捕獲再捕獲方法的原理及其在獸醫(yī)流行病學(xué)中的應(yīng)用

（中國(guó)動(dòng)物衛(wèi)生與流行病學(xué)中心，山東青島 266032）

捕獲再捕獲方法的原理及其在獸醫(yī)流行病學(xué)中的應(yīng)用

張 毅，王幼明，康京麗，劉 平，徐全剛，李金花，黃保續(xù)，沈朝建

（中國(guó)動(dòng)物衛(wèi)生與流行病學(xué)中心，山東青島 266032）

捕獲再捕獲法是一種估算生物群體量或率的方法，由Peterson在1896年首次提出，目前被廣泛應(yīng)用于人類(lèi)學(xué)、野生動(dòng)物學(xué)、流行病學(xué)等領(lǐng)域。近年來(lái)，國(guó)外獸醫(yī)工作者已將捕獲再捕獲法應(yīng)用于癢病、口蹄疫等動(dòng)物疫病暴發(fā)數(shù)及流行率的估算，并通過(guò)漏報(bào)率等指標(biāo)的計(jì)算來(lái)評(píng)價(jià)疫病報(bào)告系統(tǒng)。在我國(guó)獸醫(yī)流行病學(xué)領(lǐng)域，該方法還未被推廣和應(yīng)用，也缺少這方面的相關(guān)研究。根據(jù)捕獲再捕獲法的特點(diǎn)，結(jié)合我國(guó)獸醫(yī)工作現(xiàn)狀及遇到的問(wèn)題，認(rèn)為該法可應(yīng)用于動(dòng)物疫病報(bào)告參數(shù)矯正及系統(tǒng)評(píng)價(jià)、獸藥濫用率和無(wú)害化處理率的估算等，依此拋磚引玉，使其在更廣泛的領(lǐng)域得到研究和應(yīng)用。

捕獲再捕獲法；獸醫(yī)流行病學(xué)；報(bào)告系統(tǒng)評(píng)價(jià)

捕獲再捕獲方法是根據(jù)兩個(gè)或兩個(gè)以上獨(dú)立樣本，來(lái)估計(jì)生物群體大小的一種方法。1896年P(guān)eterson首先提出了捕獲再捕獲抽樣方法，并應(yīng)用于水域中魚(yú)類(lèi)數(shù)量的計(jì)算[1]，從此對(duì)它的研究不斷深入，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)展。在野外生物學(xué)和生態(tài)學(xué)領(lǐng)域，除了估計(jì)水域中魚(yú)的數(shù)目以外，還用來(lái)估計(jì)其它集群性野生動(dòng)物的數(shù)目[2]。在人類(lèi)學(xué)中，它有悠久的應(yīng)用歷史，已應(yīng)用于人口數(shù)、死亡數(shù)或出生數(shù)等的估計(jì)[3-4]。在流行病學(xué)領(lǐng)域，捕獲再捕獲方法應(yīng)用的領(lǐng)域比較廣泛，如在傳染性疾病、非傳染性疾病及藥物濫用等的人群基數(shù)及流行率的估算方面。

捕獲再捕獲法原理簡(jiǎn)單，獲取樣本數(shù)據(jù)來(lái)源廣泛，一般不需要進(jìn)行大規(guī)模的調(diào)查或監(jiān)測(cè)，無(wú)需大量人力無(wú)力，而且在某些條件下，是難以替代的研究方法，因此在流行病學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用前景廣泛。目前英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)等獸醫(yī)工作者已將本方法應(yīng)用于口蹄疫、癢病等動(dòng)物疫病的監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析。我國(guó)的獸醫(yī)流行病學(xué)起步較晚，該方法還未在獸醫(yī)流行病學(xué)領(lǐng)域得到應(yīng)用。本文對(duì)捕獲再捕獲方法作簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)其在獸醫(yī)流行病學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單探討。

1 捕獲再捕獲方法的原理及計(jì)算公式

捕獲再捕獲方法的基本原理是：從總體為N的生物群體中，隨機(jī)捕獲第1個(gè)樣本，然后對(duì)其進(jìn)行標(biāo)記并釋放到原生物群體中去，隨后再?gòu)脑撋锶后w中隨機(jī)捕獲第2個(gè)樣本，其中第2次捕獲的樣本中含有第1次捕獲的個(gè)體，最后用第1個(gè)、第2個(gè)樣本的個(gè)數(shù)及第2個(gè)樣本中含第1次捕獲的個(gè)體數(shù)，來(lái)估計(jì)該生物群體的大小[5]。

