖然呈下降趨勢，但仍是全國結核病高發地區，2015年全省肺結核報告發病數和發病率均居全國前10位[4]。為此，本研究將湖北省各縣(市、區)結核病報告發病情況進行空間流行病學統計分析，找出肺結核和涂陽肺結核報告發病的分布特征與時空聚集性，為結核病防治提供科學依據。

資料和方法

一、資料來源

湖北省2011—2016年肺結核報告發病數據來源于國家傳染病報告信息管理系統，肺結核患者數按照發病日期以縣(區)為單位統計，包括涂陽、菌陰、未痰檢和僅培陽的病例數。人口數據來源于中國疾病預防控制信息系統基本信息系統中的2011—2016年湖北省常住人口數。

二、研究方法

1.建立地理信息數據庫：分別整理全省2011—2016年各縣(市、區)肺結核患者、涂陽肺結核患者報告發病例數和報告發病率數據表。以全省102個縣(市、區)為單位，建立包括地理編碼、經度、緯度等信息的地理信息數據庫，以數據屬性表中地理編碼關聯肺結核疫情數據及人口數據，建立湖北省肺結核發病信息的地理信息數據庫。

2.全局空間自相關分析：本研究采用空間自相關指標MoranI(即MoranI指數) 來探測整個研究區域內的空間聚集模式，并進行統計學檢驗。MoranI取值范圍為-1～1，MoranI值為正，表明空間單元分布具有正相關性，其值越大，空間聚集性越強；MoranI值為負，表明空間單元分布具有負相關性，整體呈現離散型分布，其值越大，空間分布越不集中； MoranI值為零，表明整體呈隨機分布，無空間聚集性[5]。

3.局域空間自相關分析：基于全局空間自相關存在的情況下分析局域空間自相關(local MoranI)，進而揭示空間對象與相鄰空間對象屬性值相似性(正相關)或非相似性(負相關)程度[6-7]。局域空間自相關分析指標(local indications of spatial autocorrelation，LISA)聚集性地圖結果可以得到空間正相關區域，即高-高(或低-低)聚集，表示本單元屬性值高(或低)，其相鄰單元屬性值也高(或低)；空間負相關區域，即高-低(或低-高)聚集，表示本單元屬性值高(或低)，其相鄰單元的屬性值低(或高)。

4.時空掃描分析：SaTScan軟件是以空間動態窗口掃描統計為基礎，通過計算不同圓心、不同半徑下動態窗口區域內與動態窗口區域外空間單元屬性的似然比(log likelihood ratio，LLR)進行統計學推斷，當P值具有統計學意義，LLR值越大，則表示該動態窗口所含區域為集聚區的概率越大，其中一級空間聚集區的LLR值最大，其他具有統計學意義的窗口為二級聚集區域。分析時設定最大空間掃描區域為全省總人口的20%，最大時間掃描段設定為總體研究時間的50%，掃描聚類形式為高值聚類，并利用蒙特卡洛模擬進行統計學意義評價[8]，探索最大可能聚集區域。

三、統計學分析

采用Excel2007軟件進行數據整理，用ArcGIS 10.2軟件繪制可視化專題地圖，并進行全局和局部空間自相關分析，并采用SaTScan 9.3軟件進行時空掃描分析，檢驗水準均為α=0.05。

結 果

一、肺結核報告發病率的空間分布

2011—2016年湖北省共報告肺結核284 268例，報告發病率從2011年的88.11/10萬下降至2016年的74.70/10萬，年均報告發病率為81.86/10萬，年均報告發病率較高地區為鄂西南、鄂東南，最高為恩施州巴東縣(4271例，167.82/10萬)；較低地區為鄂北部、鄂中部，最低為黃石市鐵山區(148例，42.94/10萬)。

2011—2016年全省報告涂陽肺結核114 891例，報告發病率從2011年的44.41/10萬下降至2016年的26.89/10萬，年均報告發病率為33.08/10萬，年均報告發病率較高地區為鄂東南、鄂西南，最高為咸寧市通山縣(1298例，59.39/10萬)；較低地區為鄂北、鄂中南，最低為隨州市曾都區(1148例，12.90/10萬)(表1、圖1)。

