地理信息系統(tǒng)在疾病防控與醫(yī)療資源配置中的研究進(jìn)展

馬佳，張知新，裴韜，陳潔

(1.中日友好醫(yī)院，北京 100029；2.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101；3.北京中醫(yī)藥大學(xué)，北京 100029)

疾病與健康的溯源一方面來(lái)自內(nèi)因，如遺傳等；而另一方面是來(lái)自外在環(huán)境的影響因素，如氣候與環(huán)境污染等。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，為數(shù)眾多的疾病和醫(yī)療衛(wèi)生事件都具有特定的空間分布特征，如衛(wèi)生機(jī)構(gòu)的設(shè)置、傳染病的發(fā)生與流行，地方病的分布及病因。在實(shí)際工作中要利用這些空間信息來(lái)為衛(wèi)生決策服務(wù)但仍存在瓶頸,其中的重點(diǎn)是未能充分利用數(shù)據(jù)資料的空間和時(shí)間信息,降低了研究的效率。地理信息系統(tǒng)(geographic information systems，GIS)是用于存儲(chǔ)、管理和顯示地理空間數(shù)據(jù)的信息處理系統(tǒng)[1]。GIS技術(shù)對(duì)地理信息強(qiáng)大的空間分析能力使其成為探索主體與環(huán)境之間關(guān)系的重要工具。地理信息系統(tǒng)最重要的特點(diǎn)是可解決和回答以下5個(gè)方面的問(wèn)題。(1)定位(Location):對(duì)象在何處;(2)條件(Condition):符合這些條件的實(shí)體在哪里;(3)趨勢(shì)(Trends):某地發(fā)生的事件及其隨時(shí)間推移的變化過(guò)程;(4)模式(Patterns):對(duì)象的分布存在何種空間模式;(5)模擬(Modeling):某地如果具備某種條件會(huì)發(fā)生什么[2]。因此，GIS的特征與現(xiàn)有研究不足之間的互補(bǔ)性決定了GIS在疾病領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的前景。

GIS應(yīng)用于疾病防控的研究，至少可追溯到1854 年John 關(guān)于倫敦寬街水井污染引起霍亂爆發(fā)的研究,并為衛(wèi)生部門果斷封閉污染水井控制霍亂繼續(xù)流行起到了決定性的作用。但是此后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)由于缺乏有效的研究工具，限制了以地圖為基礎(chǔ)的空間屬性數(shù)據(jù)在疾病防控中的深入研究。隨著近年來(lái)地理信息系統(tǒng)及其相關(guān)分析技術(shù)的迅速發(fā)展，與疾病分布有關(guān)的空間屬性資料得以充分地利用起來(lái)，同時(shí)圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的相關(guān)分析也得以深入，為疾病防控的研究注入了新的活力[3]。GIS可以通過(guò)空間關(guān)系(坐標(biāo)系統(tǒng)) 將不同的數(shù)據(jù)庫(kù)連接起來(lái)進(jìn)行交互顯示和分析，能夠更加充分地考查地理相關(guān)因素[4]。

GIS與疾病健康相結(jié)合，就是從時(shí)間、空間這兩個(gè)維度，一方面推斷發(fā)病的影響因素及傳播機(jī)制；另一方面探索醫(yī)療資源分配的相關(guān)問(wèn)題，即關(guān)于醫(yī)療服務(wù)設(shè)施的空間分布的可達(dá)性、有效性和公平性[5]。針對(duì)前者，本文通過(guò)GIS技術(shù)在傳染病，急性非傳染病，慢性疾病(糖尿病、肥胖、癌癥等)3個(gè)方面的研究進(jìn)行闡述，而針對(duì)后者，則對(duì)GIS在疾病防控中國(guó)際最新的應(yīng)用情況及國(guó)內(nèi)運(yùn)用現(xiàn)狀做一綜述。

1 GIS在疾病防控中的應(yīng)用

1.1 傳染病

傳染性疾病的發(fā)生有突發(fā)性和不可預(yù)測(cè)性。目前GIS在傳染病研究中的應(yīng)用主要集中在監(jiān)測(cè)、歸因與預(yù)測(cè)等幾個(gè)方面。

