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Marc SOURIS Master Géographie de la Santé Paris X. Nanterre Laboratoire de Cartographie Appliquée IRD - Bondy Formation SIG-Sant é Epidémiologie, analyse.

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

2 Sommaire Epidémiologie classique Epidémiologie classique Epidémiologie spatiale Epidémiologie spatiale Epidémiologie spatiale et géostatistique Epidémiologie spatiale et géostatistique Epidémiologie spatiale et SIG Epidémiologie spatiale et SIG

3 Lépidémiologie Généralités Généralités Lépidémiologie : étude de la distribution des états de santé dans les populations humaines et de leurs déterminants 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 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 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 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 Un objectif : établir un modèle permettant dévaluer la probabilité dêtre malade, en fonction de facteurs de risque à déterminer

4 Lépidémiologie Généralités Généralités Lexpression des modèles est basée sur le calcul mathématique des probabilités 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) Lestimation des coefficients utilise les données de situations observées, et des méthodes de minimisation (en général, maximum de vraisemblance)

5 Lépidémiologie Une démarche générale Une démarche générale Rechercher des facteurs de risque, par lanalyse des situations observées Rechercher des facteurs de risque, par lanalyse des situations observées Rechercher la forme dun modèle pour évaluer les probabilités Rechercher la forme dun modèle pour évaluer les probabilités Ajuster les coefficients du modèle 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 univariées (moments, distributions), statistiques bivariées (régressions, différence au sein de deux sous- groupes, évaluation de facteurs de confusion) et multivarées statistiques bivariées (régressions, différence au sein de deux sous- groupes, évaluation de facteurs de confusion) et multivarées statistiques spatiales statistiques spatiales

6 La recherche de facteurs de risque Les évènements en santé: de multiples facteurs de risque potentiels Les évènements en santé: de multiples facteurs de risque potentiels Présence du pathogène Présence du pathogène Présence dun vecteur ou dun réservoir Présence dun vecteur ou dun réservoir Conditions de vie, comportements, probabilités de contact, exposition Conditions de vie, comportements, probabilités de contact, exposition à un environnement à un environnement Facteurs génétiques Facteurs génétiques Facteurs évènementiels aléatoires, etc. 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 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 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

7 Lépidémiologie La statistique La statistique La statistique a pour objectif général dévaluer des probabilités à partir de situations observées 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) 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) 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 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

8 Lépidémiologie Statistiques classiques 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 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. 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.

9 Épidémiologie classique Variables étudiées Variables étudiées Données de comptage ou quantités absolues Données de comptage ou quantités absolues Rapports: prévalence, incidence, densités, risques, risques relatifs, odd- ratios Rapports: prévalence, incidence, densités, risques, risques relatifs, odd- ratios

10 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 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 variabilité dans des groupes Étude de la relation entre la différence des effets et la différence des expositions Étude de la relation entre la différence des effets et la différence des expositions Les groupes sont basés sur un critère descriptif Les groupes sont basés sur un critère descriptif Etudes cas-témoins (groupes basés sur leffet de la maladie) Etudes cas-témoins (groupes basés sur leffet de la maladie) Etudes de cohorte (groupes basés sur lexposition à un facteur) Etudes de cohorte (groupes basés sur lexposition à un facteur)

11 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.) 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) 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)

12 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. 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 faible Dans 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 > (et non 0.05). La localisation peut aider : les situations réelles présentent souvent une probabilité très faible Dans 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 > (et non 0.05). La cartographie est utile, mais insuffisante pour évaluer la probabilité dune situation réelle observée La cartographie est utile, mais insuffisante pour évaluer la probabilité dune situation réelle observée

13 Épidémiologie spatiale Les phénomènes naturels ou anthropiques présentent souvent des distributions spatiales non aléatoires 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 La distribution spatiale est le résultat de nombreux facteurs, spatiaux et non spatiaux Tendances spatiales et distributions de facteurs géographiques 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

14 Épidémiologie spatiale Processus spatio-temporels dans lémergence et la diffusion 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 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 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 Processus dextinction Pour évaluer les facteur environnementaux de lémergence, il est nécessaire de séparer les facteur environnementaux des relations entre évènements Pour évaluer les facteur environnementaux de lémergence, il est nécessaire de séparer les facteur environnementaux des relations entre évènements

15 Épidémiologie spatiale Cartographie de la maladie 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) 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 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. 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.

16 Épidémiologie spatiale Étude par objets, sur lensemble des objets 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 Variabilité spatiale du nuage de points Caractère aléatoire du nuage de points Caractère aléatoire du nuage de points Recherche dagrégats spatiaux et classification Recherche dagrégats spatiaux et classification Recherche de formes particulières du nuage de points Recherche de formes particulières du nuage de points Analyse spatio-temporelle Analyse spatio-temporelle

17 Épidémiologie spatiale et géo-statistique Étude par individu, position et distribution spatiale des évènements Étude par individu, position et distribution spatiale des évènements Position absolue 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 Position relative des évènements Situations aléatoires, agrégats (cluster), formes, tendances Continuité spatiale dune variable numérique Continuité spatiale dune variable numérique Variogrammes, indices (Moran, Geary, G), LISA Analyse spatio-temporelle Analyse spatio-temporelle Processus démergence et de diffusion, index cases Modélisation de la diffusion Modélisation de la diffusion Équations différentielles, IBM, deux approches différentes

18 Épidémiologie spatiale et SIG Analyse spatiale : position et distribution spatiale des évènements 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 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 Les effets collatéraux ne peuvent être résolus quavec une simulation MC

19 Épidémiologie spatiale et SIG Analyse spatiale : mesures de centralité spatiale Analyse spatiale : mesures de centralité spatiale Centre moyen (minimise la somme des carrés des distances avec les points) 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 de Manhattan (minimise la somme des distances avec les autres points) Centre médian, distance euclidienne (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 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. 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) Ellipse de déviation, définie par trois paramètres (angle de rotation, dispersion le long du grand axe, dispersion le long du petit axe)

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

21 Épidémiologie spatiale et SIG Étude par individu, sur lensemble des individus 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 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)),…) Recherche dune tendance ou dune forme dans la distribution spatiale de la valeur ( 1/rn, sin(f(x)),…)

22 Études spatio-temporelles Étude de la relation entre les individus ou les événements dans lespace et le temps Étude de la relation entre les individus ou les événements dans lespace et le temps Trouver de « clusters » spatio-temporels 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

23 Épidémiologie spatiale et SIG Agrégation des individus en sous-groupes spatiaux, et étude des relations spatiales entre les sous-groupes Agrégation des individus en sous-groupes spatiaux, et étude des relations spatiales entre les sous-groupes Soit la localisation des individus nest pas connue 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 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 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

24 Épidémiologie spatiale et SIG Agrégation des individus en sous-groupes spatiaux, et étude des relations spatiales entre les sous-groupes 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 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 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 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 Les processus dagrégation en sous-ensembles fait remplacer des individus par des groupes, caractérisés souvent par des valeurs moyennes

25 Épidémiologie spatiale et SIG Agrégation des individus en sous-groupes spatiaux, et étude des relations spatiales entre les sous-groupes 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 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 La variabilité est beaucoup plus grande, la désagrégation fait perdre de la puissance statistique Léchelle dagrégation est importante Léchelle dagrégation est importante

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

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

28 Fin Fin M. Souris, 2010


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