施媛媛，李 妍，孫向東

（1.中國科學院測量與地球物理研究所，湖北武漢 430077；2.中國科學院大學，北京 100049；3.武漢大學公共衛(wèi)生學院/武漢大學全球健康研究中心，湖北武漢 430071；4.中國動物衛(wèi)生與流行病學中心，山東青島 266032）

流行病學技術(shù)代次劃分

施媛媛1，2，李 妍3，孫向東4

（1.中國科學院測量與地球物理研究所，湖北武漢 430077；2.中國科學院大學，北京 100049；3.武漢大學公共衛(wèi)生學院/武漢大學全球健康研究中心，湖北武漢 430071；4.中國動物衛(wèi)生與流行病學中心，山東青島 266032）

首先對流行病學的標志事件和技術(shù)進行回顧，然后根據(jù)當代技術(shù)，提出了第四代流行病學技術(shù)概念，介紹了其特征、標志性技術(shù)和成果，并對其向網(wǎng)絡(luò)化、自動化、可視化、動態(tài)化、精細化和差異化方向的發(fā)展進行了分析和展望。

流行病學；第四代；回顧；展望；互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；大數(shù)據(jù)技術(shù)；云計算技術(shù)；GIS

流行病學從公元前4世紀出現(xiàn)至今，經(jīng)歷了三個時期的發(fā)展，這三代運用的技術(shù)涉及到了統(tǒng)計學、數(shù)學、社會學、經(jīng)濟學、地理學、人工智能等方面，但是仍然不能滿足人們對于疾病防控的需要。以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)現(xiàn)代通訊技術(shù)的快速發(fā)展，為發(fā)展下一代流行病學技術(shù)提供了技術(shù)支撐。第四代流行病學技術(shù)，也稱為流行病學技術(shù)4.0，是以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、以數(shù)學模型為核心、以云計算為數(shù)據(jù)處理方法式，主要通過改變?nèi)说男袨槟Ｊ?，來防治疾病?/p>

1 流行病學技術(shù)發(fā)展史概述

約公元前4世紀，古希臘醫(yī)師Hippocrates的《空氣、水和地點》一文中描述了自然環(huán)境、健康和疾病之間的關(guān)系。1662年，英國的John Graunt運用倫敦一個教區(qū)的人口死亡數(shù)據(jù)創(chuàng)制了第一張壽

命表。1850年，全世界第一個流行病學學會“英國倫敦流行病學學會”成立，這標志著流行病學學科開始形成[1]。從那時起，流行病學的發(fā)展大約經(jīng)歷了3個時期，詳見圖1。

圖1 流行病學技術(shù)發(fā)展史

1.1 第一代流行病學技術(shù)

1854年倫敦暴發(fā)霍亂，John Snow用標點地圖的方法揭示了霍亂暴發(fā)的傳染源，世界上普遍把這次事件作為流行病學實踐的開端。直至19世紀后期，這半個世紀為流行病學發(fā)展的第一時期[2]。標點地圖的方法也稱為第一代流行病學技術(shù)，即流行病學技術(shù)1.0。

1.2 第二代流行病學技術(shù)

第二個時期開始于19世紀后期。微生物學的發(fā)展以及Koch氏法則的建立，使流行病學逐步建立在病原學單病因理論的基礎(chǔ)上。同時，這個時期也形成了傳染病在人群中流行過程的3個環(huán)節(jié)理論[3]。Koch氏法則、傳染病在人群中流行過程的3個環(huán)節(jié)理論為基礎(chǔ)的研究方法為第二代流行病學技術(shù)，即流行病學技術(shù)2.0。

1.3 第三代流行病學技術(shù)

