ESRI ArcGIS医疗公共卫生应用集锦.docx
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ESRIArcGIS医疗公共卫生应用集锦
ESRIArcGIS医疗/公共卫生应用集锦
（一）WHO的HealthMapper公共卫生制图系统
HealthMapper系统是WHO开发的医疗卫生防控和制图应用系统，旨在国家和全球范围内定位传染病的关键监测信息。
系统和其他GIS软件的兼容性
系统在ESRIGIS平台基础上建立，选用了MapObjects开发组件开发而成。
同样和ESRI（theEnvironmentalSystemsResearchInstitute（ESRI）Inc.）的ArcGIS,ArcView系列软件兼容。
因此，HealthMapper系统文件可以在ESRI其他应用平台产品上运行。
HealthMapper系统用户界面友好，专为公共卫生用户服务。
系统以地图、表格和图表的形式快速使数据可视化，帮助流行病数据标准化、数据搜集和更新。
HealthMapper系统包含了核心的基础地图、人口和医疗卫生数据，包括社区、健康中心和教育机构的分布；通向安全水体和人口的道路网。
系统目前在60多个国家的WHO下属传染病分析机构运行，很多重要的流行病目前都使用该系统，包括RollBackMalaria（疟疾）、LymphaticfilariasisElimination、BuruliUlcer、GuineawormEradication、Onchocerciasis控制项目、PolioEradication。
2003年，系统将支持第二代HIV/AIDS/STIs的监控（性传播）、肺结核监控以及紧急状况的负责传染疾病、爆发性疾病预警和儿童疾病的应急响应。
文章来源及详细信息：
世界卫生组织网站：
http:
//www.who.int/csr/mapping/tools/healthmapper/faq/en/
（二）
美国CDC基于ArcGIS的流行病预防和监测系统
本例中，流行病预防和控制中心（CDC）用ESRI软件开发了应用系统，用于流行病的空间分析和建模。
详情参见网站www.cdc.gov。
EPIInfo2000
CDC的EPIInfo2000在ESRIMapObjects平台基础上开发而成，到2000年为止已经在117个国家的145,000个公共卫生专业机构应用，由最初的DOS版本，到EPIInfoWindows版本，到现在的2003新版，经历了多个版本的更新和完善，系统可以完成制图、空间建模、生成各种空间统计图表等功能。
上图是CDC基于ESRIGIS软件平台开发的流行病预防和监测系统EPIInfo2000,目前已经升级到2003版
以下是Epi2000系统的几个实例
1854年的霍乱
用EpiInfo2000将1854年Snow博士做的地图工作进行一遍。
1854年霍乱死亡的人为图上小点表示，绿色多边形为地下的墓地
在流行阶段，一个街区10天内就因霍乱死了500多个人，居民开始怀疑瘟疫是由于一个世纪前欧洲霍乱埋藏在地下的尸体引起的，通过蒸发传播的。
当时，Snow博士创建了邻域地图，证明周围居民并没有因为离墓地近的霍乱的比率就高于其他地方。
现在，利用当时的数据,在EpiInfo软件上重新生成了分布图，发现死亡并不仅仅在墓地周围区域。
在上图中，叠加该地区水源——水泵图层，用EpiInfo系统分析水泵和死亡病人的距离，发现最多的578个病人集中在一个水泵周围，当时，Snow博士提议管理部门将水泵移走做出处理，之后霍乱发生率就大大降低了。
红色的水泵是水的污染源
EpiInfo现在应用
EpiInfo目前被广泛应用于流行病的预防和预测，为医疗部门提供了分析决策的工具。
