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2020/1/11GIS与流行病学2020/1/12空间流行病学的定义•空间流行病学——流行病学的一个分支，是一门描述、定量和解释疾病在地理上分布变化的学科，特别是针对小面积范围内环境暴露中疾病分布的变化。2020/1/13涉及学科领域•涉及到流行病学、统计学、地理学、人口统计学和环境卫生学、社会经济学等多个领域，•主要研究内容•疾病地图、地理相关研究、聚集性检测与疾病的聚集性等。2020/1/14•。随着现代计算机软硬件(如地理信息系统，GIS)、遥感技术(RS)、全球定位系统(GPS)和统计学方法(如贝叶斯模型的MCMC技术)的发展，以及近年来公众、政府和媒体对环境与健康问题的普遍关注，极大地促进了空间流行病学的发展与应用2020/1/15背景介绍•流行病学是研究人群中疾病与健康状况的分布及其影响因素，并研究防治疾病及促进健康的策略和措施的科学，而分布主要是研究人群、时间和空间的分布，通过分布研究以确定高危人群和高发地区，以及相关的危险因素。•2020/1/16地理信息系统（GIS）•地理信息系统(GeographicInformationSystems，GIS)概念由加拿大测量学家R.P.Tomlinson于1963年首次提出，并在加拿大建立了世界上第一个地理信息系统。随后，加拿大、美国、瑞典、日本、德国等国相继建立了许多GIS实验室，开发了ARC/NFO、TIGRLS、ERDAS等优秀软件。进入20世纪90年代GIS已被广泛用于各个领域，例如土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、城市规划、应急救援、市场分析、经济建设、重大自然灾害监测与评估、农作物大面积估产、建立生态模型等。••在医学方面，GIS广泛应用于流行病预防控制、疾病监测、卫生资源配置、卫生服务研究、卫生教育、社区卫生评价等多个方面。2020/1/17•我国GIS起步较晚，70年代首先在测绘部门实验并发展，后推广到农、林、地质部门。1987年底，国家计委和中科院建立的资源与环境信息系统国家重点实验通过国家验收，是我国GIS技术应用和研究起点的标志。•经过30年的发展，我国已初步建立国土基础信息系统、全国资源和环境信息系统、土地保持信息系统等。••卫生系统GIS主要应用于血吸虫病、疟疾等寄生虫病的防治研究中。2020/1/18GIS定义•GIS的定义有很多。Blskemore的定义•是，对数字空间信息具有存贮、操作、分析、建立模型和绘图作用的电脑软件包。••GIS采集、存储、管理、检索、分析和应用与地理空间分布有关的各种数据，以多种形式输出数据或图形产品。2020/1/19GIS的组成及功能•GIS是以计算机系统为基础，由计算机硬件、软件、数据和用户四大要素组成，••能对空间相关数据进行管理和分析是GIS的重要标志，并以其混合的数据结构和独特的地理空间分析功能，提供良好的、交互式的制图环境，设计和制作不同类型的专题地图。2020/1/110GIS的数据库系统•GIS中的数据可分为空间数据和属性数据。•空间数据描述的是地理空间实体的位置、大小、形状、方向等几何特征，以及与相邻物体的拓扑关系，由点、线、面组成，如地图、工程图、规划图、航空与遥感影像等。•如面可以表示行政区划、土壤利用图、媒介孳生地等；线可以表示河流、道路或管网等；点可以代表居民定居点、消防栓、水井、医院、单个病例等。•2020/1/111•属性数据是定义空间数据或特征所表示的内容，描述该空间现象的其他特征，如地形地貌、温湿度、降雨量、土壤类型、动植物种类及其密度、发病率、媒介密度、人口数、医院等级等。2020/1/112•GIS的功能•①数据采集：通过现成的数字化数据、人工编码、数字化和扫描等方式采集。