“大量疾病隨著病毒的擴(kuò)散四處傳播，生態(tài)、環(huán)境、氣候、人及動(dòng)植物遷移乃至人的生活習(xí)慣等，都是影響其蔓延速度及危害程度的因素。其中，很多環(huán)境要素都可以和遙感和地理信息直接掛鉤。”遙感科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任宮鵬研究員最近以自己的研究證明：隨著人類對傳染病傳播過程認(rèn)識(shí)的不斷深入，完全可以利用遙感和地理信息系統(tǒng)建立疾病傳播的時(shí)空動(dòng)態(tài)模型，準(zhǔn)確預(yù)測該病在不同防治措施下的傳播情況。

    宮鵬和遙感科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室兩位客座研究人員——美國猶他大學(xué)助教授徐冰、俄亥俄州立大學(xué)助教授梁松等一起，針對血吸蟲病傳播中的一系列關(guān)鍵因素，利用遙感和地理信息系統(tǒng)分別設(shè)置參數(shù)，建立起血吸蟲病傳播的時(shí)空動(dòng)態(tài)概念模型。他們選擇血吸蟲病流行區(qū)、四川大山區(qū)安寧河流域西昌市郊區(qū)圍繞邛海的227個(gè)自然村為研究對象，并用該模型推演出各村從2000年6月15日雨季開始每一天的血吸蟲負(fù)荷量。

    傳染性疾病種類繁多，為什么以血吸蟲為研究對象？宮鵬解釋，這緣于近年來日益嚴(yán)重的血吸蟲病流行及格局——該病目前禍及全球76個(gè)國家、危及6億人口；我國盡管建國以來在血吸蟲病控制上取得很大成效，鄂、湘、贛、皖、蘇、川、滇七省110個(gè)縣仍有81萬感染病人，受影響人口達(dá)6000萬，一些傳播控制地區(qū)出現(xiàn)反彈，一些地區(qū)成為新的流行區(qū)，血吸蟲病隨環(huán)境變化下一步發(fā)展形勢引起廣泛的關(guān)注和憂慮。

    事實(shí)上，早在1994年加州大學(xué)伯克利分校公共衛(wèi)生學(xué)院教授Bob Spear與四川省寄生蟲病研究所教授辜學(xué)廣就合作開展了血吸蟲病傳播控制的研究。盡管血吸蟲獨(dú)特的生命周期早已成為常識(shí)——它經(jīng)過卵、毛蚴、尾蚴、成蟲等發(fā)育階段，中間宿主是釘螺，終宿主是人或耕牛等其他動(dòng)物——他們?nèi)匀缓芸彀l(fā)現(xiàn)，血吸蟲病的流行與傳播是一個(gè)異常復(fù)雜的時(shí)空過程，于是邀請當(dāng)時(shí)在加州大學(xué)伯克利分校從事教學(xué)的遙感與地理信息系統(tǒng)專家宮鵬加盟。

    宮鵬帶領(lǐng)研究生和合作者們，一起把血吸蟲傳播研究推進(jìn)到新的階段，其間先后培養(yǎng)了徐冰、梁松等5名博士。1998年，宮鵬成為國家自然科學(xué)基金委30位杰出青年科學(xué)基金（B類）首批獲得者之一，在基金支持下從事生物遙感研究；他1999年被聘為中國科學(xué)院首批海外評審專家（33位），2004年被科技部聘為首批海外顧問專家（9名），同年回國參與建設(shè)中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所、北京師范大學(xué)共建的遙感科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，與徐冰、梁松、辜學(xué)廣等繼續(xù)合作，共同承擔(dān)科技部“十五”攻關(guān)項(xiàng)目“中國血吸蟲病早期預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用研究”和自然科學(xué)基金預(yù)防醫(yī)學(xué)領(lǐng)域首個(gè)重大項(xiàng)目“基于現(xiàn)代信息技術(shù)研究傳染病時(shí)空傳播與流行規(guī)律”的子課題。

    宮鵬等充分考慮血吸蟲不同發(fā)育階段需要的特定環(huán)境和成長特點(diǎn)——例如，血吸蟲卵需在溫度適當(dāng)?shù)乃蟹趸擅?，毛蚴必須?8小時(shí)內(nèi)寄生到釘螺體內(nèi)才能成活，等等——在所開發(fā)的血吸蟲病傳播時(shí)空動(dòng)態(tài)模型中，引入血吸蟲在人體內(nèi)的發(fā)育時(shí)間、釘螺死亡率、尾蚴產(chǎn)量等13個(gè)參數(shù)，根據(jù)實(shí)際情況規(guī)定了嚴(yán)格的取值范圍。

    宮鵬介紹，預(yù)計(jì)病毒擴(kuò)散及在新區(qū)域流行傳播可能性的研究，需要經(jīng)過如下三個(gè)階段：首先，鑒別病原微生物，認(rèn)清其在宿主間的傳播途徑；其次，測量并定量描述該病的時(shí)空分布模式，特別是分析其分布與氣候變動(dòng)、植被演替、大氣和海洋循環(huán)等環(huán)境因素之間的關(guān)系；最后，深入了解其傳播的動(dòng)態(tài)過程，建立流行病學(xué)模型，根據(jù)現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)不斷改進(jìn)、提高模擬精度。在很多研究中，三個(gè)步驟特別是后兩個(gè)步驟通常脫節(jié)，宮鵬等正是由于在第二步引入遙感和地理信息系統(tǒng)，用其成功測量、標(biāo)識(shí)當(dāng)?shù)匮x的時(shí)空分布模式，才使研究步驟連貫起來，取得了良好的研究結(jié)果。

