疾病空間結(jié)構(gòu)異質(zhì)性界限的識(shí)別方法及其應(yīng)用研究
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《山東大學(xué)》 2007年
疾病空間結(jié)構(gòu)異質(zhì)性界限的識(shí)別方法及其應(yīng)用研究
唐芳
【摘要】： 地理界限是指同質(zhì)地理區(qū)域的邊緣(edges)或空間變量迅速變化的地帶(zones)。依據(jù)生物地理學(xué)中地理界限的含義，本研究將疾病空間結(jié)構(gòu)異質(zhì)性的地理界限定義為同質(zhì)的疾病地理生態(tài)結(jié)構(gòu)區(qū)域的邊緣或疾病空間變異測(cè)度指標(biāo)迅速變化的地帶。識(shí)別疾病空間結(jié)構(gòu)異質(zhì)性界限是地理流行病學(xué)和空間流行病學(xué)研究中的關(guān)鍵問(wèn)題之一，它不僅在展示疾病空間結(jié)構(gòu)異質(zhì)性的空間動(dòng)態(tài)特征、分布格局、揭示疾病分布的地域差異、指導(dǎo)實(shí)施醫(yī)學(xué)地理區(qū)劃等方面具有重要意義，而且依據(jù)區(qū)域之間的空間異質(zhì)性可探測(cè)疾病的地理危險(xiǎn)因子、為制定區(qū)域性疾病防制策略和措施提供科學(xué)依據(jù)。 目前，隨著地理信息系統(tǒng)(geographic information system GIS)和空間統(tǒng)計(jì)學(xué)的迅速發(fā)展，地理流行病學(xué)在GIS框架內(nèi)與空間統(tǒng)計(jì)學(xué)等學(xué)科有機(jī)結(jié)合，開(kāi)始向更高層次的空間流行病學(xué)(spatial epidemiology)發(fā)展。然而，由于地理界限分析技術(shù)的限制、以及對(duì)其推廣應(yīng)用還不夠廣泛深入，利用地理界限分析技術(shù)研究上述問(wèn)題的課題還很少，目前國(guó)內(nèi)外尚缺乏識(shí)別疾病空間結(jié)構(gòu)異質(zhì)性界限的專(zhuān)門(mén)統(tǒng)計(jì)模型。鑒于此，本研究采用多學(xué)科交叉方法，遵循景觀流行病學(xué)和空間流行病學(xué)的基本原理，針對(duì)現(xiàn)有地理界限分析方法的局限性，將空間統(tǒng)計(jì)學(xué)、混沌分形理論、圖論、地質(zhì)數(shù)學(xué)、地理界限分析技術(shù)等學(xué)科的理論方法相結(jié)合，以GIS為數(shù)據(jù)管理和分析平臺(tái)，以腎綜合征出血熱(Hemorrhagic Fever with Renal Syndrome，HFRS)為例，從三個(gè)不同角度分別建立“等值線—面積”多重分形模型、二維圖論最小生成樹(shù)模型、基于“Monmonier's algorithm”的計(jì)算幾何學(xué)模型三種疾病空間結(jié)構(gòu)異質(zhì)性界限分析模型，并探討其在識(shí)別HFRS疫源地空間結(jié)構(gòu)界限中的適用條件、流行病學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，旨在豐富和發(fā)展空間流行病學(xué)分析方法。 在構(gòu)建識(shí)別疾病空間結(jié)構(gòu)異質(zhì)性界限的模型時(shí)，需要考慮空間屬性資料的類(lèi)型、分布特征、實(shí)際用途等方面的因素；此外，疾病空間異質(zhì)性是尺度的函數(shù)，具有尺度依賴(lài)性，在構(gòu)建識(shí)別疾病空間結(jié)構(gòu)異質(zhì)性界限的模型時(shí)，必須考慮空間尺度性。為此，本研究，在以縣為取樣地理單元的省級(jí)層(山東省)和以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為取樣地理單元的市級(jí)層(臨沂市)兩個(gè)空間尺度層面上，在GIS框架內(nèi)從以下3個(gè)角度完成了模型構(gòu)建： (1)基于空間插值數(shù)據(jù)文件的疾病空間結(jié)構(gòu)異質(zhì)性界限識(shí)別模型 在ArcGIS9.0、GS+(Geostatistics Software for the Agricultural and Biological Sciences)等空間分析軟件中均有基于空間點(diǎn)數(shù)據(jù)的空間插值模塊，如樣條函數(shù)模型、趨勢(shì)面模型、反向距離加權(quán)法模型(inverse distance-weighted methods IDW)、Kriging模型等。