统计分析案例 课件 案例4-1：大气臭氧暴露与心血管疾病死亡风险关系的实证分析+-基于贝叶斯时空模型

案例4-1：大气臭氧暴露与心血管疾病死亡风险关系

的实证分析——基于贝叶斯时空模型目录12案例背景理论分析与研究内容模型设定实证设计与分析3案例结论4501案例背景心血管疾病患病率高中国心血管疾病患病率仍处在持续上长阶段，估计现患心血管疾病人数达3.3亿，其死亡率相比于癌症以及其他疾病都要高，是居民死亡构成的四成以上。心血管疾病与气象因素密切相关心血管疾病的发生原因复杂，往往与环境和气象因素密切相关。近年来关注大气颗粒污染物对心血管疾病的影响效应的研究也越来越多。流行病学研究表明短期接触环境空气污染可能导致一系列心血管损害，甚至会导致发病率和死亡率的增加。01案例背景

02理论分析与研究内容（1）概述贝叶斯理论在数理统计中的地位很高，应用范围较广，并且随着空间流行病学的研究方法及其相关的理论也的迅猛发展，在疾病的空间分析中加入时间纬度数据信息并建立相关的时空分析模型，已成为空间流行病学的研究热点。借助先验信息和临近时空信息的贝叶斯时空分析方法已经被广泛应用于国内外的疾病数据的分析中。对于研究区域的空间上的联系，需要定义变量之间的邻接关系，一般是由空间权重矩阵来表达。在一定程度上，空间权重矩阵表明了空间各个区域单元间的相互关联和相互依赖的程度，是进行空间统计分析的基础和前提，正确并合理的选用空间权重矩阵对于空间模型的检验与分析十分重要。对于具体的空间实体，把其本身的空间属性（面积等）信息用在空间权重矩阵的判断方式中，可以更加有效的增强空间单元之间临近关系的判断的适用和更好的表达空间临近关系。（1）概述图

日均温度、相对湿度、PM2.5、迭代O3插值验证数据（2）过程

03模型设定（1）研究设计

珠江三角洲地区：下文研究中简称“珠三角”，由广东省的广州市、深圳市、珠海市、东莞市、佛山市、惠州市、中山市、肇庆市和江门市组成。非珠江三角洲地区：下面简称“非珠三角”，由广东省的揭阳市、潮州市、汕尾市、梅州市、汕头市、云浮市、湛江市、阳江市、茂名市、清远市、韶关市以及河源市组成。（2）数据收集死亡数据通过广东省疾病预防控制中心获取研究区（县）的死亡数据，包含年龄、根本死因、性别、ICD编码以及文化程度等信息。根据第10版国际疾病分类标识对死因进行分类，并提取其中心血管疾病死因数据。通过中国气象科学数据共享服务平台(/)获取全国698个气象站点2014年2017年每天的气象数据，包括风速、平均温度和相对湿度。使用气象空间插值方法Anusplin对数据进行插值，形成全国栅格数据，并提取每个研究区（县）每日平均气温与相对湿度。气象数据（2）数据收集使用每日PM2.5平均浓度和每日O3的8h滑动平均最大浓度数据进行分析，其中每日PM2.5平均浓度作为分析O3浓度与心血管疾病死亡风险关系的大气污染物控制变量。在全国城市空气质量实时发布平台(33:20035/)得到2014年-2017年每日PM2.5平均浓度数据和O3浓度数据。大气污染数据死亡率本案例的死亡风险由死亡率（MortalityRate，MR）来体现。公式如下：

（3）模型设定（3）模型设定（3）模型设定04实证设计与分析（1）变量的描述性统计分析（1）变量的描述性统计分析（2）空间相关性分析结果如图所示，在2014-2017年，共1461天中，Moran’sΙ指数随机的分布在y=0两侧，系数为负的天数比例更大，系数范围主-0.2~0.3之间，说明各研究区（县）在不同的时期具有不同的空间相关性。有时呈正相关，说明临近区县的心血管疾病死亡风险相似；有时呈负相关，说明不同的区县的心血管疾病死亡风险不相似。同时，莫兰指数的检验表明，呈空间正相关时P值均小于0.05，说明存在空间聚集性，提示可进一步考虑空间属性，进行时空分析。图4-1-42014-2017年每日残差全局Moran’sI自相关（3）时空贝叶斯模型分析由图可知每年心血管疾病的死亡风险会有3-4个峰值，且在不同时间段内发病风险下降速度存在差异。2014-2016年的冷季（1-4月，11-12月份）、暖季（5-10月）中均有心血管疾病死亡的高峰值，且在暖季到达当年的死亡风险最大值；而2017年，死亡风险的最大值在冷季（1-4月）。图4-1-5心血管疾病死亡的相对风险随时间变化趋势图时间趋势分析（3）时空贝叶斯模型分析空间趋势分析图4-1-6心血管疾病死亡相对风险的空间分布图（3）时空贝叶斯模型分析空间趋势分析（3）时空贝叶斯模型分析空间趋势分析图4-1-7热点、冷点和非热点非冷点区县的分布图（3）时空贝叶斯模型分析空间趋势分析（3）时空贝叶斯模型分析时空交互项分析（3）时空贝叶斯模型分析暴露反应关系分析本案例选用5天滞后期，分别计算不同滞后日对人群心血管疾病死亡风险的影响，同时计算臭氧在0~5天滞后期对总人群的累积滞后效应。由图4-1-9可见，最强滞后效应主要为累积滞后4天(lag04)，即，O3（lag04）每升高10μg/m3，可导致心血管疾病死亡风险分别增加0.44%(95%CI:0.34%~0.47%)。因此在后续分析中均采用lag04。图4-1-9O3对人群心血管疾病死亡风险影响的滞后效应[ER(95%CI),%]（3）时空贝叶斯模型分析探究修饰因子（3）时空贝叶斯模型分析探究修饰因子（4）稳健性检验（4）稳健性检验图4-1-10参数迭代轨迹图和核密度图模型收敛性检验。将模型迭代次数设为300000，初始burnin值设置为30000以稳定初始值对自变量参数的影响，本次研究的模型的影响因素参数的估计密度估计图以及迭代轨迹图如图4-1-10所示，表明每个影响因素变量的回归系数的迭代轨迹趋于稳定，核密度图呈现类似正态分布图，可以认为迭代已经收敛。05案例结论本案例采用时空贝叶斯模型评估了O3暴露浓度对心血管疾病死亡风险的暴露反应关系，同时探究了其修饰因子，并探索了心血管疾病死亡风险的时空分布规律。本研究建立的