張玉 葉建君 黃飛 楊成鳳 童葉青 皮琦 盧星星 張夢嫻 侯雙翼

·論著·

2011—2016年湖北省肺結(jié)核發(fā)病的時空聚集性分析

張玉 葉建君 黃飛 楊成鳳 童葉青 皮琦 盧星星 張夢嫻 侯雙翼

目的 分析2011—2016年湖北省肺結(jié)核和涂陽肺結(jié)核報告發(fā)病的時空及發(fā)病聚集區(qū)域分布特征。 方法 采用空間統(tǒng)計學(xué)方法，利用2011—2016年湖北省肺結(jié)核報告發(fā)病數(shù)據(jù)，以縣(區(qū))為水平，采用全局及局部空間自相關(guān)統(tǒng)計量(MoranI，即MoranI指數(shù))分析肺結(jié)核發(fā)病的空間聚集性，采用SaTScan分析發(fā)病的時空聚集性。 結(jié)果 2011—2016年湖北省肺結(jié)核報告發(fā)病率從88.11/10萬(50 430/57 237 695)下降至74.70/10萬(43 712/58 515 000)，年均報告發(fā)病率為81.86/10萬(47 378/57 878 787)。涂陽肺結(jié)核報告發(fā)病率從44.41/10萬(25 421/57 237 695)下降至26.89/10萬(15 736/58 515 000)，年均報告發(fā)病率為33.08/10萬(19 149/57 878 787)；各年度和年均肺結(jié)核、涂陽肺結(jié)核報告發(fā)病整體上呈現(xiàn)空間自相關(guān)(空間自相關(guān)系數(shù)MoranI取值均為0.15～0.70，P值均<0.001)。局部空間自相關(guān)分析結(jié)果顯示，肺結(jié)核和涂陽肺結(jié)核高-高聚集區(qū)域均位于鄂西南恩施州和鄂東南咸寧市部分縣，高-低聚集區(qū)域位于鄂東部黃岡市團風縣。時空掃描分析的結(jié)果顯示，肺結(jié)核一級聚集區(qū)在鄂西南，二級聚集區(qū)在鄂東南和鄂東北地區(qū)，聚集時間均為2011—2013年，對數(shù)似然比(log likelihood ratio，LLR)為60.37～1309.47，P值均<0.001。涂陽肺結(jié)核一級聚集區(qū)域為鄂東南，聚集時間為2011—2013年，二級聚集區(qū)分別位于鄂西南恩施州、鄂北部以及鄂東地區(qū)，聚集時間分別為2011—2013年、2011年、2011—2012年，LLR為244.32～462.38，P值均<0.001。結(jié)論 湖北省肺結(jié)核和涂陽肺結(jié)核報告發(fā)病率存在空間和時空聚集區(qū)域，鄂西南和鄂東南山區(qū)是湖北省肺結(jié)核防控的重點地區(qū)。

結(jié)核，肺； 時空聚類分析； 地理信息系統(tǒng)； 湖北省

結(jié)核病作為一種傳染性疾病，其發(fā)生、發(fā)展及流行因素有明顯的空間屬性，多項研究表明，結(jié)核病傳播具有空間聚集性分布的特點[1-3]。在全球22個結(jié)核病高負擔國家中，我國的結(jié)核病發(fā)病例數(shù)居第3位，肺結(jié)核報告發(fā)病在甲、乙類傳染病中位居前列。近年來，湖北省結(jié)核病疫情雖然呈下降趨勢，但仍是全國結(jié)核病高發(fā)地區(qū)，2015年全省肺結(jié)核報告發(fā)病數(shù)和發(fā)病率均居全國前10位[4]。為此，本研究將湖北省各縣(市、區(qū))結(jié)核病報告發(fā)病情況進行空間流行病學(xué)統(tǒng)計分析，找出肺結(jié)核和涂陽肺結(jié)核報告發(fā)病的分布特征與時空聚集性，為結(jié)核病防治提供科學(xué)依據(jù)。