•②数据整理：核对、纠正和编辑数据，去掉转换中的错误数据。•③数据融合：通过一系列的操作将数据换成一致的地理信息结构。2020/1/113•④数据存储：将数据以恰当的形式存储于数据库中，以方便查询和分析。•⑤空间与统计分析：进行数据的地理操作和转换以及统计分析，包括空间检索，空间拓扑叠加分析和空间模拟分析，单层或多层分析等。•⑥结果展示：将结果数据或图形以多种形式输出，如表格、地图等，特别是数据可以以地图为背景，在相应位置或区域用多种方式展示2020/1/114GIS中的空间分析•由于很多疾病均与空间位置有关，伴随着空间分析理论与技术的逐渐成熟，流行病学的空间分布研究越来越多，在流行病学的研究中正发挥着越来越重要的作用，正成为公共卫生和流行病学新的研究工具。••以下以血吸虫病为例介绍空间分析的应用2020/1/115•空间分析是地学领域的重要概念，是地理信息系统(GIS)的一个专门术语，用定量的过程与技术分析地图上或由地理坐标定义的二维或三维空间上的点、线和面的结构模式。2020/1/116•早在1854年英国伦敦霍乱流行时，现代流行病学的奠基人之一JohnSnow博士便通过在绘有霍乱流行地区的所有道路、房屋、饮用水机井等内容的1︰6500比例尺的城区地图上，标出了每个霍乱病死者的居住位置，从而得到了霍乱病死者居住位置分布图，•并对患者的居住地与饮用水井之间的关系进行简单的空间分析找到了霍乱病的根源，2020/1/117疾病的可视化分析•、可视化分析是指在空间分析中将图形信息与属性信息直接匹配而成，•可视化分析是以空间结构数据库为基础，利用GIS的地图创建功能，制作专题地图，用于可视化的描述疾病或媒介的空间分布•确定疾病的高发地区及疾病的动态变化，为疾病危险因素的探讨及防治措施的制订提供依据。2020/1/118探索性空间数据分析•探索性空间数据分析是指利用统计学原理和图形图表相结合的方法对空间数据包含信息的性质进行分析、鉴别，•用以引导确定性模型的结构和解法，注重于研究数据的空间依赖性与空间异质性，即探索空间分布，揭示空间联系的结构，给出空间异质的不同形式2020/1/119探索性空间数据分析方法•1.分类分析•Cline在1970年首次提出了遥感图像能够提供丰富的环境变量信息，以血吸虫病为例，遥感图像不仅能够提供大量的与血吸虫病有关的环境变量信息，而且应用遥感信息绘制疾病中间宿主孳生地的分布比地面调查价廉且准确。2020/1/120•2.叠置分析•叠置分析是一种信息复合技术，它以叠置运算为基础对多种空间信息进行综合分析，以帮助用户判断信息间相互关系，从中获取更丰富的信息2020/1/121•3.缓冲区分析•缓冲区分析是基于对点、线、面等因素，按照指定的条件在其周围建立一定空间区域作为分析对象，对该区域进行相关分析，••如：根据高速公路噪声的影响范围，可使用缓冲区分析方法建立一缓冲区，在该区域内不准建立居民区以保正居民的健康。2020/1/122•4.判别分析•1984年，Cross等从气象资料和卫星遥感资料中共得到29个变量通过逐步判别分析来预测菲律宾血吸虫病的流行区，并根据地理变量和预测的某地疾病的发生概率绘制了疾病风险图，认为其结果可信并可推广到菲律宾的其他地区。2020/1/123•5.主成分分析•主成分分析是克服变量间相关性的一种方法，通常是与其他的空间分析技术结合进行分析，很少单独应用。2020/1/124•6.空间自相关分析•周毅等1999年在四川省大山区血吸虫病的研究中发现阳性钉螺栖息点的整体分布呈现出正空间自相关，人群患病率和钉螺感染率存在显著的空间联系，而钉螺密度、疫水接触程度、年龄、职业则无明显的空间联系，认为居住地是控制血吸虫病传播的靶点2020/1/125GIS在公共卫生及流行病学中的应用•GIS可以为流行病学研究中空间数据的管理、分析提供有效的工具，•它能够考虑特定位置中影响疾病分布的各种因素，如地理因素(地形、地貌)、土壤因素、气象因素和人文因素(人口密度、经济状况等)及其与不同区域疾病分布和变化的关系，探索疾病的影响因子。