通过研究各种空间关系、流行病和慢病；居民点和疾病的关系，尽早对目标人群采取预防措施，阻止传播。
墨西哥第三街区的死亡年龄分布
详细信息参见：
www.cdc.gov
（三）
基于ArcIMS的疾病实时监控系统
该系统由匹兹堡大学生命医学中心的疾病实时监测（Real-timeOutbreakandDiseaseSurveillance,RODS）实验室基于ESRIArcIMS平台开发研制的，是监测人口健康状况的公共卫生监测系统，提供给公共卫生管理部门动态监控，以便尽早发现问题，减少生病率、死亡率和疾病爆发时的花费。
系统自动获取和存储应急部门（ED）的实时监测数据，用模型进行分析，监测是否偏离正常水平，并将分析结果提供给卫生部门。
系统主要包括三部分功能：
●通过和医院的TCP/IP协议连接，实时接收Health-Level7（HL7）信息。
HL7是美国医院之间用来通讯的标准协议，从中提取注册信息存储到数据库中分析；
●在线接收的HL7监测数据，实时自动计算，监测离常规值的偏离度，运算模型选用的是线性回归预测模型。
●用ArcIMS建立空间服务网站，通过Web查询空间数据和运算结果；浏览器端只要有访问权限，就可以直接查询显示实时监测数据和分析结果，不需要安装软件。
系统软件：
●ESRIArcIMS4.0（生成网络地图网站）
●数据库（如，Oracle）
●JAVAEJB/ServletApplicationServer（如Jboss,Websphere）
●WebServer（如Apache）
系统应用实例：
犹他州冬奥会医疗监控系统
系统Mapplot应用基于ArcIMS，用户可以通过MapPlot查询所有犹他州区域编码内参观者的状况和监测有疾病前兆的个人，将公共卫生数据和州界、县界、水系、医院位置、街区、道路等数据叠加显示。
系统Epoplot和Mapplot可以为用户提供每个个案的详细信息查询，例如，IHC拥护者可查到IHC病人的详细信息，包括医疗记录、人数、年龄、性别、家庭住址编码和对医院的要求等等。
关于此系统的详细信息，请参见网站：
http:
//www.health.pitt.edu/rods/
系统Epiplot，Mapplot界面
（四）宾夕法尼亚流行病毒监控系统和突发事件应急系统
2000年3月，宾夕法尼亚医疗卫生和环境保护部和州政府合作，开始监测潜在的蚊子和动物携带的西尼罗河病毒（WestNile,WN）,该病毒会毒害大脑。
1999年，纽约该疾病爆发，导致7人死亡。
于是，他们建立了基于ESRIArcIMS、ArcSDE和ArcPAD地理信息系统平台的病毒监测系统，对疾病爆发及时响应。
其中：
ArcIMS用于地图网络发布，建立地理信息网站；
ArcPAD用于野外实时数据采集；
ArcSDE用于将影像和各种空间数据存储到Oracle数据库中。
1、宾夕法尼亚西尼罗河病毒监控项目（Pennsylvania’sWestNilesurveillanceprogram）
到2000年10月份，项目的一期阶段，对系统进行软硬件设计，包括ArcPAD，和ArcIMS的界面，输入样本数据，有31个蚊子的样本和29只死鸟被监测为阳性。
项目二期阶段，用ArcPAD野外采集和编辑随即抽取的野生鸟类的血样，传送到中心，通过location下拉菜单并将基于ArcIMS的Web地理信息服务用来显示抽取血样的鸡、马等动物的位置，查询受感染的人类和动物的位置信息和其他详细信息。
系统证明了移动GIS技术在疾病监测和控制方面应用广泛。
正如项目的负责人EricConrad所说，移动GIS实时采集野外数据，网络地图服务保证各个部门的数据能够集中起来，ESRI提供了一套完整的数据存储、发布和维护解决方案，在这个方案基础上，各种数据可以集中，并以各种形式表现出来，为公众提供一般信息，为政府和部门提供各种详细的信息，如果提供决策就有更深入的信息。