應(yīng)用兩樣本捕獲再捕獲法時(shí)，需要滿(mǎn)足4個(gè)條件[1]：（1）總體是封閉的，在調(diào)查期間沒(méi)有增多或減少；（2）標(biāo)記沒(méi)有丟失，個(gè)體在捕獲和再捕獲間，能夠相互匹配；（3）各樣本相互獨(dú)立；（4）個(gè)體被各樣本捕獲的概率相同，個(gè)體被一個(gè)樣本捕獲后不影響被另一個(gè)樣本捕獲。

1.1 Petersen-Lincoln模型[1]

Petersen與Lincoln等于19世紀(jì)末20世紀(jì)初將這種方法用于野生動(dòng)物研究。它是一個(gè)兩樣本模型，通過(guò)兩個(gè)樣本共同捕獲的個(gè)體數(shù)量，再結(jié)合兩樣本的數(shù)據(jù)，就可以得到未知的總體數(shù)的估計(jì)值。第1次取樣中，有n1只動(dòng)物被捕獲，然后將其做好標(biāo)記并放回到野外動(dòng)物群體中；第2次取樣中，有n2只動(dòng)物被捕獲，其中帶有標(biāo)記的動(dòng)物有m只。第2次樣本中帶標(biāo)記動(dòng)物的比例為m/n2，近似等于整個(gè)群體中標(biāo)記動(dòng)物的比例n1/N，故群體總數(shù)N可以用公式1來(lái)估計(jì)，該估計(jì)量的方差可以用公式2 來(lái)計(jì)算。

1.2 Chapman模型[6]

1948年Chapman對(duì)Petersen-Lincoln公式進(jìn)行了完善，提出了估計(jì)量計(jì)算的修正公式（公式3）。此公式的偏差較小，當(dāng)n1+n2≥N時(shí)是無(wú)偏的，且不存在分母等于零的問(wèn)題。其方差可以用公式4計(jì)算，其95%可信區(qū)間為N±1.96Var（N）。

2 捕獲再捕獲方法在流行病學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

捕獲再捕獲法獲取數(shù)據(jù)途徑廣泛，通常只需要利用已有的調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及醫(yī)療檔案等，因此在流行病學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。它既可以作為獨(dú)立的疾病監(jiān)測(cè)手段，也可以作為其他監(jiān)測(cè)手段的補(bǔ)充，或者對(duì)已有的疾病監(jiān)測(cè)體系或疫病報(bào)告系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)捕獲再捕獲法在流行病學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行歸納和整理，有助于啟發(fā)該方法在獸醫(yī)流行病學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用探索。

2.1 出生缺陷及慢性非傳染性疾病的監(jiān)測(cè)

唇裂、腭裂、脊柱裂、Down綜合征、先天性風(fēng)疹綜合征等出生缺陷癥以及糖尿病等非傳染性疾病，均可用樣本量來(lái)估算總體數(shù)量及疾病發(fā)生率，并對(duì)已有的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行矯正和評(píng)價(jià)[7-8]。其中捕獲再捕獲法已在世界衛(wèi)生組織的糖尿病多國(guó)計(jì)劃中得到成功應(yīng)用[9-10]。世界衛(wèi)生組織為了促進(jìn)糖尿病研究等方面的國(guó)際合作和交流，發(fā)起了糖尿病多國(guó)計(jì)劃。1型糖尿病是重要的兒童慢性病之一，各國(guó)報(bào)道的發(fā)病率差異很大。為了便于比較不同國(guó)家和地區(qū)間1型糖尿病發(fā)病率，建立標(biāo)準(zhǔn)化的病例登記方法，在多國(guó)計(jì)劃框架下，80多個(gè)國(guó)家和地區(qū)收集分別來(lái)自醫(yī)院以及中小學(xué)校、托兒所、衛(wèi)計(jì)委等機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)，利用捕獲再捕獲的原理，測(cè)算經(jīng)校準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)病率數(shù)據(jù)。該方法的應(yīng)用方便了國(guó)家間發(fā)病數(shù)據(jù)的比較，有力促進(jìn)了國(guó)際間的交流和合作。目前，捕獲再捕獲法已成為世界上監(jiān)測(cè)1型糖尿病發(fā)病率的標(biāo)準(zhǔn)方法。