傳染病的時(shí)空分布現(xiàn)狀的分析是防控的基礎(chǔ)。而對(duì)于時(shí)空分布現(xiàn)狀的揭示，其核心是確定傳染病的高發(fā)區(qū)(熱點(diǎn))。王瑩等[6]利用空間分析技術(shù)探討我國(guó)HIV/AIDS疫情的空間分布模式，研究結(jié)果顯示中國(guó)2013年HIV/AIDS 疫情分布呈空間聚集現(xiàn)象，熱點(diǎn)區(qū)域主要分布于我國(guó)的西南地區(qū)，冷點(diǎn)區(qū)域主要集中在東北部地區(qū)。Bi等[7]利用SaTScan軟件分析了中國(guó)云南報(bào)告的瘧疾死亡人群的空間聚集情況與高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，研究結(jié)果顯示，瘧疾死亡人群的地理分布隨經(jīng)度顯著變化，云南西部沿中緬邊境瘧疾死亡人數(shù)最高，因此相關(guān)衛(wèi)生工作部門應(yīng)更加關(guān)注云南西部沿中緬邊境的人群，特別是往返于邊境的流動(dòng)人口。朱妮等[8]運(yùn)用Geoda和Sa TScan軟件探討2015年陜西省手足口病發(fā)病的空間分布特征，研究結(jié)果顯示，2015年陜西省手足口病發(fā)病具有空間自相關(guān)性，西安市、咸陽(yáng)市和渭南市為發(fā)病聚集區(qū)域。蔣征剛等[9]利用中國(guó)疾病預(yù)防控制中心2011年傷寒、副傷寒病例報(bào)告數(shù)據(jù)，基于地理信息系統(tǒng)進(jìn)行空間自相關(guān)及趨勢(shì)面分析，結(jié)果顯示傷寒、副傷寒發(fā)病呈現(xiàn)一定的聚集性，云南、廣東、廣西、海南等為熱點(diǎn)區(qū)域，趨勢(shì)面分析得出傷寒、副傷寒發(fā)病率由北向南呈上升趨勢(shì)、由西向東呈下降趨勢(shì)的結(jié)論。

傳染病的影響因素分析為疾病防控提供依據(jù)。Ranasinghe等[10]運(yùn)用ArcGIS計(jì)算利什曼病患者住宅到森林、沼澤、稻田、灌木叢林和水源的最短距離以評(píng)估環(huán)境因素對(duì)該病的影響，結(jié)果顯示，生活在稻田邊是利什曼病發(fā)病的重要危險(xiǎn)因素。Brawner等[11]將費(fèi)城社區(qū)按照種族和艾滋病發(fā)病率/流行率進(jìn)行分層，使用ArcGIS創(chuàng)建點(diǎn)密度(dot density)和地區(qū)分布圖(chloropleth map)來(lái)描述每個(gè)社區(qū)的毒品交易行為等艾滋病相關(guān)影響因素，研究結(jié)果表明，過(guò)度擁擠及衛(wèi)生資源的可獲得性等影響因素在艾滋病的流行中具有重要意義。饒華祥等[12]采用時(shí)空統(tǒng)計(jì)分析方法和空間計(jì)量經(jīng)濟(jì)模型，對(duì)青海省肺結(jié)核病監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和地區(qū)主要社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及氣象因子數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，結(jié)果顯示：青海省肺結(jié)核病高危聚集區(qū)域主要集中在該省西南部，農(nóng)村居民人均純收入、氣溫以及降水量是影響地區(qū)肺結(jié)核病發(fā)病率的主要社會(huì)環(huán)境因素。陳婉君等[13]運(yùn)用空間分析和強(qiáng)回歸樹(shù)模型等方法以明確2005年至2013年我國(guó)人感染炭疽和家畜感染炭疽疫情的流行動(dòng)態(tài)，研究結(jié)果顯示我國(guó)炭疽表現(xiàn)為明顯的季節(jié)性和空間聚集性，男性青壯年牧民、農(nóng)民是主要發(fā)病人群，炭疽的季節(jié)性受溫度、相對(duì)濕度和降雨量的驅(qū)動(dòng)影響，空間異質(zhì)性受畜牧水平、人口密度、土地利用、海拔、土壤參數(shù)和氣象指標(biāo)的綜合作用。桑少偉等[14]利用廣州市1989年至2013年數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合登革熱病例的流行病學(xué)特征進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)化分析和系統(tǒng)地理學(xué)分析，研究顯示，廣州市登革熱本地病例發(fā)生具有明顯季節(jié)性，登革熱輸入病例、月平均最低溫度和月累積降雨變量可用于建立低成本、高效的登革熱預(yù)警系統(tǒng)。