此類(lèi)模型主要用于估計(jì)和預(yù)測(cè)疾病的空間變異性，顯示疾病空間變異的地理梯度。然而，在這類(lèi)模型中，地理梯度的確定往往帶有主觀性和隨意性、缺乏嚴(yán)格的統(tǒng)計(jì)推斷依據(jù)。其地理梯度界限往往與其固有的疾病空間結(jié)構(gòu)異質(zhì)性界限不符，因而無(wú)法反映疾病空間結(jié)構(gòu)異質(zhì)性的本質(zhì)特征。為此，本研究擬在GIS框架內(nèi)，將醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)、地質(zhì)數(shù)學(xué)、混沌分形理論等學(xué)科方法交叉結(jié)合，構(gòu)建了識(shí)別疾病空間結(jié)構(gòu)異質(zhì)性界限的“等值線—面積”多重分形模型，以克服插值地圖的地理梯度的主觀性和隨意性。 (2)基于空間點(diǎn)數(shù)據(jù)的旨在反映疫源地(或疫點(diǎn))間生態(tài)學(xué)或流行病學(xué)聯(lián)系的疾病空間結(jié)構(gòu)異質(zhì)性界限識(shí)別模型 在空間遺傳學(xué)的地理界限分析中，基于空間點(diǎn)數(shù)據(jù)的空間K-means聚類(lèi)、空間系統(tǒng)聚類(lèi)等空間強(qiáng)迫聚類(lèi)(Spatially constrained clustering)方法，通常以距離矩陣、空間位置坐標(biāo)矩陣和地理單元聯(lián)系矩陣為基礎(chǔ)，在Delaunay三角測(cè)量(Delaunay triangulation)框架內(nèi)進(jìn)行空間聚類(lèi)分析，從而識(shí)別遺傳結(jié)構(gòu)地理界限。但是，此類(lèi)地理界限分析模型的結(jié)果往往缺乏生物地理學(xué)含義，不便于揭示疫源地(或疫點(diǎn))之間的生態(tài)學(xué)或流行病學(xué)聯(lián)系。為此，本研究遵循以空間系統(tǒng)聚類(lèi)的基本思想，將圖論、泛生物地理學(xué)等學(xué)科的理論方法相結(jié)合，構(gòu)建了識(shí)別疾病空間結(jié)構(gòu)異質(zhì)性界限的二維圖論最小生成樹(shù)模型，以揭示疫源地(或疫點(diǎn))之間的生態(tài)學(xué)或流行病學(xué)聯(lián)系。 (3)基于空間點(diǎn)數(shù)據(jù)的旨在尋找疫源地(或疫點(diǎn))間最大差異的疾病空間結(jié)構(gòu)異質(zhì)性界限識(shí)別模型 地理界限具有層次性，即在特定的地理區(qū)域內(nèi)疫源地(或)疫點(diǎn)之間的變異往往由大到小呈現(xiàn)出明顯的層次性，存在許多亞界限(subboundary)。本研究以疫源地(疫點(diǎn))之間的距離測(cè)度矩陣、空間位置坐標(biāo)矩陣為基礎(chǔ)，在Delaunay三角測(cè)量框架內(nèi)，利用“Monmonier's algorithm”計(jì)算幾何學(xué)方法構(gòu)建了基于空間點(diǎn)數(shù)據(jù)的旨在尋找疫源地(或疫點(diǎn))間最大差異的疾病空間結(jié)構(gòu)異質(zhì)性界限識(shí)別模型，以識(shí)別和檢驗(yàn)疫源地(或疫點(diǎn))間地理界限的空間鄰接性。 為了驗(yàn)證上述三種模型在識(shí)別疾病空間結(jié)構(gòu)異質(zhì)性的地理界限的適用條件、總結(jié)其地理流行病學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，本研究將上述三種模型應(yīng)用于山東省和臨沂市HFES疫源地空間結(jié)構(gòu)界限的識(shí)別，結(jié)論為： (1)“等值線—面積”多重分形模型克服了用等分法、百分位數(shù)法等方法確定繪圖等級(jí)界限時(shí)的主觀片面性，使繪圖等級(jí)的確定有了嚴(yán)格的統(tǒng)計(jì)推斷依據(jù)。同時(shí)，由模型所確定的繪圖等級(jí)界限能準(zhǔn)確反映疾病空間異質(zhì)性變化的本質(zhì)規(guī)律，不同等級(jí)的空間變化可反映疾病空間變化的內(nèi)在梯度性，梯度之間能體現(xiàn)不同的地理流行病學(xué)意義，為探討疾病地理危險(xiǎn)因子，進(jìn)而確定區(qū)域性疾病預(yù)防措施提供了分析思路。然而，用“等值線-面積”多重分形模型識(shí)別疾病空間異質(zhì)性結(jié)構(gòu)及其界限時(shí)，其結(jié)果也不可避免地受到人工插值面的影響，從而可能產(chǎn)生誤差。 (2)二維圖論聚類(lèi)分析模型將二維有約束空間系統(tǒng)聚類(lèi)思想與圖論中的最小生成樹(shù)方法有機(jī)結(jié)合，可用于分析疫源地之間的相似性、展示疾病空間結(jié)構(gòu)狀態(tài)、識(shí)別疾病空間結(jié)構(gòu)異質(zhì)性界限、揭示疾病發(fā)病聚集區(qū)和疾病流行趨勢(shì)等問(wèn)題。該模型對(duì)分析疾病空間結(jié)構(gòu)的相似性、揭示疫源地(或疫點(diǎn))之間的生態(tài)學(xué)或流行病學(xué)聯(lián)系、推測(cè)疾病流行軌跡等具有良好的適用性。但是，該方法的優(yōu)良性與樣本點(diǎn)數(shù)量有關(guān)，適量的樣本點(diǎn)對(duì)構(gòu)建模型是必要的，過(guò)多的樣本點(diǎn)反而會(huì)造成混雜，降低模型的識(shí)別效果。該模型較適合在較大尺度上識(shí)別疾病空間結(jié)構(gòu)界限。 (3)改進(jìn)的“Monmonier's Algorithm”計(jì)算幾何學(xué)方法能較好的識(shí)別出疫源地空間結(jié)構(gòu)的地理界限，找出同質(zhì)的疾病地理區(qū)域的邊界或疾病空間化變量變化迅速的地帶，，且能通過(guò)Bootstrap重采樣方法檢驗(yàn)界限有無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，特別是能夠直觀地揭示地理界限的層次性和空間鄰接性。然而，本研究沒(méi)能給出初始界限數(shù)目選擇的統(tǒng)計(jì)學(xué)依據(jù)，只能依據(jù)研究目的和研究者的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷，因此存在一定的主觀性；該方法受樣本量的影響大，樣本點(diǎn)不足也可以造成偏倚，樣本點(diǎn)越少偏倚越大。 (4)三種模型分別從三個(gè)不同側(cè)面揭示了山東省和臨沂市各時(shí)期內(nèi)HFRS疫源地空間結(jié)構(gòu)的時(shí)空動(dòng)態(tài)特征，得到了符合實(shí)際的結(jié)論。①“等值線—面積”多重分形模型展示了山東省HFRS發(fā)病水平的地理梯度變化規(guī)律；二維圖論聚類(lèi)模型揭示了疫源地(或疫點(diǎn))之間的生態(tài)學(xué)或流行病學(xué)聯(lián)系，推測(cè)出了山東省HFRS的流行軌跡；“Monmonier's Algorithm”計(jì)算幾何學(xué)模型則揭示了西部SEO型疫源地向東部HTN型疫源地滲透、疊加與融合過(guò)程中(1987～1993流行病學(xué)年度)，自西向東滲透、疊加與融合的層次性和空間鄰接性，以及兩疫區(qū)融合前的相對(duì)獨(dú)立性和融合完成后的一致性。②三種模型對(duì)臨沂市同期內(nèi)HFRS疫源地空間結(jié)構(gòu)界限的識(shí)別結(jié)果基本一致�！暗戎稻�—面積”多重分形模型所識(shí)別的疾病高發(fā)區(qū)與改進(jìn)的“Monmonier's Algorithm”計(jì)算幾何學(xué)方法識(shí)別的界限是完全吻合的。雖然二者的原理相反，但用改進(jìn)的“Monmonier's Algorithm”計(jì)算幾何學(xué)方法做出的界限處都有最小生成樹(shù)的間斷線(圖中紫色的邊)，表明兩種方法從不同角度劃出了類(lèi)似的界限范圍。這些結(jié)果不僅驗(yàn)證了本課題組以往研究結(jié)論的正確性，而且從更深層次上揭示了山東省和臨沂市HFRS疫源地性質(zhì)(類(lèi)型)時(shí)空演化過(guò)程。 (5)“等值線—面積”多重分形模型、二維圖論最小生成樹(shù)模型、基于“Monmonier's algorithm”的計(jì)算幾何學(xué)模型在一定程度上豐富和發(fā)展了空間流行病學(xué)研究中的地理界限分析方法，是對(duì)空間統(tǒng)計(jì)學(xué)的有益補(bǔ)充。
【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類(lèi)號(hào)】：R181.2
【目錄】：
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3 姜強(qiáng);春、秋季北黃海大中型浮游動(dòng)物群落生態(tài)學(xué)研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2010年
