地理信息系統(tǒng)在醫(yī)學研究中的應用

趙帥然 綜述，周達岸 審校

(1.北京市第三十五中學，北京 100034；2.錦州醫(yī)科大學附屬第三醫(yī)院，遼寧 錦州 121000)

大部分醫(yī)學相關的研究都與地理位置存在一定的聯系，如很多疾病都具有地區(qū)特異性；醫(yī)療資源的布局也存在地理特性。隨著電子信息技術的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)作為一種新興的空間數據處理手段，已經被廣泛應用于禽流感、麻疹、細菌性痢疾、鼠疫、艾滋病以及醫(yī)療機構布局評價優(yōu)化等疾病和衛(wèi)生領域的研究中[1-5]。本文總結和分析GIS在醫(yī)學研究中的應用，主要是在疾病研究和醫(yī)療資源空間分布上的應用。

1 GIS概述

GIS由加拿大羅杰·湯姆林森在1967年首次開發(fā)應用，用于存儲、分析和利用加拿大土地統(tǒng)計局收集的數據，稱為加拿大地理信息系統(tǒng)(CGIS)。作為一門結合地理學、地圖學、遙感以及計算機科學的綜合性學科，GIS旨在采集、存儲、管理、分析和表達空間數據信息[6]；可用于模擬表達現實空間，進行空間布局上的數據處理分析[7]，現已被廣泛應用于不同領域。

GIS主要由人員、數據、硬件、軟件以及過程(處理方法)5部分組成；其中人員為最主要的組成部分，作用于其他要素；數據作為核心要素，能反映問題的本質[8]。

GIS的功能包括數據采集，處理和存儲管理，圖形顯示，空間查詢與分析以及地圖制作。數據采集作為GIS的主要功能，通過不斷獲取數據來保證GIS數據庫具有完整性；數據處理主要包括數據格式化(不同結構的數據之間的變換)、轉換(不同格式、不同比例尺之間的轉換)和綜合(數據平滑、特征集結等)等對數據的基本處理；GIS利用分層技術儲存數據，通過圖層疊加的方式顯示不同的信息，所有圖層疊加成為整張地圖；GIS以可視化的形式(圖形顯示)將數據或經過處理的地理信息展示出來；空間查詢功能即把滿足一定要求的空間對象整合，按空間位置將其圖形顯示且列出相關屬性；空間分析即以屬性數據和空間數據為基礎分析現實問題，主要包括拓撲、方位、度量、混合、柵格和地形分析等方法；地圖制作即把查詢和分析的數據結果以圖形、文本等可視化的形式顯示出來。

2 GIS在疾病研究中的應用

疾病一般都具有流行病學特征，即特有的人群和地理分布特征[8]77-80。流行病學研究對疾病的防治起著至關重要的作用，尤其是傳染病的防治。GIS利用空間數據有效的反映疾病的空間分布特征，恰可用于疾病地理空間信息的完善。將地圖應用于疾病研究中已有歷史，早在1854 年倫敦霍亂爆發(fā)時，John Snow利用地圖演示霍亂與污染水源在空間分布上的密切關系，認識到霍亂的源頭和感染分布情況，由此為基礎積極采取措施，有效的防止了霍亂的大范圍傳播[9]。到目前為止，GIS已被大量的應用于疾病的研究中，應用前景廣闊。

2.1 GIS在疾病時空分布上的應用

章志紅[10]等人對2011—2016年撫州市細菌性痢疾的研究中，結合描述性流行病學分析，將空間數據庫(撫州市電子地圖)和屬性數據庫(撫州市各區(qū)縣菌痢的發(fā)病率)匹配，在基礎電子地圖上做出柱形圖分別顯示各區(qū)縣在5年間細菌性痢疾發(fā)病率的變化趨勢；采用二次多項式擬合插值法對數據進行處理，得到撫州市細菌性痢疾疫情的趨勢面分析結果(細菌性痢疾總體分布在地理位置上自東向西呈現逐漸上升趨勢，自南向北呈下降后再升高的趨勢)。對新型禽流感病毒H7N9的研究中，時空分布也是一項重要的研究項目：世界衛(wèi)生組織(WHO)以電子周報的形式對全球范圍內H7N9的感染病例進行實時播報[11]。Fang L Q利用GIS做出區(qū)縣人感染H7N9的累計報道病例空間分布圖，實時監(jiān)控H7N9的感染集中區(qū)域和影響程度[12]；另外，Liu W、Cowling BJ、李新樓等人也利用GIS對H7N9進行了時空分布情況和空間擴散趨勢的研究[13-15]。

