Авторизация

Логин:
Пароль:
Восстановить пароль
Регистрация
  • Форум
  • Блоги
  • Контакты
  • Новости
  • Продукты
  • Отрасли
  • Обучение
  • Поддержка
  • События
  • О компании
  • 1 (60) | 2012 Картографирование заболеваемости. Осознание причин эпидемий сквозь призму карт

    По материалам Esri

    Visualizing Disease and Understanding epidemics through maps

    Карты – это рабочий стол с инструментами, верстак, на котором идеи и гипотезы представлены в виде, удобном для их обсуждения и, часто, проверки и обоснования. Верстак может быть аккуратным или захламленным в зависимости от склонностей и опытности работника. А в центре внимания всегда находится сама работа. То же самое относится и к картам. Карта – это не презентация завершенной работы или исследования, а средство, помогающее наглядно отобразить взаимоотношения между представленными на ней объектами, обнаружить свидетельства, аргументы в поддержку выдвинутых идей и предположений.

    Далеко не все карты красивы и художественно органичны, и это нормально. Скучная или простая карта нередко может выполнять свою функцию не хуже красивой. А иногда и лучше, поскольку в ней меньше деталей, отвлекающих от ее целевого назначения. По крайней мере, так обстоит дело со многими картами, в том числе и с картами заболеваний и их причин.

    В 2003 году компания Esri поддержала предложение Тома Коча написать книгу об истории картографирования заболеваний, той области знаний, которая подлежала пересмотру. Результатом стала Cartographies of Disease: Maps, Mapping, and Medicine (Esri Press, 2005, см. рис. 1). Эта книга рассказывает о картах, начиная с 17 века, и прежде всего о медицинских и связанных с ними картах, которые свидетельствуют о наличии определенных заболеваний в окружающей среде.

    В этой книге идея заболевания принимается как данность. Раздел Карты заболеваемости: эпидемии на земной поверхности не начинается с этого допущения. Здесь предметом является то, как карты помогли трансформировать наблюдения над набором симптомов (например, диарея, жар, рвота) в диагностику заболеваний, которые можно изучать и выявлять их причины. В данном аспекте карту можно рассматривать как действенный инструмент для исследования причин заболевания и проверки гипотез в условиях всеобщей эпидемии или локальной вспышки. Карты позволяют исследовать взаимосвязи между наблюдаемой заболеваемостью и ее наиболее вероятной причиной.

    Лежащие в основе электронных карт базы данных позволяют сгруппировать множество разрозненных случаев заболевания в отдельный класс событий с похожими симптомами и единым диагнозом. Нанесение этих событий на карту иллюстрирует не только связь отдельных случаев между собой, но и взаимосвязь каждого случая с физической (природной), политической и социальной составляющими, формирующими общую среду на территории, где отмечена вспышка эпидемии. Картографирование позволяет установить пространственное разрешение и масштаб, оптимальные для рассмотрения того или иного аргумента с позиций выявления связи заболевания со средой, в которой оно возникает и развивается. Нанесение информации на карту помогает вписать отдельные зафиксированные случаи и события в общий контекст.

    С этой точки зрения, карты имеют дело с цифрами и статистикой. Нет особого смысла наносить на карту единичный случай на пустой фон. Но когда единичные случаи становятся типичными, когда их зафиксировано 5, 500, а то и 50000, тогда доказательство может быть представлено, а соответствующая карта создана. И если раньше для этих целей применялись бумага, ручка, компас и транспортир, то сейчас с намного большей эффективностью и результативностью используются картографические инструменты географических информационных систем (ГИС).

    Хотя история этого процесса достаточно долгая, выводы неопровержимы. На картах размещаются отдельные разделенные по категориям случаи, которые используются для рассмотрения их организации и выявления связи с окружающим миром (территорией). Конечное доказательство действенности такого подхода представлено на каждой из многих тысяч карт заболеваемости, построенных за последние несколько столетий.

    Картографирование заболеваний в 19 веке

    Посмотрите на знаменитую карту Эдвина Чедвика, построенную для г. Лидса 1842 года, на которой приведены результаты исследования взаимосвязи здоровья и социального благополучия жителей (рис. 1). Чедвик, известный английский социальный реформатор, обозначил улицы, на которых жили рабочие, торговцы и представители высшего света различными цветами – от темно-коричневого до светло-коричневого. К этим социальным данным Чедвик добавил красные точки, показывающие дома, в которых жили люди, умершие во время первой пандемии холеры в 1830 г., и темно-синие точки, обозначающие дома умерших, видимо, от респираторных заболеваний. Это позволило ему продемонстрировать некую связь между состоянием здоровья и классовым положением, определяемыми доходами и смертностью. В результате Чедвик переопределил картографируемое заболевание как следствие социального неравенства, а не результат вредных привычек или невезения.