4 吳靜;村鎮(zhèn)土地空間優(yōu)化配置研究[D];浙江大學(xué);2011年
5 郭全;基于MDS-FCM的可視化操作優(yōu)化方法研究[D];武漢理工大學(xué);2011年
6 趙赴;湖北神農(nóng)架葉蜂亞科區(qū)系地理初步研究[D];中南林業(yè)科技大學(xué);2010年
7 劉瑞連;泰山山地北沙河流域水系及流域地貌基本特征研究[D];山東師范大學(xué);2011年
8 王亮;冬季南黃海浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及指示種研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（海洋研究所）;2011年
9 焦靜;確定植物群落邊界的新方法[D];華東師范大學(xué);2011年
10 吳君如;普通話陽(yáng)平和上聲的感知空間研究[D];北京大學(xué);2011年
【同被引文獻(xiàn)】
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1 鄭元利;楊再學(xué);胡支先;;余慶縣2006年農(nóng)區(qū)鼠害監(jiān)測(cè)報(bào)告[J];現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技;2007年07期
2 陳陽(yáng);何似;李世清;王靈嵐;;福建省2005年腎綜合征出血熱流行病學(xué)調(diào)查分析[J];海峽預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志;2007年02期
3 王利民,周延林,鮑偉東;鄂爾多斯高原沙地嚙齒動(dòng)物群落資源利用研究Ⅰ——空間資源維利用研究[J];內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2001年05期
4 左曙青,吳曉明,孫培源,張泮河,王炳才,湯芳,敦哲,蔡偉,劉啟 ,江佳富,曹務(wù)春;北京海淀城郊鼠類(lèi)攜帶漢坦病毒的相關(guān)危險(xiǎn)因素研究[J];中國(guó)熱帶醫(yī)學(xué);2004年01期
5 侯舒心;郭憲國(guó);門(mén)興元;錢(qián)體軍;吳滇;石武祥;;云南省齊氏姬鼠體表寄生恙螨種類(lèi)調(diào)查與分析[J];熱帶醫(yī)學(xué)雜志;2006年06期
6 吳庫(kù)生;李克;;基于地理信息系統(tǒng)的廣東省食管癌地理流行病學(xué)研究[J];汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào);2006年04期
7 韓占英;張艷波;許永剛;李琦;;河北省1999~2004年腎綜合征出血熱監(jiān)測(cè)分析[J];現(xiàn)代預(yù)防醫(yī)學(xué);2006年07期
8 王志強(qiáng),尤向東,王宇路,王顯軍,康殿民,王玫,李忠政;山東省1998～2002年腎綜合征出血熱宿主帶病毒監(jiān)測(cè)[J];預(yù)防醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)信息;2003年06期
9 徐桂春,李世偉,李學(xué)剛,朱孔序,王志強(qiáng);莒南縣1975～2004年腎綜合征出血熱疫情分布分析[J];預(yù)防醫(yī)學(xué)論壇;2005年05期
10 姜策;張貴鋒;張興國(guó);孫慕君;;遼寧省農(nóng)區(qū)害鼠危害的嚴(yán)重性及綜合防治技術(shù)[J];中國(guó)植保導(dǎo)刊;2007年08期
中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條
1 康殿民;山東省腎綜合征出血熱時(shí)空流行動(dòng)態(tài)研究[D];山東大學(xué);2006年
【二級(jí)引證文獻(xiàn)】
中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條
1 高杰;流行病學(xué)標(biāo)點(diǎn)地圖統(tǒng)計(jì)分析方法體系的研究[D];山東大學(xué);2009年
2 王忠東;基于空間點(diǎn)模式分析的青島市結(jié)核病時(shí)空流行病學(xué)研究[D];山東大學(xué);2010年
【二級(jí)參考文獻(xiàn)】
中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條
