荊州市新型冠狀病毒肺炎時(shí)空分布特征分析

藺茂文，劉 天，田克卿，江 鴻，曾旻敏，王 麗，殷 俊，雷若倩，姚夢雷，黃繼貴

湖北省荊州市疾病預(yù)防控制中心，荊州 434000

新型冠狀病毒肺炎（coronavirus disease 2019，COVID-19）是由新型冠狀病毒SARS-CoV-2（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2）感染引起的，以呼吸道飛沫、接觸傳播為主的急性呼吸道傳染病[1-3]。截至2020 年3 月12 日24 時(shí)，我國累計(jì)報(bào)告確診病例80 813 例，其中湖北省累計(jì)報(bào)告確診病例67 786 例[4]。荊州市位于湖北省中南部，地處長江中游，是江漢平原腹地，距武漢市約250 km。截至2020 年3 月12 日24 時(shí)，荊州市累計(jì)報(bào)告COVID-19 確診病例1 580 例，位居湖北省第4 位[5]。百度人口遷徙數(shù)據(jù)顯示，2020 年1 月1 日—23 日武漢市累計(jì)遷出總?cè)丝跀?shù)中，遷出地為荊州市的人數(shù)居第3 位[6]。為探討COVID-19 在該市時(shí)空分布的特點(diǎn)，本研究利用地理信息技術(shù)對荊州市COVID-19 時(shí)空聚集性、聚集趨勢進(jìn)行分析，以識別COVID-19 的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，評估荊州市的防控效果。

1 資料與方法

1.1 資料來源

荊州市COVID-19 病例信息來源于中國疾病監(jiān)測信息報(bào)告管理系統(tǒng)，人口資料來源于網(wǎng)絡(luò)直報(bào)系統(tǒng)子系統(tǒng)基本信息系統(tǒng)。將現(xiàn)住址為荊州市、發(fā)病日期為2020 年1 月 1 日—3 月12 日的病例資料導(dǎo)出，病例類型包括確診病例、臨床診斷病例和核酸檢測陽性病例。荊州市1:1 800 000 矢量化縣（市、區(qū)）界、鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）界地圖由荊州市疾病預(yù)防控制中心提供。

1.2 統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)用ArcGIS 10.0 軟件繪制空間分布地圖，進(jìn)行趨勢面分析、全局空間自相關(guān)分析、局部空間自相關(guān)分析。運(yùn)用SaTScan 9.5 軟件進(jìn)行時(shí)空掃描分析。采用Excel 2019軟件整理資料并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，P＜0.05 認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

1.2.1 趨勢面分析 趨勢面分析是將采樣點(diǎn)Z 作為散點(diǎn)圖投影到XZ 和YZ 平面上，再根據(jù)投影平面上的散點(diǎn)圖，通過多項(xiàng)式擬合做出擬合線，以模擬Z 的空間趨勢[7-9]。其中X、Y、Z 分別表示經(jīng)度、緯度和COVID-19 發(fā)病率，本研究選擇二次多項(xiàng)式進(jìn)行擬合。

1.2.2 全局空間自相關(guān)分析 全局空間自相關(guān)（Global Moran's I）探測整個(gè)研究區(qū)域的空間模式，目的在于分析某種現(xiàn)象在空間上是否具有聚集的特性，Global Moran's I系數(shù)為常用指標(biāo)。Moran's I 系數(shù)取值范圍為–1 ～1，取值越接近1，說明COVID-19 發(fā)病率與空間的正相關(guān)性越強(qiáng)（高發(fā)病率地區(qū)聚集在其他高發(fā)病率地區(qū)附近，低發(fā)病率地區(qū)聚集在其他低發(fā)病率地區(qū)附近）；取值越接近–1，說明COVID-19 發(fā)病率與空間的負(fù)相關(guān)性越強(qiáng)（高發(fā)病率地區(qū)排斥其他高發(fā)病率地區(qū)，而傾向于靠近低發(fā)病率地區(qū)）；取值為0，說明發(fā)病率與空間無相關(guān)性[7-8,10]。本研究運(yùn)用反距離法定義空間關(guān)系的概念化，運(yùn)用歐氏距離法測量距離。