GIS在疾病時空分布研究中，既可以對一段時間內疾病發(fā)病率的分布和變化趨勢進行回顧性分析，也可以在橫斷面上對某一疾病的空間分布進行實時播報。根據研究目的不同，采集不同數據，結合不同的方法，得到不同的結果：對疾病的發(fā)病率進行回顧性研究，可反映疾病的傳播、發(fā)展和治理情況；對疾病進行橫斷面的研究，可反映當前疾病的分布情況，即可得到疾病發(fā)生最嚴重，需要重點防治的區(qū)域。

2.2 GIS在疾病影響因素分析中的應用

岳玉娟[16]等人利用GIS和Spearman法、多重回歸法結合分析登革熱與土地利用類型、均一化水體指數、白天地表溫度、夜晚地表溫度、可降水汽、人口及國內生產總值等指標的關系，從而反應疫情與地理環(huán)境因素之間的關系。艾滋病作為發(fā)病率日益增高的疾病，學者們對其影響因素也進行了大量的研究：Moise I[17-18]等將地理環(huán)境、社會經濟文化等因素組合起來，綜合分析艾滋病流行的影響因素；GIS在艾滋病的影響因素分析中應用相對較早，Latkin[19]等在1998年便通過分析注射吸毒的頻率、類型與社區(qū)特征、所處地理位置、方向的相關性，得到艾滋病的影響因素；2000年，在南非某區(qū)域Tanser[20]等人利用GIS分析診室孕產婦艾滋病的感染率和診室與道路的距離之間的關系，認為兩者呈高度負相關。

GIS在疾病影響因素的研究中應用早且應用范圍廣泛?？芍苯油ㄟ^分析疾病的地理分布與某些影響因素的關系，也可以通過間接分析疾病的傳染源、傳播途徑等相關屬性與某些因素的關系得到疾病的影響因素。在研究中，首先明確可能存在的影響因素，在此基礎上，才能利用GIS的數據收集功能，得到相應的屬性數據用于分析。

3 GIS在醫(yī)學醫(yī)療資源空間分布研究中的應用

GIS不僅被應用于疾病的研究中，也被廣泛的應用于醫(yī)學相關領域。很多學者將其應用于醫(yī)療資源空間分布研究中，如胡瑞賢[21]等人運用ARCGIS和SPSS軟件對廣州市城區(qū)醫(yī)療服務狀況進行評價；江曉歡[22]等人利用GIS技術對福州市的醫(yī)療機構的空間布局合理性進行了評價；趙文花[23]等人通過GIS結合改進潛能模型、因子空間疊置法構建人口需求指數，評價了寧波市海曙區(qū)醫(yī)療機構的空間可達性；謝小華[24]等人通過GIS網絡對醫(yī)療設施服務水平進行評價且利用GIS結合位置分配模型對醫(yī)療設施的空間布局提出優(yōu)化。Love 和 Lindquist[25]應用GIS分析美國伊利諾斯州醫(yī)療設施對于老齡人口空間可達性的現況。目前，此類研究中，GIS多結合層次分析法、多準則評價法以及潛能模型、改進潛能模型等數學模型應用。GIS不僅可用于醫(yī)療資源空間分布的評價，還可以結合相應的模型進行醫(yī)療資源分布的空間優(yōu)化。

4 結束語

隨著計算機技術的發(fā)展，GIS被廣泛的應用于醫(yī)學研究中。GIS作為疾病防治決策支持系統(tǒng)，空間分析和處理大量數據，其潛力是不可替代的；另外，GIS的強大功能在醫(yī)療服務體系、醫(yī)療資源空間分布合理性的研究方面也能起到積極作用。但目前GIS的應用仍存在不足，如：應用范圍較為局限，在疾病的研究中，集中于少數傳染病的研究，其他疾病的研究較少；對疾病的回顧性研究較多，實時播報即系統(tǒng)動態(tài)研究較少。探討基于GIS如何方便快捷的對疾病進行系統(tǒng)研究、實時播報值得進一步研究。