資料和方法

一、資料來源

湖北省2011—2016年肺結(jié)核報告發(fā)病數(shù)據(jù)來源于國家傳染病報告信息管理系統(tǒng)，肺結(jié)核患者數(shù)按照發(fā)病日期以縣(區(qū))為單位統(tǒng)計，包括涂陽、菌陰、未痰檢和僅培陽的病例數(shù)。人口數(shù)據(jù)來源于中國疾病預(yù)防控制信息系統(tǒng)基本信息系統(tǒng)中的2011—2016年湖北省常住人口數(shù)。

二、研究方法

1.建立地理信息數(shù)據(jù)庫：分別整理全省2011—2016年各縣(市、區(qū))肺結(jié)核患者、涂陽肺結(jié)核患者報告發(fā)病例數(shù)和報告發(fā)病率數(shù)據(jù)表。以全省102個縣(市、區(qū))為單位，建立包括地理編碼、經(jīng)度、緯度等信息的地理信息數(shù)據(jù)庫，以數(shù)據(jù)屬性表中地理編碼關(guān)聯(lián)肺結(jié)核疫情數(shù)據(jù)及人口數(shù)據(jù)，建立湖北省肺結(jié)核發(fā)病信息的地理信息數(shù)據(jù)庫。

2.全局空間自相關(guān)分析：本研究采用空間自相關(guān)指標MoranI(即MoranI指數(shù)) 來探測整個研究區(qū)域內(nèi)的空間聚集模式，并進行統(tǒng)計學(xué)檢驗。MoranI取值范圍為-1～1，MoranI值為正，表明空間單元分布具有正相關(guān)性，其值越大，空間聚集性越強；MoranI值為負，表明空間單元分布具有負相關(guān)性，整體呈現(xiàn)離散型分布，其值越大，空間分布越不集中； MoranI值為零，表明整體呈隨機分布，無空間聚集性[5]。

3.局域空間自相關(guān)分析：基于全局空間自相關(guān)存在的情況下分析局域空間自相關(guān)(local MoranI)，進而揭示空間對象與相鄰空間對象屬性值相似性(正相關(guān))或非相似性(負相關(guān))程度[6-7]。局域空間自相關(guān)分析指標(local indications of spatial autocorrelation，LISA)聚集性地圖結(jié)果可以得到空間正相關(guān)區(qū)域，即高-高(或低-低)聚集，表示本單元屬性值高(或低)，其相鄰單元屬性值也高(或低)；空間負相關(guān)區(qū)域，即高-低(或低-高)聚集，表示本單元屬性值高(或低)，其相鄰單元的屬性值低(或高)。

4.時空掃描分析：SaTScan軟件是以空間動態(tài)窗口掃描統(tǒng)計為基礎(chǔ)，通過計算不同圓心、不同半徑下動態(tài)窗口區(qū)域內(nèi)與動態(tài)窗口區(qū)域外空間單元屬性的似然比(log likelihood ratio，LLR)進行統(tǒng)計學(xué)推斷，當P值具有統(tǒng)計學(xué)意義，LLR值越大，則表示該動態(tài)窗口所含區(qū)域為集聚區(qū)的概率越大，其中一級空間聚集區(qū)的LLR值最大，其他具有統(tǒng)計學(xué)意義的窗口為二級聚集區(qū)域。分析時設(shè)定最大空間掃描區(qū)域為全省總?cè)丝诘?0%，最大時間掃描段設(shè)定為總體研究時間的50%，掃描聚類形式為高值聚類，并利用蒙特卡洛模擬進行統(tǒng)計學(xué)意義評價[8]，探索最大可能聚集區(qū)域。

三、統(tǒng)計學(xué)分析

采用Excel2007軟件進行數(shù)據(jù)整理，用ArcGIS 10.2軟件繪制可視化專題地圖，并進行全局和局部空間自相關(guān)分析，并采用SaTScan 9.3軟件進行時空掃描分析，檢驗水準均為α=0.05。

結(jié) 果

一、肺結(jié)核報告發(fā)病率的空間分布

2011—2016年湖北省共報告肺結(jié)核284 268例，報告發(fā)病率從2011年的88.11/10萬下降至2016年的74.70/10萬，年均報告發(fā)病率為81.86/10萬，年均報告發(fā)病率較高地區(qū)為鄂西南、鄂東南，最高為恩施州巴東縣(4271例，167.82/10萬)；較低地區(qū)為鄂北部、鄂中部，最低為黃石市鐵山區(qū)(148例，42.94/10萬)。

