湖北省血吸虫病空间流行特征及预测分析

摘要

目的：1、分析湖北省血吸虫病流行区县（市、区）级别血吸虫病和钉螺的流行状况，并揭示其空间分布规律，探寻血吸虫病高风险区域，为制定血吸虫病防治工作的目标和重点提供理论指导；
　　2、探讨湖北省钉螺分布与气候因素之间的关系，寻找主要气候影响因子，为有效控制钉螺及预防钉螺扩散提供科学依据；
　　3、研究湖北省居民和耕牛血吸虫感染率的短期变化趋势，为血吸虫病预测预警提供理论依据，也为血吸虫感染率的短期预测提供简单可行的方法学依据。
　　方法：1、回顾性收集2008~2012年湖北省血吸虫病县（市、区）级别的人群和耕牛查治病以及查灭螺资料，以该疫情数据资料为基础资料与湖北省GIS地理空间数据库进行匹配，构建湖北省血吸虫病的空间分析数据库。采用描述性分析方法对血吸虫病人数、居民血吸虫感染率、血吸虫病牛数、家畜血吸虫感染率以及有螺面积、有螺面积百分比等指标的动态变化进行分析。运用全局空间自相关的Moran’s I指标以及局部空间自相关的Getis-Ord Gi*指标分析湖北省血吸虫病感染率、钉螺分布的空间聚集性。
　　2、收集2009年湖北省18个县（市、区）的螺情资料，并计算活螺平均密度和钉螺感染率两个主要指标，提取相关气候因素资料。以平方根转换后的活螺平均密度和钉螺感染率为因变量，以年平均温度、年均最低温度、年均相对湿度、年均降雨量、年均日照时数为自变量建立回归模型。分别运用全局和局部空间回归模型分析活螺平均密度和钉螺感染率与气候因素的关系。
　　3、运用时间序列ARIMA模型对湖北省1987~2013年居民和耕牛血吸虫感染率分别进行拟合，并预测感染率的短期变化趋势。
　　结果：1、湖北省血吸虫病空间流行特征：
　　2008~2012年间，湖北省血吸虫病病人数、居民血吸虫感染率均呈下降趋势。5年间居民血吸虫感染率的全局空间自相关分析结果有统计学意义（Moran’s I>0，P<0.01），表明2008~2012年湖北省县级居民血吸虫感染率分布存在空间自相关，有空间聚集现象。局部空间自相关分析结果显示，居民血吸虫感染率高值聚集县（市、区）数在8~11个之间，呈现先增加后减少的趋势。高值聚集区主要分布在荆州区、沙市区、江陵县、公安县、石首市、监利县、洪湖市和赤壁市等8个县（市、区）。
　　5年间，湖北省各地检查家畜主要为耕牛。病牛数和耕牛血吸虫感染率均呈下降趋势。耕牛血吸虫感染率的全局空间自相关分析结果有统计学意义（Moran’s I>0，P<0.01），提示2008~2012年湖北省县级耕牛血吸虫感染率分布存在空间自相关，呈现空间聚集现象。局部空间自相关分析结果显示，耕牛血吸虫感染率高值聚集县（市、区）数在6~9个之间，聚集数总体呈增加趋势。高值聚集区主要分布在沙市区、江陵县、公安县、石首市、监利县和洪湖市等6个县（市、区）。
　　2008~2012年间，湖北省钉螺面积稍有下降但变化不大。有螺面积百分比先上升，2010年最高为28.3868％，随后又下降，但总体变化也不大。有螺面积的全局空间自相关分析结果有统计学意义（Moran’s I>0，P<0.01），表明2008~2012年湖北省有螺面积分布存在空间自相关，有空间聚集现象。局部空间自相关分析结果显示，5年间有螺面积高值聚集县（市、区）均分布在江陵县、公安县、石首市、监利县、洪湖市、仙桃市、汉南区和嘉鱼县等8个县（市、区）。
　　2、钉螺分布与气候因素的分析：