1.2.3 局部空間自相關(guān)分析 全局空間自相關(guān)分析只能反映某種想象的總體空間聚集性，并不能反映某種現(xiàn)象的局部空間聚集特征。為了識別具體區(qū)域的聚集性，本研究采用局部Moran's I 和Getis-Ord Gi 2 種方法進(jìn)行分析。局部Moran's I 分析根據(jù)局部Moran's I 值、Z 值可將局部空間關(guān)聯(lián)模式劃分為4 種類型（P＜0.05）：高值聚類（HH）、低值聚類（L-L）、高值由低值圍繞的異常值（H-L）、低值由高值圍繞的異常值（L-H），其中H-H、H-L、L-H提示有COVID-19 高發(fā)區(qū)。Getis-Ord Gi 分析即熱點(diǎn)分析，通過Gi 統(tǒng)計(jì)量Z 值來判斷聚集關(guān)系：其中Z＞1.96，提示為高值聚集區(qū)，記為熱點(diǎn)；Z＜-1.96，即為低值聚集區(qū)，記為冷點(diǎn)[10-12]。本研究為探討COVID-19 疫情在空間上隨時(shí)間變化的趨勢，以2020 年2 月10 日為界將荊州市疫情分為流行前期、流行后期。選擇2 月10 日為分割點(diǎn)主要基于2 點(diǎn)：①荊州市COVID-19 流行高峰為1 月23 日—28 日，隨著“離漢離荊通道關(guān)閉”“餐飲等服務(wù)行業(yè)停止?fàn)I業(yè)”等防控措施的落實(shí)，人口流動(dòng)性逐步減小，最大限度地減少了COVID-19 的傳播。理論上經(jīng)過14 d（99% COVID-19 病例的潛伏期≤14 d）[13]至2 月10 日，疫情暴發(fā)趨勢應(yīng)顯著下降。②2 月10 日，密切接觸者集中隔離措施正式啟動(dòng)。

1.2.4 時(shí)空掃描分析 時(shí)空掃描分析的基本思想是首先采用一個(gè)以空間距離定義半徑、時(shí)間長度定義高度的圓柱體作為二維掃描窗口，掃描每一個(gè)時(shí)空事件，然后在每個(gè)窗口根據(jù)泊松分布，以人口數(shù)與總發(fā)病數(shù)計(jì)算理論發(fā)病數(shù)，通過窗口內(nèi)外理論與實(shí)際發(fā)病人數(shù)構(gòu)造統(tǒng)計(jì)量對數(shù)似然比（loglikelihood ratio，LLR），用LLR 來評價(jià)掃描窗口內(nèi)發(fā)病數(shù)的異常程度。選取LLR 值較大的窗口為可能高發(fā)病聚集窗口，并計(jì)算該窗口的相對危險(xiǎn)度（relative risk，RR）及檢驗(yàn)有無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。LLR 的概率值通過蒙特卡羅隨機(jī)化法得到。最終選取LLR 值最大且有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的窗口為主聚集區(qū)，其他LLR 值較小且有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的窗口均為次聚集區(qū)[12,14]。本研究將有武漢旅行居住史的病例定義為輸入病例，無武漢旅行居住史的病例定義為本地病例，分別進(jìn)行時(shí)空掃描，探討輸入病例和本地病例的聚集性差異。本研究以d 為時(shí)間單位，以15%風(fēng)險(xiǎn)人口數(shù)為最大空間尺度，并以50%時(shí)間周期為最大時(shí)間尺度[15]。

2 結(jié)果

2.1 COVID-19 發(fā)病率概況

荊州市累計(jì)報(bào)告COVID-19 病例1 623 例，發(fā)病率為29.03/10 萬，其中輸入病例804 例，本地感染819 例。在流行前期，以輸入病例為主（52.18%，765/1 466），流行后期以本地病例為主（75.16%，118/157）。在縣（市、區(qū)）層面，洪湖市發(fā)病率最高（54.12/10 萬），石首市發(fā)病率最低（14.35/10 萬）；在鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）層面，洪湖市新堤街道發(fā)病率最高，為176.51/10 萬（圖1）。

