王丹丹 李新樓 黎銀軍 方立群**

(1. 中南大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，長沙 410008；2. 軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院微生物流行病研究所，病原微生物生物安全國家重點實驗室，北京 100071)

流行病學(xué)研究的重要內(nèi)容是闡明疾病的三間分布，通過分析疾病的空間分布特征，研究疾病與周圍環(huán)境的關(guān)系，為疾病的防治決策提供依據(jù)。近二、三十年來，地理信息系統(tǒng)以及相關(guān)信息技術(shù)的快速發(fā)展為研究疾病的空間分布提供了便利。由于寄生蟲與醫(yī)學(xué)昆蟲往往分布于特定的生態(tài)環(huán)境中，導(dǎo)致蟲媒傳染病、寄生蟲病的分布也具有顯著的區(qū)域性，生態(tài)環(huán)境的變化通過影響媒介昆蟲、寄生蟲的分布進(jìn)而改變相關(guān)傳染病的傳播風(fēng)險。因此，在蟲媒病與寄生蟲病研究中應(yīng)用地理信息系統(tǒng)技術(shù)對于理解疾病的區(qū)域分布特征、影響因素以及傳播風(fēng)險的預(yù)測具有重要意義。在蟲媒病與寄生蟲病的預(yù)防與控制過程中，大規(guī)模的人群調(diào)查、寄生蟲和醫(yī)學(xué)昆蟲調(diào)查不僅涉及大量的位置信息，而且調(diào)查數(shù)據(jù)往往具有時間、空間、人群等多維特征，應(yīng)用常規(guī)的數(shù)據(jù)處理方法較難滿足對時空動態(tài)調(diào)查數(shù)據(jù)的處理、分析與展示需求，GIS及相關(guān)技術(shù)為這些數(shù)據(jù)的管理與分析提供便利。近年來，地理信息系統(tǒng)及其相關(guān)分析方法在流行病學(xué)研究領(lǐng)域發(fā)展迅速，也為蟲媒傳染病與寄生蟲病的研究提供了新的視角與機(jī)遇。本文對地理信息系統(tǒng)在蟲媒傳染病與寄生蟲病研究中的應(yīng)用情況作一介紹。

1 地理信息系統(tǒng)簡介及功能

地理信息系統(tǒng)(Geographic information systems， GIS)是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在計算機(jī)軟硬件的支持下，對空間相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、操作、分析、模擬和顯示，并采用地理模型分析方法，適時提供多種空間和動態(tài)的地理信息技術(shù)系統(tǒng)，也可簡單地理解為用于采集、存儲、處理、分析和顯示地理空間數(shù)據(jù)的計算機(jī)系統(tǒng)(Briggsetal.，1995；Clarkeetal.，1996)。

目前，與流行病學(xué)研究相關(guān)的GIS功能主要包括以下幾個方面：A 數(shù)據(jù)管理：通過現(xiàn)成的數(shù)據(jù)、人工編碼、數(shù)字化和掃描等方式采集疾病數(shù)據(jù)；核對和編輯數(shù)據(jù)；通過經(jīng)緯度定位等方法將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一致的地理信息結(jié)構(gòu)；建立數(shù)據(jù)庫，存儲數(shù)據(jù)，以便查詢和分析。B 空間與統(tǒng)計分析：探查疾病的空間分布特征及動態(tài)趨勢、分析疾病的聚集性和分布熱點、疾病的空間擴(kuò)散趨勢分析、疾病與環(huán)境因素的空間相關(guān)性分析等。C 結(jié)果展示：將結(jié)果以多種形式輸出，如表格、地圖等，特別是數(shù)據(jù)可以以地圖為背景，在相應(yīng)位置或區(qū)域用多種方式展示，如散點、密度、條圖等，使結(jié)果生動、直觀；同時地圖還可以疊加地理景觀等數(shù)據(jù)圖層，有利于為疾病環(huán)境危險因素的研究提供線索(Deloneetal.，1992；邊馥玲，1996)。D 監(jiān)測預(yù)警和決策支持：根據(jù)長期、系統(tǒng)的監(jiān)測資料，運用GIS的時空分析方法對疫情指標(biāo)進(jìn)行評估，建立傳播風(fēng)險預(yù)測預(yù)警模型，對可能的疫情進(jìn)行動態(tài)預(yù)測和預(yù)警；并且可以調(diào)用數(shù)據(jù)庫中疫情資料、特定流行區(qū)域的環(huán)境資料、歷史防控資料等，為疫情的應(yīng)對提供決策支持。

