基于數據分析的環境與腦卒中疾病關系研究

王軼中 邵勇

1. 香港城市大學商學院 香港 999077；

2. 西北大學數學學院 陜西 西安 710127

引言

腦卒中（俗稱腦中風）是威脅人類生命的嚴重疾病之一，它發病率高、死亡率高、致殘率高。腦卒中的發生是一個漫長的過程，一旦得病很難逆轉，積極預防腦卒中的發生，對提高人們的生活質量、減輕家庭和社會的負擔有著非常重要的現實意義。

預防腦卒中，找出誘發這種疾病的誘因是關鍵。腦卒中的誘發與多種因素有關，包括年齡、性別、職業、環境、氣候等。本文主要探究環境與腦卒中發病的關系，同時，通過數據模型的建立，為掌握疾病發病率規律提供理論依據。研究結果對有效預防腦卒中和衛生行政部門、醫療機構合理調配醫療資源等具有實際的指導意義。

1 理論分析

1.1 總體思路

本文將大量數據進行分析和可視化處理，利用回歸分析法，用理論依據支撐腦卒中各誘因之間的關系。通過分析中國某城市各家醫院2007年1月至2010年12月的腦卒中發病病例信息，依據病人的性別、年齡、職業得出高危的發病人群并且進行相關數據統計，分析此3項因素與發病率的關系[1]。此外，鑒于氣候因素的變化是腦卒中發生或病變的一個重要因子，利用回歸分析法研究腦卒中的發病率與氣溫、氣壓、相對濕度之間的關系。在研究的基礎上得到高危人群的特征和關鍵指標，進而給出腦卒中的預防建議方案。

1.2 基本信息統計分析

原始數據為2007-2010年間的數萬份腦卒中患者數據，以及2010年各個月份氣溫、氣壓、濕度的最大、最小和平均值[2]。對這些數據進行可視化，分別從性別、職業、年齡和氣溫、氣壓、濕度的不同角度整合數據并分析，得出腦卒中與其的大致關系。

1.3 回歸分析

建立多元線性回歸方程，在發病人數與月平均氣壓、月平均氣溫、月平均相對濕度三者間建立相關性關系，得到矩陣。利用最小二乘法估計回歸方程中的參數，最終得到多元線性回歸方程（精度為小數點后四位）。

2 腦卒中患者基本信息統計研究

為了驗證腦卒中與不同職業、年齡段、性別等的影響，首先對原始數據進行可視化處理，得到相關因素對腦卒中的影響程度。

2.1 性別影響

如圖1，對數據進行可視化處理后得到腦卒中患者男女比例的餅圖，其中女性占比約為46.2%，男性占比約為53.8%。

圖1 性別統計餅圖

由此可判斷，性別對腦卒中的發病有一定的影響，這可能與性激素有關，經查閱資料，血液中雌激素水平對腦卒中的發生起著重要作用。雌性激素可提高高密度脂蛋白，降低血液中低密度脂蛋白，從而延緩動脈粥樣硬化病變的發生和發展速度。此外，男性的平均吸煙率和飲酒率高于女性，男性所承受的家庭和社會壓力也較高。

2.2 職業影響

如圖2，得到六萬多名腦卒中患者的八種職業與未知職業的百分比分布。患者中，占比最高的是農民47.99%，其次是退休人員10.73%和工人7.83%，占比均不到0.5%的是教師、漁民、醫生以及占比不到3%的漁民和離退人員。農民主要以戶外重體力勞動為主，經濟收入較低，發病率較高。而教師、醫務人員、職工這類人群主要以輕體力為主，經濟收入較穩定，生活壓力較小，發病率較低。由此可分析出，腦卒中發病的概率與從事的職業有著密切的關聯，多發作于高齡人士，且與工作環境及經濟實力有一定的關系，工作環境差、經濟實力不足的人群腦卒中發病率較高。

圖2 職業統計餅圖

2.3 年齡影響

如圖3和4，可直觀地看出患者集中在50-90歲之間，51-60歲占約14%，61-70歲占約24%，71-80歲占約35%，81-90歲占約18%，40歲以下患病的概率非常小。對比圖2退休人員的高患病率，71歲以上的超過一半的患病占比也相符合。可以明顯看出，隨著年齡的增加，腦卒中發病的概率也會隨之升高。主要原因一方面隨著人們年齡的增長運動量會減少，另一方面物質生活的提高，容易導致中老年人普遍患有高血壓、高血脂、糖尿病等疾病，而三高疾病正是引發中老年腦卒中的一個重要因素。

圖3 年齡分布柱狀圖

圖4 年齡分布餅圖

3 腦卒中發病率與氣溫、氣壓、相對濕度間的關系研究

3.1 基本關系

3.1.1 腦卒中與氣溫的關系。圖5是六萬多名患者的月發病人數與月平均氣溫的折線圖。分析腦卒中發病人數隨日期的變化，發現1月發病率最高，此時也是全年最為寒冷的時期，可以推斷隆冬時節對腦卒中的發病有較大的影響[3]。在經過了1月的高峰期后，2至6月的發病人數呈現穩定且緩慢上升后下降的趨勢，此時正值春季，氣溫較為平和。經過6月的人數最低點后，發病人數隨著夏季的到來又開始逐漸上升，并且沒有下降的趨勢，可見夏季為腦卒中發病的次高峰期。中國大部分地區的秋季時間較短且沒有明顯的特征，主要為夏冬的換季狀態，而數據展現出的9、10月左右沒有出現與春季類似的發病人數穩定或下降的情況也與這一情況相符合[4]。自6月開始發病人數逐月遞增，一直到12月達到又一新高，再次證實寒冷天氣對腦卒中患者的不利。