2、西尼罗河病毒追踪系统（WNVirusTrackingSystem）
系统是病毒监控项目的子系统，对全州范围内的WN病毒传播进行响应。
系统采集病毒存在地的矢量信息，监测蚊子繁殖区域，为决策提供帮助。
主要的亮点在于：
●用ArcPad软件和手持电脑进行野外数据采集，并通过Web实时提交到州实验室。
●通过ArcIMS建立Web服务，为决策部门和公众提供信息。
野外数据采集后，直接传送到中心实验室
左图：
州2003年病毒监测状状况；右图：
基于ArcIMSWeb的样本分布图
3、宾夕法尼亚公共卫生突发事件应急响应系统（Pennsylvanis’sIncidentResponseSystem）
该系统是病毒监控系统上述病毒监控系统的应用延伸。
鉴于基于ArcGIS的PennsylvaniaWestNileVirus（WNV）SurveillanceSystem成功地预防了WN病毒的传播，为美国卫生部、环境保护开发署、农业部提供了决策支持服务；并在911事件中成功应用，联邦政府修改了该系统模型，进一步开发了宾夕法尼亚公共卫生突发事件响应系统（PennsylvaniaIncidentResponseSystem），称为PAIRS。
PAIRS提供了一个安全的基于Internet的网络解决方案，报告和追踪可能发生的流行病和其他突发事件，包括炭疽热、天花、核事件、化学辐射以及水污染事件的等等。
另外，系统可以支持应急事件的路线分析，比如高速公路上的危险物品、空气中有毒化学物质的传播、毒气泄漏或者各种自然灾害，是联邦政府应用的第一个将公共卫生和环境结合，进行空间分析的决策支持系统。
在PARIS地图浏览器中，可以以多种方式浏览查询突发公共卫生事件，从主菜单或者其他部门的报告中登陆ArcIMS浏览器端，保证空间信息的实时传递。
用户通过输入权限密码进入该系统，监测报警的突发事件，生成事件位置和状态分布图，如果多个部门参加应急响应，还可以快速给其他部门报警，例如，在枪击事件中，州应急事件管理部门通过系统通知卫生部，卫生部再将信息发至相关医院，快速救治上者，同样，其他部门也可立即得到信息。
在紧急事件中，时间就是生命，信息快速传递的重要性就可想而知了。
PAIRS用户通常从Web表格中定位事件数据，然后点击locate按钮弹出ArcIMS浏览器，调出存储在ArcSDE中的地理分布数据
到目前为止，该系统已经和环境保护署、农业部、卫生部数据连接，共同完成应急响应，以后还将逐渐加入其他的部门，将他们实验室和实际数据连接到系统中，并和公众共享这些信息。
本文的详细信息，请参见ESRI期刊ArcUser和ArcNews：
系统网站：
www.westnile.state.pa.us
（五）
ArcInfo监测乳腺癌和居住环境的关系
系统
硬件：
SunSPARC20
软件：
ArcInfo,ArcView,ArcPress
数据
癌症、建筑、河流和水井、土地利用数据
参加人员
AppliedGeographics公司总裁JoanGardner
MassachusettsDepartmentofPublicHealth
SilentSpringInstitute
我们以前并不知道乳腺癌的发病原因，怎样预防。
最近，科学家们发现，环境中的化学药物会破坏内分泌，可能是致病因素。
这些药物常在工业、农业和家庭中使用，当流入地下水时，可能渗透到水井和公共水源中，引发污染。
本例就是利用ESRIGIS将土地利用和环境数据和人口、疾病联系起来，帮助科学加分析CapeCod地区的污染是怎样导致高乳腺癌发病率的。