2 地理信息系統(tǒng)在蟲媒病與寄生蟲病研究中的應(yīng)用

寄生蟲病、蟲媒傳染病的影響因素較為復(fù)雜，不僅與氣象、水文、植被等自然環(huán)境因素相關(guān)，而且其中間宿主、保蟲宿主、媒介動物等生物因素更與地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、醫(yī)療衛(wèi)生條件、疾病防控投入與執(zhí)行等社會人文因素密切相關(guān)。GIS的數(shù)據(jù)處理與分析功能為探討寄生蟲病、蟲媒傳染病的時空分布特征和流行規(guī)律提供了便利，自上世紀(jì)八、九十年代開始，GIS在瘧疾、血吸蟲病、絲蟲病、登革熱等蟲媒傳染病及寄生蟲病開展了一系列有代表性的研究，促進(jìn)了對蟲媒傳染病、寄生蟲病傳播流行規(guī)律的認(rèn)識。本文以對人類健康危害嚴(yán)重的瘧疾、血吸蟲病等蟲媒傳染病與寄生蟲病為例介紹GIS在寄生蟲與醫(yī)學(xué)昆蟲學(xué)中的應(yīng)用。

按蚊存在是瘧疾流行的必要條件，GIS 技術(shù)可實現(xiàn)對媒介按蚊的分布和孳生繁殖情況的長期監(jiān)測，描述分析瘧疾的時空分布特征；并結(jié)合自然地理、生態(tài)環(huán)境、氣象條件、人口狀況和土地利用等因素，建立瘧疾傳播風(fēng)險預(yù)測模型預(yù)測瘧疾的流行態(tài)勢和強(qiáng)度；分析瘧疾危險暴露因子和關(guān)鍵時期，進(jìn)而科學(xué)指導(dǎo)瘧疾的防控工作。周水森等(2007)利用克里金模型對安徽、河南及湖北省沿黃淮流域地區(qū)156個縣市2005年的瘧疾發(fā)病率進(jìn)行空間插值分析，發(fā)現(xiàn)安徽省中北部與河南交界地區(qū)、河南省與湖北省交界地區(qū)是兩個明顯的聚集中心。王麗萍等(2008)收集了1990～2006年安徽瘧疾疫情資料并對病例進(jìn)行空間掃描聚類分析，發(fā)現(xiàn)了安徽省瘧疾疫情向北部移動的趨勢。李亞楠等(2013)收集整理了2006～2010年間中國各省(市、區(qū))瘧疾疫情數(shù)據(jù)，分層對5年的中國瘧疾時空流行趨勢進(jìn)行描述性分析，指出中國瘧疾發(fā)病率大幅降低的特點；空間分布以安徽、云南和海南以及江淮流域為主要；人群分布以男性、農(nóng)民和老人為主要易感人群；時間分布以每年的夏秋季節(jié)為瘧疾的流行高峰期。在環(huán)境影響因素分析和危險因素探查方面，高宏偉等(Gaoetal.，2012)收集整理了安徽省1990～2009年間瘧疾病例監(jiān)測資料，按照月份統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)2000年以后安徽瘧疾發(fā)病呈現(xiàn)出以淮河和長江為分界的淮北、江淮、淮南3個地區(qū)的瘧疾發(fā)病率依次遞減態(tài)勢；與氣象因素的關(guān)聯(lián)模型模擬，發(fā)現(xiàn)發(fā)病月份前一個月和前兩個月的月均降雨量為安徽省北部地區(qū)瘧疾流行的危險因素。國外研究，由于非洲地區(qū)瘧疾流行形勢嚴(yán)峻，有關(guān)影響非洲國家和地區(qū)瘧疾的環(huán)境因素研究較多。Drissa Coulibaly 根據(jù)馬里Bandiagara地區(qū)2009年7月到2010年5月的296例臨床確診瘧疾病例，利用GIS精確定位后，建立了瘧疾發(fā)病與日降雨量、地理景觀特征因素的相關(guān)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)瘧疾發(fā)病的兩個聚集區(qū)都接近當(dāng)?shù)匾粭l河流，為當(dāng)?shù)丶辛α坎扇》揽卮胧┨峁┝丝茖W(xué)依據(jù)(Coulibalyetal.，2013)。