Qu

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Formation SIG-Santé
Epidémiologie, analyse spatiale et géostatistique
Marc SOURIS
Master Géographie de la Santé Paris X. Nanterre
Laboratoire de Cartographie Appliquée IRD - Bondy
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Sommaire

• Epidémiologie classique
• Epidémiologie spatiale
• Epidémiologie spatiale et géostatistique
• Epidémiologie spatiale et SIG

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Lépidémiologie

• Généralités
• Lépidémiologie étude de la distribution des
  états de santé dans les populations humaines et
  de leurs déterminants
• Lépidémiologie joue maintenant un rôle central
  en recherche étiologique dans le domaine des
  pathologies dorigine multifactorielle
• Les principes et méthodes de lépidémiologie
  sarticulent autour de la notion de risque
  (probabilité dêtre malade) et de facteur de
  risque (variable ayant une influence sur le
  risque)
• Les facteurs de risque ne sont pratiquement
  jamais une cause nécessaire (des malades sans
  facteur de risque) ou suffisante (de nombreux non
  malades avec facteur de risque) au niveau
  individuel. La causalité se situe au niveau des
  probabilités
• Un objectif établir un modèle permettant
  dévaluer la probabilité dêtre malade, en
  fonction de facteurs de risque à déterminer

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Lépidémiologie

• Généralités
• Lexpression des modèles est basée sur le calcul
  mathématique des probabilités
• Ex. le modèle logistique, qui exprime la
  probabilité dun individu dappartenir à un
  groupe. Il est valide si le quotient des
  probabilités conditionnelles sexprime comme
  lexponentielle dune fonction affine du vecteur
  des variables explicatives, ce qui est le cas de
  la plupart des distributions de la famille
  exponentielle.
• Lestimation des coefficients utilise les
  données de situations observées, et des méthodes
  de minimisation (en général, maximum de
  vraisemblance)

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Lépidémiologie

• Une démarche générale
• Rechercher des facteurs de risque, par lanalyse
  des situations observées
• Rechercher la forme dun modèle pour évaluer les
  probabilités
• Ajuster les coefficients du modèle
• De nombreuses méthodes ont été développées pour
  la recherche de facteur de risque, au niveau
  individuel comme au niveau des populations
• statistiques univariées (moments,
  distributions),
• statistiques bivariées (régressions, différence
  au sein de deux sous-groupes, évaluation de
  facteurs de confusion) et multivarées
• statistiques spatiales

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La recherche de facteurs de risque

• Les évènements en santé de multiples facteurs
  de risque potentiels
• Présence du pathogène
• Présence dun vecteur ou dun réservoir
• Conditions de vie, comportements, probabilités
  de contact, exposition
• à un environnement
• Facteurs génétiques
• Facteurs évènementiels aléatoires, etc.
• Certains facteurs ne sont pas distribués de
  façon aléatoire (dans le temps et/ou dans
  lespace). Le résultat nest peut-être donc pas
  distribué de façon aléatoire dans le temps ou
  dans lespace
• Inversement, une situation non aléatoire (dans
  le temps et/ou dans lespace) des évènements de
  santé peut nous aider à déterminer des facteurs
  de risque. Il faut déterminer la probabilité
  doccurrence dune situation réelle observée,
  dans le temps et dans lespace, par rapport à un
  modèle

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Lépidémiologie

• La statistique
• La statistique a pour objectif général dévaluer
  des probabilités à partir de situations observées
• Elle peut être descriptive (pour décrire une
  situation observée de façon synthétique) ou
  inférentielle (pour décrire les processus à
  partir de situations observées, ou pour décrire
  les situations observées à partir déchantillons)
• Les causes multifactorielles induisent une
  variabilité aléatoire pour chacun des facteurs
  indépendants (la distribution des résidus est
  aléatoire Poisson, binomiale, normale)
• Lorsque les situations observées sont
  appréhendées à partir déchantillons, pris dans
  la population globale, les statistiques utilisées
  pour évaluer la probabilité des situations
  observées sont sujettes à la variabilité due à
  léchantillonnage

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Lépidémiologie

• Statistiques classiques
• Les statistiques classiques élémentaires
  concernent les mesures centrales (moyenne,
  médiane, mode), les mesures de dispersion
  (étendue, forme variance, écart-type, symétrie,
  aplatissement), et les mesures de fréquence.
  Lobjectif général est de rendre compte de la
  distribution des valeurs prises par une variable,
  quelle soit qualitative ou quantitative.
• Les mesures dassociation rendent compte du
  degré dassociation entre deux variables par
  exemple, le coefficient r (Pearson) mesure le
  degré dassociation entre deux variables
  quantitatives.

