Geography and Human Relationships

Geography and Human Relationships

Spatial Analysis and Modeling of Skin Cancer Incidence in Iran Using GIS

Document Type : Original Article

Authors
Bahman Mohamadi 1
Mohammad Raoof heidari Far 2
1 University of Tehran
2 Associate Professor of Political Geography, Payame Noor University, Tehran, Iran
10.22034/gahr.2025.516510.2447
Abstract
Spatial Analysis and Modeling of Skin Cancer Incidence in Iran Using GIS

Abstract

Skin cancer, one of the most common types of cancer in Iran, has shown an increasing trend in recent years. Due to its physical, psychological impacts, and high treatment costs, it has become a major concern for the healthcare system. Various studies have indicated that natural and climatic factors play a significant role in the incidence of this disease. The primary objective of this research is to analyze the spatial distribution and model the incidence rate of skin cancer across Iranian counties using spatial data, climatic parameters, and advanced modeling techniques, including Geographically Weighted Regression (GWR) and Multilayer Perceptron (MLP) neural networks.

Initially, data related to skin cancer incidence, climatic, and demographic factors were collected. After correction, fuzzification, and implementing spatial analysis using GIS, modeling was conducted using both MLP and GWR approaches. The results of model validation showed that the MLP model, with a correlation coefficient of 0.74, performed more accurately than the GWR model, which had a coefficient of 0.49, in predicting skin cancer incidence rates. Sensitivity analysis revealed that total precipitation, sunshine hours, average elevation, dusty days, and snowy days were the most influential factors affecting the disease.

The findings of this study can be applied in health policy-making, identifying high-risk areas, prioritizing preventive interventions, and enhancing public awareness.
Keywords
Skin Cancer
Spatial Modeling
GIS
Climatic Factors

Subjects

  1. Koch, Stephanie Marie. 2016. Multilevel Assessment of Skin Cancer Prevention in Arizona. Thesis, ARIZONA: The University of Arizona.

    Ali-Akbarpour, Mohsen, Abolfazl Mohammadbeigi, Seyed Hamid Reza Tabatabaee, and Gholamreza Hatam. 2012. "Spatial analysis of eco-environmental risk factors of cutaneous leishmaniasis in Southern Iran." Journal of cutaneous and aesthetic surgery 30-35.

    Cecconi, Lorenzo, Anna Busolin, Fabio Barbone, Diego Serraino, Alessandra Chiarugi, Annibale Biggeri, and Dolores Catelan. 2016. "Spatial analysis of incidence of cutaneous melanoma in the Friuli Venezia Giulia region in the period 1995-2005." Geospatial Health.

    Hagan, Martin T, Howard B Demuth, Mark H Beale, and Orlando De Jesús. 1996. Neural Network Design (2nd Edition). Colorado: Campus Pub. Service.

    Hu, Shasa, Recinda Sherman, Kristopher Arheart, and Robert S. Kirsner. 2014. "Predictors of Neighborhood Risk for Late-Stage Melanoma: Addressing Disparities through Spatial Analysis and Area-Based Measures." Journal of Investigative Dermatology 937–945.

    Kotsiantis, S. B. 2007. "Supervised Machine Learning: A Review of Classification Techniques." Informatica 249-268.

    Miller, Harvey J., and Jiawei Han. 2009. Geographic data mining and knowledge discovery. CRC Press.

    Rajabi, Mohammadreza, Ali Mansourian, and Ahad Bazmani . 2012. "Susceptibility mapping of visceral leishmaniasis based on fuzzy modelling and group decision-making methods." Geospatial Health 37-50.

    Rajabi, Mohammadreza, Ali Mansourian, Petter Pilesjö, and Ahad Bazmani. 2014. "Environmental modelling of visceral leishmaniasis by susceptibility-mapping using neural networks: a case study in north-western Iran." Geospatial Health 179-191.

    Vega-Corredor, Maria Cecilia, and Jacob Opadeyi. 2014. "Hydrology and public health: linking human leptospirosis and local hydrological dynamics in Trinidad, West Indies." Earth Perspectives 1-14.

    Wallingford, Sarah Cristina. 2014. Investigations into the Epidemiology and Aetiology of Cancers of the Skin. Thesis(PhD), Manchester: University of Manchester.