    Карта Чедвика вряд ли заслужила бы похвалу со стороны специалистов современных ГИС. Коричневые тона, используемые для обозначения разных классов, слишком похожи и, таким образом, их сложно различать. Красные точки выцвели и почти не видны. Темно-синие точки стали практически черными и выцветают, превращаясь в коричневые. Содержание легенды и собранная статистика здоровья, на первый взгляд, совершенно не связаны с изображением на карте.

    Впрочем, можно и по-другому взглянуть на то, что сделал Чедвик. Эта карта, основанная на данных первой переписи населения (1839), превратила географию неравенства доходов в географию заболеваемости. Чедвик упорядочил городские улицы, чтобы представить различные уровни дохода в зависимости от занятости. Чтобы сделать акцент на этих данных, он изобразил на карте здания в плотно заселенном центре города.

    К этому он добавил красные и синие точки, обозначающие дома умерших от холеры и респираторных заболеваний. Эти две причины смерти никак не связаны, за исключением того факта, что они преобладали среди бедных, а не богатых. В процессе картографирования Чедвик уровнял их и показал их связь с доходами.

    Никто не знает, что подразумевалось под холерой в то время и как ее отличали от других заболеваний с диареей. Холера, неэпидемические кишечные заболевания, напоминающие холеру, и диарея – это лишь некоторые из множества диагнозов, указанных в свидетельствах о смерти тех лет. Чедвик объединил все эти отдельные диагнозы в один класс событий (обозначенный красной точкой), который он мог сравнить с социальными условиями, которые, как он считал, связаны со смертностью от холеры.

    Аналогично, под респираторными заболеваниями понималось множество вещей (например, грипп или пневмония). Он соединил эти случаи в один класс, который мог быть размещен вместе со случаями заболеваемости холерой на карте занятости и доходов горожан.

    Карта Чедвика свидетельствовала о том, что эти заболевания являются следствием социального кризиса. Поскольку на улицах с малым доходом жителей было больше точек, чем на улицах с большим, смертность обратно зависела от уровня дохода, а он напрямую зависел от занятости. Карта была слишком перегружена, чтобы предложить что-то кроме этого вывода. Впрочем, она наглядно его проиллюстрировала.

    С помощью этой карты и ее базы данных (выражаясь современным языком) Чедвик смог изобразить набор связей между различными факторами и "хорошими" и "плохими" улицами различных районов города. Хорошими он называл улицы с малой смертностью в связи с небольшой плотностью населения и более высоким уровнем доходов. Плохие улицы отличались большей смертностью, связанной с более высокой плотностью населения и низкими доходами. Холера и респираторные заболевания, таким образом, становятся маркерами для смертности, связанной с неравенством условий для сохранения здоровья, что доказывается его картой.

    Карта наполнена расчетными данными и простой статистикой, приведенной в легенде. Каждая смерть имеет пространственную привязку по широте и долготе. Благодаря этой информации, можно сделать множество расчетов. Все эти вычисления сделаны вне карты, чтобы обосновать выводы о наличии здоровых и нездоровых, хороших и плохих улиц на основе сведений об уровне доходов и смертности.

    Как картографическое произведение, эта карта, мягко сказать, неудачна. Как представление доводов Чедвика, она полезна, хотя местами смущает. Но как рабочий стол (верстак), на котором Чедвик собирал фрагменты своего доказательства и организовывал данные, карта имела поразительный успех. С 1842 года во многих странах были построены тысячи карт, которые показали, что часто реальной причиной заболеваемости является именно бедность.

    Картографирование заболеваний в 20 веке и далее

    Карты редко возникают сами по себе. Большинство карт обязано своим появлением другим картам – концептуальным предвестникам. Как правило, каждая карта содержит историю развития некоего факта или явления. Карта Лидса, созданная Чедвиком, основывалась на предшествующей переписи населения. Мы оказываем плохую услугу, называя эту карту базовой, словно она не имела никакого отношения к самим фактам. Только картографируя физическую структуру города (улицы, дома и т.д.) и накладывая на нее экономические и медицинские показатели, можно понять взаимосвязь между этими аспектами решаемой проблемы.

    Давайте рассмотрим карту, построенную Фрэнком Гарландом, эпидемиологом и профессором семейной и профилактической медицины Университета Калифорнии (г. Сан-Диего), и его коллегами. Она предсказала потенциальное снижение заболеваемости раком толстой кишки, если в качестве профилактики будут использоваться добавки с витамином D. С одной стороны, карта демонстрирует тщательно проверенные статистические данные о связи между витамином D и раком. На ней рассчитан предварительный эффект увеличения потребления добавок на основе текущего уровня заболеваемости и предположения о том, что все случаи заболеваний связаны с недостаточной выработкой природного витамина D на солнечном свету. Можно подумать, что это просто графическое обобщение сводной статистики, которое является не чем иным, как просто картографией.

