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診斷性試驗(yàn)的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)研究生第1頁/共62頁2一、定義對(duì)疾病進(jìn)行診斷的試驗(yàn)方法,即稱為診斷性試驗(yàn)。診斷性試驗(yàn)不僅包括實(shí)驗(yàn)室檢查,還包括病史、體檢結(jié)果、影象學(xué)檢查、各種公認(rèn)的診斷標(biāo)準(zhǔn)等。第2頁/共62頁3診斷性試驗(yàn)的應(yīng)用診斷疾病篩檢無癥狀病人疾病的隨訪判斷疾病的嚴(yán)重性估計(jì)疾病的臨床過程極其預(yù)后估計(jì)對(duì)治療的反應(yīng)測(cè)定目前對(duì)治療的實(shí)際反應(yīng)第3頁/共62頁4二、評(píng)價(jià)診斷性試驗(yàn)的條件1.標(biāo)準(zhǔn)診斷: 疾病的診斷,必須有標(biāo)準(zhǔn)診斷(即金標(biāo)準(zhǔn),goldstandard,或參考標(biāo)準(zhǔn),referencestandard)。標(biāo)準(zhǔn)診斷是目前公認(rèn)的診斷方法,如:活檢、手術(shù)、尸檢、特殊檢查或長期隨訪的結(jié)果第4頁/共62頁5二、評(píng)價(jià)診斷性試驗(yàn)的條件2.診斷方法的對(duì)比:評(píng)價(jià)新的診斷性試驗(yàn),必須與標(biāo)準(zhǔn)診斷方法進(jìn)行比較。新的診斷性試驗(yàn),應(yīng)該具備方法更為簡便、更為可靠或者減少危險(xiǎn)、減少創(chuàng)傷、節(jié)約費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn),這樣的診斷性試驗(yàn)才具有推廣意義。第5頁/共62頁6二、評(píng)價(jià)診斷性試驗(yàn)的條件3.列出四格表標(biāo)準(zhǔn)診斷有病無病診斷性試驗(yàn)+a(真陽性)b(假陽性)-c(假陰性)d(真陰性)第6頁/共62頁7所評(píng)價(jià)的資料應(yīng)能列出四格表,方法如下用標(biāo)準(zhǔn)診斷方法,診斷的病例數(shù)為a+c在有病的受試者中,診斷性試驗(yàn)陽性者為a,陰性者為c用標(biāo)準(zhǔn)診斷方法,判斷無該病的例數(shù)為b+d無該病的受試者中,診斷性試驗(yàn)陽性例數(shù)為b,陰性例數(shù)為d
從評(píng)價(jià)的資料中,不能繪制四格表的診斷性試驗(yàn),無法進(jìn)行評(píng)價(jià)第7頁/共62頁8三、評(píng)價(jià)診斷性試驗(yàn)的常用指標(biāo)1.評(píng)價(jià)指標(biāo)敏感度(sensitivity):經(jīng)金標(biāo)準(zhǔn)確診有病的人中,診斷性試驗(yàn)陽性者所占的比例。
SEN=a/(a+c)特異度(specificity):經(jīng)金標(biāo)準(zhǔn)診斷確定為無該病的人中,診斷性試驗(yàn)陰性所占的比例。
SPE=d/(b+d)第8頁/共62頁9準(zhǔn)確性(accuracy):經(jīng)診斷性試驗(yàn)檢查后真陽性與真陰性占總例數(shù)的比例。
ACC=(a+d)/(a+b+c+d)陽性預(yù)測(cè)值(positivepredictivevalue):診斷性試驗(yàn)陽性的人中真正有病的人數(shù)所占的比例。(即診斷性試驗(yàn)陽性時(shí),患病的可能性,即陽性結(jié)果的驗(yàn)后概率)
+PV=a/(a+b)陰性預(yù)測(cè)值(negativepredictivevalue):診斷性試驗(yàn)陰性的人中,真正無該病的人數(shù)所占的比例。(即診斷性試驗(yàn)陰性時(shí),不患該病的可能性)
-PV=d/(c+d)第9頁/共62頁10患病率(prevalence):
PREV=(a+c)/(a+b+c+d)陽性似然比(positivelikelihoodratio):有病者診斷性試驗(yàn)陽性的概率與無病者試驗(yàn)陽性的概率之比。
+LR=[a/(a+c)]/[b/(b+d)] = Sen/(1-Spe) 陰性似然比(negativelikelihoodratio):有病者試驗(yàn)陰性的概率和無病者試驗(yàn)陰性的概率之比。
-LR=[c/(a+c)]/[d/(b+d)]=(1-Sen)/Spe第10頁/共62頁11LR:有病者得出某一試驗(yàn)結(jié)果的概率與無病者得出該試驗(yàn)結(jié)果的概率之比。表示一個(gè)診斷試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)在有病者和出現(xiàn)在無病者的可能性比值大小,代表了一個(gè)診斷性試驗(yàn)區(qū)分有病和無病的能力大小。第11頁/共62頁12舉例AnOxfordshire(England)groupofclinicalinvestigatorsinvitedgeneralpractitionersintheirarea“toreferpatientswithsuspectedheartfailuretoourclinic.”O(jiān)ncethere,these126patientsunderwentindependent,blindBNPmeasurementsandechocardiography.ThefirstsetofresultsfromthatstudyisshowninTable第12頁/共62頁13PerformanceofB-typeNatriureticPeptide18pg/mLAsadiagnostictestforleftventriculardysfunction