傳染病動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及評(píng)估是疾病防控的核心。Beauchamp等[15]運(yùn)用GIS分析了ILI(流感樣病例)和NPDS(美國(guó)國(guó)家毒物數(shù)據(jù)系統(tǒng))數(shù)據(jù)的相關(guān)性，通過(guò)分析當(dāng)?shù)鼐用駥?duì)藥物的購(gòu)買情況來(lái)預(yù)測(cè)流感樣病例的發(fā)生，研究發(fā)現(xiàn)居民對(duì)乙酰氨基酚，咳嗽/感冒藥和異丙嗪類藥物的需求情況與疾控中心 (centers for disease control，CDC)公布的流感樣病例數(shù)據(jù)有高度的相關(guān)性，因此可以通過(guò)實(shí)施反饋美國(guó)國(guó)家毒物數(shù)據(jù)系統(tǒng)(NPDS)數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)流感樣病例的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。Huang等[16]運(yùn)用中國(guó)廣州已有的手足口病病例,基于互聯(lián)網(wǎng)的搜索引擎查詢數(shù)據(jù)和氣象因素，開(kāi)發(fā)一個(gè)有效的手足口病監(jiān)控模型。

1.2 急性非傳染病

急性非傳染病包括急性外傷，中毒，燒傷等突發(fā)急性事件引起的相關(guān)疾病，其具有一定的空間分布特點(diǎn)，其核心是確定高發(fā)區(qū)和影響因素。Aldajani等[17]應(yīng)用GIS技術(shù)調(diào)查了加拿大安大略省頜面部損傷(MF)地理分布、流行病學(xué)變化和根據(jù)性別，年齡和社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況的MF傷害趨勢(shì)，研究結(jié)果對(duì)制定和優(yōu)化旨在保護(hù)加拿大人免受可預(yù)測(cè)和可預(yù)防傷害的措施至關(guān)重要。Nguyen等[18]運(yùn)用空間統(tǒng)計(jì)研究了美國(guó)兒童意外中毒現(xiàn)象的案例聚集情況，研究顯示其確實(shí)存在于不同的地理模式中，其特征主要是農(nóng)村貧困，失業(yè)率高，失學(xué)率高的家庭中更容易發(fā)生兒童意外中毒的現(xiàn)象。朱立強(qiáng)[19]分析了華北地區(qū)兒童燒傷住院病人的流行特點(diǎn)及其發(fā)展變化趨勢(shì),研究結(jié)果顯示10月到次年5月，3歲以下，特別是 1 歲的男孩，做飯時(shí)間是預(yù)防工作的重點(diǎn)，兒童燒傷發(fā)生的主要聚集區(qū)為成吉思汗大街等街區(qū)。

1.3 慢性疾病

慢性疾病中的一大類疾病包括肥胖，糖尿病等代謝綜合征，其可能與飲食環(huán)境及社區(qū)的鍛煉資源分布有重要的相關(guān)性，而GIS技術(shù)的空間分析功能能夠定量刻畫(huà)這其中的時(shí)空關(guān)系。Thomas等[20]通過(guò)GIS技術(shù)及Logistic回歸研究了快餐暴露和肥胖的關(guān)系，研究表明：快餐暴露和較低的受教育程度與肥胖有很高的相關(guān)性，由此，相關(guān)衛(wèi)生部門可通過(guò)對(duì)快餐零售店的監(jiān)管以提高飲食質(zhì)量和人民健康。Christine等[21]進(jìn)行了10年的關(guān)于社區(qū)環(huán)境暴露對(duì)2型糖尿病的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的縱向研究，研究表明較多的社區(qū)鍛煉資源及健康飲食可以降低2性糖尿病的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。

