时空投影转换模型在中国东南沿海地区的应用——以杭州市乳腺癌为例
作者单位：浙江大学
学位级别：硕士
授予年度：2018年
学科分类：1002[医学-临床医学] 100214[医学-肿瘤学] 10[医学]
主 题：时空克里格 时空投影转换模型 时空随机场 贝叶斯最大熵 乳腺癌
摘 要：背景:人类进入海洋文明时代以来,沿海地区逐渐成为资本、人口、科学技术和其他先进生产力密集分布和高效组合的区域。我国,尤其是东南沿海地区,在经济高速发展的同时,对生态环境造成了巨大的破坏,使居民暴露在高健康风险之下。此外,城市化改变了人们的生活饮食习惯,提高了人们的健康意识,为人们提供了更为便利的医疗服务条件,使得慢性疾病(如癌症、心脑血管疾病)的发生和检出率大大增加。乳腺癌作为威胁女性健康最常见的恶性肿瘤,在我国东南沿海地区具有普遍高发的现象,亟需采取有效的方法研究其时空分布特性,为人群的健康风险管理和公共卫生资源的配置提供参考。传统的时空统计分析方法(如时空克里格)能够通过研究时空数据的分布特征与内在结构,预测产生发病率的时空分布图,为风险评估和健康管理提供有价值的信息。然而,时空克里格在复合时空距离构建、理论模型选择与参数调试上仍存在一些理论和技术上的难关。如何构建有效的技术手段探索乳腺癌发病的时空分布规律,是我们亟需解决的问题。方法:本研究选取中国东南沿海城市杭州市为研究区,以杭州市2008年至2012年间所有新发的乳腺癌(International Classification ofDisease 10th edition(ICD-10)code:C50)为研究对象。首先,结合2010年杭州市乡镇街道的人口数据,计算各乡镇街道各年间乳腺癌发病率,构建杭州市乳腺癌发病率时空数据库,并通过卡方检验分析乳腺癌发病率在不同年份、不同地区之间的发病差异,了解乳腺癌发病的基本情况。其次,在时空随机场和贝叶斯最大熵理论框架下,采用时空投影转换模型(spatiotemporal projection,STP)对乳腺癌发病率进行时空预测,并将其与时空克里格的预测结果加以比较,评估时空投影转换模型的预测能力。最后,利用时空投影转换模型预测产生的乳腺癌发病率,采用全局自相关分析、热点分析、局部聚集性和异常值探测以及时空扫描统计,探索乳腺癌发病的时空格局,评估时空投影转换模型的适用性。结果:2008-2012年间,杭州市乳腺癌在年际间相对稳定,在地区间差异较大,街道地区的发病率显著高于乡镇地区,约为乡村地区的3.2倍,小城镇地区的1.6倍。与时空克里格法预测的结果相比,时空投影转换模型通过分析空间属性、时间属性、发病率和投影转移速度矢量之间内在的相互关系,将复杂的三维时空数据转换为二维空间数据,有效的避开了三维时空数据分析时复合时空距离构建、模型选择与调试等问题,具有更高的预测精度和计算效率:(1)投影转换后,空间数据的协方差模型具有更高的空间相关性;(2)预测结果具有更低的平均误差,平均绝对误差和均方根误差;(3)预测获得的发病率分布图和5年平均发病率更加稳定准确。时空格局分析结果显示,乳腺癌发病率在时间上分布稳定,在空间上呈显著的聚集分布,东北近海城市地区为乳腺癌高发病率的风险聚集区,而西南地区为乳腺癌低发病率的风险聚集区,发病率呈现从西南低发病率地区到东北高发病率地区逐渐增长的趋势。结论:与传统的时空统计方法相比,基于时空随机场和贝叶斯最大熵的时空投影转换模型通过更深入地挖掘空间属性、时间属性、时空变量以及投影转移速度矢量之间的内在联系,在“转换(Transform)-求解(Solve)-回变(Backtransform)的基本思路下,将复杂的多维时空数据进行降维处理:在时空维度转换阶段临时将数据集的时间信息加以“压缩,在低维空间域中完成对数据集的探索与评估,最后在“回变阶段释放“压缩的时间数据信息,从而能够在更低的计算成本下,获得更准确的发病率预测结果,更有利于后续的时空格局探索,能够为人群的健康风险评估和管理提供理论依据。
同方学位论文库