数据表明，从1982年到1990年，CapeCod地区的乳腺癌发病率是其他区域的130倍而Cape的人口和其他地方类似，专家从Cape土壤中和地下水中的提取的样本发现其中含有破坏内分泌的化学物质，这些物质和荷尔蒙不同，能在人体的脂肪中存储数年而不分解。
如上图所示，居民点建在以前的农业和森林用地上
探讨乳腺癌病因
SilentSpringInstitute,AppliedGeographicsInc.（AGI，ESRIGIS公司）,BostonUniversitySchoolofPublicHealth,SloneEpidemiologyUnitofBostonUniversitySchoolofMedicineandTuftsUniversityMedicalSchool参加了这项工作。
AGI安装了ArcInfo,ArcViewGIS软件，数据包括居民点、Barnstable城的信息以及私人水井、污染源、地下水、危险废弃地、水泵分布等。
根据这些数据，建立了包括水资源、土地利用、污染的环境分布图。
根据地下水的深度将Cape的蓄水层分成6个透视面
和化学药品相联系
CapeCod地区曾大规模的使用杀虫剂，这些杀虫剂很多慢慢溶解，可能现在仍就餐存在土壤中。
专家组将1940-1990年间的杀虫剂数据编辑整理，尽量涵盖播撒地域、时间和有效期，同时还启用其他相关数据，比如以前杀虫剂撒播区域cranberrybog（酸果曼沼泽），根据Massachusetts大学提供的航片共同生成了1951、1971、1984、1990年的土地利用图，某些沼泽现在已经变成湿地、居民建筑和工厂了。
根据杀虫剂撒播情况，将沼泽分成三个范围，二十世纪50年代喷洒DDT的区域，60年代末期喷洒Sevin（西维因一种药物）的区域。
用ESRIGIS显示农药喷洒的位置。
下图右边紫色的三角形，表示的就是喷洒Sevin的地方，这个区域影响的周围的城镇，ESRIGIS帮助研究污染是怎样通过空气传播和地下水影响到周边地区的。
Cranberry沼泽和高尔夫训练基地喷洒的DDT可能跟癌症有关，于是生成杀虫剂分布图分析化学药物分布的地域和时间
加入病人数据
现在，环境数据（如Cranberry沼泽）,地区的水井分布数据都叠加到地图上了，就可以分析乳腺癌和这些位置之间的关系了。
拿到了1996年1月乳腺癌患者的住址后，去掉有哪些虽然在CapeCod医院诊断治疗但居住在别处的病人纪录，最后留下2205个居住在Cape的患者，将这些数据保存在数据库中，并在ESRIGIS中和地图上要素连接。
在ArcInfo中创建一个表，病人住址是其中一个字段，然后将这个表分成15个，每个城镇一个，现在开始检验表格地址和居民分布图之间是否匹配，AGI用两个城镇的数据检验，发现仅仅52%的centerline数据能够匹配，于是选用了parcel数据，有85-100%的匹配比率。
正在就诊的两千多个乳腺癌病人的住址加入ArcInfo中，用来研究这些个体和周边环境的关系（上图的数据是虚构的，仅仅用于示例）
监测区
利用ESRIGIS预测居住在城镇居民的风险。
ArcInfo被用作计算和查询居民点离污染源的距离。
因为数目的叶子可以吸收大量的空气中携带的杀虫剂颗粒，工程师将土地利用数据和污染源叠加，观察污染和居住点之间是否有树木生长，用ArcViewGIS通过选择居民点多边形和杀虫剂图层的交叉，确定污染危险区。
研究表明，肺癌很可能是由于DDT的撒播导致的污染引起的。
上图显示了居民点离污染源的距离，如cranberry沼泽和DDT
监测居民点
建立每个城镇的地图，显示污染源的位置，监测居民点离成片喷洒杀虫剂地区的距离，和森林的预防作用。
居住在有森林（绿色）保护的区域的居民比离污染源（蓝色）近的居民更不易得癌症
用ESRIGIS分析地理信息之前，只能通过统计表格知道城镇中有多少妇女得了乳腺癌，而不知她们的确切住址，通过ESRIGIS，可以研究乳腺癌和环境污染的关系。
