統(tǒng)計學思想與三型理論在生物醫(yī)學科研中的應用

1、統(tǒng)計學思想與三型理論在生物醫(yī)學科研中的應用【關鍵詞】統(tǒng)計學;生物醫(yī)學;實驗設計;統(tǒng)計分析在生物醫(yī)學科研工作中，人們面對的是具有極大變異性的生物體，而研究具有變異性事物或現象的變化規(guī)律，離不開統(tǒng)計學的思維方法和技術手段，因此，統(tǒng)計學起著不可替代的作用。遺憾的是統(tǒng)計學的理論比擬深奧，要考慮的問題非常多，應用時靈敏性又非常大，每當實際工作者包括科研工作者、臨床醫(yī)生、雜志編輯等要運用較復雜的實驗設計知識和統(tǒng)計分析知識時，常感到心中無底，有時甚至望而生畏。問題的癥結并非出自于實際工作者本身，主要原因應該歸結于現行的醫(yī)學或衛(wèi)生統(tǒng)計學教科書。因為傳統(tǒng)的統(tǒng)計學教科書中所寫的內容幾乎都是經過統(tǒng)計學工作者加工后的

2、半成品，它們是一代又一代統(tǒng)計學工作者經過多年“修剪出來的“標準型。實際工作者拿著自己的問題通常是披著假象的“表現型，試圖通過比照這些“標準型找到解決問題的方法，但“表現型與“標準型之間常常并非完全一致，因此，盲目套用十有八九會出錯。要想不出錯，必須弄清每個“表現型的本質即問題的“原型，倘假設能將“原型正確地轉變成對應的“標準型，問題也就迎刃而解了。也就是說，一本好的統(tǒng)計學教科書應該明確講述與每個實際問題對應的前述“三型絕對不能只講述“標準型，實際工作者才可以少花時間和精力，學到統(tǒng)計學的精華，才能在生物醫(yī)學科研工作中發(fā)揮統(tǒng)計學的作用，真正到達進步統(tǒng)計學的應用程度和進步科研質量的目的。1時代呼喚正

3、確的統(tǒng)計學思想生物醫(yī)學技術日新月異，對統(tǒng)計學提出了越來越高的要求。時代呼喚正確的統(tǒng)計學思想，而不是照抄和盲目套用那些繁瑣的統(tǒng)計學公式。正確的統(tǒng)計學思想是什么?是用辯證的思維去觀察事物，是用透視的目光去洞察事物，即可以透過現象看本質的統(tǒng)計思維形式，概括起來為“八性和“八思維。統(tǒng)計學在對待事物和處理問題時，離不開以下“八性，即“延展性與概括性、“隨機性與平衡性、“系統(tǒng)性與代表性和“自悖性與相合性。同時，還離不開以下“八思維，即“從靜態(tài)思維到動態(tài)思維、“從正向思維到逆向思維、“從簡單思維到復雜思維和“從橫向思維到縱向思維。2統(tǒng)計思維形式的“八性和“八思維2.1“八性如貴重的精細儀器設計質量的實驗研究

4、，統(tǒng)計學告訴人們可以只研究其中很小一部分，由此去推論總體的規(guī)律性。例如，根據幾十人，最多幾百人的臨床試驗研究，就能決定一種新藥是否可以用于臨床診治某些疾病，這就是說統(tǒng)計學具有延展性。特別是生物醫(yī)學研究中，由于變異性的普遍存在，又由于通常無法研究總體中的全部個體，隨機抽樣研究是確保樣本具有代表性的重要措施。例如:每個正常成年人的血小板數值并非一樣，假設將全國正常成年人的血小板數值都測量出來，自然就知道了全國正常成年人的平均血小板程度了，但測定的數量太大，費用、時間和人力都承受不起;假設從全國各地隨機抽取不是人為選取最有代表性的一部分正常成年人，由他們的測定值也能較好地估計全國正常成年人血小板的平

5、均程度，估計的結果是否足夠準確，主要取決于隨機化的效果它表達了代表性的好壞和樣本含量的大小，這就是統(tǒng)計學上非常強調的隨機性。假設試驗組患者使用新藥，對照組患者使用目前市面上治療該病最好的藥，但由于患者入組時未進展嚴格的隨機化。結果發(fā)現，年齡大的患者比擬保守，絕大多數都進入了對照組，試驗結果顯示，新藥療效優(yōu)于對照藥療效，但這個結論卻令人疑心，因為兩組患者在年齡上相差懸殊，況且，往往年齡大的患者病情較重、患病時間較長，難以治愈。所以，要使實驗研究的結果具有較高的可信度，組間的平衡性是不可無視的，這就是統(tǒng)計學上特別強調的平衡性。，應當系統(tǒng)地全面地考慮問題，以免所做的研究工作前功盡棄。任何一項科研工作

