空間掃描統(tǒng)計(jì)量在手足口病空間聚集性研究中的應(yīng)用

北京市順義區(qū)疾病預(yù)防控制中心(101300) 張文增 李長(zhǎng)青 冀國(guó)強(qiáng) 史繼新 馬玉欣 張松建

手足口病(Hand-foot-and-mouth disease，HMFD)是由多種腸道病毒(EV)引起的常見傳染病，多發(fā)生于5歲以下兒童，大多數(shù)患者癥狀輕微，以發(fā)熱和手、足、口腔等部位的皮疹或皰疹為主要特征，少數(shù)患兒可引起心肌炎、肺水腫、無菌性腦膜腦炎等并發(fā)癥。個(gè)別重癥患兒如果病情發(fā)展快，會(huì)導(dǎo)致死亡。自1974年Schmidt等首次報(bào)道以來〔1〕，全世界很多國(guó)家和地區(qū)先后報(bào)道了EV71的感染和流行情況。2008年5月2日，我國(guó)將手足口病納入丙類法定報(bào)告?zhèn)魅静」芾?。北京市順義區(qū)自2006年初開始有手足口病例報(bào)告，其后發(fā)病率呈逐年上升趨勢(shì)。疫情資料表明，手足口病具有一定的時(shí)間和空間的聚集傾向或趨勢(shì)。本文采用Tango等提出的Flexible空間掃描統(tǒng)計(jì)量對(duì)順義區(qū)手足口病的空間聚集性進(jìn)行研究，探討手足口病發(fā)病的空間聚集性特征，為進(jìn)一步探索影響手足口病發(fā)病的因素及制定有效的防控措施和衛(wèi)生決策提供理論依據(jù)。

資料與方法

1．資料來源

2009年1月至2010年12月北京市順義區(qū)手足口病疫情資料來源于“中國(guó)疾病預(yù)防控制信息系統(tǒng)”，參照網(wǎng)絡(luò)直報(bào)工作要求對(duì)資料進(jìn)行初步清理，并以“發(fā)病日期”計(jì)算手足口病發(fā)病時(shí)間以及病例的發(fā)病年齡，現(xiàn)住詳細(xì)地址以及報(bào)告地區(qū)編碼進(jìn)行空間聚集性分析。人口資料來源于“中國(guó)疾病預(yù)防控制基本信息系統(tǒng)”的數(shù)據(jù)(統(tǒng)計(jì)局人口數(shù));順義區(qū)Map Info基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)，包括區(qū)界及鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)以上界線等來自北京市疾病預(yù)防控制中心傳地所。

2．方法

本研究采用Flexible空間掃描統(tǒng)計(jì)量分析軟件FleXScan V3〔2〕進(jìn)行病例的空間聚集性探測(cè)。Flexible空間掃描統(tǒng)計(jì)量是2005年Tango等在Kulldorff圓形掃描統(tǒng)計(jì)量基礎(chǔ)上提出的〔3〕，主要是為了探測(cè)圓形掃描窗口探測(cè)不到的不規(guī)則形狀聚集區(qū)域。對(duì)每一個(gè)掃描窗口，均根據(jù)Poisson分布計(jì)算出理論發(fā)病數(shù)，然后依據(jù)實(shí)際發(fā)病數(shù)和理論發(fā)病數(shù)構(gòu)造檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量對(duì)數(shù)似然比(log likelihood ratio，LLR)，用LLR來評(píng)價(jià)掃描窗口內(nèi)發(fā)病數(shù)的異常程度。通常LLR值越大，則該窗口發(fā)病數(shù)異常程度越高。通常將LLR最大的窗口定為發(fā)病數(shù)異常程度最高的窗口，然后對(duì)該窗口的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義進(jìn)行評(píng)價(jià)，即計(jì)算P值。Flexible空間掃描統(tǒng)計(jì)量計(jì)算的具體過程如下〔4〕。

將空間掃描統(tǒng)計(jì)量S定義為所有可能的掃描窗口Z中最大的似然比:

其中L(z)是掃描窗口Z的似然函數(shù)值，L0是基于無效假設(shè)得到的似然函數(shù)值。nz為掃描窗口Z中的實(shí)際發(fā)病數(shù)，μ(Z)為根據(jù)無效假設(shè)得到的掃描窗口Z中預(yù)期發(fā)病數(shù)，N是整個(gè)地區(qū)的總發(fā)病數(shù)，μ(G)為根據(jù)無效假設(shè)得到的整個(gè)地區(qū)的預(yù)期發(fā)病數(shù)，且有μ(G)=N。則Poisson模型的似然比為:

由于掃描統(tǒng)計(jì)量的概率分布極為復(fù)雜，本研究采用Kulldorff等提出的蒙特卡羅法(Monte Carlo method)計(jì)算檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的P值，其迭代次數(shù)選擇999。此外，除了對(duì)LLR最大的窗口進(jìn)行評(píng)價(jià)外，掃描統(tǒng)計(jì)量還可對(duì)LLR較大的其他窗口進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的評(píng)價(jià)，從而盡可能找出所有發(fā)病數(shù)異常的區(qū)域。

Flexible空間掃描統(tǒng)計(jì)量方法中掃描窗口采用預(yù)先設(shè)定最大相鄰區(qū)域數(shù)K的方法，從而避免不合理的區(qū)域出現(xiàn)。參考以往文獻(xiàn)可知，聚集最多覆蓋地理區(qū)域個(gè)數(shù)不宜超過總地理區(qū)域個(gè)數(shù)的10% ～15%〔3，5〕，順義區(qū)轄區(qū)共25個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和街道，因此本研究在分析時(shí)使用cluster最多覆蓋地理區(qū)域數(shù)K=3。由于順義區(qū)手足口病發(fā)病情況在不同時(shí)間和不同地區(qū)差異較大，因此本研究對(duì)手足口病報(bào)告發(fā)病例數(shù)分鄉(xiāng)鎮(zhèn)分月份進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，利用人口數(shù)和報(bào)告發(fā)病數(shù)計(jì)算理論發(fā)病人數(shù)，以期獲得更為全面和準(zhǔn)確的聚集性探測(cè)結(jié)果。將數(shù)據(jù)導(dǎo)入FleXScanV3軟件進(jìn)行運(yùn)算，并用Map Info軟件將探測(cè)結(jié)果進(jìn)行可視化呈現(xiàn)。

結(jié) 果

1．一般情況

2009年1月至2010年12月順義區(qū)共報(bào)告手足口病3 376例，其中25例屬于疑似病例，2例為地址不詳病例，將其刪除，余下3 349例病例納入分析，其中臨床診斷病例3 244例，實(shí)驗(yàn)室診斷病例105例。將報(bào)告病例數(shù)按月份做圖可知，順義區(qū)手足口病發(fā)病高峰主要在4～9月份，以夏秋季發(fā)病最高，呈明顯的季節(jié)性(圖1)。

2．空間聚集性分析結(jié)果(表1)

圖1 2009年1月～2010年12月順義區(qū)手足口病按月份分布情況

根據(jù)P值計(jì)算NOR(null occurrence rate)，計(jì)算公式:NOR=1/P天。NOR是指按假設(shè)不存在聚集性情況下，出現(xiàn)虛假聚集信號(hào)的時(shí)間間隔。例如 P=0.001，表示每1000天可能出現(xiàn)這樣一個(gè)虛假聚集信號(hào)。

表1 2009年1月～2010年12月順義區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)手足口病例數(shù)據(jù)空間聚集性分析結(jié)果

由結(jié)果可知，不同月份順義區(qū)手足口病空間聚集程度和空間聚集區(qū)域明顯不同。手足口病高發(fā)月份空間聚集程度較低發(fā)月份強(qiáng)，空間聚集主要集中在4～9月份，這與手足口病的季節(jié)性發(fā)病特點(diǎn)一致。在手足口病發(fā)病率較低的月份，手足口病病例在地區(qū)間成散在的分布，無明顯空間聚集性發(fā)生。隨著發(fā)病率的上升，手足口病發(fā)生空間聚集cluster的個(gè)數(shù)逐漸上升，聚集區(qū)域也逐漸增多。

另外，手足口病發(fā)生聚集的區(qū)域主要在人口密集，外來人口聚集的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，有的地區(qū)甚至連續(xù)幾個(gè)月為聚集性區(qū)域。這基本符合手足口病城鄉(xiāng)結(jié)合部相鄰的街道或外來人口多的地區(qū)發(fā)病較高的特點(diǎn)。例如，2010年5～7月份，高麗營(yíng)、天竺、后沙裕地區(qū)一直為手足口病病例聚集地區(qū)，其中高麗營(yíng)鎮(zhèn)4～8月份，后沙峪鎮(zhèn)5～10月份均連續(xù)5個(gè)月為手足口病病例聚集地區(qū)。此類地區(qū)人群生活、居住的環(huán)境衛(wèi)生條件較差，托幼機(jī)構(gòu)管理水平低，人口稠密，居民手足口病等傳染病防控知識(shí)缺乏，這些都為手足口病的傳播和流行提供了條件。