慢性疾病中的另一大類疾病包括癌癥。國(guó)家癌癥中心全國(guó)癌癥報(bào)告顯示，平均每分鐘有7個(gè)人被確診為癌癥。目前癌癥缺乏有效的治療手段且病因未明，因此明確其分布特征，探尋其相關(guān)影響因素成為揭示作用機(jī)制的前提。一項(xiàng)彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤(DLBCL)發(fā)病率和居民居住地距離污染物排放位置的距離的相關(guān)研究[22]中，Bulka等[22]運(yùn)用聚類分析并構(gòu)建了泊松回歸模型來(lái)評(píng)估DLBCL發(fā)病率與污染物排放位置的平均距離的函數(shù)關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤(DLBCL)的發(fā)生與化學(xué)毒物如環(huán)氧乙烷，苯，和 四氯乙烯釋放地點(diǎn)距離居住點(diǎn)的平均距離有重要關(guān)系。 Benício等[23]運(yùn)用Getis-Ord Gi*技術(shù)在美國(guó)進(jìn)行了關(guān)于美國(guó)膀胱癌死亡率的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境因素研究，研究結(jié)果顯示,膀胱癌的死亡率的危險(xiǎn)因素包括性別，種族，吸煙，失業(yè)，身體不適的天數(shù)，臭氧空氣污染的天數(shù)，是否有好的飲用水源，是否從事采礦有關(guān)的職業(yè)，是否居住在城市。費(fèi)徐峰[24]通過(guò)全局自相關(guān)分析，熱點(diǎn)分析，局部聚集性，空間、時(shí)空和時(shí)空動(dòng)態(tài)掃描統(tǒng)計(jì)，地理探測(cè)器等方法對(duì)杭州地區(qū)2008至2012年所有新發(fā)的甲狀腺惡性腫瘤及相關(guān)影響因素進(jìn)行分析，研究結(jié)果顯示杭州市臨平街道為空間上的發(fā)病異常值，需要引起足夠的重視，杭州城區(qū)北部分地區(qū)增長(zhǎng)速率明顯高于其它地區(qū)，也需引起足夠的重視并探索其高增長(zhǎng)的原因。

2 GIS在醫(yī)療資源配置中的應(yīng)用

醫(yī)療衛(wèi)生資源配置是指醫(yī)療衛(wèi)生資源在醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)(或部門)內(nèi)的分配和流動(dòng)。醫(yī)療衛(wèi)生設(shè)施是城市公共設(shè)施重要的子系統(tǒng)，其規(guī)劃設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)的高低、布局的合理與否直接影響著城市建設(shè)水平和居民的生活質(zhì)量。對(duì)于醫(yī)院、急救站布局來(lái)說(shuō),地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理及地圖處理等功能將模型運(yùn)算結(jié)果更直觀、更清晰地表達(dá)出來(lái)實(shí)現(xiàn)醫(yī)療資源的空間最優(yōu)化，并保證社會(huì)對(duì)于醫(yī)療資源使用的公平性。

2.1 固定醫(yī)療資源的分布與評(píng)價(jià)

Jr等[25]探討了心臟介入治療后影響患者隨訪的相關(guān)因素，研究結(jié)果表明，居住在農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)、高齡患者、較高的受教育程度、缺乏醫(yī)療保險(xiǎn)都是造成其隨訪頻率下降的重要影響因素，從而直接導(dǎo)致了心源性病死率的增高。Riverahernandez 等[26]運(yùn)用地理信息系統(tǒng)提供了更易于理解的可視化退休老年人的地理位置數(shù)據(jù)，為當(dāng)?shù)赝诵葆t(yī)療服務(wù)資源項(xiàng)目提供了重要的決策依據(jù)。丁愫等[27]基于GIS空間分析技術(shù)研究了武漢市就醫(yī)可達(dá)性，結(jié)果顯示武漢市居民就醫(yī)便捷程度總體上較好，武漢市醫(yī)療機(jī)構(gòu)主要集中分布在人口密集的主城區(qū)；地理分布上城郊地區(qū)醫(yī)療機(jī)構(gòu)相對(duì)稀少，該研究可對(duì)武漢市醫(yī)療設(shè)施布局提出合理化建議。