    Wheeler, B W, G Kothencz, and A S Pollard. 2013. "Geography of non-melanoma skin cancer and ecological associations with environmental risk factors in England." British Journal of Cancer 235–241.

    Zayeri, Farid, Amir Kavousi, and Hadis Najafmehr. 2015. "Spatial analysis of Relative Risks for skin cancer morbidity and mortality in Iran, 2008 – 2010." Asian Pacifc Journal of Cancer Prevention 5225-5231.

    Alpaydin, Ethem. 2014. Introduction to machine learning. Massachusetts: MIT Press.

    Bonita, R. , R. Beaglehole, and T. Kjellström. 2006. Basic epidemiology 2nd edition. Switzerland: World Health Organization.

    Brinkhoff, Thomas , Hans-Peter Kriegel, and Bernhard Seeger. 1993. "Efficient processing of spatial joins using R-trees." ACM 237-246.

    Brooks, Rodney A. 1991. "Intelligence without representation." Artificial Intelligence (Artificial Intelligence) 139-159.

    Buettner, Petra Gertraud , and Robert MacLennan. 2008. "Geographical variation of incidence of cutaneous melanoma in Queensland." Aust. J. Rural Health 269–277.

    Burrough, P. A. 1986. Principles of Geographical Information Systems for Land Resources Assessment. New York: Oxford University Press.

    Burrough, Peter A. 1986. Principles of Geographical Information Systems for Land Resources Assessment. Oxford University Press.

    Hassan, Ali , Hala A Kassem, S. I. El Hosary, and Bahira M El Sawaf. 1999 . "The Use of GIS To Identify Environmental Factors Associated With Cutaneous Leishmaniasis Transmission Risk In Northeast Sinai, Egypt." Towards Digital Earth. Beijing: Science Press. 18.

    Hastie, Trevor , Robert Tibshirani, and Jerome Friedman. 2009. The Elements of Statistical Learning. New York: Springer .

    Hornik, Kurt. 1989. "Multilayer Feedforward Networks are Universal Approximators." Neural Networks 359-366.

    2008How to Write and Illustrate Scientific PapersCambridgeCAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS

    Mohammadinia, Ali , Abbas Alimohammadi, and Rahela Habibi. 2015. "Assessment of environmental factors associated with rural endemics of Leptospirosis in Guilan Province, Iran." International Conference on Research in Science And Technology. Kuala Lumpur: researchgate.

    Pezeshki, Z. , M. Tafazzoli-Shadpour, A. Mansourian, B. Eshrati, E. Omidi, and I. Nejadqoli. 2012. "Model of cholera dissemination using geographic information systems and fuzzy clustering means: Case study, Chabahar,Iran." Public Health 881-887.

    Rätsch, Gunnar. 2004. "A Brief Introduction into Machine Learning."

    Rubens, Philip. 2001. Science and Technical Writing A Manual of Style. 2. New York: Routledge.

    Snow, John. 1856. "Cholera and the water supply in the south districts of London in 1854." Journal of Public Health, and Sanitary Review 239-57.

    Tatalovich, Zaria , John P. Wilson, Thomas Mack, Ying Yan, and Myles Cockburn. 2006. "The objective assessment of lifetime cumulative ultraviolet exposure for determining melanoma risk." Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology 198–204.

    Koch, Stephanie Marie. 2016. Multilevel Assessment of Skin Cancer Prevention in Arizona. Thesis, ARIZONA: The University of Arizona.

    Ali-Akbarpour, Mohsen, Abolfazl Mohammadbeigi, Seyed Hamid Reza Tabatabaee, and Gholamreza Hatam. 2012. "Spatial analysis of eco-environmental risk factors of cutaneous leishmaniasis in Southern Iran." Journal of cutaneous and aesthetic surgery 30-35.

    Cecconi, Lorenzo, Anna Busolin, Fabio Barbone, Diego Serraino, Alessandra Chiarugi, Annibale Biggeri, and Dolores Catelan. 2016. "Spatial analysis of incidence of cutaneous melanoma in the Friuli Venezia Giulia region in the period 1995-2005." Geospatial Health.