    Тем не менее, эта карта – самая свежая в серии карт. В своей первой статье в 1984 году Гарланд и его брат Седрик наложили данные по инсоляции на карту смертности от рака толстой кишки по стране (рис. 2). Итоговая карта продемонстрировала четкую отрицательную корреляцию между уровнями солнечного освещения и смертностью от рака толстой кишки. Дальнейшие исследования показали схожие корреляции с другими видами рака и диабета (рис. 3). Братья Гарланд и другие исследователи работали над выяснением вопроса о выработке витамина D как активного элемента в защите от рака под воздействием солнечного света и установлением его влияния на уровень заболеваемости раком при введении повышенного количества витамина D в периоды с низкой инсоляцией. Вывод, обещанный картами, но еще не вполне четкий: со временем ежедневные добавки витамина D сократят мировую заболеваемость раком толстой кишки и груди на 450 000 случаев в год.

    На данной карте участки показывают процент профилактики рака толстой кишк на основе построенных ранее карт уровня заболеваемости. Карта братьев Гарланд основана на карте инсоляции по территории США и явной согласованности ее изолиний с распространенностью определенных видов рака. На карте скрыт, но изначально по смыслу заложен тот факт, что изменение уровня поступления витамина D эффективно снижает заболеваемость раком.

    Медицина, карты и мир

    Карты заболеваемости – это верстак, на котором теории собираются воедино из составных элементов и исследуются. Впрочем, это лишь наполовину рассказанная история. Картографы делают акцент на внешней эстетике и графическом представлении своих произведений, но нередко умаляют, отодвигают на второй план основные идеи, изначально заложенные в карты. И это неудивительно. Чтобы увидеть, что карты становятся информативной средой для растущих запросов по статистическому исследованию, необходимо хотя бы частично разбираться в статистике в целом и (что еще важнее) в статистике наносимого на карту параметра или явления. Увы, набившие руку на картографировании специалисты часто неопытны в обращении со статистикой.

    Чедвик не пользовался компьютерным картографированием. Не применял его и Джон Сноу, и сотни других исследователей, чьи карты холеры, желтой лихорадки, чумы, респираторных заболеваний, туберкулеза и других заболеваний помогли совершить прорыв в наших знаниях о болезнях, здоровье и вспышках пандемий. Но теперь современные ГИС позволяют значительно упростить и ускорить этот процесс, повысить эффективность и значимость получаемых результатов.

    Конечно, ГИС – это одна из важных информационных технологий для данной, да и для многих других прикладных областей. Но она не стоит особняком, а органично вписывается в общую ИТ инфраструктуру, в данном случае включающую и набор статистических программ – от Excel до SASS, SPSS и т.д., что в комплексе позволяет получать цифровые показатели и наносить их на карту совместно с другими базовыми и тематическими данными. В далеких 1960-х для этого требовались большие компьютерные системы, типа мэйнфреймов, и старый добрый, но неуклюжий Фортран. В наши дни опять-таки не обойтись без мощных компьютеров и серверов (они стали вполне доступны многим), однако большую часть работы вы теперь можете выполнить самостоятельно на обычном ноутбуке.

    Но вот что не изменилось с тех времен пионеров-первопроходцев, так это пластичность карты – как среды, в которой с помощью лучших доступных инструментов (графических, статистических, аналитических и др.) создаются, формулируются и доказываются идеи и гипотезы, выполняются разнообразные проекты. Поскольку медицина входит в мою область интересов, именно в приложении к ней я исследовал наследие карт как рабочего стола, «верстака» для создания и развития новых идей. Я могу с той же легкостью применить уникальные возможности технологии геоинформационных систем (ГИС) к мониторингу развития городов, стран, управлению транспортом, экологическим задачам, поиску и разработке природных ресурсов и огромному числу других объектов, явлений и процессов реального мира.

    Представленный материал основан на статье Тома Коча (Tom Koch), медицинского географа из г. Торонто (Канада) и специалиста по медицинской этике, адьюнкт-профессора Университета Британской Колумбии, открывшего несколько учебных лабораторий по медицинской географии. Коч активно участвует в исследованиях общественного здоровья.


    Рис. 1. Книга Тома Коча «Картография заболеваний: карты, картография и медицина” (Esri Press, 2005. 412 c.) доступна для заказа через компанию Esri CIS, представителя Esri в большинстве стран СНГ.

    Рис. 2. На этой карте города Лидса ее составитель Эдвин Чедвик совместил данные об уровнях доходов жителей и информацию о состоянии их здоровья, чтобы сопоставить бедность и случаи заболеваний. Поскольку данные о населении были представлены по округам, все данные агрегировались до этого уровня.

    Рис. 3. Эта карта демонстрирует ожидаемое снижение заболеваемости раком толстой кишки при приеме витамина D. Это снижение особенно очевидно в районах с плохой освещенностью Солнцем. Карта любезно предоставлена Фрэнком Гарландом.

    Рис. 4. На этой карте представлен фундаментальный вывод исследователя: между заболеваемостью раком груди и углом падения солнечных лучей, участвующих в выработке витамина D, существует четкая связь. Карта любезно предоставлена Фрэнком Гарландом.



    Версия для печати