确定是否居民区集中的地方得病和周围环境因素相关，比如临近Cranberrybog的居民点得乳腺癌的概率就高。
从www.silentspring.org/atlas/atlas.htm网址上，可以看到更多的地图，包括城镇乳腺癌的统计、人口追踪、人口集聚区等。
通过ESRIGIS将州的癌症数据和人口集中地结合分析
进一步调查癌症和居住环境的关系
工作组开始研究妇女对象，包括已经得乳腺癌的，调查她们现居住地居住时间，以前居住地，以及家庭、用药史、以前工作地和家庭居住地可能暴露在什么污染环境下，将这些数据和环境数据在ESRIGIS中结合分析。
ESRIGIS帮助用户处理以前无法处理的问题，研究疾病和位置、污染的关系。
上图显示了CapeCod环境资源信息
（六）
流行病监测和预警——肯尼亚疟疾监控
系统
硬件：
网络连接的75台PC,TrimbleDGPS,MagellanProMarkXGPS
软件：
ArcView,ArcViewSpatialAnalyst
数据
地理数据（包括道路、建筑物、学校、医院、河流、河岸），人口、流行病和历来死亡、疾病和蚊子数量数据
参加人员
CDC神经疾病专家AllenW.Hightower
本文说明佐治亚州亚特兰大市疾病预防和控制中心（CDC）利用ArcViewGIS软件，进行疟疾的监控和预防。
全世界10例有9例的疟疾发生在非洲，其中尤以肯尼亚为最。
CDC和肯尼亚的医疗研究所开始研究和预防疟疾。
大约300个研究人员在维多利亚湖和肯尼亚第三大城市Kisumu附近工作，用全球定位系统（GPS）搜集野外的数据和位置信息，然后在ArcViewGIS中编辑和分析。
上图建立统计模型，通过ESRIGIS研究海拔高度、到最近河流的距离预测蚊子数量
确定研究因素
在大范围的研究之前，研究者必须搞清楚研究区域的影响疟疾传播的因素、蚊子的数目以及儿童死亡率。
ESRIGIS在其中发挥着重要作用，用来建立各种传播模型，分析疟疾传播和蚊子数目以及其他因素的关系。
监测蚊子的状况
在研究蚊帐的作用前，研究者开始研究15个村庄的儿童和蚊子情况，每月生成的地图显示了蚊子传播的结果，根据采样点生成的表面栅格图发现“热点区域”，确定蚊子在雨季和旱季是怎样生长的。
上图为15个村庄的样点，监测6月份雨季蚊子的状况和旱季8月份的情况，栅格图中神色区域是该月蚊子肆虐的区域
跟踪疟疾致死人群，对未感染人群预警
CDC的专家并不确定蚊帐是否能预防疟疾的传播，因为在当地每个人一年大概都会被咬过上百次，即使蚊帐阻止了90%的蚊虫叮咬，也不能肯定这种方法就足够预防死亡。
ESRIGIS帮助CDC将研究区域分成两个，死亡率，蚊子数量和疟疾发生大致相等。
左图中，1990年到1994年有孩子死亡的人家标志为方的（红色），没有的为房子标志（绿色）。
右图显示了分发蚊帐的住户（绿色）和疾病得到控制的住户（黑色），黑色住户会在第二批分发蚊帐
研究结果
初步研究表明，蚊帐在预防儿童生病和死亡中发挥重要作用。
（七）使用GIS技术跟踪病毒的流行状况
在美国，生殖器的人类乳状瘤病毒（HPV）传染被评估为两性之间最常见的一种传播疾病。
HPV传染病通常还关联着子宫颈癌，阴茎癌，肛门癌，和外阴癌等。
这里有两种最常见的生殖器HPV传染病：
外生性（或者外露的）疣（尖锐湿疣）和亚临床（或者扁平）疣。
外生性疣导致男性和女性生殖器上可以看到毒瘤的明显增长。
它们通常是型号6和11的HPV造成的。
尽管该种瘤比较难看而且难于治理，但是它们成为恶性肿瘤的风险比较低。
另一方面，亚临床疣可能是HPV病种造成的，比如说型号16和18的，它们是与生殖器癌症相关的，包括子宫颈癌。
对于所有的子宫颈癌，有99.7％的可能是HPV传染病造成的。
