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中山大学中山眼科中心林浩添教授团队牵头应用卫星遥感技术证实校园绿化率与近视发生密切相关——开启我国近视群体防控模式


健康与环境息息相关。由于社会发展和环境变化,2020年我国儿童青少年人群近视率达52.7%,位居世界第一,是我国重大公共健康问题。研究表明,城市地区的儿童近视患病率是农村地区的2.6倍,是否与农村地区儿童长期暴露在较多绿化的环境下相关?围绕绿化率也与儿童近视发生发展是否存在潜在关联这一科学问题,中山大学中山眼科中心林浩添教授团队牵头,基于中山大学交叉创新平台,联合国内外20家医疗领域、遥感领域、及智能图像分析领域的顶级科研机构,利用我国自主研制的首颗空间分辨率优于1米的光学遥感卫星高分二号,首次从循证医学角度明确了校园绿化暴露水平与学龄儿童近视的关系,研究成果“Spatial Technology Assessment of Green Space Exposure and Myopia”于2021年8月2日在国际眼科顶级期刊《Ophthalmology》(中科院一区,影响因子12.08)在线发表,为近视防控开启环境干预的群体防控模式

 

1. Ophthalmology在线发表网站截图

 

一、遥感技术与大数据分析将成为近视防控的新突破口

近年来,全社会都在为近视防控建言献策,但由于资源局限和技术瓶颈,以往儿童近视研究和防控主要集中于抽样人群,覆盖面窄,同时由于缺乏环境-疾病相互作用的宏观数据,近视流行病学及其发病机制突破较少。21世纪以来,全球数字科技创新空前活跃,急剧改变人与物的相互链接方式,拓宽人类生活边界的同时也在挑战生命健康,信息技术变革也为眼病研究和视力保护提供了新的技术方法。

在过去的二十年里,卫星数字技术的发展及其在人类健康方面的应用,逐步使流行病学研究发生了革命性的变化。其中,地理信息系统(GISs)被用于预测新冠肺炎疫情发展,卫星通信被用于远程医疗,也有越来越多的健康研究利用遥感数据探索环境因素对健康的长期影响及其潜在机制。此项目利用高分辨率遥感技术精确量化了百余所学校绿地的绿化率,基于多期遥感图像,使用时间积分测算研究队列时间内累计的绿化暴露量,从而控制季节与时间对绿化的影响。进一步,通过国际标准的近视大规模队列研究设计,利用大量样本数据明确校园绿化率与学校近视患病率增加和个人的近视发病风险的关联关系。这项研究将促进信息技术与遥感技术在流行病学的应用,以应对重大的全球公共卫生挑战,并加强公共卫生防御战略。

 

2. 人类与健康的不同研究模式

 

二、研究结果对于全社会范围的近视防控工作开展具有重大指导意义

近视是引起全球近18.9亿人视力损害的主要原因。研究发现,近视患病率与使用电子屏幕时间及近距离工作时间增加有关,并在新冠疫情期间加剧。更好地了解社会环境及自然环境与近视的关系有助于环境规划和公共政策设置,将进一步有助于减缓疫情期间的近视患病率增长。在深圳市星光眼健康公益服务中心团队的全力支持下,林浩添教授团队构建了年142,865名学生的前瞻性队列,结合高分二号遥感图像的多光谱数据计算出的归一化植被指数(NDVI),对学校绿化暴露进行精准评估,得出在学校范围内每提高0.1个单位的NDVI植被指数可减缓3.6%的学校近视患病率增长。特别地,就非近视学生个体而言,校园绿植每增长0.1个单位的NDVI植被指数,可减少19.8%近视发生风险。另外,研究团队发现,当校园NDVI植被指数普遍在0.3以上时,每年近视总体患病率将减少4.0%,这种环境干预将有望成为实现国家八部门印发的《综合防控儿童青少年近视实施方案》中所规定的近视患病率下降的理想模式。

因此,这项工作将在众多青少年开展远程学习的特殊时期,引起家长、教育机构、医疗机构对环境绿地及孩子视觉健康的关注,对于进一步开展近视防控工作具有指导作用,从而遏制全球范围内的近视爆发流行。

 

三、交叉学科平台为近视防控开启环境干预的群体防控模式

近年来,交叉学科融合提供了更多元的理论基础和视角,产生众多创造性的成果。研究团队基于医学和地理的交叉学科平台,利用高分二号遥感卫星捕捉深圳市多光谱数据,并将其与大规模前瞻性队列相结合,实现了遥感系统与医学大数据的结合,从宏观角度测量和评价环境因素对学生群体的广泛影响,将为近视防控开启环境干预的群体防控模式。

