2011—2016年湖北省肺结核发病的时空聚集性分析

张玉 叶建君 黄飞 杨成凤 童叶青 皮琦 卢星星 张梦娴 侯双翼

·论著·

2011—2016年湖北省肺结核发病的时空聚集性分析

张玉 叶建君 黄飞 杨成凤 童叶青 皮琦 卢星星 张梦娴 侯双翼

目的 分析2011—2016年湖北省肺结核和涂阳肺结核报告发病的时空及发病聚集区域分布特征。 方法 采用空间统计学方法，利用2011—2016年湖北省肺结核报告发病数据，以县(区)为水平，采用全局及局部空间自相关统计量(MoranI，即MoranI指数)分析肺结核发病的空间聚集性，采用SaTScan分析发病的时空聚集性。 结果 2011—2016年湖北省肺结核报告发病率从88.11/10万(50 430/57 237 695)下降至74.70/10万(43 712/58 515 000)，年均报告发病率为81.86/10万(47 378/57 878 787)。涂阳肺结核报告发病率从44.41/10万(25 421/57 237 695)下降至26.89/10万(15 736/58 515 000)，年均报告发病率为33.08/10万(19 149/57 878 787)；各年度和年均肺结核、涂阳肺结核报告发病整体上呈现空间自相关(空间自相关系数MoranI取值均为0.15～0.70，P值均<0.001)。局部空间自相关分析结果显示，肺结核和涂阳肺结核高-高聚集区域均位于鄂西南恩施州和鄂东南咸宁市部分县，高-低聚集区域位于鄂东部黄冈市团风县。时空扫描分析的结果显示，肺结核一级聚集区在鄂西南，二级聚集区在鄂东南和鄂东北地区，聚集时间均为2011—2013年，对数似然比(log likelihood ratio，LLR)为60.37～1309.47，P值均<0.001。涂阳肺结核一级聚集区域为鄂东南，聚集时间为2011—2013年，二级聚集区分别位于鄂西南恩施州、鄂北部以及鄂东地区，聚集时间分别为2011—2013年、2011年、2011—2012年，LLR为244.32～462.38，P值均<0.001。结论 湖北省肺结核和涂阳肺结核报告发病率存在空间和时空聚集区域，鄂西南和鄂东南山区是湖北省肺结核防控的重点地区。

结核，肺； 时空聚类分析； 地理信息系统； 湖北省

结核病作为一种传染性疾病，其发生、发展及流行因素有明显的空间属性，多项研究表明，结核病传播具有空间聚集性分布的特点[1-3]。在全球22个结核病高负担国家中，我国的结核病发病例数居第3位，肺结核报告发病在甲、乙类传染病中位居前列。近年来，湖北省结核病疫情虽然呈下降趋势，但仍是全国结核病高发地区，2015年全省肺结核报告发病数和发病率均居全国前10位[4]。为此，本研究将湖北省各县(市、区)结核病报告发病情况进行空间流行病学统计分析，找出肺结核和涂阳肺结核报告发病的分布特征与时空聚集性，为结核病防治提供科学依据。

资料和方法

一、资料来源

湖北省2011—2016年肺结核报告发病数据来源于国家传染病报告信息管理系统，肺结核患者数按照发病日期以县(区)为单位统计，包括涂阳、菌阴、未痰检和仅培阳的病例数。人口数据来源于中国疾病预防控制信息系统基本信息系统中的2011—2016年湖北省常住人口数。

二、研究方法

1.建立地理信息数据库：分别整理全省2011—2016年各县(市、区)肺结核患者、涂阳肺结核患者报告发病例数和报告发病率数据表。以全省102个县(市、区)为单位，建立包括地理编码、经度、纬度等信息的地理信息数据库，以数据属性表中地理编码关联肺结核疫情数据及人口数据，建立湖北省肺结核发病信息的地理信息数据库。