2011—2016年全省報告涂陽肺結(jié)核114 891例，報告發(fā)病率從2011年的44.41/10萬下降至2016年的26.89/10萬，年均報告發(fā)病率為33.08/10萬，年均報告發(fā)病率較高地區(qū)為鄂東南、鄂西南，最高為咸寧市通山縣(1298例，59.39/10萬)；較低地區(qū)為鄂北、鄂中南，最低為隨州市曾都區(qū)(1148例，12.90/10萬)(表1、圖1)。

二、空間聚集性分析

1.全局空間自相關(guān)：2011—2016年肺結(jié)核年均報告發(fā)病率(MoranI=0.48，Z=8.21，P<0.001)和涂陽肺結(jié)核報告發(fā)病率(MoranI=0.46，Z=7.98，P<0.001)全局空間自相關(guān)結(jié)果顯示，每年兩指標的MoranI均大于0且P<0.01，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(表2)，提示湖北省肺結(jié)核總報告發(fā)病率和涂陽肺結(jié)核報告發(fā)病率整體上均呈現(xiàn)空間聚集性分布。

2.局部空間自相關(guān)分析：2011—2016年湖北省各縣(市、區(qū))肺結(jié)核年均報告發(fā)病率和涂陽肺結(jié)核年均報告發(fā)病率局域空間自相關(guān)結(jié)果主要表現(xiàn)為正相關(guān)性，且只有高-高、低-低和高-低3種聚集形式。肺結(jié)核總報告發(fā)病率高-高聚集區(qū)位于鄂西南宜昌市、恩施州部分縣以及鄂東南咸寧市部分縣，這些區(qū)域及其鄰近區(qū)域均應(yīng)是肺結(jié)核防治的重點區(qū)域；低-低聚集區(qū)主要分布在鄂中部漢川市、武漢市的8個區(qū)、鄂東黃岡市和黃石市城區(qū)以及鄂西北襄陽市城區(qū)；高-低聚集區(qū)分布于鄂東黃岡市團風縣。

涂陽肺結(jié)核報告發(fā)病率高-高聚集區(qū)位于鄂東南咸寧市和鄂西南恩施州部分縣，低-低聚集區(qū)主要分布鄂東中部武漢、鄂州、黃石市城區(qū)以及宜昌市城區(qū)和枝江市，高-低聚集區(qū)分布于鄂東黃岡市團風縣。相比肺結(jié)核總體發(fā)病率分布情況，涂陽肺結(jié)核的3種聚集區(qū)域與肺結(jié)核總體發(fā)病率分布有重合之處。局域MoranI分析結(jié)果見表1，縣區(qū)LISA聚集區(qū)域見圖2。

表1 2011—2016年湖北省肺結(jié)核和涂陽肺結(jié)核報告發(fā)病情況

表2 2011—2016年湖北省肺結(jié)核和涂陽肺結(jié)核報告發(fā)病率全局空間自相關(guān)分析結(jié)果

表3 2011—2016年肺結(jié)核和涂陽肺結(jié)核年均報告發(fā)病的聚集類型在湖北各縣(市、區(qū))中的分布

圖1 2011—2016年湖北省肺結(jié)核(圖1A)和涂陽肺結(jié)核(圖1B)年均報告發(fā)病率分布

圖2 2011—2016年湖北省肺結(jié)核(圖2A)和涂陽肺結(jié)核報告發(fā)病率(圖2B)的LISA聚集性分布[以縣(市、區(qū))為單位]

3.時空掃描分析：對2011—2016年湖北省肺結(jié)核報告發(fā)病率的時空掃描分析發(fā)現(xiàn)，一級聚集區(qū)域范圍包括14個縣(市、區(qū))，聚集時間為2011—2013年，主要分布在鄂西南恩施州和宜昌市的部分縣；二級聚集區(qū)域分別集中在2011—2013年以通城縣為中心的鄂東南地區(qū)(咸寧市、荊州市洪湖市、監(jiān)利縣、武漢市漢南區(qū))，2011—2013年以紅安縣為中心的鄂東北地區(qū)(黃岡市、武漢市、孝感市部分縣)，2011—2012年以應(yīng)城市為中心的鄂中東部地區(qū)(孝感4個縣)，以及遠安縣、房縣、丹江口縣呈單個縣聚集(表4，圖3)。