    Hagan, Martin T, Howard B Demuth, Mark H Beale, and Orlando De Jesús. 1996. Neural Network Design (2nd Edition). Colorado: Campus Pub. Service.

    Hu, Shasa, Recinda Sherman, Kristopher Arheart, and Robert S. Kirsner. 2014. "Predictors of Neighborhood Risk for Late-Stage Melanoma: Addressing Disparities through Spatial Analysis and Area-Based Measures." Journal of Investigative Dermatology 937–945.

    Kotsiantis, S. B. 2007. "Supervised Machine Learning: A Review of Classification Techniques." Informatica 249-268.

    Miller, Harvey J., and Jiawei Han. 2009. Geographic data mining and knowledge discovery. CRC Press.

    Rajabi, Mohammadreza, Ali Mansourian, and Ahad Bazmani . 2012. "Susceptibility mapping of visceral leishmaniasis based on fuzzy modelling and group decision-making methods." Geospatial Health 37-50.

    Rajabi, Mohammadreza, Ali Mansourian, Petter Pilesjö, and Ahad Bazmani. 2014. "Environmental modelling of visceral leishmaniasis by susceptibility-mapping using neural networks: a case study in north-western Iran." Geospatial Health 179-191.

    Vega-Corredor, Maria Cecilia, and Jacob Opadeyi. 2014. "Hydrology and public health: linking human leptospirosis and local hydrological dynamics in Trinidad, West Indies." Earth Perspectives 1-14.

    Wallingford, Sarah Cristina. 2014. Investigations into the Epidemiology and Aetiology of Cancers of the Skin. Thesis(PhD), Manchester: University of Manchester.

    Wheeler, B W, G Kothencz, and A S Pollard. 2013. "Geography of non-melanoma skin cancer and ecological associations with environmental risk factors in England." British Journal of Cancer 235–241.

    Zayeri, Farid, Amir Kavousi, and Hadis Najafmehr. 2015. "Spatial analysis of Relative Risks for skin cancer morbidity and mortality in Iran, 2008 – 2010." Asian Pacifc Journal of Cancer Prevention 5225-5231.

    Alpaydin, Ethem. 2014. Introduction to machine learning. Massachusetts: MIT Press.

    Bonita, R. , R. Beaglehole, and T. Kjellström. 2006. Basic epidemiology 2nd edition. Switzerland: World Health Organization.

    Brinkhoff, Thomas , Hans-Peter Kriegel, and Bernhard Seeger. 1993. "Efficient processing of spatial joins using R-trees." ACM 237-246.

    Brooks, Rodney A. 1991. "Intelligence without representation." Artificial Intelligence (Artificial Intelligence) 139-159.

    Buettner, Petra Gertraud , and Robert MacLennan. 2008. "Geographical variation of incidence of cutaneous melanoma in Queensland." Aust. J. Rural Health 269–277.

    Burrough, P. A. 1986. Principles of Geographical Information Systems for Land Resources Assessment. New York: Oxford University Press.

    Burrough, Peter A. 1986. Principles of Geographical Information Systems for Land Resources Assessment. Oxford University Press.

    Hassan, Ali , Hala A Kassem, S. I. El Hosary, and Bahira M El Sawaf. 1999 . "The Use of GIS To Identify Environmental Factors Associated With Cutaneous Leishmaniasis Transmission Risk In Northeast Sinai, Egypt." Towards Digital Earth. Beijing: Science Press. 18.

    Hastie, Trevor , Robert Tibshirani, and Jerome Friedman. 2009. The Elements of Statistical Learning. New York: Springer .

    Hornik, Kurt. 1989. "Multilayer Feedforward Networks are Universal Approximators." Neural Networks 359-366.

    2008How to Write and Illustrate Scientific PapersCambridgeCAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS

    Mohammadinia, Ali , Abbas Alimohammadi, and Rahela Habibi. 2015. "Assessment of environmental factors associated with rural endemics of Leptospirosis in Guilan Province, Iran." International Conference on Research in Science And Technology. Kuala Lumpur: researchgate.