　　活螺平均密度与气候因素的最小二乘法（OLS）线性回归模型结果显示，活螺平均密度与年平均温度、年均最低温度、年均相对湿度、年均降雨量、年均日照时数的多重线性回归模型残差具有空间自相关性（Moran’s I=0.2780， P=0.000）。因此，仅用普通线性回归分析是不充分的，需要进一步应用空间回归模型分析。空间依赖性Lagrange乘数检验统计量结果提示，应选择空间滞后模型（SLM）进行分析。SLM模型拟合的空间回归系数ρ=-0.4365，且有统计学意义（P<0.05）。模型的R2和LIK值较OLS大，且AIC和 SC值较OLS小，说明SLM模型有明显改进，拟合优度较OLS好。SLM模型结果表明，活螺平均密度与年平均温度和年均降雨量呈正相关，且回归系数均有统计学意义（P<0.05）。活螺平均密度与年均最低温度和年均相对湿度呈正相关，与年均日照时数呈负相关，但均无统计学意义（P>0.05）。进一步运用地理加权回归模型（GWR）进行局部空间回归分析，结果显示GWR模型的AIC值（9.2714）比OLS的AIC值（15.9756）小，也比SLM模型的AIC值（12.0415）小，说明GWR模型拟合效果较好。GWR模型对各参数的估计值在每个研究区域不相同，取值在一定范围变动。
　　钉螺感染率与年平均温度、年均最低温度、年均相对湿度、年均降雨量、年均日照时数的多重线性回归分析结果显示，模型残差 Moran’s I=0.1828， P=0.000，有空间自相关性。进一步运用空间回归模型进行分析，根据空间依赖性Lagrange乘数检验统计量结果，选择空间滞后模型（SLM）进行分析。SLM模型拟合的空间回归系数有统计学意义（ρ=-0.1515，P<0.05），模型的R2和LIK值较OLS大，且AIC和 SC值较OLS小，表明SLM模型较OLS有明显改进，拟合优度较好。SLM模型结果显示，钉螺感染率与年平均温度呈正相关，且回归系数均有统计学意义（P<0.05）。钉螺感染率与年均最低温度、年均相对湿度和年均降雨量呈正相关，与年均日照时数呈负相关，但均无统计学意义（P>0.05）。局部空间回归分析地理加权回归模型（GWR）结果表明，GWR模型的AIC值（4.0395）比OLS的AIC值（7.8222）小，也比SLM模型的AIC值（7.5764）小，GWR模型拟合效果更好。GWR模型对各参数的估计值随空间位置的变化而改变，充分体现了空间异质性的特点。
　　3、血吸虫病感染率的时间序列模型预测：
　　构建的时间序列 ARIMA模型拟合效果较好，居民和耕牛血吸虫感染率的实际值均分别落在其预测值的95％可信区间内。预测结果显示未来五年湖北省居民和耕牛血吸虫感染率仍继续降低，但下降幅度不大。
　　结论：1、全局空间自相关分析可以从整体上判断湖北省血吸虫病疫情指标是否存在空间聚集性，而局部空间自相关分析则可以进一步探测出具体的聚集区域。湖北省居民、耕牛病情及钉螺在空间分布上均存在聚集性，且高值聚集区主要分布在长江流域江汉平原范围。2008年湖北省达到血吸虫病疫情控制标准以来，各病情指标均呈下降趋势且聚集范围有所变化，而螺情指标则变化不大。
　　2、空间回归分析在研究具有空间自相关和异质性的钉螺数据与气候影响因素关系时，较经典线性回归分析效果好。影响活螺平均密度的主要气候因素是年平均温度和年均降雨量，影响钉螺感染率的主要气候因素是年平均温度。
　　3、时间序列ARIMA模型预测精度较好，可用于对血吸虫感染率进行短期预测分析。

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第一章 绪论

1 研究背景与意义

2 研究目的

3 研究内容和方法

第二章 湖北省血吸虫病空间流行特征分析

1 资料与方法

2 结果

3 讨论

4 小结

第三章 钉螺分布与气候因素的研究

1 资料与方法

2 结果

3 讨论

4 小结

第四章 血吸虫感染率的时间序列模型预测

1 资料与方法

2 结果

3 讨论

4 小结

第五章 研究总结

1 研究结论

2 创新点

3 局限性

4 深入研究的方向

参考文献

综述

1. 血吸虫病流行的影响因素

2. 空间流行病学

参考文献

附录1 攻读博士学位期间发表论文目录

附录2 攻读博士学位期间主持/参与课题情况

致谢