第13頁/共62頁14YoucancalculatetheproportionofpatientswithLVDwhoalsohaveelevatedBNP. a/(a+c)=35/40=0.88,or88% “positivityinthepresenceofthetargetdisorder”isSensitivity.YoucancalculatetheproportionofpatientswhoarefreeofLVDwhoalsohavenormalBNP. d/(b+d)=29/86=0.34,or34% “negativityintheabsenceofthetargetdisorder”isSpecificity.第14頁/共62頁15YoucancalculatetheproportionofpatientswithelevatedBNPwhoalsohaveLVD. a/(a+b)=35/92=0.38,or38% “presenceofthetargetdisorderamongpositives”isPositivePredictiveValue(PPV). AnothertermtoexpressthisvalueisthePost-testLikelihoodgivenaPositiveTestResultYoucancalculatetheproportionofpatientswithnormalBNPwhoalsoarefreeofLVD. d/(c+d)=29/34=0.85,or85% “absenceofthetargetdisorderamongnegatives”asNegativePredictiveValue(NPV). Cliniciansmorecommonlythinkintermsofthepost-testlikelihoodgivenanegativeresult.第15頁/共62頁16YoucancalculatetheproportionofpatientswithLVDbeforeyouevenmeasuretheirBNP. (a+c)/(a+b+c+d)=40/126=0.32,or32% Byconvention,werefertothat“pre-testprobabilityofthetargetdisorder”inthetotalpopulationatrisk(notconsideringanyadditionaldiagnosticinformation)asPrevalence,becauseitdescribestheprevailingrateofthetargetdisorderinthepatientswhoareundergoingthediagnostictest.
第16頁/共62頁17YoucancalculatetheoddsthatapatienthasLVDbeforeyouevermeasuretheirBNP. Pre-testProbability/(100%–Pre-testProbability) =32%/(100%–32%) =32%/68% =0.47 Byconvention,werefertothisasPre-testOdds. Andyoucanconvertanoddsbackintoaprobability. Probability=odds/(odds+1)=0.47/1.47=0.32,or32%第17頁/共62頁18YoucancalculatethelikelihoodthatanelevatedBNPisfoundinpatientswith,asopposedtopatientswithout,LVD. [a/(a+c)]/[b/(b+d)]=Sensitivity/(100%– Specificity) =88%/(100%–34%) =88%/66% =1.3 Byconvention,werefertothatasaLikelihoodRatioofapositivetest(someprefertocallitaPositiveLikelihoodRatio).第18頁/共62頁19YoucancalculatethelikelihoodthatanormalBNPisfoundinpatientswith,asopposedtopatientswithout,LVD. [c/(a+c)]/[d/(b+d)] =(100%–Sensitivity)/Specificity =(100%–88%)/34% =12%/34% =0.4. Byconvention,werefertothatasaLikelihoodRatioofanegativetest(someprefertocallitaNegativeLikelihoodRatio).第19頁/共62頁20YoucandiscoverthatifyoumultiplythePre-testOddsfromthepopulationstudiedbytheLRofapositivetestresultandconverttheresultingPost-testOddsbacktoaprobability,itisidenticaltothePPV.
