基于數(shù)據(jù)分析的環(huán)境與腦卒中疾病關(guān)系研究

王軼中 邵勇

1. 香港城市大學(xué)商學(xué)院 香港 999077；

2. 西北大學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)院 陜西 西安 710127

引言

腦卒中（俗稱腦中風(fēng)）是威脅人類生命的嚴(yán)重疾病之一，它發(fā)病率高、死亡率高、致殘率高。腦卒中的發(fā)生是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，一旦得病很難逆轉(zhuǎn)，積極預(yù)防腦卒中的發(fā)生，對(duì)提高人們的生活質(zhì)量、減輕家庭和社會(huì)的負(fù)擔(dān)有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

預(yù)防腦卒中，找出誘發(fā)這種疾病的誘因是關(guān)鍵。腦卒中的誘發(fā)與多種因素有關(guān)，包括年齡、性別、職業(yè)、環(huán)境、氣候等。本文主要探究環(huán)境與腦卒中發(fā)病的關(guān)系，同時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)模型的建立，為掌握疾病發(fā)病率規(guī)律提供理論依據(jù)。研究結(jié)果對(duì)有效預(yù)防腦卒中和衛(wèi)生行政部門(mén)、醫(yī)療機(jī)構(gòu)合理調(diào)配醫(yī)療資源等具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

1 理論分析

1.1 總體思路

本文將大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和可視化處理，利用回歸分析法，用理論依據(jù)支撐腦卒中各誘因之間的關(guān)系。通過(guò)分析中國(guó)某城市各家醫(yī)院2007年1月至2010年12月的腦卒中發(fā)病病例信息，依據(jù)病人的性別、年齡、職業(yè)得出高危的發(fā)病人群并且進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，分析此3項(xiàng)因素與發(fā)病率的關(guān)系[1]。此外，鑒于氣候因素的變化是腦卒中發(fā)生或病變的一個(gè)重要因子，利用回歸分析法研究腦卒中的發(fā)病率與氣溫、氣壓、相對(duì)濕度之間的關(guān)系。在研究的基礎(chǔ)上得到高危人群的特征和關(guān)鍵指標(biāo)，進(jìn)而給出腦卒中的預(yù)防建議方案。

1.2 基本信息統(tǒng)計(jì)分析

原始數(shù)據(jù)為2007-2010年間的數(shù)萬(wàn)份腦卒中患者數(shù)據(jù)，以及2010年各個(gè)月份氣溫、氣壓、濕度的最大、最小和平均值[2]。對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化，分別從性別、職業(yè)、年齡和氣溫、氣壓、濕度的不同角度整合數(shù)據(jù)并分析，得出腦卒中與其的大致關(guān)系。

1.3 回歸分析

建立多元線性回歸方程，在發(fā)病人數(shù)與月平均氣壓、月平均氣溫、月平均相對(duì)濕度三者間建立相關(guān)性關(guān)系，得到矩陣。利用最小二乘法估計(jì)回歸方程中的參數(shù)，最終得到多元線性回歸方程（精度為小數(shù)點(diǎn)后四位）。

2 腦卒中患者基本信息統(tǒng)計(jì)研究

為了驗(yàn)證腦卒中與不同職業(yè)、年齡段、性別等的影響，首先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理，得到相關(guān)因素對(duì)腦卒中的影響程度。

2.1 性別影響

如圖1，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理后得到腦卒中患者男女比例的餅圖，其中女性占比約為46.2%，男性占比約為53.8%。

圖1 性別統(tǒng)計(jì)餅圖

由此可判斷，性別對(duì)腦卒中的發(fā)病有一定的影響，這可能與性激素有關(guān)，經(jīng)查閱資料，血液中雌激素水平對(duì)腦卒中的發(fā)生起著重要作用。雌性激素可提高高密度脂蛋白，降低血液中低密度脂蛋白，從而延緩動(dòng)脈粥樣硬化病變的發(fā)生和發(fā)展速度。此外，男性的平均吸煙率和飲酒率高于女性，男性所承受的家庭和社會(huì)壓力也較高。

2.2 職業(yè)影響

如圖2，得到六萬(wàn)多名腦卒中患者的八種職業(yè)與未知職業(yè)的百分比分布?；颊咧校急茸罡叩氖寝r(nóng)民47.99%，其次是退休人員10.73%和工人7.83%，占比均不到0.5%的是教師、漁民、醫(yī)生以及占比不到3%的漁民和離退人員。農(nóng)民主要以戶外重體力勞動(dòng)為主，經(jīng)濟(jì)收入較低，發(fā)病率較高。而教師、醫(yī)務(wù)人員、職工這類人群主要以輕體力為主，經(jīng)濟(jì)收入較穩(wěn)定，生活壓力較小，發(fā)病率較低。由此可分析出，腦卒中發(fā)病的概率與從事的職業(yè)有著密切的關(guān)聯(lián)，多發(fā)作于高齡人士，且與工作環(huán)境及經(jīng)濟(jì)實(shí)力有一定的關(guān)系，工作環(huán)境差、經(jīng)濟(jì)實(shí)力不足的人群腦卒中發(fā)病率較高。

