《Infectious Diseases of Poverty》：Spatiotemporal prediction of scrub typhus incidence and environmental risk factors in Republic of Korea: a Bayesian hierarchical approach
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背景：恙虫病（scrub typhus）是一种由媒介传播的传染病，在大韩民国（Republic of Korea）是一个重要的公共卫生问题。环境因素与疾病传播相关。然而，综合考虑多种环境决定因素并同时纳入空间和时间相关性的综合预测模型仍然有限。本研究旨在描述大
背景：恙虫病（scrub typhus）是一种由媒介传播的传染病，在大韩民国（Republic of Korea）是一个重要的公共卫生问题。环境因素与疾病传播相关。然而，综合考虑多种环境决定因素并同时纳入空间和时间相关性的综合预测模型仍然有限。本研究旨在描述大韩民国恙虫病发病率的时空模式，并开发一种贝叶斯时空预测模型，该模型纳入多个环境协变量，覆盖2015年至2024年期间229个行政单位。方法：研究人员利用从2015年1月至2024年12月期间收集的229个行政单位的国家监测数据，建立了一个综合分析框架。采用季节性趋势分解、热点分析和负二项回归来描述时空模式，为贝叶斯时空建模框架提供信息。使用集成嵌套拉普拉斯近似（Integrated Nested Laplace Approximation, INLA）的贝叶斯预测模型分析了环境协变量，包括温度、相对湿度、归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）、海拔和耕地比例，同时考虑了空间聚集和时间自相关。结果：时空分析揭示了显著的季节性动态，11月的发病率是2月的91倍[发病率比（Incidence Rate Ratio, IRR）：91.00，95%置信区间（Confidence Interval, CI）66.50–125.00]，并且在南部省份存在显著的地理聚集。贝叶斯模型发现疾病风险与温度[IRR：每1°C为1.02，95%可信区间（Credible Interval, CrI）：1.01–1.04]、NDVI（IRR：每0.1单位为1.07，95% CrI：1.03–1.11）和海拔（IRR：每100米为1.32，95% CrI：1.15–1.51）之间存在显著正相关。相对湿度根据滞后时期表现出相反的效果，在1个月滞后时具有保护效应（IRR：0.96，95% CrI：0.93–0.999），但在2个月滞后时风险增加（IRR：1.16，95% CrI：1.12–1.21）。结论：这一综合框架成功捕捉了时空疾病模式，并为基于证据的公共卫生规划和针对性预防策略提供了定量风险评估能力。
论文解读
**研究背景与问题**
恙虫病（scrub typhus, ST）是一种由恙螨幼虫（携带恙虫病东方体Orientia tsutsugamushi）叮咬引起的媒介传播传染病，在亚太地区尤其在大韩民国（Republic of Korea）是重要的公共卫生问题。该病临床表现包括发热、寒战、头痛及叮咬部位皮疹，目前尚无疫苗，预防主要依赖避免高风险区域和使用防护措施。大韩民国自1951年首次报告病例以来，ST发病率呈显著上升趋势，2001至2024年累计报告152,775例，年均发病率从2005-2010年的4667例增至2011-2020年的7854例（增长68.3%）。以往研究已建立环境因素（如温度、降水和归一化植被指数NDVI）与ST的关联，但缺乏一个纳入多种环境协变量并同时考虑时空自相关的综合预测框架。现有研究多聚焦于有限的环境变量，且未将海拔和土地覆盖比例与气象因素一并评估。因此，开展这项研究旨在描述大韩民国ST发病率的时空模式，并开发一个整合多种环境协变量的贝叶斯时空预测模型，以填补这一知识空白。
**研究内容与结论**
研究人员利用2015年1月至2024年12月期间大韩民国229个行政单位（Si, Gun, Gu）的国家监测数据，建立了一个综合分析框架。通过季节性趋势分解（STL）、热点分析（Getis-Ord Gi*）和负二项回归（NBR）描述时空模式，并采用集成嵌套拉普拉斯近似（INLA）构建贝叶斯时空模型，分析环境协变量（温度、相对湿度、NDVI、海拔、耕地比例），同时控制空间聚集和时间自相关。研究得出以下结论：ST发病率呈现显著季节性，11月发病率是2月的91倍（IRR=91.00, 95% CI 66.50-125.00），且南部省份（全罗道和庆尚道）存在显著热点聚集。贝叶斯模型显示，温度（每1°C增加，IRR=1.02, 95% CrI 1.01-1.04）、NDVI（每0.1单位增加，IRR=1.07, 95% CrI 1.03-1.11）和海拔（每100米增加，IRR=1.32, 95% CrI 1.15-1.51）与疾病风险呈正相关；相对湿度在1个月滞后时呈保护效应（IRR=0.96, 95% CrI 0.93-0.999），但在2个月滞后时风险增加（IRR=1.16, 95% CrI 1.12-1.21）。该研究首次建立了大韩民国ST预测的贝叶斯时空综合框架，为基于证据的公共卫生规划和针对性预防策略提供了定量风险评估能力。论文发表在《Infectious Diseases of Poverty》。