二、空間聚集性分析

1.全局空間自相關：2011—2016年肺結核年均報告發病率(MoranI=0.48，Z=8.21，P<0.001)和涂陽肺結核報告發病率(MoranI=0.46，Z=7.98，P<0.001)全局空間自相關結果顯示，每年兩指標的MoranI均大于0且P<0.01，差異有統計學意義(表2)，提示湖北省肺結核總報告發病率和涂陽肺結核報告發病率整體上均呈現空間聚集性分布。

2.局部空間自相關分析：2011—2016年湖北省各縣(市、區)肺結核年均報告發病率和涂陽肺結核年均報告發病率局域空間自相關結果主要表現為正相關性，且只有高-高、低-低和高-低3種聚集形式。肺結核總報告發病率高-高聚集區位于鄂西南宜昌市、恩施州部分縣以及鄂東南咸寧市部分縣，這些區域及其鄰近區域均應是肺結核防治的重點區域；低-低聚集區主要分布在鄂中部漢川市、武漢市的8個區、鄂東黃岡市和黃石市城區以及鄂西北襄陽市城區；高-低聚集區分布于鄂東黃岡市團風縣。

涂陽肺結核報告發病率高-高聚集區位于鄂東南咸寧市和鄂西南恩施州部分縣，低-低聚集區主要分布鄂東中部武漢、鄂州、黃石市城區以及宜昌市城區和枝江市，高-低聚集區分布于鄂東黃岡市團風縣。相比肺結核總體發病率分布情況，涂陽肺結核的3種聚集區域與肺結核總體發病率分布有重合之處。局域MoranI分析結果見表1，縣區LISA聚集區域見圖2。

表1 2011—2016年湖北省肺結核和涂陽肺結核報告發病情況

表2 2011—2016年湖北省肺結核和涂陽肺結核報告發病率全局空間自相關分析結果

表3 2011—2016年肺結核和涂陽肺結核年均報告發病的聚集類型在湖北各縣(市、區)中的分布

圖1 2011—2016年湖北省肺結核(圖1A)和涂陽肺結核(圖1B)年均報告發病率分布

圖2 2011—2016年湖北省肺結核(圖2A)和涂陽肺結核報告發病率(圖2B)的LISA聚集性分布[以縣(市、區)為單位]

3.時空掃描分析：對2011—2016年湖北省肺結核報告發病率的時空掃描分析發現，一級聚集區域范圍包括14個縣(市、區)，聚集時間為2011—2013年，主要分布在鄂西南恩施州和宜昌市的部分縣；二級聚集區域分別集中在2011—2013年以通城縣為中心的鄂東南地區(咸寧市、荊州市洪湖市、監利縣、武漢市漢南區)，2011—2013年以紅安縣為中心的鄂東北地區(黃岡市、武漢市、孝感市部分縣)，2011—2012年以應城市為中心的鄂中東部地區(孝感4個縣)，以及遠安縣、房縣、丹江口縣呈單個縣聚集(表4，圖3)。

涂陽肺結核空間掃描結果顯示一級空間聚集區域為2011—2013年以通城縣為中心的鄂東南地區的16個縣(區)；二級聚集區域分別集中在2011—2013年以恩施市縣為中心的鄂西南恩施市，2011年以曾都區為中心的鄂北部地區(隨州市、襄陽市、荊門市、孝感市部分縣)，以及2011—2012年以英山縣為中心的鄂東地區[黃岡市、黃石市部分縣(區)以及武漢市新洲區](表4，圖3)。

討 論

空間流行病學是利用地理信息系統和空間分析技術，描述與分析人群疾病、健康和衛生事件的空間分布特點及發展變化規律，探索影響人群健康的決定因素，為疾病預防、衛生服務提供策略和措施[9]。其作為流行病學的一個新穎分支，已廣泛用于結核病流行病學研究中。由于結核病是一種由結核分枝桿菌引起的以呼吸道傳播為主的慢性傳染病，其傳播特點可以對相鄰或相近區域間結核病疫情有所影響；有關研究表明，肺結核的發病受經濟、環境、地理、氣候、衛生服務等因素影響，其分布具有空間聚集性[2,10]。因此，了解結核病的空間分布有助于一定時期內不同區域結核病預防控制效果評價，并為制定有效的防控措施提供科學依據。