此项工作为环境健康提供了见解,并可能帮助决策者制定群体干预策略,如增加学校绿地,以改善学龄儿童的视力健康。随着时间的推移,群体近视干预可以产生大规模的公共卫生效益,在经济上可能比需要基于个体防控的传统光学矫正和药物矫正等近视干预手段更可行,具有易操作、成本低,效应范围广等特点。学科的交叉为医学的发展带来更多可能,未来通过遥感系统可以解决微观实验所无法涉及的领域,为科学研究开辟新的思路和方向。

 

 

3. 校园绿化率上升与近视发生风险降低密切相关

 

牵头单位及核心成员

中山大学是我国首批“双一流”综合大学,拥有 “天琴1号”技术试验卫星、我国最大综合科考实习船“中山大学”号和“天河二号”超级计算机国家超算中心等科研大平台,学科交叉前沿创新研究走在国际前列。中山大学中山眼科中心历年位居我国眼科专科声誉和科技实力排行榜首位,引领眼科学的创新发展。

在牵头单位以及国家卫星气象中心、西北工业大学等国内外20家医疗领域、遥感领域、及智能图像分析领域的顶级科研机构合作下,项目组包括有中山大学中山眼科中心林浩添教授(项目负责人,通讯作者),还有资深专家澳大利亚国立大学Ian George Morgan教授、中山眼科中心刘奕志教授、何明光教授、新加坡国立眼科研究所Tien Yin Wong教授、Daniel Shu Wei Ting教授共同参与和指导下,以及中山大学中山眼科中心五位共同第一作者杨雅涵博士、陈文贲博士后、徐安迪研究生、赵兰琴副研究员和丁小虎副教授的多年共同努力下完成。

 

参与医疗和科研机构(人员)

¨ 中山大学中山眼科中心(刘奕志、林浩添、何明光、丁小虎、刘臻臻、杨雅涵、陈文贲、徐安迪、赵兰琴、吴晓航、王珣、金玲、云东源、汪瑞昕、李中文、谢怡)

¨ 中山大学中山医学院(刘元涛、王小丹)

¨ 国家卫星气象中心(张兴赢)

¨ 西北工业大学光电与智能研究院(李学龙、姜志宇)

¨ 广州市城市规划勘测设计研究院(何华贵、廖卉芃)

¨ 中国科学院遥感与数字地球研究所(王国军)

¨ 中山大学航空航天学院(张清凌)

¨ 深圳市眼科医院(张少冲、汪建涛、聂丹瑶)

¨ 中山大学精准医学科学中心(林浩添)

 

公司企业(人员)

¨ 美团技术团队数字化LBS研究组(李嘉伟)

¨ 云智道智慧医疗科技(广州)有限公司(晏丕松)

 

国外医疗及科研机构(人员)

¨ ARC Centre of Excellence in Vision Science, Research School of Biology, Australian National University (Ian George Morgan)

¨ Centre for Eye Research Australia, University of Melbourne, Royal Victorian Eye and Ear Hospital (Mingguang He)

¨ Singapore Eye Research Institute, Singapore National Eye Center (Tien Y Wong, Daniel S W Ting)

¨ University of Miami Miller School of Medicine, USA (Yi Zhu, Chuan Chen)

¨ Laboratory of Translational Genomics, Division of Cancer Epidemiology & Genetics, National Cancer Institute, National Institutes of Health (Erping Long)

¨ Cambridge Centre for Brain Repair and MRC Mitochondrial Biology Unit, Department of Clinical Neurosciences, University of Cambridge (Patrick Yu-Wai-Man)

¨ Cambridge Eye Unit, Addenbrooke’s Hospital, Cambridge University Hospitals (Patrick Yu-Wai-Man)

¨ Moorfields Eye Hospital (Patrick Yu-Wai-Man)

¨ UCL Institute of Ophthalmology, University College London (Patrick Yu-Wai-Man)

 

社会公益组织

¨ 深圳市星光眼健康公益服务中心

 

项目资助

¨ 国家自然科学基金(81770967和81822010)、广东省重点研发计划(2018B010109008)、深圳市三名工程项目(SZSM201812091)

 

全文链接:https://doi.org/10.1016/j.ophtha.2021.07.031

 

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