第三個時期開始于20世紀中期，標志性技術(shù)為病例對照研究、隊列研究和隨機對照試驗。流行病學的研究對象拓寬了，由僅僅對傳染病進行研究過渡到對所有疾病和健康問題都進行研究。研究方法也擴展為定量與定性相結(jié)合、宏觀與微觀相結(jié)合。第三個時期可分為三段[1]：第一階段始于20世紀中期，Richard Doll等通過研究吸煙和肺癌的關(guān)系開創(chuàng)了生活方式的研究領(lǐng)域；1951年，Jerome Cornfi eld提出了比值比、相對危險度等測量指標；1959年，Nathan Mentel等提出了分層分析法。第二階段始于20世紀60年代，該階段的研究有混雜和偏倚的區(qū)分、交互作用以及病例對照研究的實用性等。在這一階段，logistic回歸模型成為流行病學常用的分析手段。第三階段從20世紀90年代開始直至21世紀初，這個階段流行病學與其他學科相互融合，拓寬了流行病學的應用領(lǐng)域，例如疾病空間自相關(guān)關(guān)系[4]、病原體毒力進化、抗藥性、抗原逃避[5]、以及藥物警戒、風險管理以及藥物的衛(wèi)生經(jīng)濟學評價[6]、遺傳易感性與藥物療效之間的關(guān)系等。在數(shù)據(jù)分析方面，統(tǒng)計分析方法發(fā)展迅速。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Artifi cial Neural network）、結(jié)構(gòu)方程模型（structual equation model）、地理信息系統(tǒng)（geographic information system）、系統(tǒng)綜訴和meta分析等技術(shù)逐漸應用于流行病學研究。用于進行疾病篩查和輔助診斷、對公共衛(wèi)生事件進行監(jiān)測、預測疾病的發(fā)病風險，并且能夠從整體上把握影響疾病或健康的多因素[7]。隨著慢性傳染病的出現(xiàn)，加之流行病學研究本身的局限性等因素，利用系統(tǒng)綜訴和meta分析總結(jié)以往研究結(jié)果的流行病學研究日益增多[8]。同時，數(shù)學模型也逐漸應用于疾病傳播的預測[9]。流行病學第三個時期所用的技術(shù)統(tǒng)稱技術(shù)3.0。

在這一時期，流行病學技術(shù)得到突飛猛進的發(fā)展，所運用的技術(shù)涉及到了統(tǒng)計學、數(shù)學、社會學、經(jīng)濟學、地理學、人工智能等方面，但是仍然不能滿足人們對于疾病防控的需要。一是數(shù)據(jù)收集方法主要為隨機抽樣和個案調(diào)查，這種數(shù)據(jù)收集方法運用不當會產(chǎn)生偏倚，從而影響人們對于結(jié)果的判斷；二是數(shù)據(jù)分析方法以統(tǒng)計學方法為主，不能從機理上反應流行病學發(fā)展的規(guī)律；三是在疾病防治政策制定方面主要以控制為目的，而不是以預防為目的，

起到了治標而不是治本的作用；四是無法準確進行流行趨勢預測，進行疾病發(fā)展趨勢預測，特別是短期預測具有非常重要的意義；五是流行病的防治仍然停留在專家為主體的層面，沒有到達通過改變利益相關(guān)者行為模式達到疾病預防目的的層面。以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代通訊技術(shù)快速發(fā)展，為發(fā)展下一代流行病學技術(shù)提供了技術(shù)支撐。

2 新一代流行病學技術(shù)

雖然流行病學技術(shù)3.0經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展已經(jīng)得到廣泛的運用，在流行病的防控實踐中也收到良好效果。但是流行病防控中的核心問題并未得到根本解決，解決這些問題需要大力發(fā)展第四代流行病學技術(shù)，即流行病學技術(shù)4.0。