2.2 法定傳染病報(bào)告系統(tǒng)的評(píng)價(jià)及傳染病發(fā)病數(shù)據(jù)的估算

法定傳染病報(bào)告系統(tǒng)是最基本、最重要的常規(guī)疫情收集系統(tǒng)，但對(duì)大多數(shù)傳染病而言，傳統(tǒng)的被動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)告系統(tǒng)很難得到準(zhǔn)確的發(fā)病率資料，或得到的發(fā)病率變異較大。捕獲再捕獲法可用來(lái)估計(jì)人群中未被報(bào)告的病例，從而對(duì)常規(guī)資料的發(fā)病率進(jìn)行校正。沈靖等[11]對(duì)某省幾種主要傳染病進(jìn)行漏報(bào)調(diào)查，并進(jìn)行捕獲-再捕獲分析，結(jié)果表明，幾種主要傳染病的調(diào)整發(fā)病率上升幅度不大，但漏報(bào)病例的絕對(duì)數(shù)相當(dāng)大，總數(shù)約為4 000例。李群等[12]對(duì)1999年5月1日至6月30日期間7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)44 451人腹瀉病發(fā)病情況進(jìn)行調(diào)查，分別利用在鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生院、村衛(wèi)生室門(mén)診獲得的數(shù)據(jù)作為第一數(shù)據(jù)來(lái)源，在自然村召開(kāi)座談會(huì)獲得的腹瀉病人名單作為第二數(shù)據(jù)來(lái)源，利用捕獲再捕獲方法，計(jì)算出腹瀉發(fā)病人數(shù)和罹患率。

2.3 藥物濫用情況的監(jiān)測(cè)

利用捕獲再捕獲方法可以對(duì)藥物濫用情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并估算當(dāng)?shù)叵到y(tǒng)人群的基數(shù)。對(duì)于吸食海洛因、鴉片及濫用藥物人員，可以利用戒毒所、醫(yī)院、社區(qū)等不同的報(bào)告和記錄系統(tǒng)，來(lái)獲取相關(guān)人員人數(shù)的數(shù)據(jù)，并通過(guò)捕獲再捕獲模型來(lái)估算人群中藥物濫用情況及流行率[13-14]。

3 捕獲再捕獲方法在獸醫(yī)流行病學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用情況及展望

3.1 捕獲再捕獲方法的國(guó)外應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來(lái)，國(guó)外獸醫(yī)研究人員利用捕獲再捕獲方法，對(duì)某些動(dòng)物傳染病的發(fā)病情況進(jìn)行了估算，對(duì)動(dòng)物傳染病報(bào)告系統(tǒng)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。英國(guó)流行病學(xué)及風(fēng)險(xiǎn)分析中心的Vilas等[15-16]利用捕獲再捕獲模型，分別對(duì)2002年1月至2003年3月和2005年4月至2006年4月間來(lái)自法定申報(bào)、屠宰場(chǎng)、病死畜禽監(jiān)測(cè)三種來(lái)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，估算出英國(guó)癢病的總體感染率，進(jìn)而對(duì)英國(guó)癢病監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的敏感性進(jìn)行評(píng)價(jià)。法國(guó)的Vergne等[17]利用捕獲再捕獲模型對(duì)法國(guó)癢病監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行總感染數(shù)、置信區(qū)間及流行率估算，并利用貝葉斯模型對(duì)這些獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估。Vergne等[18]對(duì)2009年在柬埔寨柴楨省向官方報(bào)告的口蹄疫疫情數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，將其作為第一數(shù)據(jù)來(lái)源，并對(duì)發(fā)生疫情的13個(gè)村莊周邊4 km范圍內(nèi)的其他村莊收集到的動(dòng)物血清進(jìn)行了回顧性調(diào)查，將實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)的數(shù)據(jù)作為第二數(shù)據(jù)來(lái)源；利用這兩個(gè)來(lái)源的數(shù)據(jù)，通過(guò)捕獲再捕獲方法，計(jì)算出這段時(shí)間內(nèi)該省發(fā)生口蹄疫的村莊數(shù)應(yīng)為315個(gè)（95%CI：117～514），證明該省口蹄疫官方報(bào)告系統(tǒng)報(bào)告率較低。Gallay等[19]通過(guò)捕獲再捕獲模型對(duì)來(lái)源于國(guó)家公共衛(wèi)生網(wǎng)絡(luò)、農(nóng)業(yè)部、國(guó)家沙門(mén)氏菌和志賀氏菌參考實(shí)驗(yàn)室獲得的沙門(mén)氏菌報(bào)告病例進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果顯示這3種來(lái)源數(shù)據(jù)的敏感性分別為15%、10%、50%。

