快报｜中国结核病发病风险的非均衡性分析：省级和地市级尺度的时空分布格局及趋势

作者：胡茂桂，封雨晴，李涛，赵雁林，王劲峰，徐承东，陈伟

第一作者及单位：胡茂桂，资源与环境信息系统国家重点实验室，地理科学与自然资源研究所，中国科学院

通讯作者及单位：陈伟，中国疾病预防控制中心结核病预防控制中心

Unbalanced Risk of Pulmonary Tuberculosis in China at the Subnational Scale: Spatiotemporal Analysis

Maogui Hu，Yuqing Feng，Tao Li，Yanlin Zhao，Jinfeng Wang，Chengdong Xu，Wei Chen.

JMIR Public Health Surveill，2022，8(7)：e36242.

doi: 10.2196/36242.    

研究背景

      结核病是由结核分枝杆菌引起的以肺结核为主的慢性传染病，是严重危害人民群众身体健康的重大传染病之一。据世界卫生组织（WHO）估计，2019年全球新发结核病患者约1000万，有140万人死于结核病。自20世纪90年代以来，我国开始实施WHO推荐的现代结核病控制策略（DOTS策略），并采取一系列重大举措，包括制定实施结核病防治规划，实施结核病控制国际合作项目等，使得我国提前5年实现联合国2015年千年发展目标确定的结核病控制指标，为全球结核病的防控做出了巨大的贡献。同时，我国结核病防治工作还面临着诸多问题与挑战。目前，我国仍为全球结核病高负担国家之一，2019年我国新发结核病患者约84万，占全球的8.4%，在30个高负担国家中位列第三位。在2030年可持续发展目标要求消灭结核病的大背景下，我国结核病的防控任务仍然艰巨。

      目前，全国范围内的结核病研究主要集中在省级（自治区、直辖市）尺度上，区县尺度上的研究区域一般为某个省。长时间序列下全国区县尺度的结核病发病风险时空分布格局和趋势研究较为欠缺。在区县水平上研究我国结核病发病风险，尺度精细，可以兼顾到不同省（直辖市、自治区）结核病的防控力度和效果的差别，分析不同省（直辖市、自治区）内部的结核病登记率的时空变异特征，可以为制定各省（直辖市、自治区）结核病的防控策略提供更加全面和针对性的指导依据。本研究利用贝叶斯时空模型分析2009—2018年近10年省和区县尺度上肺结核发病风险的时空变化特征，为卫生资源的配置和结核病防控政策的制定提供理论依据。 

研究方法

      1. 肺结核登记率定义：根据结核病信息管理报告系统汇总的逐年各区县肺结核登记病例数，计算各区县年度肺结核登记率，定义如下：

其中，登记病例数包括病原学阳性、仅病理学阳性、病原学检查阴性和无病原学结果等类别的病例总数。

      2. 肺结核登记率的时空趋势建模：利用贝叶斯时空层次模型，通过和时空交互模型结合，把时空耦合的过程分解为总体空间效应、总体时间效应和时空交互效应三个子过程。针对时空数据而言，本研究中建立模型：

      （1）对基于计数数据的肺结核登记率时空过程模型采用对数函数连接的泊松回归模型，表达式为：

记代表第i个研究单元第j年的肺结核病例数，并假设其服从参数

的泊松分布。参数表示该泊松分布的数学期望，即第i个研究单元在第j年肺结核病例的理论平均数，等于第i个研究单元第j年的总人口数和登记率的乘积。

      （2）肺结核年登记率通过过程模型表达式：

其中，α是截距项，代表研究时期2009—2018年内整个中国大陆地区总体平均肺结核登记率；代表研究时期内第i个研究单元肺结核的空间相对风险，即总体空间效应； 描述了研究区肺结核发病风险的总体时间变化趋势，即总体时间效应； 为时空交互项，表示时间趋势在空间上的变化，即研究时期内各研究单元的局部变化趋势；是非结构性随机效应。

      对模型中所有的参数指定先验分布。设定截距项α和β在整个数轴上服从均匀分布；非结构性随机效应服从期望为0，方差为的高斯正态分布。考虑空间相关性，的先验分布被设定为在空间分析中被广泛使用的条件自回归（Conditional Autoregressive model）模型。区县间的关系用空间邻接矩阵来表示，如果两个区县相邻，则权重赋值为1；否则，权重赋值为0。时间随机效应参数先验分布也采用条件自回归先验形式，时间邻接关系采用一维一阶相邻矩阵，如果时间段相邻，则邻接权重为1，否则为0。利用基于MCMC算法的WinBUGS软件平台编写代码实现上述模型，采用初始值不同的2条平行MCMC链实现模型拟合。通过Gelman-Rubin诊断方法进行收敛性检验，其值越接近1，收敛性越好。

      3. 肺结核发病风险不平衡的测量：利用公式计算基尼系数，评估各县结核病发病风险的不平衡性，基尼系数可以解释为所有成对的县之间的平均相对偏差。具体公式如下：

研究结果

      1. 全国肺结核登记率分布基本情况和空间分布特征分析：2009—2018年中国大陆肺结核登记病例数从946086例下降到747700例，整体上呈现下降趋势（图1）。其中，2009—2017病例数年逐年稳定下降，而2018年病例数有增加。各省份肺结核登记率存在较大差异，新疆和贵州肺结核登记率最高，其次为西藏、海南和广西，北京和天津登记率最低（表1）。在研究时间段内，大部分省份的登记率呈现下降趋势，其中甘肃和山西登记率下降幅度大于50%，新疆则明显增高。肺结核登记率的空间分布呈现出显著空间异质性（图2），西部地区肺结核登记率明显高于东部和中部，新疆西南部、贵州、西藏东南部登记率始终处于大陆地区较高水平，其中新疆南部登记率明显升高，贵州南部也有略微升高，甘肃、东北地区、内蒙古中部、广西东部、山东、江苏、四川等地区登记率下降明显。