本研究全局空間自相關結果顯示，2011—2016年湖北省肺結核和涂陽肺結核年均報告發病率和各年度報告發病率均呈空間正相關關系，表明湖北省肺結核和涂陽肺結核報告發病率呈明顯的空間聚集性分布。進一步的局部空間自相關分析顯示，肺結核報告發病高發病-高聚集區域位于鄂西南恩施州、宜昌市部分縣和鄂東南咸寧市部分縣，因此上述地區為湖北省結核病負擔較重地區。涂陽肺結核的空間分析結果顯示，高發病-高聚集區域也位于恩施州(宣恩縣)和咸寧市的部分縣，與肺結核總報告發病率聚集區域有重合之處。由于涂陽肺結核傳染性風險較高，其報告發病率進一步反映該地區結核病的傳播風險情況[10]，所以這些地區也是結核病高傳播風險地區。鄂西南地區為山區，具有少數民族人口多，經濟條件相對落后的特點；而鄂東南咸寧市地區為湖北的南大門，與湖南、江西省毗鄰，當地旅游資源相對豐富，聚集地區的部分縣也為大山區。可見，當地地理環境、國內生產總值(gross domestic pro-duct，GDP)水平、風俗習慣、人口流動、醫療設施與衛生服務條件，以及相鄰地區結核疫情等均可能是導致發病聚集的影響因素[11-12]，提示鄂西南和鄂東南山區是湖北省結核病防控的重點地區。此外，肺結核總報告發病率和涂陽報告發病率的高-低聚集區域均分布在黃岡市團風縣，該地區位于大別山南麓，人口少，經濟基礎相對薄弱，因此，應高度重視此地區的結核病防治工作，以防高疫情地區影響其相鄰的低疫情地區。同時，地處江漢平原的低-低聚集區域結核病防治工作也應進一步加強與鞏固，以避免人口流動等因素影響其疫情控制。

通過全局和局部空間分析，初步確定鄂西南和鄂東南是湖北省結核病防控的重點地區，進一步通過時空掃描分析，考慮時間因素在疾病地理分布中的作用，對單純空間掃描分析進行了有益補充。既往時空掃描分析中，黃飛等[13]以省級為單位對2003—2008年新涂陽肺結核登記的空間分析結果顯示，湖北省2005—2007年間新涂陽肺結核登記率處于一級聚集區域；在趙飛等[10]2008—2010年結核病總登記率和新涂陽登記率的時空分布中，湖北省每年均處于一級聚集區域，可見“十一五”期間湖北省結核病疫情負擔較重。筆者通過對2011—2016年肺結核報告發病情況進行時空掃描，結果發現肺結核總報告發病和涂陽肺結核報告發病聚集時間均為2011—2013年間，一級和二級主要聚集地區分布于鄂西南恩施州、宜昌市和鄂東南地區，聚集地區與局部空間自相關分析結果較為接近，可見，湖北省結核病發病聚集區域具有一定的時空穩定性。近年來湖北省結核病疫情呈現逐年下降趨勢[14]，本研究發現在2014—2016年間未出現時間聚集，也表明在“十二五”期間湖北省結核病防控工作行之有效。此外，涂陽肺結核由于其傳染性風險較高，其報告發病情況可以部分反映該地區的傳播風險。研究顯示，涂陽肺結核不僅在鄂東南、鄂西南地區呈現聚集，在鄂東與鄂北部地區也呈現聚集，覆蓋范圍較大，可能存在各相鄰地區間結核病相互傳播的情況。

圖3 2011—2016年湖北省肺結核(圖3A)和涂陽肺結核報告發病率(圖3B)的時空掃描分析[以縣(市、區)為單位]

由于涂陽肺結核是肺結核的一部分，不同地區存在涂陽肺結核所占比例的差異，因此在某些時空條件下會出現肺結核和涂陽肺結核的時空分布特征不一致的情況。因此，根據分布特征，湖北省結核病防控工作應側重聚集地區，加大鄂西南少數民族地區、鄂東南農村山區結核病防控力度，結合地域文化、經濟、人口等因素，合理配置公共衛生資源，制定針對性強的區域結核病防治規劃和策略，同時加強患者發現和現有患者的治療管理工作，落實跨區域肺結核患者的治療管理，進一步有效控制結核病疫情傳播。