涂陽肺結(jié)核空間掃描結(jié)果顯示一級空間聚集區(qū)域為2011—2013年以通城縣為中心的鄂東南地區(qū)的16個縣(區(qū))；二級聚集區(qū)域分別集中在2011—2013年以恩施市縣為中心的鄂西南恩施市，2011年以曾都區(qū)為中心的鄂北部地區(qū)(隨州市、襄陽市、荊門市、孝感市部分縣)，以及2011—2012年以英山縣為中心的鄂東地區(qū)[黃岡市、黃石市部分縣(區(qū))以及武漢市新洲區(qū)](表4，圖3)。

討 論

空間流行病學(xué)是利用地理信息系統(tǒng)和空間分析技術(shù)，描述與分析人群疾病、健康和衛(wèi)生事件的空間分布特點及發(fā)展變化規(guī)律，探索影響人群健康的決定因素，為疾病預(yù)防、衛(wèi)生服務(wù)提供策略和措施[9]。其作為流行病學(xué)的一個新穎分支，已廣泛用于結(jié)核病流行病學(xué)研究中。由于結(jié)核病是一種由結(jié)核分枝桿菌引起的以呼吸道傳播為主的慢性傳染病，其傳播特點可以對相鄰或相近區(qū)域間結(jié)核病疫情有所影響；有關(guān)研究表明，肺結(jié)核的發(fā)病受經(jīng)濟、環(huán)境、地理、氣候、衛(wèi)生服務(wù)等因素影響，其分布具有空間聚集性[2,10]。因此，了解結(jié)核病的空間分布有助于一定時期內(nèi)不同區(qū)域結(jié)核病預(yù)防控制效果評價，并為制定有效的防控措施提供科學(xué)依據(jù)。

本研究全局空間自相關(guān)結(jié)果顯示，2011—2016年湖北省肺結(jié)核和涂陽肺結(jié)核年均報告發(fā)病率和各年度報告發(fā)病率均呈空間正相關(guān)關(guān)系，表明湖北省肺結(jié)核和涂陽肺結(jié)核報告發(fā)病率呈明顯的空間聚集性分布。進一步的局部空間自相關(guān)分析顯示，肺結(jié)核報告發(fā)病高發(fā)病-高聚集區(qū)域位于鄂西南恩施州、宜昌市部分縣和鄂東南咸寧市部分縣，因此上述地區(qū)為湖北省結(jié)核病負擔較重地區(qū)。涂陽肺結(jié)核的空間分析結(jié)果顯示，高發(fā)病-高聚集區(qū)域也位于恩施州(宣恩縣)和咸寧市的部分縣，與肺結(jié)核總報告發(fā)病率聚集區(qū)域有重合之處。由于涂陽肺結(jié)核傳染性風險較高，其報告發(fā)病率進一步反映該地區(qū)結(jié)核病的傳播風險情況[10]，所以這些地區(qū)也是結(jié)核病高傳播風險地區(qū)。鄂西南地區(qū)為山區(qū)，具有少數(shù)民族人口多，經(jīng)濟條件相對落后的特點；而鄂東南咸寧市地區(qū)為湖北的南大門，與湖南、江西省毗鄰，當?shù)芈糜钨Y源相對豐富，聚集地區(qū)的部分縣也為大山區(qū)?？梢姡?shù)氐乩憝h(huán)境、國內(nèi)生產(chǎn)總值(gross domestic pro-duct，GDP)水平、風俗習慣、人口流動、醫(yī)療設(shè)施與衛(wèi)生服務(wù)條件，以及相鄰地區(qū)結(jié)核疫情等均可能是導(dǎo)致發(fā)病聚集的影響因素[11-12]，提示鄂西南和鄂東南山區(qū)是湖北省結(jié)核病防控的重點地區(qū)。此外，肺結(jié)核總報告發(fā)病率和涂陽報告發(fā)病率的高-低聚集區(qū)域均分布在黃岡市團風縣，該地區(qū)位于大別山南麓，人口少，經(jīng)濟基礎(chǔ)相對薄弱，因此，應(yīng)高度重視此地區(qū)的結(jié)核病防治工作，以防高疫情地區(qū)影響其相鄰的低疫情地區(qū)。同時，地處江漢平原的低-低聚集區(qū)域結(jié)核病防治工作也應(yīng)進一步加強與鞏固，以避免人口流動等因素影響其疫情控制。