圖1 荊州市COVID-19 發(fā)病率地區(qū)分布Fig 1 Regional distribution on incidence rate of COVID-19 in Jingzhou City

2.2 趨勢面分析

趨勢面分析結(jié)果見圖2。其中XZ 平面上的曲線代表東西方向趨勢，YZ 平面上的曲線代表南北方向的趨勢，可以看出荊州市COVID-19 發(fā)病率自西向東呈輕微“U”形，且東部略高；自南向北呈倒“U”型，且南部略高。

圖2 荊州市COVID-19 發(fā)病率趨勢面分析Fig 2 Trend surface analysis on incidence rate of COVID-19 in Jingzhou City

2.3 全局空間自相關(guān)分析

荊州市COVID-19 全局空間自相關(guān)Moran's I 系數(shù)為0.410（P=0.000），提示COVID-19 發(fā)病率存在空間聚集性。

2.4 局部空間自相關(guān)分析

2.4.1 局部Moran's I 分析 Moran's I 分析共探測到2 個(gè)H-H 聚集區(qū)。一個(gè)聚集區(qū)包括沙市區(qū)、荊州區(qū)10 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）；另一個(gè)聚集區(qū)為洪湖市新堤街道。2 月10 日前H-H 聚集區(qū)主要集中在荊州市主城區(qū)（沙市區(qū)、荊州區(qū)）和洪湖市主城區(qū)（新堤街道），與整體數(shù)據(jù)掃描結(jié)果類似。2 月10 日后，H-H 聚集區(qū)主要為洪湖市中東部地區(qū)的 5 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）（圖3）。

圖3 荊州市COVID-19 發(fā)病率局部空間自相關(guān)分析情況Fig 3 Local spatial autocorrelation analysis on incidence rate of COVID-19 in Jingzhou City

2.4.2 Getis-Ord Gi 分析 共探測到2 個(gè)熱點(diǎn)區(qū)域，一個(gè)熱點(diǎn)區(qū)域涵蓋沙市區(qū)、荊州區(qū)、公安縣共計(jì)17 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）；另一個(gè)熱點(diǎn)區(qū)域涵蓋洪湖市5 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）。 2 月10 日前熱點(diǎn)區(qū)域與整體數(shù)據(jù)掃描結(jié)果基本一致；2 月10 日后，熱點(diǎn)區(qū)域主要集中在洪湖市中東部地區(qū)的13 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道（圖4）。

圖4 荊州市COVID-19 發(fā)病率熱點(diǎn)分析情況Fig 4 Hot spot analysis on incidence rate of COVID-19 in Jingzhou City

2.5 時(shí)空掃描分析

2.5.1 輸入病例 共發(fā)現(xiàn)5 個(gè)時(shí)空聚集區(qū)（圖5，表1）。 主聚集區(qū)的聚集時(shí)間為1 月18 日—2 月3 日，聚集區(qū)域?yàn)槁?lián)合街道及周邊15 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道），半徑為13.42 km，該聚集區(qū)內(nèi)COVID-19 發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)是其他區(qū)域的7.395倍；次聚集區(qū)1 的聚集時(shí)間為1 月17 日—2 月2 日，聚集區(qū)域?yàn)辄S家口鎮(zhèn)及周邊29 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道），半徑為33.55 km，該聚集區(qū)內(nèi)COVID-19 發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)是其他區(qū)域的6.842 倍。

2.5.2 本地病例 共發(fā)現(xiàn)5 個(gè)時(shí)空聚集區(qū)（圖5，表1）。主聚集區(qū)的聚集時(shí)間為1 月20 日—2 月24 日，聚集區(qū)域?yàn)樾碌探值溃摼奂瘏^(qū)內(nèi)COVID-19 發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)是其他區(qū)域的16.133 倍；次聚集區(qū)1 的聚集時(shí)間為1 月22 日—2 月8 日，聚集區(qū)域?yàn)獒釉N場及周邊19 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道），半徑為18.28 km，該聚集區(qū)內(nèi)COVID-19 發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)是其他區(qū)域的8.378 倍。