圖2 職業(yè)統(tǒng)計(jì)餅圖

2.3 年齡影響

如圖3和4，可直觀地看出患者集中在50-90歲之間，51-60歲占約14%，61-70歲占約24%，71-80歲占約35%，81-90歲占約18%，40歲以下患病的概率非常小。對(duì)比圖2退休人員的高患病率，71歲以上的超過(guò)一半的患病占比也相符合。可以明顯看出，隨著年齡的增加，腦卒中發(fā)病的概率也會(huì)隨之升高。主要原因一方面隨著人們年齡的增長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)量會(huì)減少，另一方面物質(zhì)生活的提高，容易導(dǎo)致中老年人普遍患有高血壓、高血脂、糖尿病等疾病，而三高疾病正是引發(fā)中老年腦卒中的一個(gè)重要因素。

圖3 年齡分布柱狀圖

圖4 年齡分布餅圖

3 腦卒中發(fā)病率與氣溫、氣壓、相對(duì)濕度間的關(guān)系研究

3.1 基本關(guān)系

3.1.1 腦卒中與氣溫的關(guān)系。圖5是六萬(wàn)多名患者的月發(fā)病人數(shù)與月平均氣溫的折線圖。分析腦卒中發(fā)病人數(shù)隨日期的變化，發(fā)現(xiàn)1月發(fā)病率最高，此時(shí)也是全年最為寒冷的時(shí)期，可以推斷隆冬時(shí)節(jié)對(duì)腦卒中的發(fā)病有較大的影響[3]。在經(jīng)過(guò)了1月的高峰期后，2至6月的發(fā)病人數(shù)呈現(xiàn)穩(wěn)定且緩慢上升后下降的趨勢(shì)，此時(shí)正值春季，氣溫較為平和。經(jīng)過(guò)6月的人數(shù)最低點(diǎn)后，發(fā)病人數(shù)隨著夏季的到來(lái)又開(kāi)始逐漸上升，并且沒(méi)有下降的趨勢(shì)，可見(jiàn)夏季為腦卒中發(fā)病的次高峰期。中國(guó)大部分地區(qū)的秋季時(shí)間較短且沒(méi)有明顯的特征，主要為夏冬的換季狀態(tài)，而數(shù)據(jù)展現(xiàn)出的9、10月左右沒(méi)有出現(xiàn)與春季類似的發(fā)病人數(shù)穩(wěn)定或下降的情況也與這一情況相符合[4]。自6月開(kāi)始發(fā)病人數(shù)逐月遞增，一直到12月達(dá)到又一新高，再次證實(shí)寒冷天氣對(duì)腦卒中患者的不利。

圖5 腦卒中發(fā)病率與氣溫的關(guān)系

3.1.2 腦卒中與氣壓的關(guān)系。圖6是六萬(wàn)多名患者的月發(fā)病人數(shù)與月平均氣壓的折線圖?？煽闯鋈甑钠骄鶜鈮撼尸F(xiàn)出夏季低冬季高的趨勢(shì)，雖然發(fā)病患者的數(shù)量在全年沒(méi)有明顯的波動(dòng)，但隱約呈現(xiàn)出夏季少于冬季的現(xiàn)象，由此可大致判斷腦卒中的發(fā)病概率與氣壓及變壓呈正相關(guān)。

圖6 腦卒中發(fā)病率與氣壓的關(guān)系

3.1.3 腦卒中與濕度的關(guān)系。圖7是六萬(wàn)多名患者的月發(fā)病人數(shù)與月平均濕度百分比的折線圖?？煽闯鋈甑钠骄鶟穸劝俜直瘸尸F(xiàn)出與發(fā)病人數(shù)類似的變化形態(tài)，全年沒(méi)有過(guò)于明顯的變動(dòng)，但與發(fā)病人數(shù)呈反方向變動(dòng)[5]。由此可以大致判斷腦卒中發(fā)病概率與平均濕度百分比呈負(fù)相關(guān)，但1月的濕度百分比高于12月，同時(shí)1月的發(fā)病人數(shù)也高于12月，因此不能直接說(shuō)明二者有絕對(duì)的線性關(guān)系。平均濕度百分比的高點(diǎn)為6月，低點(diǎn)為1月和12月，這是發(fā)病人數(shù)開(kāi)始反彈上升的時(shí)間點(diǎn)以及人數(shù)較多的時(shí)間點(diǎn)，由此可以判斷相對(duì)濕度過(guò)高或過(guò)低均對(duì)腦卒中疾病有一定的影響。