3.2 展望

捕獲再捕獲法是一種適合廣泛推廣的研究方法，由于其可獲得的數(shù)據(jù)來(lái)源廣泛，且無(wú)需很多人力無(wú)力，因此適宜在獸醫(yī)流行病學(xué)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。目前這種方法已被國(guó)外一些監(jiān)測(cè)和研究機(jī)構(gòu)應(yīng)用于發(fā)病數(shù)據(jù)估計(jì)等方面，然而在我國(guó)該方法還未在獸醫(yī)流行病學(xué)領(lǐng)域得到推廣和應(yīng)用，因此在這里作一展望和探討。

首先，該法適合應(yīng)用于我國(guó)官方報(bào)告的動(dòng)物疫病暴發(fā)數(shù)及流行率的估算以及疫病報(bào)告和監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的評(píng)價(jià)。從不同監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)或疫病報(bào)告系統(tǒng)獲取某一動(dòng)物傳染病的數(shù)據(jù)，利用捕獲及再捕獲法，估算未被監(jiān)測(cè)到或報(bào)告的病例數(shù)，計(jì)算監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的敏感性或報(bào)告系統(tǒng)的報(bào)告率，進(jìn)而評(píng)價(jià)該監(jiān)測(cè)或報(bào)告系統(tǒng)。其次，該法適用于獸藥濫用情況的估算。由于真實(shí)的養(yǎng)殖場(chǎng)獸藥濫用率難以獲得，因此需要用一種間接的方法來(lái)估算?？梢愿鶕?jù)官方報(bào)告的、實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)的或其他來(lái)源的數(shù)據(jù)，利用捕獲再捕獲模型，對(duì)某地獸藥濫用率進(jìn)行估算。最后，可以用此法對(duì)病死動(dòng)物無(wú)害化處理率進(jìn)行估算，并用于政策實(shí)施效果的評(píng)價(jià)。通過(guò)調(diào)查獲取某地病死動(dòng)物數(shù)，結(jié)合官方對(duì)病死動(dòng)物無(wú)害化處理的統(tǒng)計(jì)數(shù)，利用捕獲再捕獲模型，估算該地病死動(dòng)物無(wú)害化處理率，由此來(lái)評(píng)價(jià)某地?zé)o害化處理政策實(shí)施情況的好壞。

以上只是對(duì)捕獲再捕獲模型在我國(guó)獸醫(yī)流行病學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的一些探討和想法，而該模型的應(yīng)用領(lǐng)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于此。希望各位同行將該模型的特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)同本領(lǐng)域的工作相結(jié)合，使該方法在獸醫(yī)流行病學(xué)領(lǐng)域得到應(yīng)用和推廣。

[1] WHITE G C. Capture-recapture and removal methods for sampling closed populations[J]. The Journal of Wildlife Management，1982，48（1）：1-13.

[2] HOOK E B，REGAL R R. Capture-recapture methods in epidemiology：methods and limitations[J]. Epidemiologic reviews，1995，17（2）：243-264.

[3] JOLLY G. Explicit estimates from capture-recapture data with both death and immigration -stochastic model[J]. Biometrika，1965，52：225-247.

[4] CHAO A. Estimating the population size for capturerecapture data with unequal catchability[J]. Biometrics，1987，43（4）：783-791.

[5] NICHOLS J D. Capture-recapture models[J]. BioScience，1992，42（2）：94-102.

[6] CORMACK R. The statistics of capture-recapture methods[J]. Oceanogr Mar Biol Ann Rev， 1968，6：455-506.

[7] TULL E S，McCARTY D. Monitoring the incidence of myocardial infarctions：applications of capture-mark-recapture technology[J]. International j ournal of epidemiology，1992，21（2）： 258-62.