2.1 流行病學技術(shù)4.0的概念

流行病學技術(shù)4.0是指以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、以數(shù)學模型為核心、以云計算為數(shù)據(jù)處理方法式，主要通過改變?nèi)说男袨槟Ｊ綖榧膊》乐问侄蔚牧餍胁〖夹g(shù)。發(fā)展流行病學技術(shù)4.0是個系統(tǒng)工程，需要在流行病學技術(shù)3.0基礎(chǔ)上，以大數(shù)據(jù)收集、信息儲存與分析和研究結(jié)果應用為基礎(chǔ)，通過智能感知、識別技術(shù)與普適計算等通信感知技術(shù)相結(jié)合構(gòu)建動物疫病防治物聯(lián)網(wǎng)平臺。利用局部網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)把養(yǎng)殖戶、空間分析實驗室和決策者通過移動互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)結(jié)在一起，形成人與人、人與物、物與物相聯(lián)，實現(xiàn)信息化、遠程管理控制和智能化的網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)養(yǎng)殖場定位、活動物追溯、監(jiān)控和動物疫情數(shù)據(jù)管理，并充分運用互聯(lián)網(wǎng)在數(shù)據(jù)收集與傳輸速度快、點多面廣的特點進行大數(shù)據(jù)收集，以數(shù)學模型、統(tǒng)計學模型等技術(shù)為內(nèi)核進行數(shù)據(jù)分析與計算，運用GIS進行數(shù)據(jù)可視化表達，在實施云計算基礎(chǔ)上進行疾病發(fā)生發(fā)展趨勢預測和防治措施定量評估與優(yōu)化。

2.2 流行性學技術(shù)4.0特征

隨著硬件、軟件、研究模型的創(chuàng)新，新一代流行病學技術(shù)4.0與流行病學技術(shù)3.0相比，能夠結(jié)合流行病相關(guān)數(shù)據(jù)自動化動態(tài)化收集、實時化網(wǎng)絡(luò)化海量化存儲、結(jié)合統(tǒng)計學地理學數(shù)學等學科精細化分析等等功能實現(xiàn)多位一體的信息化綜合技術(shù)。

（1）數(shù)據(jù)收集網(wǎng)絡(luò)化是指數(shù)據(jù)的收集不僅僅依賴技術(shù)人員現(xiàn)場調(diào)查，通過隨機抽樣或者個案跟蹤調(diào)查等方式，而是更多依賴電腦和手機無處不在的特點，通過互聯(lián)網(wǎng)（包括無線網(wǎng)和有線網(wǎng)）隨時隨地進行數(shù)據(jù)收集與傳輸，使有關(guān)人員及時掌握疫情狀況。

（2）數(shù)據(jù)處理自動化是指在大量收集數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，運用構(gòu)建的模型，在計算機系統(tǒng)內(nèi)部將信息初步進行自動處理，并呈現(xiàn)處理結(jié)果，人員參與的基礎(chǔ)性工作替換為系統(tǒng)的智能自動化服務(wù)，既節(jié)省了人力又降低了人為操作的誤差。

（3）分析結(jié)果可視化和動態(tài)化是指除了通過表格的形式顯示數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)形式以外，數(shù)據(jù)和分析結(jié)果還可以在地圖上用符號、顏色的形式將計算機處理的結(jié)果進行實時差異化表示，這樣直觀地顯示出數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和層次和疫情的空間分布。

（4）防治措施精細化和差異化是指依據(jù)分析對象不同地域、年齡等特征進行差異化分析，并且依據(jù)實際情況有區(qū)別地進行防疫措施的制定和管理。

2.3 標志性技術(shù)

實現(xiàn)流行病學技術(shù)4.0需要將最新數(shù)據(jù)收集與分析技術(shù)進行綜合運用。其中最具標志性的技術(shù)是將空間分析技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)和數(shù)學模型有機結(jié)合起來，形成集數(shù)據(jù)收集、自動化處理和動態(tài)顯示為標識的現(xiàn)代流行病學技術(shù)。

2.3.1 3S與數(shù)學模型相結(jié)合的空間分析技術(shù)。遙感（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）合稱為3S技術(shù)。GIS是以地理空間數(shù)據(jù)庫作為基礎(chǔ)，在計算機軟硬件支持下，運用系統(tǒng)工程的理論方法，對空間相關(guān)數(shù)據(jù)進行采集、存儲、管理、操作、分析、模擬和顯示，提供多種空間和動態(tài)的地理信息，為研究和決策而建立起來的計算機系統(tǒng)。RS和GPS向GIS提供和更新區(qū)域信息以及空間定位，GIS進行相應的空間分析，以從RS和GPS提供大量的數(shù)據(jù)中提取有用信息，并進行綜合集成，使之成為決策的科學依據(jù)。3S技術(shù)已應用于衛(wèi)生