3．Map Info圖示

采用Map Info軟件可以直觀地顯示Flexible空間掃描統(tǒng)計(jì)量分析結(jié)果，圖中陰影所示的區(qū)域即為研究所確定的可能的手足口病發(fā)病的空間聚集區(qū)域(以2010年3、4月份分析結(jié)果為例，見圖2～3)。

圖2 2010年3月順義區(qū)手足口病空間聚集性分析結(jié)果

圖3 2010年4月順義區(qū)手足口病空間聚集性分析結(jié)果

討 論

目前，傳染病空間聚集性的研究是全球公共衛(wèi)生領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題之一。Kulldorf等于1997年提出圓形掃描統(tǒng)計(jì)量分析〔6〕，該方法采用大小和位置動(dòng)態(tài)變化的圓形掃描窗口進(jìn)行聚集性探測(cè)。該方法探測(cè)到的聚集性地理區(qū)域形狀主要是圓形或者近似圓形。假如某傳染病沿河流或交通路線傳播，則聚集性的形態(tài)是狹長(zhǎng)的條狀，這種情況下，采用圓形掃描窗口就不能很好地對(duì)聚集性進(jìn)行探測(cè)。2005年Tango等在Kulldorff圓形掃描統(tǒng)計(jì)量基礎(chǔ)上提出Flexible空間掃描統(tǒng)計(jì)量方法，主要是為了在空間維度上探測(cè)圓形掃描窗口探測(cè)不到的不規(guī)則形狀的聚集區(qū)域，通過對(duì)疾病未知的空間聚集性進(jìn)行探索以達(dá)到早期預(yù)警的目的。與Kulldorff等提出的圓形掃描統(tǒng)計(jì)量不同，F(xiàn)lexible空間掃描統(tǒng)計(jì)量預(yù)先不設(shè)定掃描窗口的形狀，而是以動(dòng)態(tài)變化的不規(guī)則型空間掃描窗口對(duì)在地理邊界上有連接的不同區(qū)域集進(jìn)行掃描，同時(shí)該方法將掃描區(qū)域限制在每個(gè)起始區(qū)域周邊的一個(gè)較小的鄰域內(nèi)〔7〕。有資料顯示，在模擬數(shù)據(jù)的聚集性探測(cè)中，對(duì)圓形或近似圓形的聚集區(qū)域，Kulldorff圓形掃描方法有稍高的檢驗(yàn)效能;而在非圓形的聚集區(qū)域時(shí)，F(xiàn)lexible掃描統(tǒng)計(jì)量的檢驗(yàn)效能優(yōu)于Kulldorff圓形掃描統(tǒng)計(jì)量，并且探測(cè)出的聚集區(qū)域更符合實(shí)際的情況〔7－8〕。

目前，掃描統(tǒng)計(jì)量方法已廣泛應(yīng)用于許多醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域，用于疾病空間聚集性的探測(cè)以及早期預(yù)警。同時(shí)該方法還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)聚集性的定位〔9－13〕。因該方法采用的概率模型對(duì)不同區(qū)域間非均勻的人口密度進(jìn)行了校正以消除其潛在的影響，且采用大小可變的掃描窗口等特點(diǎn)又使其檢驗(yàn)效能較其他分析方法顯著提高，成為當(dāng)前疾病時(shí)間聚集性或空間聚集性分析研究中的熱點(diǎn)。而且，掃描統(tǒng)計(jì)量方法在分析之前對(duì)聚集性的大小、位置、規(guī)模沒有進(jìn)行任何設(shè)定，避免了選擇偏倚的出現(xiàn);作為探索性分析，可以最大限度地進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的挖掘，發(fā)現(xiàn)空間聚集性的存在。

據(jù)本研究的結(jié)果應(yīng)進(jìn)一步分析聚集區(qū)域與非聚集區(qū)域手足口病的發(fā)病特點(diǎn)及各項(xiàng)防控措施具體落實(shí)情況，并結(jié)合相應(yīng)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)、人文、文化等因素，為順義區(qū)手足口病發(fā)病影響因素研究及有效防控措施的制定提供線索和理論依據(jù)。

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