通過全局和局部空間分析，初步確定鄂西南和鄂東南是湖北省結(jié)核病防控的重點地區(qū)，進一步通過時空掃描分析，考慮時間因素在疾病地理分布中的作用，對單純空間掃描分析進行了有益補充。既往時空掃描分析中，黃飛等[13]以省級為單位對2003—2008年新涂陽肺結(jié)核登記的空間分析結(jié)果顯示，湖北省2005—2007年間新涂陽肺結(jié)核登記率處于一級聚集區(qū)域；在趙飛等[10]2008—2010年結(jié)核病總登記率和新涂陽登記率的時空分布中，湖北省每年均處于一級聚集區(qū)域，可見“十一五”期間湖北省結(jié)核病疫情負擔較重。筆者通過對2011—2016年肺結(jié)核報告發(fā)病情況進行時空掃描，結(jié)果發(fā)現(xiàn)肺結(jié)核總報告發(fā)病和涂陽肺結(jié)核報告發(fā)病聚集時間均為2011—2013年間，一級和二級主要聚集地區(qū)分布于鄂西南恩施州、宜昌市和鄂東南地區(qū)，聚集地區(qū)與局部空間自相關(guān)分析結(jié)果較為接近，可見，湖北省結(jié)核病發(fā)病聚集區(qū)域具有一定的時空穩(wěn)定性。近年來湖北省結(jié)核病疫情呈現(xiàn)逐年下降趨勢[14]，本研究發(fā)現(xiàn)在2014—2016年間未出現(xiàn)時間聚集，也表明在“十二五”期間湖北省結(jié)核病防控工作行之有效。此外，涂陽肺結(jié)核由于其傳染性風險較高，其報告發(fā)病情況可以部分反映該地區(qū)的傳播風險。研究顯示，涂陽肺結(jié)核不僅在鄂東南、鄂西南地區(qū)呈現(xiàn)聚集，在鄂東與鄂北部地區(qū)也呈現(xiàn)聚集，覆蓋范圍較大，可能存在各相鄰地區(qū)間結(jié)核病相互傳播的情況。

圖3 2011—2016年湖北省肺結(jié)核(圖3A)和涂陽肺結(jié)核報告發(fā)病率(圖3B)的時空掃描分析[以縣(市、區(qū))為單位]

由于涂陽肺結(jié)核是肺結(jié)核的一部分，不同地區(qū)存在涂陽肺結(jié)核所占比例的差異，因此在某些時空條件下會出現(xiàn)肺結(jié)核和涂陽肺結(jié)核的時空分布特征不一致的情況。因此，根據(jù)分布特征，湖北省結(jié)核病防控工作應(yīng)側(cè)重聚集地區(qū)，加大鄂西南少數(shù)民族地區(qū)、鄂東南農(nóng)村山區(qū)結(jié)核病防控力度，結(jié)合地域文化、經(jīng)濟、人口等因素，合理配置公共衛(wèi)生資源，制定針對性強的區(qū)域結(jié)核病防治規(guī)劃和策略，同時加強患者發(fā)現(xiàn)和現(xiàn)有患者的治療管理工作，落實跨區(qū)域肺結(jié)核患者的治療管理，進一步有效控制結(jié)核病疫情傳播。