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Épidémiologie classique

• Variables étudiées
• Données de comptage ou quantités absolues
• Rapports prévalence, incidence, densités,
  risques, risques relatifs, odd-ratios

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Épidémiologie classique

• Les méthodes classiques permettent détudier les
  relations entre les effets de la maladie et les
  facteurs dexposition, en séparant les individus
  en deux groupes
• Étude de la variabilité dans des groupes
• Étude de la relation entre la différence des
  effets et la différence des expositions
• Les groupes sont basés sur un critère descriptif
• Etudes cas-témoins (groupes basés sur leffet de
  la maladie)
• Etudes de cohorte (groupes basés sur
  lexposition à un facteur)

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Épidémiologie spatiale

• Lépidémiologie spatiale étudie la localisation
  des individus ou des groupes dindividus, ou la
  différence de distribution spatiale entre deux
  groupes dindividus (en utilisant des distances,
  des voisinages, etc.)
• Une distribution significativement éloignée dune
  distribution aléatoire indique soit la
  non-indépendance des individus entre eux, soit
  une relation avec un facteur lui-même
  spatialement non-aléatoire
• La localisation néchappe pas à la variabilité,
  au contraire les facteurs non localisés
  induisent une composante aléatoire dans la
  distribution spatiale des évènements, et les
  facteurs géographiques reliés au phénomène de
  santé transmettent également leur variabilité
  aléatoire (ex. les évènements naturels, risques
  et climat)

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Épidémiologie spatiale

• Létiologie est toujours multifactorielle. Dans
  les mêmes conditions environnementales, deux
  épidémies ne se répètent jamais à lidentique et
  ne donneront pas la même forme. La situation
  réelle observée nest quune parmi beaucoup de
  probables la variabilité est grande. Il est
  nécessaire de poser des hypothèses pour générer
  des situations probables, et dévaluer la
  situation réelle observée parmi les situations
  probables.
• La localisation peut aider les situations
  réelles présentent souvent une probabilité très
  faibleDans certaines situations, la probabilité
  doccurrence aléatoire dun agrégat ou dun forme
  particulière est très faible. Ceci permet de
  conserver comme aléatoires certaines situations,
  et de considérer avec prudence les conclusions
  lorsque le risque ? est gt 0.001 (et non 0.05).
• La cartographie est utile, mais insuffisante
  pour évaluer la probabilité dune situation
  réelle observée

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Épidémiologie spatiale

• Les phénomènes naturels ou anthropiques
  présentent souvent des distributions spatiales
  non aléatoires
• Beaucoup de phénomènes naturels sont continus
  dans lespace ils présentent de
  lautocorrélation est des tendances spatiales.
• La distribution spatiale est le résultat de
  nombreux facteurs, spatiaux et non spatiaux
• Tendances spatiales et distributions de facteurs
  géographiques
• - Relations spatiales entre évènements
  (attraction-répulsion, diffusion à partir dune
  source ou dun réseau, voisinage et processus
  infectieux)à un facteur de risque
• - Autres facteurs non géographiques (composante
  aléatoire
• - Distribution aléatoire intrinsèque des
  évènements

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Épidémiologie spatiale

• Processus spatio-temporels dans lémergence et
  la diffusion
• Processus démergence évènements inhabituels,
  souvent spatialement aléatoires, avec une
  distribution spatiale poissonniène. Des
  conditions environnementales peuvent être
  nécessaires (habitat écologique, présence dun
  vecteur, etc.).
• Processus de diffusion caractéristiques du
  pathogène (infectiosité, persistance),
  susceptibilité de la population et vulnérabilité,
  relations entre population et environnement,
  relations entre individus susceptibles et
  caractéristiques du vecteur, etc.
• Processus dextinction
• Pour évaluer les facteur environnementaux de
  lémergence, il est nécessaire de séparer les
  facteur environnementaux des relations entre
  évènements

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Épidémiologie spatiale

• Cartographie de la maladie
• Visualisation de prévalence incidence, risques,
  risques relatifs. Souvent basés sur un processus
  dagrégation par transfert déchelle dans des
  objets géographiques prédéfinis. Pour réduire les
  différences de variabilité aléatoire entre
  objets, il est possible davoir recours à un
  ajustement bayésien (EBE)
• Modélisation à partir des données observées
• Régression linéaire, régression logistique, de
  Poisson, etc. Les modèles ne prennent pas en
  compte les relations spatiales entre individus,
  et doivent être maniés avec prudence dans le cas
  des maladies infectieuses, car il supposent
  lindépendance entre les observations.

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Épidémiologie spatiale

• Étude par objets, sur lensemble des objets
• Étude de la distribution spatiale dun
  sous-ensemble de cas dans lensemble des objets
• Variabilité spatiale du nuage de points
• Caractère aléatoire du nuage de points
• Recherche dagrégats spatiaux et classification
• Recherche de formes particulières du nuage de
  points
• Analyse spatio-temporelle

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Épidémiologie spatiale et géo-statistique

• Étude par individu, position et distribution
  spatiale des évènements
• Position absolue des évènements
• Les événements sont-ils distribués de façon
  aléatoire, tenant compte de la position absolue
  des objets initiaux (individus, maisons,
  villages, etc.) ?
• Position relative des évènements
• Situations aléatoires, agrégats (cluster),
  formes, tendances
• Continuité spatiale dune variable numérique
• Variogrammes, indices (Moran, Geary, G), LISA
• Analyse spatio-temporelle
• Processus démergence et de diffusion, index
  cases
• Modélisation de la diffusion
• Équations différentielles, IBM, deux approches
  différentes