圖7 腦卒中發(fā)病率與濕度的關(guān)系

3.2 腦卒中發(fā)病率與氣溫、氣壓、相對(duì)濕度間的精確關(guān)系

3.2.1 建立關(guān)系。利用回歸分析法研究腦卒中發(fā)病率與氣溫、氣壓、相對(duì)濕度間的關(guān)系。根據(jù)已經(jīng)統(tǒng)計(jì)得出的每月發(fā)病人數(shù)與氣溫、氣壓、相對(duì)濕度的數(shù)據(jù)，利用發(fā)病人數(shù)與氣溫、氣壓、相對(duì)濕度間三者間的相關(guān)性建立關(guān)系，得到：

記：

由此得到 的無(wú)偏估計(jì)：

3.2.3 回歸方程?；貧w系數(shù)為：

因此，有回歸方程：

4 結(jié)論

4.1 腦卒中患者主要特征[6]

①腦卒中患者中男性多于女性。原因是男女在社會(huì)的整體分工不同，男性抽煙喝酒多于女性，男女的生理構(gòu)造不同。②腦卒中患者主要為高工作強(qiáng)度、工作環(huán)境惡劣、低收入的人群。低收入人群也難以保證足夠的經(jīng)濟(jì)支撐預(yù)防和治療腦卒中。③腦卒中患者主要為50歲以上的人群，尤其是70歲以上人群患病概率大大增加。隨著年齡的增加，人體的機(jī)能不斷退化，70歲以上的高齡人群普遍患有高血壓、高血脂、糖尿病等疾病，患腦卒中的概率更是大大增加。

4.2 腦卒中發(fā)病與氣壓、氣溫和相對(duì)濕度的關(guān)系

氣壓、氣溫和相對(duì)濕度都是腦卒中疾病的重要影響因素，三者的高低與患病概率整體均呈反比關(guān)系。

回歸方程如下：

依據(jù)回歸方程，可得到結(jié)論：氣溫對(duì)腦卒中發(fā)病率的影響最大，其次是氣壓，相對(duì)濕度對(duì)發(fā)病率影響最小[7]。冬季氣溫低、濕度低、氣壓高，腦卒中的發(fā)病較高；夏季氣溫高、濕度高、氣壓低，腦卒中也易發(fā)??；春秋季溫差過(guò)大時(shí)也應(yīng)注意防范。

5 預(yù)防腦卒中的建議方案

基于腦卒中患者男女比例的研究，男性需比女性更加關(guān)注腦卒中疾病，應(yīng)控制吸煙和飲酒量，且年齡越大越應(yīng)注意。

基于腦卒中患者職業(yè)分布比例的研究，低收入以及高勞動(dòng)強(qiáng)度人群更應(yīng)積極預(yù)防腦卒中疾病，盡量減少長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度工作可有效預(yù)防。

基于腦卒中患者年齡分布比例的研究，50歲以上人群應(yīng)注意腦卒中疾病，尤其是70歲以上的高齡人群。中年人平日應(yīng)注意休息，控制工作強(qiáng)度，高齡人群可進(jìn)行適度鍛煉，中高齡人群每年應(yīng)例行體檢，同時(shí)保持飲食健康和情緒穩(wěn)定。

基于腦卒中發(fā)病率與氣溫、氣壓、相對(duì)濕度間關(guān)系的研究，天氣因素人為難以控制，但可以根據(jù)不同的氣候選擇不同的應(yīng)對(duì)方案。

①對(duì)個(gè)人而言，做好預(yù)防。夏季，注意防暑降溫，適當(dāng)使用空調(diào)，盡量避免長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，將工作劃分為小部分，使身體有較高頻率的休息。冬季，天氣寒冷注意保暖，多食用暖胃的食物，盡量減少長(zhǎng)時(shí)間的外出。②對(duì)醫(yī)療機(jī)構(gòu)而言，做好應(yīng)對(duì)。在發(fā)病率較高的冬季和夏季，保證充足的醫(yī)療資源，為及時(shí)救助腦卒中患者做好充分的準(zhǔn)備。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著高科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)分析正由定性分析向定量分析轉(zhuǎn)變，這需要有效探索醫(yī)學(xué)科學(xué)領(lǐng)域中各種相關(guān)量與量關(guān)系的規(guī)律。數(shù)學(xué)方法的運(yùn)用可將醫(yī)學(xué)從依賴經(jīng)驗(yàn)的束縛中解放出來(lái)，使醫(yī)學(xué)分析不斷向著定量、精確、可預(yù)測(cè)、可防控等方向發(fā)展。本研究所運(yùn)用的數(shù)據(jù)可視化、線性回歸分析等數(shù)學(xué)方法，正是通過(guò)醫(yī)學(xué)定量分析解決疾病規(guī)律并為其提供建議方案的有力工具。希望能更多地運(yùn)用數(shù)學(xué)方法來(lái)為醫(yī)學(xué)分析提供有效的理論支撐，使醫(yī)學(xué)分析更為精準(zhǔn)科學(xué)，為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展提供更為廣泛的幫助。