時空掃描統(tǒng)計量三維可視化的實現(xiàn)*

唐咸艷李 嶠△黃秋蘭仇小強黃高明黃志碧周紅霞△

時空掃描統(tǒng)計量三維可視化的實現(xiàn)*

唐咸艷1李 嶠1△黃秋蘭2仇小強1黃高明1黃志碧1周紅霞1△

Kulldorff M提出的時空掃描統(tǒng)計量（spatiotemporal scan statistic）是基于大小和位置處于動態(tài)變化的圓柱形窗口（cylinder w indow）進行掃描，已廣泛應用于探測疾病的時空聚集區(qū)［1－3］。時空聚集區(qū)不同于單純性空間聚集區(qū)，它不僅體現(xiàn)出空間維度上聚集范圍的大小，還反映出時間維度上聚集時間的長短。作為時空掃描統(tǒng)計分析的專業(yè)實現(xiàn)平臺，SaTScan軟件和FleXScan軟件目前尚無實現(xiàn)時空聚集性三維可視化的窗口或模塊［4］，這在一定程度上影響了分析結(jié)果的直觀化報告。為此，研究者常通過在地圖中添加文本框來標注時空聚集區(qū)所覆蓋的時空范圍［5－6］。就本質(zhì)而言，這種添加文本標注的形式?jīng)]能真實展示時空聚集區(qū)的三維特性，其效果一般。因此，本文旨在探討時空掃描統(tǒng)計分析中時空聚集區(qū)的三維可視化方法，為時空掃描統(tǒng)計分析結(jié)果的直觀報告提供參考。

時空掃描統(tǒng)計量的實例

本文實例分析所用數(shù)據(jù)引自《廣西壯族自治區(qū)1989-2006年流行性乙型腦炎時空動態(tài)趨勢分析》［6］，在SaTScan 9．3中進行回顧性時空掃描統(tǒng)計分析，探測到的時空聚集區(qū)見表1。

表1 1989—2006年廣西乙腦發(fā)病的時空聚集區(qū)

首先，將探測到的時空聚集區(qū)保存到文件名“spatiotemporal cluster．xls”中，同時將廣西縣界矢量電子地圖保存到文件名“Guangxi．shp”中。為實現(xiàn)時空聚集區(qū)的三維可視化，我們將嘗試在R 3．1語言中編寫時空聚集區(qū)三維可視化的程序塊［7］。

三維可視化的R程序

1．設置好R語言的工作路徑

2．裝載和調(diào)用相關程序包

3．讀取矢量地圖和時空聚集區(qū)數(shù)據(jù)

4．編寫時空聚集區(qū)三維可視化的程序塊

5．運行時空聚集區(qū)三維可視化的程序塊

結(jié)果與討論

掃描統(tǒng)計專業(yè)軟件SaTScan 9．0版本后［4］，空間聚集區(qū)（spatial cluster）通過SaTScan to Google Earth Conversion Tool工具可自動被加載到Google Earth中，實現(xiàn)空間聚集區(qū)的可視化，這極大方便了用戶。然而，SaTScan軟件迄今沒能提供時空聚集區(qū)（spatiotemporal cluster）可視化的窗口或模塊。因此，如何實現(xiàn)時空聚集區(qū)的自動可視化，便成了研究者們期待早日解決的問題。本文在調(diào)用R語言相關程序包，以及讀入地圖數(shù)據(jù)和時空聚集數(shù)據(jù)后，通過運行已編好的時空聚集區(qū)三維可視化R程序（plot．cylinders＜-function（map，data，col＝“risk”）），可得到圓柱形的三維時空聚集區(qū)（圖1）。圓柱的底部對應時空掃描統(tǒng)計量的空間窗口，代表聚集區(qū)的空間范圍大?。╧m）。圓柱的高度對應時空掃描統(tǒng)計量的時間窗口，代表聚集區(qū)的時間跨度長短（年或月）；圓柱的下端代表聚集區(qū)的起始時間，圓柱的頂端代表聚集區(qū)的終止時間?？梢?，三維圓柱較好模擬了時空掃描統(tǒng)計量的掃描窗口，直觀展示了時空聚集區(qū)，增強了復雜統(tǒng)計量的可讀性。

圖1 三維時空聚集區(qū)

目前，大多數(shù)研究者嘗試通過在地圖中添加文本標注來展示時空聚集性［5－6］，但這并非真正意義上的三維時空聚集區(qū)，其效果一般，可讀性尚需提高。因此，在目前尚無快速、簡便、自動化軟件（平臺）來實現(xiàn)時空聚集區(qū)三維可視化的情況下，本文所編寫的R程序塊可用于實現(xiàn)時空聚集區(qū)的三維可視化，效果較好，便于分析結(jié)果的可視化報告。

值得注意的是，本文推薦的方法是基于Kulldorff M的規(guī)則型掃描統(tǒng)計量，其空間掃描窗口為圓形或橢圓形［4］。當采用Tango T推薦的不規(guī)則掃描統(tǒng)計量（flexible scan statistics）進行時空聚集性探測時［8］，所探測到的時空聚集區(qū)在空間維度上是不規(guī)則區(qū)域（irregular district），本文所提供的方法則較難適用，尚需進一步完善與優(yōu)化程序。

［1］Tang F，Cheng Y，Bao C，et al．Spatio-temporal trendsand risk factors for Shigella from 2001 to 2011 in Jiangsu province，People′s Republic of China．PLoSONE，2014，9：e83487．

［2］Xie Y-h，Chongsuvivatwong V，Tang Z，et al．Spatio-Temporal Clustering of Hand，F(xiàn)oot，and Mouth Disease at the County level in Guangxi，China．PLoSONE，2014，9（2）：e88065．

［3］唐咸艷，周紅霞．掃描統(tǒng)計及其在流行病學中的應用．中國衛(wèi)生統(tǒng)計，2011，28（3）：332-337．

［4］SaTScan User Guide for version 9．3．http：／／www．satscan．org． 2014．

［5］Liu Y，Wang X，Liu Y，et al．Detecting spatial-temporal clusters of HFMD from 2007 to 2011 in Shangdong Province，China．PLoS ONE，2013，8（5）：e63447．

［6］唐咸艷，甘文燁，徐斌，等．廣西壯族自治區(qū)1989-2006年流行性乙型腦炎時空動態(tài)趨勢分析．中華流行病學雜志，2011，32（3）：274-278．

［7］The R Project for Statistical Computing．http：／／www．r-project．org／．

［8］Tango T，Takahashi K．A flexibly shaped spatial scan statistic for detecting clusters．International Journal of Health Geographics，2005，4（11）：4-11．

（責任編輯：鄧 妍）

廣西科學研究與技術開發(fā)計劃項目（桂科攻10124001A-65）；廣西自然科學基金（2013GXNSFBA019125）．

1．廣西醫(yī)科大學公共衛(wèi)生學院流行病與衛(wèi)生統(tǒng)計學教研室；

2．廣西南寧市疾病預防控制中心．

△通信作者：李嶠，E-mail：liqiao4316＠hotmail．com；周紅霞，E-mail：gmuies＠163．com