2.全局空间自相关分析：本研究采用空间自相关指标MoranI(即MoranI指数) 来探测整个研究区域内的空间聚集模式，并进行统计学检验。MoranI取值范围为-1～1，MoranI值为正，表明空间单元分布具有正相关性，其值越大，空间聚集性越强；MoranI值为负，表明空间单元分布具有负相关性，整体呈现离散型分布，其值越大，空间分布越不集中； MoranI值为零，表明整体呈随机分布，无空间聚集性[5]。

3.局域空间自相关分析：基于全局空间自相关存在的情况下分析局域空间自相关(local MoranI)，进而揭示空间对象与相邻空间对象属性值相似性(正相关)或非相似性(负相关)程度[6-7]。局域空间自相关分析指标(local indications of spatial autocorrelation，LISA)聚集性地图结果可以得到空间正相关区域，即高-高(或低-低)聚集，表示本单元属性值高(或低)，其相邻单元属性值也高(或低)；空间负相关区域，即高-低(或低-高)聚集，表示本单元属性值高(或低)，其相邻单元的属性值低(或高)。

4.时空扫描分析：SaTScan软件是以空间动态窗口扫描统计为基础，通过计算不同圆心、不同半径下动态窗口区域内与动态窗口区域外空间单元属性的似然比(log likelihood ratio，LLR)进行统计学推断，当P值具有统计学意义，LLR值越大，则表示该动态窗口所含区域为集聚区的概率越大，其中一级空间聚集区的LLR值最大，其他具有统计学意义的窗口为二级聚集区域。分析时设定最大空间扫描区域为全省总人口的20%，最大时间扫描段设定为总体研究时间的50%，扫描聚类形式为高值聚类，并利用蒙特卡洛模拟进行统计学意义评价[8]，探索最大可能聚集区域。

三、统计学分析

采用Excel2007软件进行数据整理，用ArcGIS 10.2软件绘制可视化专题地图，并进行全局和局部空间自相关分析，并采用SaTScan 9.3软件进行时空扫描分析，检验水准均为α=0.05。

结 果

一、肺结核报告发病率的空间分布

2011—2016年湖北省共报告肺结核284 268例，报告发病率从2011年的88.11/10万下降至2016年的74.70/10万，年均报告发病率为81.86/10万，年均报告发病率较高地区为鄂西南、鄂东南，最高为恩施州巴东县(4271例，167.82/10万)；较低地区为鄂北部、鄂中部，最低为黄石市铁山区(148例，42.94/10万)。

2011—2016年全省报告涂阳肺结核114 891例，报告发病率从2011年的44.41/10万下降至2016年的26.89/10万，年均报告发病率为33.08/10万，年均报告发病率较高地区为鄂东南、鄂西南，最高为咸宁市通山县(1298例，59.39/10万)；较低地区为鄂北、鄂中南，最低为随州市曾都区(1148例，12.90/10万)(表1、图1)。

二、空间聚集性分析

1.全局空间自相关：2011—2016年肺结核年均报告发病率(MoranI=0.48，Z=8.21，P<0.001)和涂阳肺结核报告发病率(MoranI=0.46，Z=7.98，P<0.001)全局空间自相关结果显示，每年两指标的MoranI均大于0且P<0.01，差异有统计学意义(表2)，提示湖北省肺结核总报告发病率和涂阳肺结核报告发病率整体上均呈现空间聚集性分布。

2.局部空间自相关分析：2011—2016年湖北省各县(市、区)肺结核年均报告发病率和涂阳肺结核年均报告发病率局域空间自相关结果主要表现为正相关性，且只有高-高、低-低和高-低3种聚集形式。肺结核总报告发病率高-高聚集区位于鄂西南宜昌市、恩施州部分县以及鄂东南咸宁市部分县，这些区域及其邻近区域均应是肺结核防治的重点区域；低-低聚集区主要分布在鄂中部汉川市、武汉市的8个区、鄂东黄冈市和黄石市城区以及鄂西北襄阳市城区；高-低聚集区分布于鄂东黄冈市团风县。

涂阳肺结核报告发病率高-高聚集区位于鄂东南咸宁市和鄂西南恩施州部分县，低-低聚集区主要分布鄂东中部武汉、鄂州、黄石市城区以及宜昌市城区和枝江市，高-低聚集区分布于鄂东黄冈市团风县。相比肺结核总体发病率分布情况，涂阳肺结核的3种聚集区域与肺结核总体发病率分布有重合之处。局域MoranI分析结果见表1，县区LISA聚集区域见图2。