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Épidémiologie spatiale et SIG

• Analyse spatiale position et distribution
  spatiale des évènements
• La distribution spatiale des évènements de santé
  doit toujours être évalués en prenant en compte
  la distribution spatiale originale des objets
• Les effets collatéraux ne peuvent être résolus
  quavec une simulation MC

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Épidémiologie spatiale et SIG

• Analyse spatiale mesures de centralité
  spatiale
• Centre moyen (minimise la somme des carrés des
  distances avec les points)
• Centre médian, distance de Manhattan (minimise
  la somme des distances avec les autres points)
• Centre médian, distance euclidienne (minimise la
  somme des distances avec les autres points)
• Analyse spatiale mesures de dispersion
  spatiale
• Standard distance (écart-type de la distance de
  chaque point au centre moyen). Ne prend pas en
  compte la forme de la distribution spatiale.
• Ellipse de déviation, définie par trois
  paramètres (angle de rotation, dispersion le long
  du grand axe, dispersion le long du petit axe)

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Épidémiologie spatiale et SIG

• Analyse spatiale Point Pattern Analysis
• Analyse les propriétés spatiales dun ensemble
  de points, ou dun sous-ensemble dans un ensemble
• Deux approches distinctes par point
  (distances) ou par surface (densités)
• Une approche par lanalyse de la densité locale
  (quadrat analysis)
• Une approche par lanalyse des relations
  métriques entre les points (plus proches voisins)

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Épidémiologie spatiale et SIG

• Étude par individu, sur lensemble des
  individus
• Étude de la distribution spatiale dune valeur
  numérique dans lensemble des individus
• Recherche dune distribution non aléatoire
  (autocorrélation spatiale, indices
  dautocorrélation de Moran, de Geary, statistique
  G)
• Recherche dune tendance ou dune forme dans la
  distribution spatiale de la valeur (?1/rn,
  ?sin(f(x)),)

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Études spatio-temporelles

• Étude de la relation entre les individus ou les
  événements dans lespace et le temps
• Trouver de clusters spatio-temporels
• - Test de Mantel et Knox
• - Reconstruction dun patron spatio-temporel,
  indice de cas
• - Fonctions de Kernel et processus démergence et
  diffusion
• - Scan statistiques

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Épidémiologie spatiale et SIG

• Agrégation des individus en sous-groupes
  spatiaux, et étude des relations spatiales entre
  les sous-groupes
• Soit la localisation des individus nest pas
  connue
• Si on veut utiliser des rapports (incidences,
  risques, ) qui ne peuvent être calculés que sur
  des populations
• Soit les données sont déjà agrégées sur une base
  spatiale administrative
• Leffet  zone  peut être important et doit être
  inclus dans létude statistique, dans le modèle
  deffet comme dans le modèle de mesure

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Épidémiologie spatiale et SIG

• Agrégation des individus en sous-groupes
  spatiaux, et étude des relations spatiales entre
  les sous-groupes
• En agrégeant les individus par sous-groupes
  spatiaux, on multiplie dabord les individus
  étudiés, car on désagrège lensemble total en
  sous-ensembles
• La variabilité augmente, et est différente
  suivant les groupes
• La cartographie permet de représenter les
  différences entre les groupes, mais il faut
  vérifier la significativité de ces différences
• Les processus dagrégation en sous-ensembles
  fait remplacer des individus par des groupes,
  caractérisés souvent par des valeurs moyennes

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Épidémiologie spatiale et SIG

• Agrégation des individus en sous-groupes
  spatiaux, et étude des relations spatiales entre
  les sous-groupes
• On cherche implicitement les relations spatiales
  de proximité, les tendances, les formes dans la
  distribution spatiale
• La variabilité est beaucoup plus grande, la
  désagrégation fait perdre de la puissance
  statistique
• Léchelle dagrégation est importante

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Épidémiologie spatiale et SIG

• Utilité du SIG pour gérer données, échelles,
  procédures dagrégations et géostatistique
• Gestion de données spatiales (épidémiologie et
  environnement)
• Cartographie des maladies et EBE
• Géo-agrégation et transfert déchelle
• Interpolation spatiale
• Analyses spatio-temporelles
• Calculs statistiques et géostatistiques avec les
  objets voisins et avec des relations de distance

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Lépidémiologie

• Lépidémiologie ne remplace pas la géographie
• un modèle nexplique pas les processus qui le
  sous-tendent
• les interrelations entre facteurs de risque sont
  nombreuses
• une réflexion synthétique est nécessaire
• certaines informations sont difficiles à
  modéliser dans une description schématique
• Lépidémiologie peut expliquer le  comment ,
  la géographie le  pourquoi 

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Fin M. Souris, 2010