6、，從開場構思到得出結論，需要經歷很多步驟，其中任何一步考慮不周，都可能會使整個研究失敗。比方，實驗設計錯了或數據整理的格式錯了或統(tǒng)計分析方法選擇錯了或結果解釋錯了，都可能導致結論的錯誤，這就是說在統(tǒng)計學上考慮問題要全面、系統(tǒng)，方可得出正確結論。假設想通過抽樣調查理解全國正常成年人的身高的平均程度，假設在北方地區(qū)與南方地區(qū)抽樣的人數與當地正常成年人的人口數不呈正比例，當北方地區(qū)抽取的人數占的比重大了，其身高數據的樣本平均值會明顯高于全國相應指標的平均程度，反之亦然。這就是說，樣本必須具有很好的代表性，在此根底上，由足夠大的樣本去推論總體的規(guī)律性才不會出錯。1951提出的關于吸煙與否是否會導致肺癌

7、發(fā)生的調查資料，不同的分析策略，將得到自相矛盾的結論12。適宜的方法描繪和分析資料，整個過程應具有相合性。例如，有人為研究兩種檢測方法檢測同一批患者的血樣，看結果是否具有一致性，每次檢測都有4種可能的診斷結果，即正常、輕度病態(tài)、中度病態(tài)、重度病態(tài)，研究者將檢測結果寫成兩行，第一行是甲法檢測全部患者所得到的結果，第二行是乙法檢測全部患者所得到的結果，這樣記錄和整理資料，其統(tǒng)計分析方法也就跟著發(fā)生了改變，就不可能到達原先想到達的研究目的了。這就是說在統(tǒng)計學上應注意相合性。2.2“八思維。例如:有人用某藥治療某病患者6人，治愈3人，便得結論:該藥對該病的治愈率為50%。請問錯在哪?很顯然，在如此小的

8、樣本上，顯示出的藥物療效具有一定的偶爾性，誰也沒有把握斷言，再用該藥治療該病患者100人，會有多少患者可以被治愈。應當在較大范圍內選取較多的該病患者用此藥進展治療，并對所獲得的實驗結果進展統(tǒng)計學推斷，以95%以上的置信度推斷此藥對該病的治療效果如何，其結論才能令人信服。，痛定思痛，立志認真學好統(tǒng)計學，轉被動學習為主動鉆研，勤于動腦，勇于理論，效果必然明顯。這就是“逆向統(tǒng)計教學法成功之奧秘。部分患者病情惡化、發(fā)熱、肝臟大片壞死而死亡。這關系到麻醉劑氟烷能否繼續(xù)使用!這場風波產生于簡單思維，因為某些人僅根據部分病例的表現得出了虛假結論。后來進展大量調查研究，將各種混雜因素對結果的影響盡可能降到最低

9、限度，借助統(tǒng)計學考慮問題的平衡性和系統(tǒng)性，從而平息了風波，表達了復雜思維的價值。那么可以比擬真實地展現事物內在的聯絡和開展變化規(guī)律。例如，同時調查1525歲的一群人的身體發(fā)育情況與對一群15歲的人連續(xù)觀察身體發(fā)育情況10年所得的兩批調查數據，其結果和結論可能相差很多，前者的結論僅供參考，假設質量控制做得好，樣本足夠大，那么后者的結論具有很高的可信度，對將來的研究和政策制定具有更大的指導意義。3統(tǒng)計學三型理論3，43.1統(tǒng)計學三型理論概述進展生物醫(yī)學科研工作離不開統(tǒng)計學，而要想把統(tǒng)計學應用正確，又離不開正確的統(tǒng)計思想。正確的統(tǒng)計思想由前述的“八性和八思維組成，其精華是“透過現象看本質。事實上，很

10、多與統(tǒng)計學有關的實際問題，均以“表現型的相貌呈如今人們的面前，表現型常常帶有假象，直接根據“表現型去盲目套用傳統(tǒng)的統(tǒng)計學教科書上的“標準型，十有八九會出錯，因此，要想正確運用統(tǒng)計學，必須弄清反映“表現型本質的“原型，將“原型正確轉變成“標準型后，就很少會出錯。這樣一種由筆者創(chuàng)立的可有效解決問題的新理論，被稱為“統(tǒng)計學三型理論3，4。3.2統(tǒng)計學三型理論應用舉例統(tǒng)計學三型理論聽起來好象很抽象，其實，它卻非常詳細、實在。請看來自生物醫(yī)學科研的兩個簡單實例，不僅很容易理解這個理論，而且會發(fā)現此理論大有用武之地。例1某研究者希望考察A、B兩藥物升高白細胞的療效，以用藥前后白細胞的改變值作為評價療效的指