圖5 腦卒中發病率與氣溫的關系

3.1.2 腦卒中與氣壓的關系。圖6是六萬多名患者的月發病人數與月平均氣壓的折線圖。可看出全年的平均氣壓呈現出夏季低冬季高的趨勢，雖然發病患者的數量在全年沒有明顯的波動，但隱約呈現出夏季少于冬季的現象，由此可大致判斷腦卒中的發病概率與氣壓及變壓呈正相關。

圖6 腦卒中發病率與氣壓的關系

3.1.3 腦卒中與濕度的關系。圖7是六萬多名患者的月發病人數與月平均濕度百分比的折線圖。可看出全年的平均濕度百分比呈現出與發病人數類似的變化形態，全年沒有過于明顯的變動，但與發病人數呈反方向變動[5]。由此可以大致判斷腦卒中發病概率與平均濕度百分比呈負相關，但1月的濕度百分比高于12月，同時1月的發病人數也高于12月，因此不能直接說明二者有絕對的線性關系。平均濕度百分比的高點為6月，低點為1月和12月，這是發病人數開始反彈上升的時間點以及人數較多的時間點，由此可以判斷相對濕度過高或過低均對腦卒中疾病有一定的影響。

圖7 腦卒中發病率與濕度的關系

3.2 腦卒中發病率與氣溫、氣壓、相對濕度間的精確關系

3.2.1 建立關系。利用回歸分析法研究腦卒中發病率與氣溫、氣壓、相對濕度間的關系。根據已經統計得出的每月發病人數與氣溫、氣壓、相對濕度的數據，利用發病人數與氣溫、氣壓、相對濕度間三者間的相關性建立關系，得到：

記：

由此得到 的無偏估計：

3.2.3 回歸方程。回歸系數為：

因此，有回歸方程：

4 結論

4.1 腦卒中患者主要特征[6]

①腦卒中患者中男性多于女性。原因是男女在社會的整體分工不同，男性抽煙喝酒多于女性，男女的生理構造不同。②腦卒中患者主要為高工作強度、工作環境惡劣、低收入的人群。低收入人群也難以保證足夠的經濟支撐預防和治療腦卒中。③腦卒中患者主要為50歲以上的人群，尤其是70歲以上人群患病概率大大增加。隨著年齡的增加，人體的機能不斷退化，70歲以上的高齡人群普遍患有高血壓、高血脂、糖尿病等疾病，患腦卒中的概率更是大大增加。

4.2 腦卒中發病與氣壓、氣溫和相對濕度的關系

氣壓、氣溫和相對濕度都是腦卒中疾病的重要影響因素，三者的高低與患病概率整體均呈反比關系。

回歸方程如下：

依據回歸方程，可得到結論：氣溫對腦卒中發病率的影響最大，其次是氣壓，相對濕度對發病率影響最小[7]。冬季氣溫低、濕度低、氣壓高，腦卒中的發病較高；夏季氣溫高、濕度高、氣壓低，腦卒中也易發病；春秋季溫差過大時也應注意防范。

5 預防腦卒中的建議方案

基于腦卒中患者男女比例的研究，男性需比女性更加關注腦卒中疾病，應控制吸煙和飲酒量，且年齡越大越應注意。

基于腦卒中患者職業分布比例的研究，低收入以及高勞動強度人群更應積極預防腦卒中疾病，盡量減少長時間高強度工作可有效預防。

基于腦卒中患者年齡分布比例的研究，50歲以上人群應注意腦卒中疾病，尤其是70歲以上的高齡人群。中年人平日應注意休息，控制工作強度，高齡人群可進行適度鍛煉，中高齡人群每年應例行體檢，同時保持飲食健康和情緒穩定。

基于腦卒中發病率與氣溫、氣壓、相對濕度間關系的研究，天氣因素人為難以控制，但可以根據不同的氣候選擇不同的應對方案。

①對個人而言，做好預防。夏季，注意防暑降溫，適當使用空調，盡量避免長時間連續工作，將工作劃分為小部分，使身體有較高頻率的休息。冬季，天氣寒冷注意保暖，多食用暖胃的食物，盡量減少長時間的外出。②對醫療機構而言，做好應對。在發病率較高的冬季和夏季，保證充足的醫療資源，為及時救助腦卒中患者做好充分的準備。

6 結束語

隨著高科技的不斷發展，現代的醫學數據分析正由定性分析向定量分析轉變，這需要有效探索醫學科學領域中各種相關量與量關系的規律。數學方法的運用可將醫學從依賴經驗的束縛中解放出來，使醫學分析不斷向著定量、精確、可預測、可防控等方向發展。本研究所運用的數據可視化、線性回歸分析等數學方法，正是通過醫學定量分析解決疾病規律并為其提供建議方案的有力工具。希望能更多地運用數學方法來為醫學分析提供有效的理論支撐，使醫學分析更為精準科學，為現代醫學的發展提供更為廣泛的幫助。