    Pezeshki, Z. , M. Tafazzoli-Shadpour, A. Mansourian, B. Eshrati, E. Omidi, and I. Nejadqoli. 2012. "Model of cholera dissemination using geographic information systems and fuzzy clustering means: Case study, Chabahar,Iran." Public Health 881-887.

    Rätsch, Gunnar. 2004. "A Brief Introduction into Machine Learning."

    Rubens, Philip. 2001. Science and Technical Writing A Manual of Style. 2. New York: Routledge.

    Snow, John. 1856. "Cholera and the water supply in the south districts of London in 1854." Journal of Public Health, and Sanitary Review 239-57.

    Tatalovich, Zaria , John P. Wilson, Thomas Mack, Ying Yan, and Myles Cockburn. 2006. "The objective assessment of lifetime cumulative ultraviolet exposure for determining melanoma risk." Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology 198–204.

    آذرمهر , محمدرضا, محمدسعدی مسگری , و محمد کریمی . 1389. “مدلسازی مکانی_زمانی بیماری مالاریا با استفاده از Geographic Information System و روش Cellular Automata.” فصلنامه بیماری های عفونی و گرمسیری وابسته به انجمن متخصصین بیماری های عفونی و گرمسیری 61-69.

    افضلی , مجید, مسعود میرزایی , حسن سعادتی , و سید سعید مظلومی محمودآبادی. 1392. “اپیدمیولوژی سرطان پوست و تغییرات روند زمانی بروز آن در ایران.” دوماهنامه علمی-پژوهشی فیض 501-511.

    العسیری, صفا. 1393. بررسی میزان آگاهی و شناخت بیماران مبتلا به ملانوم و کانسرهای غیرملانوم پوست مراجعه کننده به درمانگاه تومور بیمارستان رازی از بیماری خود و عوامل مؤثر بر آن. پایان نامه, تهران: دانشگاه علوم پزشکی و خدمات بهداشتی درمانی تهران.

    آهنگرکانی , مهرداد, مهدی فرنقی, و محمدر ضا شیرزادی . 1395. “پیش بینی مکانی-زمانی مناطق پرخطر بیماری لپتو سپیروز با ا ستفاده از روشهای رگر سیون وزندار جغرافیایی و شبکه عصبی پر سپترون چند لایه.” نشریه علمی- پژوهشی علوم و فنون نقشه برداری 79-98.

    بلیانی, یدالله, و سید یاسر حکیم دو ست . 1393. ا صول و مبانی پردازش دادههای مکانی (فضایی) با استفاده از روش های تحلیل فضایی. تهران: انتشارات آزادپیما.

    بیاتانی , علی, و علی صادقی . 1391. “تجزیه وتحلیل مکانی عوامل محیطی مؤثر بر لیشمانیوز جلدی در ایران با ا ستفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی .” مجله تحقیقات نظام سلامت حکیم 158-165.

    پیروز, الهام. 1390. بررسی شیوع انواع مختلف ملانوما و شایع ترین ناحیه ی اناتومیکی درگیر در بیماران مراجعه کننده به بیمارستان رازی از فروردین سال 1383تا فروردین 1388. پایان نامه, تهران: دانشگاه علوم پزشکی وخدمات بهداشتی درمانی تهران، دانشکده پزشکی.

    ترابی آزاد , مسعود, امیر سیه سرانی , و رحیم افتخاری. 1395. آموزش جامع تحلیل گر زمین آماری نرم افزار Arc GIS. تهران: انتشارات سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح.

    جعفری , مرتضی, و حسن حبیبی ماچیانی. 1393. راهنمای گام به گام تحلیل داده ها با برنامه spss. تهران: جامعه شناسان.

    خسروی, یونس, و اسماعیل عباسی . 1395. تحلیل فضایی داده های محیطی با زمین آمار. تهران: انتشارات آذر کلک.

    خوان ایرایی , پگاه, محمد کریمی , و علی منصوریان . 1392. “پیشبینی بیماری لیشمانیوز جلدی با استفاده از روش شبکه عصبی مصنوعی مطالعه موردی: استان ایلام.” سی و دومین گردهمایی و نخستین کنگره بینالمللی علوم زمین. تهران: سازمان زمینشناسی و اکتشافات معدنی کشور.