時空聚集性分析可為傳染病的早期預(yù)警提供線索，是有效控制傳染病的流行與暴發(fā)，降低傳染病發(fā)病率和死亡率的重要措施。本研究基于湖北省縣(區(qū))層面肺結(jié)核的報告發(fā)病率和涂陽肺結(jié)核報告發(fā)病率進行時空特征分析，較精確地分析了全省結(jié)核病聚集特征。目前，由于我省肺結(jié)核的報告發(fā)病情況還不能代表實際發(fā)病率，本研究存在一定的局限性。因此，要獲得更詳細、全面的信息，有待進一步加強全省的結(jié)核病疫情信息的報告，并結(jié)合不同地區(qū)疫情防控措施實施情況、地理環(huán)境、經(jīng)濟狀況、人文特征和生產(chǎn)生活方式、醫(yī)療衛(wèi)生條件等因素，建立空間回歸模型，以深入探討產(chǎn)生聚集性的原因[15]，從而為進一步完善結(jié)核病防治策略提供科學(xué)依據(jù)。

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(本文編輯：范永德)

Analysis on spatial-temporal specific incidence of pulmonary tuberculosis in Hubei from 2011 to 2016

ZHANGYu*,YEJian-jun,HUANGFei,YANGCheng-feng,TONGYe-qing,PIQi,LUXing-xing,ZHANGMeng-xian,HOUShuang-yi.

*InstituteforTuberculosisControlandPrevention,HubeiProvincialCenterforDiseaseControlandPrevention,Wuhan430079,China

Correspondingauthor:HOUShuang-yi,Email: 412106911@qq.com

Objective To analyze and understand the distribution characters of spatial-temporal specific incidence of pulmonary tuberculosis (PTB) and sputum smear-positive PTB in Hubei province, China, from 2011 to 2016. Methods The county-based surveillance data of PTB and sputum smear-positive PTB in Hubei from 2011 to 2016 were used to calculate the overall and local spatial related indicators (Moran’sI). The spatial autocorrelation of PTB was analyzed by using ArcGIS and SaTScan software was utilized to identify geographic areas and time period of potential clusters. Results From 2011 to 2016, the reported incidence rate of PTB decreased from 88.11/100 000 (50 430/57 237 695) to 74.70/100 000 (43 712/58 515 000), the average annual incidence rate was 81.86/100 000 (47 378/57 878 787). The reported incidence rate of smear-positive PTB decreased from 44.41/100 000 (25 421/57 237 695) to 26.89/100 000 (15 736/58 515 000), the average annual incidence rate was 33.08/100 000 (19 149/57 878 787). The reported incidence of PTB and smear-positive PTB in each year and on annual average presented significant spatial autocorrelation (Moran’sIvalues ranged from 0.15 to 0.70, allP<0.001). The local autocorrelation analysis results showed that the high-high aggregation areas with high incidence of PTB and smear-positive PTB located in Enshi in the southwestern part of Hubei and some counties of Xianning in the southeastern part of Hubei; and the high-low aggregation areas located in Tuanfeng County of Huanggang in the eastern part of Hubei. The spatial-temporal analysis results showed that the first clustering of high PTB incidence areas were most likely in the southwestern part of Hubei, and the secondary cluster of PTB incidence areaslocated in the southeastern and northeastern part of Hubei from 2011 to 2013, the log likelihood ratio (LLR) values ranged from 60.37 to 1309.47,P<0.001.The first clustering with high smear-positive PTB incidence areas were most likely in the sou-theastern part of Hubei from 2011 to 2013, and the secondary cluster smear-positive PTB incidence areas located in the southwestern, northern and eastern part of Hubei, the aggregation time were from 2011 to 2013, 2011 and from 2011 to 2012, respectively,LLRvalues ranged from 244.32 to 462.38, allP<0.001. Conclusion The analysis on spatial and spatial-temporal specific incidences of PTB and sputum smear-positive PTB in Hubei indicated that the southwestern and southeastern part of Hubei province are the key areas in PTB prevention and control in Hubei.

Tuberculosis, pulmonary; Space-time clustering; Geographic information system; Hubei Province

10.3969/j.issn.1000-6621.2017.09.020

430079 武漢，湖北省疾病預(yù)防控制中心結(jié)核病防治研究所(張玉、楊成鳳、皮琦 盧星星、張夢嫻、侯雙翼)；湖北省疾病預(yù)防控制中心傳染病防治研究所(葉建君、童葉青)；中國疾病預(yù)防控制中心結(jié)核病預(yù)防控制中心(黃飛)

侯雙翼，Email: 412106911@qq.com

2017-04-12)