圖5 荊州市COVID-19 時(shí)空掃描分布Fig 5 Spatial-temporal scanning distribution of COVID-19 in Jingzhou City

表1 荊州市COVID-19 時(shí)空掃描結(jié)果Tab 1 Spatial-temporal scanning distribution of COVID-19 in Jingzhou City

3 討論

目前，國內(nèi)外對COVID-19 的研究主要集中在傳染性[16-19]、 疾病譜[20-21]等方面。本研究在鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）級別上，采用趨勢面分析、全局空間自相關(guān)分析、局部空間自相關(guān)分析和時(shí)空掃描分析4 種方法，探討荊州市COVID-19 時(shí)空聚集性分布特點(diǎn)，識別高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，評估防控效果。

總體上，荊州市COVID-19 發(fā)病率在空間上自西向東呈輕微“U”形，且東部略高；自南向北呈倒“U”型，且南部略高。全局空間自相關(guān)分析顯示，荊州市COVID-19發(fā)病率存在地區(qū)聚集性，與趨勢面分析結(jié)果一致。進(jìn)一步以局部Moran's I 分析、Getis-Ord Gi 分析探討COVID-19空間聚集特點(diǎn)，2 種方法均顯示荊州市COVID-19 存在2個(gè)聚集區(qū)域，包括荊州市主城區(qū)（沙市區(qū)、荊州區(qū)）部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）、洪湖市部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道），可能與荊州主城區(qū)人口密度大、武漢流入人口多，洪湖市與武漢市毗鄰有關(guān)。2020 年1 月1 日—2 月10 日，荊州市主城區(qū)為熱點(diǎn)區(qū)域。2 月11 日—3 月12 日，隨著“內(nèi)防擴(kuò)散、外防輸入”防控措施的落實(shí)，主城區(qū)不存在明顯聚集，疫情顯著下降。洪湖市在2 月10 日前后，聚集地區(qū)不斷擴(kuò)大，疫情形勢嚴(yán)峻，防控措施未得到有效落實(shí)[22]。

輸入病例時(shí)空掃描結(jié)果顯示，5 個(gè)時(shí)空聚集區(qū)均與湖北省內(nèi)其他地區(qū)接壤，聚集時(shí)間主要集中在1 月18 日—2 月 3 日，主聚集區(qū)位于荊州市主城區(qū)，次聚集區(qū)1 位于洪湖市，這與局部空間自相關(guān)分析結(jié)果相一致。武漢市自1 月23 日采取“離漢”通道交通管制后[23]，經(jīng)過14 d，有武漢暴露史的病例相繼發(fā)病，荊州市1 月底、2 月初迎來發(fā)病高峰，與時(shí)空掃描聚集時(shí)間一致，提示荊州市大部分病例均與武漢暴露史有關(guān)。

本地病例時(shí)空掃描結(jié)果顯示，2 個(gè)聚集區(qū)（新堤街道、府場鎮(zhèn)）聚集時(shí)間跨越了2 月10 日，提示洪湖市主城區(qū)、北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)、監(jiān)利縣北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)防控措施未得到有效落實(shí)；其他3 個(gè)聚集區(qū)聚集時(shí)間均在2 月10 日以前，2 月10 日以后無聚集，提示大部分地區(qū)隨著1 月24 日“封城”，2 月2 日“交通管制”“社區(qū)封閉管理”后[23]，傳染源管控嚴(yán)格、傳播途徑相繼被阻斷，疫情得到有效控制。

綜上所述，荊州市COVID-19 在空間上具有明顯空間聚集性。高值聚集區(qū)主要集中在荊州市主城區(qū)和洪湖市主城區(qū)，是COVID-19 防控的重點(diǎn)區(qū)域。除洪湖市、監(jiān)利縣部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)外，荊州市COVID-19 防控效果顯著。

致謝：感謝荊州市疾控中心、監(jiān)利縣疾控中心、公安縣疾控中心、江陵縣疾控中心、洪湖市疾控中心、石首市疾控中心、松滋市疾控中心所有參與COVID-19 疫情防控的公共衛(wèi)生工作者！

參·考·文·獻(xiàn)

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