图1  2009—2018年中国大陆结核病呈报病例数和总发病率的时间趋势

表1 各县肺结核(PTB)病例数汇总统计

图2 2009—2018年中国大陆地区肺结核登记率的时空分布

      2. 肺结核发病的空间相对风险和时间变化趋势分析：在2009—2018年内，大陆总体平均登记率为44/10万，我国大陆地区肺结核发病风险也呈现稳定的下降趋势（图3a），但不同时间段内下降速度不同，下降速度逐渐缓慢。肺结核的发病风险存在明显的地区差异（图3b），西部地区显著高于东部和中部地区（P<0.001）。新疆（RR=2.3，95%CI：1.6～2.8；P<0.001）、西藏（RR=1.7，95%CI：1.3～2.1；P<0.001）、贵州（RR=1.8，95%CI：1.3～1.9；P<0.001）和海南（RR=1.7，95%CI ：1.3～2.1；P=0.003）发病风险最高，其次为湖北、重庆、湖南、江西、广西和东北三省等地区。北京、天津、上海和山东肺结核发病风险最低，其次为河北、山西、宁夏、江苏和福建，其余地区的发病风险与大陆总体平均水平差异较小。

      各省份内发病风险也存在明显的空间异质性，区县尺度上的分析结果更加细致地显示了各省份内部发病风险的空间分布情况（图3c）。在新疆内部，肺结核发病风险自西南向东北递减，即南疆地区登记率明显高于东疆和北疆地区。西藏内部从西北向东南相对风险逐渐升高，青海、海南南高北低，广西西高东低，重庆、湖南、湖北三省交界处较省内其余地区发病风险高，内蒙古中部较其余地区低。

图3  2009—2018年中国大陆地区肺结核(PTB)的相对危险度(RR)。(a)肺结核发病风险时间总体趋势(95% CI);(b)省级尺度肺结核发病的空间相对风险;(c)区县尺度结核发病的空间相对风险

      3. 肺结核发病相对风险的局部变化趋势分析：在中国大陆的不同地区，肺结核发病风险下降速度存在明显差异（图4）。西部地区的下降速度普遍低于中部和东部地区(P<0.001)，新疆的发病风险下降速度最慢，其次是青海、贵州、云南、辽宁和北京，均低于总体趋势。甘肃(LT=0.95，95%CI：0.93～0.96；P<0.001)和山西(LT=0.94，95%CI：0.92～0.96；P<0.001)的下降速度最快，其次是内蒙古(LT=0.97，95%CI ：0.95～0.99，P<0.001)、吉林(LT=0.96，95%CI： 0.95～0.98；P<0.001)和江苏(LT=0.97，95%CI ：0.95～0.99；P<0.001)，均快于总体下降趋势。其余省份下降速度与总体趋势差异不大。然而，西部地区（如新疆、贵州、西藏等县）肺结核的发病风险显著高于东部和中部地区(P<0.001)，肺结核的发病风险下降率低于总体水平(P<0.001)。在县级，新疆、贵州和云南三省的exp(b1i)>1的占比大于90%，甘肃和山西两省的exp(b1i)<1占比均为95%，呈快速下降趋势。各省份内部下降趋势也存在较大差异（图4a），新疆西南部、陕西的南部和东北少部分地区肺结核发病风险的下降速度明显慢于总体下降趋势，甘肃、青海北部、内蒙古的中部、山西、东北地区的北部和东部下降速度明显快于总体下降趋势。另外，中部及沿海地区下降速度与总体下降趋势差异不大。

图4 中国大陆肺结核发病风险局部变化趋势分布。（a）省级尺度发病风险局部变化趋势；（b）区县尺度发病风险局部变化趋势。

      各省结核病的总体发病风险值及其与全国总体发病风险值的差异（图5），以比较不同省份结核病的发病风险严重程度。左下象限包括较低的省份，如山西、江苏和山东，肺结核的发病风险下降速度比总体趋势更快。相反的是，右上象限聚集了比整体趋势更高的发病风险和更慢下降的省份，如新疆、贵州和西藏。

图5 不同省份肺结核防治的严重程度和效果。左上象限：安徽(AH)、北京(BJ)、陕西(SAX)、天津(TJ)、云南(YN)。右上象限：广西(GX)、贵州(GZ)、湖北(HUB)、湖南(HUN)、江西(JX)、辽宁(LN)、青海(QH)、西藏(TI)、新疆(XJ)。左下象限：福建(FJ)、河北(HB)、内蒙古(IM)、江苏(JS)、宁夏(NX)、山东(SD)、上海(SH)、山西(SX)、浙江(ZJ)。右下象限：重庆(CQ)、甘肃(GS)、广东(GD)、海南(HN)、黑龙江(HL)、河南(HEN)、吉林(JL)、四川(SC)

研究结论

肺结核发病风险在中国各县间存在明显的区域不平衡，西部地区处于肺结核高负担状态。中国需提高经济和医疗服务水平，以提升肺结核病例检测力度，最终达到降低全国肺结核病发病风险的目的。 

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编辑：王   然

审校：郭   萌

发布日期：2022-07-19