1 孔旭，趙宗彥;降水預(yù)報(bào)因子分形特征及應(yīng)用的探討[J];安徽大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1995年04期
2 陳亞寧,2,楊思全,李衛(wèi)紅;天山麥茲巴赫冰川湖突發(fā)性洪水分形特征研究[J];冰川凍土;1999年03期
3 易順民，唐輝明;凍土粒度成分的分形結(jié)構(gòu)特征及其意義[J];冰川凍土;1994年04期
4 周秉根;黃山第四紀(jì)泥礫沉積物分形結(jié)構(gòu)特征與成因機(jī)制分析[J];冰川凍土;1998年02期
5 秦其明,陸榮建;分形與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在衛(wèi)星數(shù)字圖像分類(lèi)中的應(yīng)用[J];北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2000年06期
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7 巫兆聰;分形分析中的無(wú)標(biāo)度區(qū)確定問(wèn)題[J];測(cè)繪學(xué)報(bào);2002年03期
8 張華國(guó),黃韋艮,周長(zhǎng)寶;一種新的地理線要素分形插值方法[J];測(cè)繪學(xué)報(bào);2002年03期
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10 張繼賢，李德仁;基于紋理質(zhì)地子特征的影像紋理分形分析[J];測(cè)繪學(xué)報(bào);1995年04期
【相似文獻(xiàn)】
中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條
1 徐興福;畢建萍;許利國(guó);;蕭山區(qū)麻疹的空間自相關(guān)分析[J];浙江預(yù)防醫(yī)學(xué);2011年04期
2 陸步來(lái);王勁峰;曾光;;疾病空間聚集性研究方法[J];疾病監(jiān)測(cè);2010年05期
3 高杰;王志強(qiáng);邵琦;薛皓;許桂春;李學(xué)剛;王潔貞;薛付忠;;Ripley's L指數(shù)與最近鄰空間熱點(diǎn)分析在流行病學(xué)標(biāo)點(diǎn)地圖分析中的應(yīng)用[J];山東大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版);2009年03期
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中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條
1 張志杰;湖沼地區(qū)血吸蟲(chóng)病高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的空間分析及重點(diǎn)釘螺孳生地的探測(cè)[D];復(fù)旦大學(xué);2008年
中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條
1 唐芳;疾病空間結(jié)構(gòu)異質(zhì)性界限的識(shí)別方法及其應(yīng)用研究[D];山東大學(xué);2007年
2 楊洋;利用空間統(tǒng)計(jì)方法建立疾病風(fēng)險(xiǎn)模型[D];燕山大學(xué);2008年
3 王忠東;基于空間點(diǎn)模式分析的青島市結(jié)核病時(shí)空流行病學(xué)研究[D];山東大學(xué);2010年
4 李亞楠;我國(guó)瘧疾流行時(shí)空分布特征及淮河流域瘧疾環(huán)境影響因素研究[D];中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院;2013年
5 黎銀軍;我國(guó)布魯氏菌病時(shí)空分布及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)研究[D];中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院;2013年
本文關(guān)鍵詞：疾病空間結(jié)構(gòu)異質(zhì)性界限的識(shí)別方法及其應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
本文編號(hào)：243747
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