2020/1/126用于疾病监测领域•展示疾病的时空分布，确定疾病的高发地区、高危人群，探索疾病的病因或危险因素。••易彬樘等探索登革热流行和媒介伊蚊种群的空间分布特征，指出地理信息系统用于登革热媒介监测分析是可行的，并具有常规研究方法不可替代的作用。••Kaminska等研究地理信息系统用于监测和分析农药污染及其对公共卫生的影响。2020/1/127疾病流行趋势预测•用于预测疾病发生的趋势，预测疾病的流行强度，预测疫区特征，预测疾病或媒介的空间分布特征以及预测卫生事件的空间分布等。•周晓农等应用GIS预测模型来预测不同血吸虫病流行程度的可能性和正确性，对18个气象观察点的资料分析结果显示，所有血吸虫流行区的观察点传播指数值均在900以上。空间分析所得的血吸虫传播区域分布图与江苏省血吸虫病流行区相吻合，可划分出不同区域的流行强度，AVHRR卫星片图叠加分析后，得出不同区域和不同季节的流行强度预测图，预测总正确率为88189%。2020/1/128卫生服务、卫生管理和决策支持•地理信息系统技术的应用允许公共卫生从业者去探索卫生差距、分析疾病暴发以及按优先次序应用有限的资源改善人类健康。•GIS已经用在许多研究中去估计一个新诊所、医院或GPsurgery（全科医生诊所）的最佳位置，考虑到己有的设施、交通运输供给、每小时交通流量变化以及人口密度，使病人到新诊所、医院或GPsurgery的距离最小。2020/1/129应对突发卫生事件•加强突发事件准备、反应、复原的信息很多本身具有地理空间特征。•在美国新泽西州发生炭疽生物恐怖事•件时，有关人员应用GIS去支持现场调查，在这次调查中GIS的主要应用是建立相对详细的工作草图、定位环境样本、向调查提供空间分析和可视化支持2020/1/130公共卫生教育•GIS产生的图形和图像作为传播卫生知识并与公众沟通的媒介，可以在公共卫生教育中发挥作用。•通过把有关疾病的GIS地图和图像放在公共场所、作为网络资源共享并及时更新，这将有助于公众参与社区卫生规划，有助于人们认识其所处的环境和疾病的演变，从而起到卫生教育作用。2020/1/131环境影响评价•环境流行病学的结合，生态环境的监测•如吉林黑龙江的松花江污染事件调查等2020/1/132GIS在疾病研究中的应用实例•Glass等利用GIS对美国马里兰州Baltimore莱姆病进行研究发现，50多项环境因素(包括地貌、高程、土壤类型、森林分布、分界线等)中，有11个因素与莱姆病有关，其中居住地距离森林越近危险性越大，而与公园、河溪的距离无关，适合针叶松的土壤或不适合草本植物的土壤可增加其危险性。••结合logistic回归分析模型，可以确定哪些地区最易发生莱。•其后回顾1991年莱姆病病例与对照组的地理分布情况证实了该风险模型预测结果的有效性。2020/1/133•温度和雨量是影响疟疾流行的两个重要自然因素。•1992年以色列Kitron等以GIS为基础建立了全国疟疾计算机监测系统，其中包括按蚊繁殖点、人群聚居点等与疟疾发生有关的流行病学资料。•该系统可以计算各居民点与按蚊繁殖地之间的距离，根据各种按蚊的媒介效能和活动范围评价疟疾传播的危险性。•一旦有小范围疟疾暴发，该系统能够立即确定导致暴发的按蚊繁殖点以及可能的病原体来源，从而采取最有效、针对性强的控制措施2020/1/134•美国疾病控制中心在“儿童铅中毒筛检”项目中推荐使用GIS帮助确定铅暴露的高危地区。•Hanchette等利用GIS对北卡罗莱州的监测数据及盐湖城数据进行分析，结果显示血铅水平与1950年以前修建的房屋分布及交通管线有密切的关系，利用GIS可以展现出血铅暴露的高危地区