管理決策和疾病監(jiān)測中，在自然疫源性疾病的研究中發(fā)揮了重要作用[10]。數(shù)學模型能夠從機理上對疾病的流行進行定量分析、評估和預測，將3S技術(shù)與數(shù)學模型相結(jié)合為流行病領(lǐng)域的研究提供了新的方法與工具。

2.3.2 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。隨著國家“金橋工程”（即信息高速公路，包括由通訊網(wǎng)、計算機、數(shù)據(jù)庫以及各種電子設(shè)備組成的，由光纜連接的完備網(wǎng)絡(luò)）上馬和無線互聯(lián)網(wǎng)的大力發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各個領(lǐng)域中的運用日漸廣泛[10]。2014年中國移動互聯(lián)網(wǎng)用戶達到了8.75億，通過這么多的互聯(lián)網(wǎng)用戶，能夠進行數(shù)據(jù)收集、健康知識傳播等工作。在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特別是移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上，獸醫(yī)流行病學技術(shù)4.0實現(xiàn)3個融合，即互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)獸醫(yī)流行病學的融合、互聯(lián)網(wǎng)與空間分析技術(shù)的融合和互聯(lián)網(wǎng)與數(shù)學模型的融合，實現(xiàn)創(chuàng)新2.0下的互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)獸醫(yī)流行病學融合發(fā)展的新形態(tài)、新業(yè)態(tài)。充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)在生產(chǎn)要素配置中的優(yōu)化和集成作用，將互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新成果深度融合于傳統(tǒng)獸醫(yī)流行病學之中，提升動物疫病防控能力。獸醫(yī)流行病學4.0重點促進以云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)為代表的新一代信息技術(shù)與動物疫病防治政策、措施與技術(shù)評估方法的融合創(chuàng)新，為動物疫病防治技術(shù)創(chuàng)新提供環(huán)境，為畜禽養(yǎng)殖業(yè)智能化提供支撐，促進畜禽養(yǎng)殖業(yè)增效升級。

2.3.3 “大數(shù)據(jù)”與云計算技術(shù)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、移動設(shè)備技術(shù)的融合與發(fā)展，信息數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出前所未有的爆發(fā)式增長。“大數(shù)據(jù)”具有“4V”特征：①海量數(shù)據(jù)（Volume）；②類型復雜（Variety）；③實時處理（Velocity）；④價值巨大（Value）[11]?！禢ature》雜志出版的?？癇ig Data”指出，“大數(shù)據(jù)”時代的到來將引起一次社會革命，必將對政府治理、企業(yè)決策、個人生活產(chǎn)生巨大而深遠的影響[12]。大數(shù)據(jù)離不開云計算。云計算是將計算任務(wù)分布在大量計算機構(gòu)成的資源池上，使各種應用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計算力、存儲空間和各種軟件服務(wù)[13]。云計算的“云”就是存在于互聯(lián)網(wǎng)上的服務(wù)器集群上的資源，本地計算機只需要通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送一個需求信息，遠端就會有成千上萬的計算機為你提供需要的資源并將結(jié)果返回到本地計算機。這樣，本地計算機幾乎不需要做什么，所有的處理都在云計算提供商所提供的計算機群來完成[14]。大數(shù)據(jù)時代下的海量數(shù)據(jù)，以及云計算應用下的更少的成本和更高的整體信息化水平，對流行病學信息化、研究和探索帶來了非常巨大和深遠的影響。通過選擇和構(gòu)建良好的大數(shù)據(jù)信息共享系統(tǒng)，從外界獲取有價值的數(shù)據(jù)和知識，是流行病學持續(xù)發(fā)展和發(fā)散研究的重要途徑。

2.4 標志性成果

流行性學技術(shù)4.0經(jīng)過大力發(fā)展以后，就會形成疾病防治智能服務(wù)綜合平臺。這個服務(wù)平臺不同于以往的決策支持系統(tǒng)（DSS），實現(xiàn)集動物疫病被動監(jiān)測、動物疫病診療服務(wù)、防疫用品（疫苗、藥品、試劑等）產(chǎn)品推介、防疫政策措施和技術(shù)的推廣為一體的綜合服務(wù)平臺。實現(xiàn)各級疫控機構(gòu)與養(yǎng)殖場/戶的深層次信息融合。它不但服務(wù)于決策者，還服務(wù)于廣大養(yǎng)殖群體，是具有的自動化、可視化、動態(tài)化、網(wǎng)絡(luò)化、精細化和差異化等等智能化特征的智能服務(wù)平臺。智能決策系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖詳見圖2。