2.2 固定醫(yī)療資源的建模與優(yōu)化

Jansen等[28]對(duì)蘇格蘭的創(chuàng)傷應(yīng)急系統(tǒng)的地理位置的研究指出，通過(guò)運(yùn)用GIS技術(shù)來(lái)計(jì)算從事故地點(diǎn)到候選醫(yī)院的最佳距離和時(shí)間，再運(yùn)用數(shù)學(xué)模型計(jì)算最佳方案，研究結(jié)果顯示可通過(guò)增加直升飛機(jī)數(shù)量來(lái)改善創(chuàng)傷應(yīng)急系統(tǒng)的優(yōu)化配置。Oswald等[29]通過(guò)相關(guān)環(huán)境因素和社會(huì)學(xué)人口因素建立模型預(yù)測(cè)埃塞俄比亞阿姆哈拉地區(qū)具有較低的衛(wèi)生資源覆蓋率的地區(qū)，為該地區(qū)的衛(wèi)生資源建設(shè)和優(yōu)化提供重要依據(jù)。

2.3 醫(yī)療人力資源的優(yōu)化

尼日利亞是世界上剩余的三個(gè)脊灰流行國(guó)家之一，尼日利亞必須通過(guò)常規(guī)免疫服務(wù)和SIA(疫苗補(bǔ)充注射，即到兒童居住的地方進(jìn)行免疫注射)的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)足夠的免疫覆蓋率，有研究表明[30]，SIA隊(duì)伍攜帶全球定位系統(tǒng)(global positioning system，GPS)接收器，將路線圖與實(shí)際接種隊(duì)的GPS軌跡進(jìn)行比較，結(jié)果表明SIA隊(duì)伍的確錯(cuò)過(guò)了很多住在偏遠(yuǎn)地帶的家庭，而GPS接收器和GIS技術(shù)可提高SIA的工作效率和對(duì)SIA的工作情況進(jìn)行實(shí)施監(jiān)督。

3 小結(jié)

近年來(lái)，GIS應(yīng)用于疾病健康已經(jīng)成為一個(gè)重要的研究和應(yīng)用領(lǐng)域。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，GIS在疾病防控中的運(yùn)用已經(jīng)全面的拓展到包括慢性疾病的影響因素分析及隨訪效率的評(píng)估方面，通過(guò)模型預(yù)測(cè)疾病的發(fā)生也成為主要的研究趨勢(shì);同時(shí)GIS技術(shù)也廣泛運(yùn)用于其醫(yī)療資源的配置與評(píng)估。在國(guó)內(nèi)，GIS與疾病防控與醫(yī)療資源配置領(lǐng)域的結(jié)合目前仍處在起步階段。GIS與疾病健康的結(jié)合中我國(guó)還存在以下幾個(gè)問(wèn)題有待進(jìn)一步完善解決。(1)健康醫(yī)療領(lǐng)域的專題數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)問(wèn)題：GIS 系統(tǒng)的建立需要大量的數(shù)字地圖或電子地圖及其屬性信息庫(kù)的支持，有關(guān)數(shù)字地圖產(chǎn)品的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，以及數(shù)據(jù)格式也有待統(tǒng)一和完善[31]。(2)數(shù)據(jù)來(lái)源方面的問(wèn)題：多為回顧性研究數(shù)據(jù)或橫斷面數(shù)據(jù)，缺少時(shí)間因素的考慮，時(shí)序性是在研究疾病因果關(guān)聯(lián)時(shí)必不可少的成分[32]；同時(shí)，兩個(gè)橫截面數(shù)據(jù)不允許因果推論或泛化，因此無(wú)法區(qū)分具體的空間過(guò)程，例如空間異質(zhì)性和空間依賴性；數(shù)據(jù)多來(lái)源于人口普查數(shù)據(jù)，相關(guān)推論結(jié)果到個(gè)人可能不成立；無(wú)法獲得詳細(xì)的地址或地理數(shù)據(jù)不全，影響地理分布圖的結(jié)果。(3)缺乏GIS與醫(yī)療健康領(lǐng)域研究的深度結(jié)合問(wèn)題：缺少統(tǒng)一，系統(tǒng)化和標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)收集、整理、分析、分享、監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)、模擬與預(yù)測(cè)體系，健康領(lǐng)域的空間分析本身是一個(gè)跨學(xué)科的研究。然而，目前國(guó)內(nèi)不同領(lǐng)域研究人員，包括疾病防控、環(huán)境科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會(huì)學(xué)、公共政策、地理信息等方面的研究人員的交流與合作有限。隨著收集具有時(shí)空的疾病與健康數(shù)據(jù)的不斷普及，地理信息科學(xué)將在疾病與健康的跨學(xué)科研究中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。