**主要关键技术方法**
研究人员使用国家监测数据（样本来源：韩国疾病管理厅KDCA公开数据库，229个行政单位，2015年1月至2024年12月），采用了季节性趋势分解（STL）和热点分析（Local Getis-Ord Gi*）描述时空模式，并通过负二项回归（NBR）量化季节性风险。贝叶斯时空建模使用集成嵌套拉普拉斯近似（INLA）框架，纳入空间随机效应（Besag-York-Mollié 2, BYM2结构）和时间随机效应（一阶随机游走RW1和12个月周期季节成分）。环境协变量包括温度、相对湿度、NDVI、海拔和耕地比例，通过Google Earth Engine（GEE）提取，统一重采样至5.5公里分辨率，并分别考虑1个月和2个月滞后。模型优化通过81组超参数网格搜索，使用Watanabe-Akaike信息准则（WAIC）和均方根误差（RMSE）评估性能。
**研究结果**
**Spatiotemporal patterns and hotspot analysis**
通过STL分解，全国月度发病率显示长期趋势从2015至2018年上升，2018年底至2020年初下降后回升并趋于稳定；季节成分呈现高度一致的年度模式，秋季（11月）为发病高峰，1月至8月疾病活动极低。热点分析（Local Getis-Ord Gi*）识别出南部省份（全罗道和庆尚道）为高发病率热点（90-99% CI），而中部和北部地区（首尔都市圈和江原道）为冷点。负二项回归（以2月为参照）进一步证实11月风险最高（IRR=91.00, 95% CI 66.50-125.00），10月（IRR=39.00, 95% CI 28.40-53.60）和12月（IRR=12.50, 95% CI 9.11-17.10）也显著升高。
**Spatiotemporal regression modelling**
由于降水与温度（VIF>5）以及城市比例与耕地比例（VIF>5）存在高度多重共线性，研究人员从最终模型中排除了降水和城市比例。广义加性模型（GAM）显示所有剩余环境变量均存在非线性关联，因此纳入二次项。1个月滞后模型表现优于2个月滞后模型（WAIC=62010.39 vs 62533.26; RMSE=7.08 vs 7.33）。模型结果：1个月滞后模型显示温度（IRR=1.02, 95% CrI 1.01-1.04，峰值在16.03°C）、NDVI（IRR=1.07, 95% CrI 1.03-1.11，峰值0.65）和海拔（IRR=1.32, 95% CrI 1.15-1.51，峰值142.45米）为正相关；相对湿度在1个月滞后时呈保护效应（IRR=0.96, 95% CrI 0.93-0.999，峰值73.92%），但2个月滞后时呈正相关（IRR=1.16, 95% CrI 1.12-1.21，峰值78.50%）。耕地比例在两个滞后模型中均不显著。所有显著协变量与ST发病率呈倒U型关系。预测发病率图显示南部地区高发、北部和中部地区低发，与观测数据一致；不确定性图显示江原道东部山区预测不确定性较高，可能与北部地区恙螨物种组成差异及医疗基础设施不足有关。
**讨论与结论总结**
讨论部分指出，本研究首次在大韩民国建立了整合多种环境协变量的贝叶斯时空预测模型，优于以往仅关注有限变量或线性关联的研究。方法学进步包括采用INLA框架、BYM2空间结构、RW1和季节成分，以及通过81组超参数网格搜索优化模型。温度、NDVI和海拔的正相关与恙螨生态学一致：温度影响卵孵化率和发育速度；植被覆盖为啮齿动物宿主和恙螨提供栖息地；海拔通过植被密度间接影响疾病。相对湿度的滞后效应反映了人类行为（高湿度减少户外活动）和生态延迟（恙螨生命周期约6-8周）的复杂作用。研究局限性包括：病例可能漏报（尤其农村地区）；生态学设计无法推论个体层面；环境数据重采样可能导致暴露错分；缺乏全面的恙螨分布数据。未来应整合昆虫学监测数据与个体风险因素。研究结论翻译如下：本研究建立了大韩民国ST预测的首个综合性贝叶斯时空框架，并证明环境因素与疾病传播模式显著相关。分析揭示了显著的季节性动态，11月发病率较基线水平高出91倍，同时南部省份存在明显的地理聚集。建模框架确定温度、NDVI和海拔为疾病传播的一致正风险因素，而相对湿度在1个月滞后时呈保护效应，但在2个月滞后时增加疾病风险。这些发现为ST传播的环境驱动因素提供了关键见解，并为基于证据的公共卫生规划提供了定量风险评估能力。该分析框架代表了大韩民国媒介传播疾病建模的重要方法学进展，并为改进监测和预防策略奠定了基础。