時空聚集性分析可為傳染病的早期預警提供線索，是有效控制傳染病的流行與暴發，降低傳染病發病率和死亡率的重要措施。本研究基于湖北省縣(區)層面肺結核的報告發病率和涂陽肺結核報告發病率進行時空特征分析，較精確地分析了全省結核病聚集特征。目前，由于我省肺結核的報告發病情況還不能代表實際發病率，本研究存在一定的局限性。因此，要獲得更詳細、全面的信息，有待進一步加強全省的結核病疫情信息的報告，并結合不同地區疫情防控措施實施情況、地理環境、經濟狀況、人文特征和生產生活方式、醫療衛生條件等因素，建立空間回歸模型，以深入探討產生聚集性的原因[15]，從而為進一步完善結核病防治策略提供科學依據。

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(本文編輯：范永德)

Analysis on spatial-temporal specific incidence of pulmonary tuberculosis in Hubei from 2011 to 2016

ZHANGYu*,YEJian-jun,HUANGFei,YANGCheng-feng,TONGYe-qing,PIQi,LUXing-xing,ZHANGMeng-xian,HOUShuang-yi.

*InstituteforTuberculosisControlandPrevention,HubeiProvincialCenterforDiseaseControlandPrevention,Wuhan430079,China

Correspondingauthor:HOUShuang-yi,Email: 412106911@qq.com

Objective To analyze and understand the distribution characters of spatial-temporal specific incidence of pulmonary tuberculosis (PTB) and sputum smear-positive PTB in Hubei province, China, from 2011 to 2016. Methods The county-based surveillance data of PTB and sputum smear-positive PTB in Hubei from 2011 to 2016 were used to calculate the overall and local spatial related indicators (Moran’sI). The spatial autocorrelation of PTB was analyzed by using ArcGIS and SaTScan software was utilized to identify geographic areas and time period of potential clusters. Results From 2011 to 2016, the reported incidence rate of PTB decreased from 88.11/100 000 (50 430/57 237 695) to 74.70/100 000 (43 712/58 515 000), the average annual incidence rate was 81.86/100 000 (47 378/57 878 787). The reported incidence rate of smear-positive PTB decreased from 44.41/100 000 (25 421/57 237 695) to 26.89/100 000 (15 736/58 515 000), the average annual incidence rate was 33.08/100 000 (19 149/57 878 787). The reported incidence of PTB and smear-positive PTB in each year and on annual average presented significant spatial autocorrelation (Moran’sIvalues ranged from 0.15 to 0.70, allP<0.001). The local autocorrelation analysis results showed that the high-high aggregation areas with high incidence of PTB and smear-positive PTB located in Enshi in the southwestern part of Hubei and some counties of Xianning in the southeastern part of Hubei; and the high-low aggregation areas located in Tuanfeng County of Huanggang in the eastern part of Hubei. The spatial-temporal analysis results showed that the first clustering of high PTB incidence areas were most likely in the southwestern part of Hubei, and the secondary cluster of PTB incidence areaslocated in the southeastern and northeastern part of Hubei from 2011 to 2013, the log likelihood ratio (LLR) values ranged from 60.37 to 1309.47,P<0.001.The first clustering with high smear-positive PTB incidence areas were most likely in the sou-theastern part of Hubei from 2011 to 2013, and the secondary cluster smear-positive PTB incidence areas located in the southwestern, northern and eastern part of Hubei, the aggregation time were from 2011 to 2013, 2011 and from 2011 to 2012, respectively,LLRvalues ranged from 244.32 to 462.38, allP<0.001. Conclusion The analysis on spatial and spatial-temporal specific incidences of PTB and sputum smear-positive PTB in Hubei indicated that the southwestern and southeastern part of Hubei province are the key areas in PTB prevention and control in Hubei.

Tuberculosis, pulmonary; Space-time clustering; Geographic information system; Hubei Province

10.3969/j.issn.1000-6621.2017.09.020

430079 武漢，湖北省疾病預防控制中心結核病防治研究所(張玉、楊成鳳、皮琦 盧星星、張夢嫻、侯雙翼)；湖北省疾病預防控制中心傳染病防治研究所(葉建君、童葉青)；中國疾病預防控制中心結核病預防控制中心(黃飛)

侯雙翼，Email: 412106911@qq.com

2017-04-12)