区域传染病环境影响因素与输入传播模拟研究

摘要

作为世界上传染病发病最多的国家之一,我国面临的传染病流行形势严峻,严重影响了我国社会、经济的发展,给国家和人民带来沉重负担。全球新传染病的不断出现、旧传染病的死灰复燃以及自然、人为因素导致的环境变化对人类的健康产生的影响,在我国已有所体现,如近年新发的SARS、高致病性禽流感以及手足口病的传播流行对我国人民的健康造成严重危害。针对传染病发生与流行的新形势,急需应用空间信息技术集成我国已有的大量基础地理数据、遥感数据、气象数据、传染病数据和媒介生物等方面数据,在统一的空间基底上对传染病的传播与环境因素之间的关系进行宏观系统的分析,定量评价环境因素对传染病发生、扩散的影响,构建传染病流行病学模型对传染病的传播过程进行模拟仿真,评估、优化传染病防控措施,对于指导传染病的防控具有十分重要的意义。本研究应用地理信息系统和数据库技术综合集成我国各地区多年的传染病监测数据、媒介生物调查数据、基础地理环境数据、气象数据、人口与社会经济等数据,研究建立传染病综合信息数据仓库,并开展了传染病时空分布的多维信息分析和数据挖掘;以华北地区自然疫源性疾病、呼吸道传染病以及近年来流行严重的肠道传染病-手足口病为例,应用基于面板数据的Poisson回归和多水平负二项回归算法、空间趋势面分析、空间扫描聚类分析、Logistic回归等方法对区域传染病传播流行的环境影响因素进行了深入的分析,明确影响上述传染病传播流行的主要环境因素;以两种输入型呼吸系统传染病为例,基于虚拟地理环境(机场和展览馆)和虚拟场景,应用小世界传播模型、SIR传播模型对人群的行为和传染病的传播过程进行模拟与仿真,并对突发公共卫生事件应急处置方案、防控措施的效果进行了模拟演练与评估,建立呼吸道传染病传播的仿真模拟系统。
　　在我国传染病综合信息数据仓库的研究中,基于SQLServer2005的数据仓库技术对我国各地区1994-2000年传染病监测数据、媒介生物数据、人口与社会经济数据、基础地理环境数据等进行了综合集成,应用决策树、聚类、神经网络等算法进行了传染病相关环境因子的数据挖掘,初步筛选出不同类型传染病的环境影响因素,为进一步开展重点传染病环境影响因素的研究奠定了基础。
　　华北地区自然疫源性疾病、呼吸道传染病的时空分布特征及环境影响研究表明:华北地区自然疫源性传染病、呼吸道传染病的发生和传播与地理位置、人口、地形地貌、气候条件密切相关。华北地区自然疫源性疾病以肾综合征出血热、斑疹伤寒和乙脑为主,各省市8种传染病(肾综合征出血热、布鲁菌病、斑疹伤寒、流行性乙型脑炎、狂犬病、炭疽、黑热病、疟疾)的分布存在空间聚集性,以河北、内蒙古发病率较高;华北地区肾综合征出血热、斑疹伤寒发病率与平均气温呈正相关关系,布病的发病率与平均最高气温呈负相关,斑疹伤寒、乙脑发病率与平均相对湿度呈正相关;肾综合征出血热发病率与日照呈负相关。华北地区呼吸道传染病中肺结核的发病率与平均最高气温呈负相关,麻疹、流脑的发病率与平均气温呈负相关,而猩红热的发病率与平均气温呈正相关;麻疹发病率与最小相对湿度、猩红热、百日咳发病率与平均相对湿度呈正相关。
　　山东省手足口病环境影响因素的研究表明:2007-2009年山东省手足口病的流行高峰时间逐年提前、流行范围逐年扩大、流行强度逐年上升。手足口病发病年龄多在6岁以下,男性的发病率明显高于女性,病毒类型以EV71为主,夏季5-7月高发,在县级尺度上的研究表明各县区手足口病的发病率与铁路是否通过该县呈正相关,与该县本周平均气温、两周前日照时数和两周前的平均风速均呈正相关。应用病例对照的研究方法对重症病例的影响因素研究表明,发生重症的风险与性别、年龄相关,并与发病到诊断的天数、体温、口、腹部、臀部有无皮疹、精神异常、嗜睡、惊厥、有无合并症等均呈正相关关系。
　　本研究基于2009年北京甲型H1N1流感和2003年SARS疫情监测数据构建了传染病时空传播模拟仿真系统,基于输入性病例的传播流行特点对甲型H1N1流感、基于人口密集区域SARS的传播特点对SARS的传播过程进行了模拟和分析研究,我们获取了北京市区范围内的0.6米分辨率遥感影像数据和地理信息数据,对首都机场T2航站楼和北京展览馆内部进行精细的三维建模,建立了包括人物和交通工具等在内的大型场馆虚拟仿真环境,应用小世界模型对甲型H1N1和SARS在场景内的传播过程进行模拟,跟踪病毒携带者的活动路径,随时掌握不同时间段的呼吸道传染病传播情况和暴露范围。结果表明呼吸道传染病的传播与场馆内的人口密度、乘坐交通工具的方式、防御措施等有密切的关系,机场的检疫和隔离措施则直接关系到SARS的传播速度和范围。在城市之间的呼吸道传染病传播则采用SIR模型,结果表明与各个地区的人口密度有很大关系。系统的应急演练模块则通过高斯点源扩散模型模拟几种突发公共卫生事件的情况下的应急处置、人员疏散和救援救治,结果表明根据场馆内的人数,有疏导地规划人员疏散能够在最大程度上避免或减少人员伤亡,提高人员疏散的速度;系统的搜索引擎则能够根据医院的距离和医疗条件,在最短时间内确定伤员送往哪个医院能够得到及时的救治,同时根据导航数据确定救援物资送达的最佳路径,并在三维影像地图上直观表示和标识,供决策者尽快做出合理安排。该系统的建立能为呼吸道传染病突发疫情及突发公共卫生事件应急处置方案的制定提供数据支持与决策依据。

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缩略词表

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第一部分 前言

1.1研究背景及立题依据

1.2国内外研究现状

1.3 研究目的与意义

1.4 本文的研究内容

第二部分 传染病数据仓库构建和分析

2.1 概述

2.2材料与方法

2.3结果

2.4讨论

第三部分 华北地区自然疫源性疾病的分布及其与气象条件的关系

3.1 概述

3.2材料与方法

3.3结果

3.4讨论

第四部分 华北地区呼吸道传染病与气象条件关系

4.1 概述

4.2材料与方法

4.4讨论

第五部分 山东省手足口病空间分布及危险因素研究

5.1 概述

5.2材料与方法

5.3 结果

5.4 讨论

第六部分 呼吸道传染病传播过程模拟仿真研究

6.1 系统用户需求

6.2 系统设计

6.4 系统应用

结论

参考文献

附录1 综述

空间分析和数据仓库技术在传染病流行病学研究中的应用研究进展

[参考文献]

附录2 博士期间发表与本研究相关的论文

个人简历

致谢