这是首个具有百分之百的风险是由于常传染病引起的恶性肿瘤。
根据美国癌症协会的统计，每年都有近10，000的女性受到子宫颈癌的侵袭，并且有近3，700名女性因此丧命。
很明显，由于HPV是发展成为子宫颈癌和癌症前期的先兆，所以确定区域的HPV传染病流行状况对于评估女性人口的子宫颈癌患病风险是想当重要的。
由于加利福尼亚州的众多人口和存在的州立医院数据来验证结果，所以该州被挑选进行HPV流行状况评估。
ESRI通过它的在线商业分析；医疗管理联盟；还有Planning2.0提供数据，它是一个卫生保健咨询服务公司；他们携手完成这个评估。
为了明白HPV在加利福尼亚州造成的全部影响，Planning2.0的分析家研究了国家医院出院调查（NationalHospitalDischargeSurvey），国家流动医疗调查（NationalAmbulatoryMedicalSurvey）关于西部区域的病率，疾病控制和预防中心的行为风险因素监控系统关于加利福尼亚州的病率，年龄，性别和种族人口数量。
从这些数据，他们将预计的处理量数据覆盖到以下地理位置：
全州范围的，县郡的，ZIP编码，立法机构区域，住房区域，还有街区。
分析考虑到了预期的HPV处理量和加利福尼亚州所有县郡女性人口的病率比。
研究结果表明旧金山县郡有着HPV和子宫颈癌的女性最高预期病率，同时友乐郡有着生殖器疣的最高病率。
对于所有的处理量，有着最多人口的县郡有着最高的预计处理量，洛杉矶郡在所有的三类病情中占据主导地位，估计有着5，227起HPV病例，102，143起生殖器疣病例，6，627起子宫颈癌病例。
但是，当我们比较的是出现病例的比率而不是总的处理量的时候，处理量的发病率会有所不同。
以下列出的是2005年预计处理量：
地图表示的是加利福尼亚州每个县郡门诊诊断的人类乳状瘤病毒（HPV）病例
查看加利福尼亚州预计的HPV的另外一种途径就是将女性人口与预计病例相比较，从而推理出相对女性人口哪个县郡有着最高的预计HPV病例比率。
从地图来看，随着女性在全州范围的遍布，占有最高病率比的县郡应该得到更好的预防教育。
虽然每年总体的诊断比率可能比较低，但是常年累积的影响可能就比较显著了。
进一步的研究应该是在有着最高传染率的区域比较子宫颈癌病率和HPV。
无论是应用哪种投影，对于数据来说都有着一定的局限性，特别是它们被投影到有着较小人口的街区。
在这种情况下分析疾病比率数据的时候就要特别小心了。
该项研究的核心结果是基于疾病，步骤，和三位，四位，五位数字ICD－9代码之上的。
分析了超过150种的不同代码来满足得体性，数据多样性，实用性，一致性，和鉴定。
Planning2.0是一个卫生保健行业的领先的下一代绘图和报告提供商。
它位于田纳西州的富兰克林市，Planning2.0提供GIS行业的软件和咨询服务，还有高级分析。
（八）
美国国家癌症研究所利用GIS统计工具来显示模式
空间分析这个术语是用来描述应用到地理参照数据中的分析步骤。
比如说，有些处理过程产生了密度地图，平滑地图，或者根据区域和邻近地区，还有距离分析划分的有着连续值的地图。
一个统计员也许会坚持一幅地图上的明显模式或者地图层之间的视觉关联需要被统计的评估，从而确定这些模式是否只是碰巧相似。
该文描述的是对于空间数据的统计分析（空间统计分析）在美国国家癌症研究所（NCI）中的广泛实践。
对于额外需要的软件功能的几项建议中就提到了ESRI的ArcGIS桌面软件（ArcView9）中存在的有用工具，还有ArcGIS地理统计分析扩展模块。
一个典型的统计分析（空间数据不需要）起始于数据侦测。
比如说，对于所有变量分布的细查能够确定出错或者数据中的丢失值，从而能够指向
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