在瘧疾監(jiān)測預(yù)警研究方面，Hanafi-Bojd等基于GIS根據(jù)伊朗南部Bashagard市1999～2009年間16 199份瘧疾病例資料，利用GIS系統(tǒng)納入了氣溫、相對濕度、海拔、坡度及距離河面的距離等環(huán)境因素，加權(quán)法分析了瘧疾傳播風(fēng)險；并以此為基礎(chǔ)，重疊加權(quán)再次納入土地利用類型、人口密度、干預(yù)措施等建立了瘧疾風(fēng)險地圖；為當(dāng)?shù)丿懠驳谋O(jiān)測預(yù)警和干預(yù)措施提供了科學(xué)依據(jù)(Hanafi-Boidetal.，2012)。由此可見，在瘧疾研究中，GIS既可以確定按蚊的生境并監(jiān)測其種群變化，又可借助合適的空間分布方法將蚊媒、人群的分布、地形地貌、植被類型、土壤條件、氣象資料、防控手段進(jìn)行綜合分析，達(dá)到解釋、預(yù)測瘧疾分布，預(yù)測瘧疾的傳播風(fēng)險，指導(dǎo)防疫工作的目的。GIS平臺在瘧疾防控工作中越來越得到青睞。當(dāng)前，GIS在瘧疾方面的應(yīng)用，更體現(xiàn)在先進(jìn)的軟件、硬件工具的普及上，例如：個人數(shù)據(jù)收集器，也就是手持機(jī)(Personal Digital Assistants， PDA)。PDA以其便攜性和可以實時傳輸現(xiàn)場數(shù)據(jù)的功能優(yōu)勢，在流行病防控中也得以廣泛使用。Kelly等(2010)將PDA應(yīng)用在澳大利亞的3個地區(qū)的瘧疾現(xiàn)場調(diào)查工作中，收集現(xiàn)場地理環(huán)境資料、房屋數(shù)量和結(jié)構(gòu)、蚊帳使用狀況、戶內(nèi)滯留噴灑狀況及瘧疾病例監(jiān)測等數(shù)據(jù)，并實時傳輸至GIS基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，工作人員在實驗室數(shù)據(jù)庫端分析瘧疾空間分布狀況并繪制風(fēng)險地圖，實現(xiàn)同步調(diào)查、同步指導(dǎo)干預(yù)的聯(lián)動。

在血吸蟲防治領(lǐng)域，我國于上世紀(jì)90 年代初即開始了GIS應(yīng)用于血吸蟲病流行情況與趨勢研究(周曉農(nóng)，2000；楊國靜和周曉農(nóng)，2001)；此后，楊國靜等(2002)應(yīng)用GIS 空間數(shù)據(jù)分析和地圖重疊分析，發(fā)現(xiàn)血吸蟲病的流行的地理區(qū)域與溫度、雨量等因素密切相關(guān)，并利用氣象資料模型和衛(wèi)星遙感資料預(yù)測了血吸蟲病的潛在流行區(qū)。楊坤等(2005)建立了基于網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)技術(shù)(WebGIS)的江蘇血吸蟲病網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)了江蘇省血吸蟲病數(shù)據(jù)資料的統(tǒng)一管理控制，具備了查詢、展示、統(tǒng)計、分析以及圖形輸出等功能。在以上基礎(chǔ)上，基于谷歌地球(Google Earth)空間數(shù)據(jù)的血吸蟲病風(fēng)險評估快速通道工作框架的構(gòu)建和完善使得江蘇省血吸蟲病數(shù)據(jù)資料共享程度更高，平臺更加開放(Yangetal.，2012)。網(wǎng)絡(luò)GIS數(shù)據(jù)庫的建立，對于推動全國性血吸蟲病監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的完善和優(yōu)化，實現(xiàn)疫情數(shù)據(jù)實時動態(tài)更新以及監(jiān)測預(yù)警和人工干預(yù)的聯(lián)動提供了新的思路。