表1 2011—2016年湖北省肺结核和涂阳肺结核报告发病情况

表2 2011—2016年湖北省肺结核和涂阳肺结核报告发病率全局空间自相关分析结果

表3 2011—2016年肺结核和涂阳肺结核年均报告发病的聚集类型在湖北各县(市、区)中的分布

图1 2011—2016年湖北省肺结核(图1A)和涂阳肺结核(图1B)年均报告发病率分布

图2 2011—2016年湖北省肺结核(图2A)和涂阳肺结核报告发病率(图2B)的LISA聚集性分布[以县(市、区)为单位]

3.时空扫描分析：对2011—2016年湖北省肺结核报告发病率的时空扫描分析发现，一级聚集区域范围包括14个县(市、区)，聚集时间为2011—2013年，主要分布在鄂西南恩施州和宜昌市的部分县；二级聚集区域分别集中在2011—2013年以通城县为中心的鄂东南地区(咸宁市、荆州市洪湖市、监利县、武汉市汉南区)，2011—2013年以红安县为中心的鄂东北地区(黄冈市、武汉市、孝感市部分县)，2011—2012年以应城市为中心的鄂中东部地区(孝感4个县)，以及远安县、房县、丹江口县呈单个县聚集(表4，图3)。

涂阳肺结核空间扫描结果显示一级空间聚集区域为2011—2013年以通城县为中心的鄂东南地区的16个县(区)；二级聚集区域分别集中在2011—2013年以恩施市县为中心的鄂西南恩施市，2011年以曾都区为中心的鄂北部地区(随州市、襄阳市、荆门市、孝感市部分县)，以及2011—2012年以英山县为中心的鄂东地区[黄冈市、黄石市部分县(区)以及武汉市新洲区](表4，图3)。

讨 论

空间流行病学是利用地理信息系统和空间分析技术，描述与分析人群疾病、健康和卫生事件的空间分布特点及发展变化规律，探索影响人群健康的决定因素，为疾病预防、卫生服务提供策略和措施[9]。其作为流行病学的一个新颖分支，已广泛用于结核病流行病学研究中。由于结核病是一种由结核分枝杆菌引起的以呼吸道传播为主的慢性传染病，其传播特点可以对相邻或相近区域间结核病疫情有所影响；有关研究表明，肺结核的发病受经济、环境、地理、气候、卫生服务等因素影响，其分布具有空间聚集性[2,10]。因此，了解结核病的空间分布有助于一定时期内不同区域结核病预防控制效果评价，并为制定有效的防控措施提供科学依据。

本研究全局空间自相关结果显示，2011—2016年湖北省肺结核和涂阳肺结核年均报告发病率和各年度报告发病率均呈空间正相关关系，表明湖北省肺结核和涂阳肺结核报告发病率呈明显的空间聚集性分布。进一步的局部空间自相关分析显示，肺结核报告发病高发病-高聚集区域位于鄂西南恩施州、宜昌市部分县和鄂东南咸宁市部分县，因此上述地区为湖北省结核病负担较重地区。涂阳肺结核的空间分析结果显示，高发病-高聚集区域也位于恩施州(宣恩县)和咸宁市的部分县，与肺结核总报告发病率聚集区域有重合之处。由于涂阳肺结核传染性风险较高，其报告发病率进一步反映该地区结核病的传播风险情况[10]，所以这些地区也是结核病高传播风险地区。鄂西南地区为山区，具有少数民族人口多，经济条件相对落后的特点；而鄂东南咸宁市地区为湖北的南大门，与湖南、江西省毗邻，当地旅游资源相对丰富，聚集地区的部分县也为大山区。可见，当地地理环境、国内生产总值(gross domestic pro-duct，GDP)水平、风俗习惯、人口流动、医疗设施与卫生服务条件，以及相邻地区结核疫情等均可能是导致发病聚集的影响因素[11-12]，提示鄂西南和鄂东南山区是湖北省结核病防控的重点地区。此外，肺结核总报告发病率和涂阳报告发病率的高-低聚集区域均分布在黄冈市团风县，该地区位于大别山南麓，人口少，经济基础相对薄弱，因此，应高度重视此地区的结核病防治工作，以防高疫情地区影响其相邻的低疫情地区。同时，地处江汉平原的低-低聚集区域结核病防治工作也应进一步加强与巩固，以避免人口流动等因素影响其疫情控制。