    رضایی , عاطفه. 1392. بررسی شیوع ملانوم در نمونه های بیوپسی خال هایی که طی سالهای 1389تا 1391 به آزمای شگاه آ سیب شنا سی بیمار ستان رازی ارجاع شده اند. پایان نامه, تهران: دانشگاه علوم پزشکی و خدمات بهداشتی درمانی تهران.

    زارع , محمد, پروین شمس زاده , و عباس نجاری. 1385. “فراهم سازی امکان استفاده از سیستم های اطلاعات جغرافیایی در تصمیم گیری های مدیریتی در بخش بهداشت و درمان.” مجله تحقیقات نظام سلامت.

    1. سالنامه آماری کشوری . سالنامه, تهران: مرکز آمار ایران.

    عسگری, علی. 1390. تحلیل ها ی زمین آماری با ArcGIS. تهران: انتشارات سازمان فناوری اطلاعات و ارتباطات شهرداری تهران.

    کاتورانی , شلیر, سید علی المدرسی , جلال کرمی , و رضا ریسی. 1391. “تحلیل فضایی بیماری سرطان پو ست در ا ستان کرد ستان در محیط GIS.” دومین سمینار تخصصی کاربردهای علوم و فناوری های ژئوانفورماتیک در نظام سلامت (ژئوانفورماتیک در خدمت محیطزی ست سالم) . تهران: مو سسه ملی تحقیقات سلامت جمهوری اسلامی ایران و پژوهشکده ژئوانفورماتیک.

    کاظمی, آفاق, امید اسکندری, و محمد کریمی. 1394. “بروز و توزیع جغرافیایی سرطان پوست در استان کردستان ایران.” پوست و زیبایی 38-45.

    کیا , مصطفی. 1387. شبکه های عصبی در MATLAB. تهران: کیان رایانه سبز.

    1. گزارش کشوری ثبت موارد سرطان سال 1382-1389. گزارش, تهران: وزارت بهداشت، معاونت بهداشت و درمان، مرکز مدیریت بیماریهای غیر واگیر، اداره سرطان.
    2. گزارش کشوری ثبت موارد سرطان سال ۱۳۸۷. گزارش, تهران: وزارت بهداشت، معاونت بهداشت و درمان، مرکز مدیریت بیماریهای غیر واگیر، اداره سرطان.

    مبارک آبادی, عادله, راضیه رجبی, یوسف خانی, و امیر الماسی حشیانی. 1392. “همه گیرشناسی سرطان پوست در استان مرکزی، ایران.” پوست و زیبایی 120-126.

    محمدی نیا, علی. 1394. مقایسه رگرسیون وزن دار جغرافیایی، شبکه عصبی مصنوعی و الگوریتم ژنتیک در مدل سازی مکانی تب شالیزار. پایان نامه, تهران: دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی.

    معصومی, زهزه. 1384. به کارگیری سیستم اطلاعات جغرافیایی در پایش و مدیریت بیماری ها. پایان نامه, تهران: دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی, 753-763.

    ملالو, ابوالفضل. 1392. تحلیل و مدلسازی مکانی- زمانی بیماری سالک. پایان نامه, تهران: دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی.

    منهاج، محمدباقر. 1395. مبانی شبکه های عصبی: هوش محاسباتی. تهران: دانشگاه صنعتی امیرکبیر.

    1. مؤسسه تحقیقات، درمان و آموزش سرطان ایران. 20 4. دستیابی در 4 20, 1396. http://ncii.ir.

    نوحه گر , احمد, و محمد اکبری نسب . 1392. تجزیه و تحلیل فضایی Arc GIS 9.X. هرمزگان: دانشگاه هرمزگان.

    نورعلی نژاد, مایسا. 1393. بررسی مشخصات بیماران مبتلا به ملانوم مراجعه کننده به بیمارستان رازی تهران از فروردین 1383تا فروردین 1393. پایان نامه, تهران: دانشگاه علوم پزشکی و خدمات بهداشتی درمانی تهران.

Geography and Human Relationships
Volume 7, Issue 4 - Serial Number 28
Winter 2025
Pages 137-160

  • Receive Date 14 December 2024
  • Revise Date 05 January 2025
  • Accept Date 18 February 2025