在其他蚊媒疾病防治中，地理信息系統(tǒng)的方法也發(fā)揮了重要的作用。在登革熱的防控中，Su等(1994)通過建立地理信息系統(tǒng)平臺的方法，對登革熱的傳播媒介的種類，活動情況進(jìn)行有效的監(jiān)測。Thai等(2009)在越南南部，通過地理信息系統(tǒng)的方法研究了登革傳播的空間差異性，認(rèn)為在家庭個體的尺度上，無癥狀的兒童的聚集是導(dǎo)致登革傳播的原因，從而為重點防控提供依據(jù)。在絲蟲病的防治中，Michael等(1997)通過地理信息系統(tǒng)的方法，構(gòu)建了綜合的絲蟲病數(shù)據(jù)庫，從而結(jié)合疾病負(fù)擔(dān)模型(GBD，Global Burden of Disease)建立了絲蟲病的感染地圖，為防治絲蟲病提供了重要的依據(jù)。在黃熱病防治中，Jentes等(2011)利用地理信息系統(tǒng)的方法，綜合了疫苗使用情況，構(gòu)建了黃熱病的風(fēng)險地圖，為國際旅游者進(jìn)入疫區(qū)提供了旅行建議。

近兩年，蜱媒疾病危害嚴(yán)重，森林腦炎、新疆出血熱病毒、新布尼亞病毒、立克次體、伯氏疏螺旋體；巴貝西原蟲等疾病的報道不少。趙俊偉等(2012)運用GIS，通過對我國蜱傳病原體的地理分布進(jìn)行系統(tǒng)梳理，了解這些疾病空間分布情況，從而為蜱媒病的預(yù)防控制提供基礎(chǔ)資料。歐美等發(fā)達(dá)國家利用GIS對萊姆病危險因素及風(fēng)險預(yù)測的研究有不少報道，James等(2013)對蘇格蘭萊姆病的空間分布情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)萊姆病的發(fā)生與鹿群的密度高度相關(guān)，而與降雨、海拔、地表植被相關(guān)較弱。另外，GIS在森林腦炎(Stefanoffetal.，2008)、斑疹立克次體(Vescioetal.，2008)等蜱媒病中的應(yīng)用實例不少。其他蟲媒病如利什曼原蟲病(Gonzlezetal.，2010)、鉤端螺旋體病(Raghavanetal.，2012)、登革熱(Tsuzukietal.，2011)、黃熱病(Becketal.，2013)等研究中，GIS已成為分析其與自然環(huán)境因素關(guān)系的有效工具。

在傳染病中，環(huán)境因素、病原體、宿主和傳播媒介等具有顯著的空間相關(guān)性(方立群和曹務(wù)春，2004)。GIS強(qiáng)大的空間分析、統(tǒng)計建模和可視化功能使之成為寄生蟲病和蟲媒病研究中的新手段。然而，作為一種研究手段，GIS技術(shù)應(yīng)用時同樣需要注意對于空間數(shù)據(jù)的選擇標(biāo)準(zhǔn)和尺度問題: 既要滿足當(dāng)前的應(yīng)用，又要合理的安排資源。除此以外，數(shù)據(jù)共享問題也是制約GIS在寄生蟲病與蟲媒病研究應(yīng)用的現(xiàn)實因素，一些基礎(chǔ)地理環(huán)境數(shù)據(jù)和專題地理環(huán)境數(shù)據(jù)難以共享，或者是精度不夠。隨著高分辨率資源環(huán)境衛(wèi)星和北斗衛(wèi)星等系統(tǒng)投入運營，必定能獲得更高清晰的圖像和更便捷的地理定位服務(wù)，相信將大大促進(jìn)GIS在寄生蟲病和蟲媒病領(lǐng)域應(yīng)用。