圖2 疾病防治智能服務(wù)綜合平臺結(jié)構(gòu)示意圖

這個系統(tǒng)以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，以數(shù)學模型為核心、以3S技術(shù)為外殼，在大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù)的支持下，該系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)可以自動化、網(wǎng)絡(luò)化、海量化和動態(tài)化的收集和傳輸，涉及的數(shù)據(jù)包括調(diào)查數(shù)據(jù)、RS/GPS測量數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、經(jīng)濟數(shù)據(jù)以及其他數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)可以對疫情有效的分析與控制。在大數(shù)據(jù)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計算技術(shù)的支持下，可以建立分布式存儲數(shù)據(jù)庫，將大量數(shù)據(jù)存儲在云端，通過互聯(lián)網(wǎng)進行高速度的數(shù)據(jù)傳輸。獲取數(shù)據(jù)以后，利用空間分析技術(shù)、統(tǒng)計學模型、動力學模型以及其他模型可以實現(xiàn)精細化、差異化地進行可視化顯示，并且進行疫情疾病監(jiān)測、數(shù)據(jù)管理、防控、疾病位置及擴散范圍顯示等的相關(guān)分析研究，進行疫情初步自動分析和自動反應，最終決策提供相應支持，并對利益相關(guān)者進行綜合服務(wù)。

3 結(jié)語

流行病學技術(shù)的發(fā)展與更新，也是現(xiàn)代科學技術(shù)水平發(fā)展的表現(xiàn)。前三個時期所運用的統(tǒng)計學、數(shù)學、社會學、經(jīng)濟學、地理學、人工智能等方面技術(shù)為第四代流行病學技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)，第四代流行病學技術(shù)，以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、以數(shù)學模型為核心、以云計算為數(shù)據(jù)處理方式，利用局部網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)，形成人與人、人與物、物與物相聯(lián)，實現(xiàn)信息化、遠程管理控制和智能化的網(wǎng)絡(luò)，并充分運用互聯(lián)網(wǎng)在數(shù)據(jù)收集與傳輸速度快、點多面廣的特點進行大數(shù)據(jù)收集，以數(shù)學模型、統(tǒng)計學模型等技術(shù)為內(nèi)核進行數(shù)據(jù)分析與計算，運用GIS進行數(shù)據(jù)可視化表達，在實施云計算基礎(chǔ)上進行疾病發(fā)生發(fā)展趨勢預測和防治措施定量評估與優(yōu)化。隨著基礎(chǔ)技術(shù)的進步，第四代流行病學技術(shù)將會廣泛應用，擁有無限前景。

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（責任編輯：王偉濤）

Review and Prospect of Epidemiology Technology Development

Shi Yuanyuan1，2，Li Yan3，Sun Xiangdong4
（1. Institute of Geodesy and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Wuhan，Hubei 430077；2. University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049；3.School of Public Health/Global Health Institute，Wuhan University，Wuhan，Hubei 430071；4.China Animal Heath and Epidemiology Center，Qingdao，Shandong 266032）

Since its appearance in the fourth century BC，epidemiology has experienced three technology development stages. With the rise of modern science and technology，especially the emergence of internet technology，big data technology and cloud computing technology，the development of epidemiology technology has been greatly promoted. In the paper，the three periods of epidemiology development and its technologies are reviewed，and with the support of modern technology，the epidemiology technology development 4.0 is proposed，its features，symbolic technologies and achievements are introduced，and its promoting and turning into networking，automation，visualization，dynamic，elaboration and differentiation are analyzed and prospected.

epidemiology technology 4.0；review；development；internet technology；big data technology；cloud computing technology；GIS

R181.23

C

1005-944X（2015）08-0085-05

孫向東

注：施媛媛與李妍為并列第一作者