通过全局和局部空间分析，初步确定鄂西南和鄂东南是湖北省结核病防控的重点地区，进一步通过时空扫描分析，考虑时间因素在疾病地理分布中的作用，对单纯空间扫描分析进行了有益补充。既往时空扫描分析中，黄飞等[13]以省级为单位对2003—2008年新涂阳肺结核登记的空间分析结果显示，湖北省2005—2007年间新涂阳肺结核登记率处于一级聚集区域；在赵飞等[10]2008—2010年结核病总登记率和新涂阳登记率的时空分布中，湖北省每年均处于一级聚集区域，可见“十一五”期间湖北省结核病疫情负担较重。笔者通过对2011—2016年肺结核报告发病情况进行时空扫描，结果发现肺结核总报告发病和涂阳肺结核报告发病聚集时间均为2011—2013年间，一级和二级主要聚集地区分布于鄂西南恩施州、宜昌市和鄂东南地区，聚集地区与局部空间自相关分析结果较为接近，可见，湖北省结核病发病聚集区域具有一定的时空稳定性。近年来湖北省结核病疫情呈现逐年下降趋势[14]，本研究发现在2014—2016年间未出现时间聚集，也表明在“十二五”期间湖北省结核病防控工作行之有效。此外，涂阳肺结核由于其传染性风险较高，其报告发病情况可以部分反映该地区的传播风险。研究显示，涂阳肺结核不仅在鄂东南、鄂西南地区呈现聚集，在鄂东与鄂北部地区也呈现聚集，覆盖范围较大，可能存在各相邻地区间结核病相互传播的情况。

图3 2011—2016年湖北省肺结核(图3A)和涂阳肺结核报告发病率(图3B)的时空扫描分析[以县(市、区)为单位]

由于涂阳肺结核是肺结核的一部分，不同地区存在涂阳肺结核所占比例的差异，因此在某些时空条件下会出现肺结核和涂阳肺结核的时空分布特征不一致的情况。因此，根据分布特征，湖北省结核病防控工作应侧重聚集地区，加大鄂西南少数民族地区、鄂东南农村山区结核病防控力度，结合地域文化、经济、人口等因素，合理配置公共卫生资源，制定针对性强的区域结核病防治规划和策略，同时加强患者发现和现有患者的治疗管理工作，落实跨区域肺结核患者的治疗管理，进一步有效控制结核病疫情传播。

时空聚集性分析可为传染病的早期预警提供线索，是有效控制传染病的流行与暴发，降低传染病发病率和死亡率的重要措施。本研究基于湖北省县(区)层面肺结核的报告发病率和涂阳肺结核报告发病率进行时空特征分析，较精确地分析了全省结核病聚集特征。目前，由于我省肺结核的报告发病情况还不能代表实际发病率，本研究存在一定的局限性。因此，要获得更详细、全面的信息，有待进一步加强全省的结核病疫情信息的报告，并结合不同地区疫情防控措施实施情况、地理环境、经济状况、人文特征和生产生活方式、医疗卫生条件等因素，建立空间回归模型，以深入探讨产生聚集性的原因[15]，从而为进一步完善结核病防治策略提供科学依据。

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(本文编辑：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 武汉，湖北省疾病预防控制中心结核病防治研究所(张玉、杨成凤、皮琦 卢星星、张梦娴、侯双翼)；湖北省疾病预防控制中心传染病防治研究所(叶建君、童叶青)；中国疾病预防控制中心结核病预防控制中心(黄飞)

侯双翼，Email: 412106911@qq.com

2017-04-12)