[8] YIP P，BRUNO G，TAJIMA N，et al. Capturerecapture and multiple-record systems estimation II：Applicat ions in human diseases[J]. American Journal of Epidemiology，1995，142（10）： 1059-1068.

[9] LAPORTE R E，MCCART D，BRUNO G，et al. Counting di abetes in the next millennium. Application of capture-recapture t echnology[J]. D iabetes Care，1993，16（2）：528-534.

[10] WHO Multinat ional Project for Ch ildhood Diabetes. WHO Diamond Project Group[J]. Diabetes Care，1990，13（10）：1062-1068.

[11]沈靖，高瞻. 捕獲-再捕獲方法在流行病學(xué)發(fā)病率調(diào)查中的應(yīng)用[J]. 江蘇預(yù)防醫(yī)學(xué)， 1997， 7：70-72.

[12]李群，吳家兵，曾進(jìn)，等. 捕獲-再捕獲方法在腹瀉病調(diào)查中的應(yīng)用[J]. 安徽預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志，2000，6（6）：401-402.

[13] 梁伯衡，欒榮生，呂繁，等. 捕獲再捕獲法估計(jì)吸毒人群基數(shù)的數(shù)據(jù)模型研究[J]. 中國(guó)預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志，2005，5（4）：262-264.

[14] 陳曦，呂繁，鄭軍，等. 應(yīng)用捕獲-再捕獲方法估計(jì)湖南省洪江區(qū)吸毒人數(shù)的調(diào)查[J]. 中華流行病學(xué)雜志，2005，26（6）：417-420.

[15] VILAS V J D R，SAYERS R，SIVAM K，et al. A case study of capture–recapture methodology using scrapie surveillance data in Great Britain[J]. Preventive veterinary medicine， 2005，67（4）：303-317.

[16] VILAS V J D R，BOHNING D. Application of one-list capture–recapture models to scrapie surveillance data in Great Britain[J]. Preventive veterinary medicine，2008，85（3）：253-266.

[17] VERGNE T，CALAVAS D，CAZEAU G，et al. A Bayesian zero-truncated approach for analysing capture–recapture count data from classical scrapie surveillance in France[J]. Preventive veterinary medici ne，2012，105（1）：127-135.

[18] VERGNE T，GROSBOIS V，DURAND B，et al. A capture–recapture analysis in a challenging environm ent：assessing the epidemiological situation of foot-and-mouth disease in Cambodia[J]. Preventive veterinary medicine，2012， 105（3）：235-243.

[19] GALLAY A，VAILLANT V，BOUVET P，et al. How many foodborne outbreaks of Salmonella infection occurred in France in 1995? Application of the capture-recapture method to three surveillance systems[J]. American Journal of Epidemiology，2000，152（2）：171-177.

（責(zé)任編輯：朱迪國(guó)）

Principle of Capture-recapture Method and Its Application in the Field of Veterinary Epidemiology

Zhang Yi，Wang Youming，Kang Jingli，Liu Ping，Xu Quangang，Li Jinhua，Huang Baoxu，Shen Chaojian
（China Animal Health and Epidemiology Center，Qingdao，Shandong 266032）

Capture-recapture（CR）is a method using in quantity and rate estimation of biotic population，firstly proposed by Peterson in 1896，and it has been widely applied in the fi elds of anthropology，wildlife zoology，and epidemiology. Recent years，overseas veterinary researchers have already used CR method to estimate the outbreak numbers and prevalence rates of animal epidemic diseases，such as Scrapie and Foot-and-mouth disease. In addition，by calculating index such as the rate of missing report to evaluate the disease report system. However，CR method has not been applied and popularized in China，related researches were also insuffi cient in veterinary epidemiology area. Combining the characters of CR method with the current status and problems existing in veterinary work in China，CR method could be applied in the area of parameter calibration，assessment towards animal disease report system，as well as the rate estimation for veterinary drug abuse and bio-safety disposal. Beginning with this application，CR method is hoped to attract more attention and be applied in many more wide fi elds.

capture-recapture method；veterinary epidemiology；assessment on report system

S854.4

：A

：1005-944X（2017）05-0077-04

10.3969/j.issn.1005-944X.2017.05.022

國(guó)家科技支撐計(jì)劃“家禽重要傳染病防控凈化技術(shù)集成研究與示范”（2015BAD12B05）

王幼明、沈朝建