11、標，設計了如下的4個組，每組用20只小鼠，觀察白細胞的數值。第1組:空白對照組第2組:單用A藥組第3組:A、B藥結合使用組第4組:第3組的空白對照組請問:這樣設計實驗錯在哪里?對過失的辨析與釋疑這位研究者給出了該實驗設計的“表現型，它不能很好地實現原先的研究目的。事實上，完全沒有必要設置兩個空白對照組，白白地浪費了20只小鼠。事實上，要想提醒A與B藥結合使用后是協(xié)同作用還是拮抗作用，不僅需要A、B藥結合使用組和單用A藥組，還需要單用B藥組，故與本實驗研究對應的實驗設計的“原型為下面的構造:第1組:空白對照組第2組:單用A藥組第3組:單用B藥組第4組:A、B藥結合使用組假設確實按此“原型所決定的

12、構造去做實驗，各組均有20個白細胞的改變值，如何對數據進展統(tǒng)計分析呢?很多人又盲目地去套用傳統(tǒng)的統(tǒng)計學教科書，認為這是一個“單因素4程度設計定量資料，便不假思索地選用“單因素4程度設計定量資料的方差分析處理此資料。這樣做仍是被外表現象迷惑住了，因為4個組可能會有三種情況，第一種是真正的單因素4程度設計;第二種是兩個或多個因素程度不完全組合而成的四個組;第三種是兩個各有2程度的因素的程度全面組合而形成的四個組。只有弄清終究屬于這三種情況中的哪一種，才能選用適宜的統(tǒng)計分析方法予以處理。本例屬于第三種情況，將這個“原型正確地轉變成對應的“標準型后，其構造見表1。表1A與B藥單用及結合使用的實驗設計形

13、式略表1的構造在統(tǒng)計學上被稱為兩因素析因設計或22析因設計，假設其定量資料滿足參數檢驗的前提條件通常為獨立性、正態(tài)性和方差齊性，應選用兩因素析因設計定量資料的方差分析處理資料為宜，否那么，需要尋找適宜的變量變換方法，假設變換后的數據滿足參數檢驗的前提條件，再對其使用前述方法處理。例2某臨床醫(yī)生搜集到一組臨床資料，見表2。該醫(yī)生用成組設計定量資料的t檢驗對表中的8組數據進展了兩兩比擬，試問這樣做其錯誤的本質是什么?對過失的辨析與釋疑顯然，表中的定量測定結果受到兩個實驗因素組別與時間的影響，而成組設計定量資料的t檢驗通常只合適處理單因素兩程度設計或叫成組設計定量資料。換句話說，原作者將該資料人為地

14、拆分成多個單因素兩程度設計定量資料，割裂了整體設計，每次分析資料的利用率很低，又無法考察因素之間的交互作用對測定結果的影響，故結論的可信度降低。其錯誤的本質是不認識該定量資料所對應的真正的實驗設計類型是什么，僅根據“表現型去盲目套用統(tǒng)計學教科書上的“標準型，從而犯了嚴重的錯誤。那么，該定量資料所對應的“原型終究是什么?改變一以下表的格式，就很容易區(qū)分出其“原型，見表3。表2兩組患者手術前后胃電圖平均波幅比擬略表3兩組患者手術前后胃電圖平均波幅比擬略“組別是實驗分組因素，即全部患者被分成互相獨立的兩組，而每組中的每位患者都要在4個不同時間點上被重復觀測“胃電圖平均波幅的數值，各組患者在“測定時間

15、這個因素上被重復觀測，而且，整個實驗涉及兩個實驗因素，故此表格所對應的實驗設計叫做“具有一個重復測量的兩因素設計。表3的構造既是該實驗所對應的“原型，也是其“標準型。假設其定量資料滿足參數檢驗的前提條件通常為獨立性、正態(tài)性和方差齊性，但重復測量資料不滿足獨立性，需要用高級統(tǒng)計技術予以處理，應選用具有一個重復測量的兩因素設計定量資料的方差分析處理資料為宜，否那么，需要尋找適宜的變量變換方法，假設變換后的數據滿足參數檢驗的前提條件，再對其使用前述方法處理。值得一提的是，術前的測定結果在兩組中應相等，否那么，沒有可比性。假設確有差異，可將其視為“協(xié)變量，采用具有一個重復測量的兩因素設計定量資料的一元協(xié)方差分析方法處理此資料更為