    地理信息系統(tǒng)的作用，在于定量描述研究區(qū)域的空間連接性和相鄰自然村間的交互作用。研究人員在地理信息系統(tǒng)中計(jì)算各自然村的幾何中心點(diǎn)位置，確定各村之間的距離；按照自然村中心點(diǎn)間的高程確定溝渠水流方向，確定毛蚴、尾蚴的輸出輸入關(guān)系；計(jì)算各村接壤的鄰村數(shù)，以表示村與村間的空間連接性；等等。而遙感技術(shù)則用于估算釘螺密度。2004年，他們開發(fā)出一種技術(shù)，利用遙感測得的多光譜影像和數(shù)字地形高程，劃分出十幾種土地利用和覆蓋類型，結(jié)合野外實(shí)測的釘螺密度數(shù)據(jù)，制成整個(gè)研究區(qū)的釘螺密度分布圖。兩大信息系統(tǒng)的結(jié)合，使血吸蟲病傳播時(shí)空動(dòng)態(tài)模型的構(gòu)建成為可能。

    十一年來的研究取得了豐碩的成果。宮鵬等建立了西昌川興試驗(yàn)區(qū)血吸蟲病GIS數(shù)據(jù)庫，并在該平臺(tái)的基礎(chǔ)上對試驗(yàn)區(qū)水利灌溉網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了初步分析，建立了血吸蟲病的傳播動(dòng)力學(xué)模型。利用網(wǎng)絡(luò)分析探討了流行村組之間的相互影響及其對動(dòng)態(tài)傳播的影響。接下來的研究進(jìn)一步擴(kuò)展到西昌安寧河流域、四川長丘山區(qū)和德陽丘陵區(qū)，利用先進(jìn)的全球定位系統(tǒng)等空間數(shù)據(jù)采集設(shè)備，對釘螺孳生范圍進(jìn)行制圖，對人群疫水接觸點(diǎn)進(jìn)行定位。

    宮鵬指出，傳染病預(yù)測研究目的直指應(yīng)用，因此與無控制時(shí)空動(dòng)態(tài)模擬相比，人們更需得到的是各種干預(yù)措施可能對血吸蟲病傳播帶來的效果。例如，假設(shè)現(xiàn)實(shí)條件只允許每年給五個(gè)村的居民服藥一周，那么給哪五個(gè)村服藥控制效果更好？該模型模擬結(jié)果顯示，在尾蚴和毛蚴存留率低、有效鄰村數(shù)多的五個(gè)村給藥，比單純在血吸蟲負(fù)荷量最大的村給藥效率提高25%，說明治理血吸蟲病應(yīng)綜合考慮空間關(guān)聯(lián)、血吸蟲負(fù)荷量等因素。此外，關(guān)于最佳服藥時(shí)間等問題，都可通過模擬找到最好的決策。

    “上述結(jié)果證明，我們提出的血吸蟲病時(shí)空動(dòng)態(tài)概念模型可以實(shí)現(xiàn)，遙感和地理信息系統(tǒng)是該模型空間動(dòng)態(tài)模擬不可缺少的組成部分，這類模型輔助空間決策可以使血吸蟲病控制更加有效。”宮鵬介紹，他們已基于上述研究成果，與武漢大學(xué)測繪與遙感工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室合作，開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、適合縣及縣以上血防機(jī)構(gòu)的“血吸蟲病控制管理地理信息系統(tǒng)”軟件。同時(shí)開始將血吸蟲病研究區(qū)域拓展到長江下游湖區(qū)，并開始研究瘧疾、禽流感等其他傳染病的時(shí)空分布。

    宮鵬最后強(qiáng)調(diào)，血吸蟲病時(shí)空動(dòng)態(tài)概念模型要進(jìn)入實(shí)用，還需要做一系列的驗(yàn)證工作：首先要進(jìn)一步深入研究血吸蟲中間宿主釘螺密度估算的方法，使其更能充分利用越來越多的不同分辨率的遙感數(shù)據(jù)；其次，應(yīng)繼續(xù)開展多種流行因素及多尺度的空間關(guān)聯(lián)性研究，將目前村級(jí)行政單元的空間關(guān)聯(lián)性擴(kuò)展到自然流域和縣及以上的空間尺度；第三，必須通過更多實(shí)測數(shù)據(jù)，進(jìn)一步完善校驗(yàn)、模擬機(jī)制；最后，有必要在模擬比較選擇各種血吸蟲病控制的最佳時(shí)機(jī)、最佳地點(diǎn)方面作更多嘗試。

    他們相信，隨著研究的不斷深入，遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)還將在鼠疫、腎綜合征出血熱等傳染病傳播模擬和控制決策中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。