“大量疾病隨著病毒的擴散四處傳播，生態(tài)、環(huán)境、氣候、人及動植物遷移乃至人的生活習慣等，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。”遙感科學國家重點實驗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識的不斷深入，完全可以利用遙感和地理信息系統(tǒng)建立疾病傳播的時空動態(tài)模型，準確預測該病在不同防治措施下的傳播情況。

    宮鵬和遙感科學國家重點實驗室兩位客座研究人員——美國猶他大學助教授徐冰、俄亥俄州立大學助教授梁松等一起，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空動態(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重的血吸蟲病流行及格局——該病目前禍及全球76個國家、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個縣仍有81萬感染病人，受影響人口達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。

    事實上，早在1994年加州大學伯克利分校公共衛(wèi)生學院教授Bob Spear與四川省寄生蟲病研究所教授辜學廣就合作開展了血吸蟲病傳播控制的研究。盡管血吸蟲獨特的生命周期早已成為常識——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異常復雜的時空過程，于是邀請當時在加州大學伯克利分校從事教學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基金委30位杰出青年科學基金（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)中國科學院遙感應用研究所、北京師范大學共建的遙感科學國家重點實驗室，與徐冰、梁松、辜學廣等繼續(xù)合作，共同承擔科技部“十五”攻關(guān)項目“中國血吸蟲病早期預警系統(tǒng)的應用研究”和自然科學基金預防醫(yī)學領(lǐng)域首個重大項目“基于現(xiàn)代信息技術(shù)研究傳染病時空傳播與流行規(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——例如，血吸蟲卵需在溫度適當?shù)乃蟹趸擅剩时仨氃?8小時內(nèi)寄生到釘螺體內(nèi)才能成活，等等——在所開發(fā)的血吸蟲病傳播時空動態(tài)模型中，引入血吸蟲在人體內(nèi)的發(fā)育時間、釘螺死亡率、尾蚴產(chǎn)量等13個參數(shù)，根據(jù)實際情況規(guī)定了嚴格的取值范圍。

    宮鵬介紹，預計病毒擴散及在新區(qū)域流行傳播可能性的研究，需要經(jīng)過如下三個階段：首先，鑒別病原微生物，認清其在宿主間的傳播途徑；其次，測量并定量描述該病的時空分布模式，特別是分析其分布與氣候變動、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態(tài)過程，建立流行病學模型，根據(jù)現(xiàn)實數(shù)據(jù)不斷改進、提高模擬精度。在很多研究中，三個步驟特別是后兩個步驟通常脫節(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、標識當?shù)匮x的時空分布模式，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)中計算各自然村的幾何中心點位置，確定各村之間的距離；按照自然村中心點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)合野外實測的釘螺密度數(shù)據(jù)，制成整個研究區(qū)的釘螺密度分布圖。兩大信息系統(tǒng)的結(jié)合，使血吸蟲病傳播時空動態(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區(qū)血吸蟲病GIS數(shù)據(jù)庫，并在該平臺的基礎(chǔ)上對試驗區(qū)水利灌溉網(wǎng)絡(luò)進行了初步分析，建立了血吸蟲病的傳播動力學模型。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態(tài)傳播的影響。接下來的研究進一步擴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，對釘螺孳生范圍進行制圖，對人群疫水接觸點進行定位。

    宮鵬指出，傳染病預測研究目的直指應用，因此與無控制時空動態(tài)模擬相比，人們更需得到的是各種干預措施可能對血吸蟲病傳播帶來的效果。例如，假設(shè)現(xiàn)實條件只允許每年給五個村的居民服藥一周，那么給哪五個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)多的五個村給藥，比單純在血吸蟲負荷量最大的村給藥效率提高25%，說明治理血吸蟲病應綜合考慮空間關(guān)聯(lián)、血吸蟲負荷量等因素。此外，關(guān)于最佳服藥時間等問題，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空動態(tài)概念模型可以實現(xiàn)，遙感和地理信息系統(tǒng)是該模型空間動態(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?！睂m鵬介紹，他們已基于上述研究成果，與武漢大學測繪與遙感工程國家重點實驗室合作，開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)、適合縣及縣以上血防機構(gòu)的“血吸蟲病控制管理地理信息系統(tǒng)”軟件。同時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空分布。

    宮鵬最后強調(diào)，血吸蟲病時空動態(tài)概念模型要進入實用，還需要做一系列的驗證工作：首先要進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，將目前村級行政單元的空間關(guān)聯(lián)性擴展到自然流域和縣及以上的空間尺度；第三，必須通過更多實測數(shù)據(jù)，進一步完善校驗、模擬機制；最后，有必要在模擬比較選擇各種血吸蟲病控制的最佳時機、最佳地點方面作更多嘗試。

    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。