驗(yàn)后比=驗(yàn)前比×似然比(Pre-testoddsxLR) =0.47x1.3 =0.61 and
驗(yàn)后概率=驗(yàn)后比/(1+驗(yàn)后比) =0.61/1.61=0.38,or38% (thesameasyoucalculatedinno.3above).第20頁/共62頁2110.陰性似然比(-LR)×驗(yàn)前比得到陰性結(jié)果的驗(yàn)后比,可用公式將此驗(yàn)后比轉(zhuǎn)化為驗(yàn)后概率,即陰性結(jié)果的驗(yàn)后概率。陰性結(jié)果的驗(yàn)后概率=100%-NPV. Pre-testoddsfromno.6abovexLR–fromno.8above=0.47x0.4 =0.19 and 0.19/1.19=0.15,or15% and 100%–15%=85% (thesameasyoucalculatedinno.4above).第21頁/共62頁22 Youmayhavenoticedthatwehaven’tintroducedtheterms“truepositiverate”and“false-positiverate.”Thisisbecausewe’vefoundinconsistenciesintheirconstruction.Sure,theobviousnumeratorina“false-positive”rateiscellbofTable8–1,butwhatshouldweuseforitsdenominator?We’veencounteredthreedifferentdenominators.Somefolksinsert(b+d)foritsdenominator,creatinganumberequalto(1-specificity);othersuse(a+b),creatinganumberequalto(1-PPV);andwe’veevenencounteredfolksusing(a+b+c+d)foritsdenominator,tellingusthepercentageoffalse-positiveresultsintheentirestudypopulation.Theseareambiguoustermsandwewon’tusethemhere.第22頁/共62頁23Ifyouapplytheserules-of-thumbtoBNPandLVD,you’dconcludethatthisdiagnostictesthadagoodsensitivity(88%)andNPV(85%),butthatitspoorspecificity(34%)draggeddownitsPPV(38%)anditsLR+(1.3),andledtoanLR-(0.4)thatwasalmostasuselessastheLR+.Infact,itsPPVorpost-testprobability(38%)wasonlyslightlyhigherthanitspre-testprobabilityorprevalence(34%).Andthat’sthewayitwasreported.Theseinvestigatorsconcluded,“introducingroutinemeasurement(ofBNP)wouldbeunlikelytoimprovethediagnosisofsymptomatic(LVD)inthecommunity.”第23頁/共62頁24However,theirreportalsodocumentedtheeffectoftwoothercutpointsforBNP.ThisledbothtoacounterclaimontheusefulnessofBNPinthesubsequentletterstotheeditorandtoanopportunityforustodescribesomealternativewaysofpresentinginformationabouttheaccuracyofadiagnostictest.Whenweappliedahighercut-pointforapositiveBNPtest(75ratherthan18intheoriginalreport)wecouldconstructthefollowingtable第24頁/共62頁25第25頁/共62頁26MultilevelLikelihoodRatios(多水平似然比)BecausetheauthorsoftheBNPstudypresentedtheirresultsfortwoothercutoffs(10pg/mLand76pg/mL),youcandividetheirtestresultsintothreegroups(<10,10–75,and>75).Althoughyoucan’tanylongerdescribetheseresultswithbinarymeasureslikesensitivityandspecificity,youcanmakegreatuseof“multilevel”LRs.Thatis,youcandescribe,foranylevelofthetestresult,thelikelihoodthatthatlevelwouldbeobservedinapatientwith,asopposedtoonewithout,thetargetdisorder.第26頁/共62頁27第27頁/共62頁28YoucaneasilyapplytheLRforatestresulttoanyprevalence(pre-testodds)ofthetargetdisorder.Supposeapatienthasapre-testprobabilityof50%(apre-testoddsof1:1).Youdon’thavetoreconstructTable8–3forthisnewprevalence.Youcansimplymultiplythatpatient’spre-testodds(say,1:1)bytheLRforthatpatient’stestresult(say,80pg/mL,withanLRof5.1).Thisgeneratesapost-testoddsof5.1,whichyoucanconvertintoapost-testprobabilitybysolving5.1/(1+5.1).Thisyieldsaposttestprobabilityof84%,whichismuchhigherthanyouwouldgeneratewiththecutoffof10pgpermL.Forthelattercase,showninTable8–1,youmultiply1×1.3andgetapost-testprobabilityofLVDofonly1.3/2.3=0.56or56%第28頁/共62頁292.診斷性試驗(yàn)指標(biāo)的臨床意義穩(wěn)定的指標(biāo):敏感性、特異性、+LR、-LR(是最重要的指標(biāo))相對(duì)穩(wěn)定的指標(biāo):準(zhǔn)確性不穩(wěn)定的指標(biāo):陽性預(yù)測(cè)值、陰性預(yù)測(cè)值、患病率第29頁/共62頁30不穩(wěn)定指標(biāo)及其影響因素現(xiàn)舉例說明不穩(wěn)定指標(biāo)及其影響因素:某地運(yùn)動(dòng)員有胸前區(qū)疼痛史者195例,分別作運(yùn)動(dòng)心電圖及冠狀動(dòng)脈造影,結(jié)果如下:
冠狀動(dòng)脈狹窄>75%(金標(biāo)準(zhǔn))是否運(yùn)動(dòng)心電圖+55(a)7(b)62-49(c)84(d30頁/共62頁31SEN=a/(a+c)=55/104=53%SPE=d/(b+d)=84/91=92%ACC=(a+d)/(a+b+c+d)=55+84/195=71%+PV=a/(a+b)=55/62=89%-PV=d/(c+d)=84/133=63%PREV(冠狀動(dòng)脈狹窄)=(a+c)/(a+b+c+d)=104/195=53%+LR=SEN/(1-SPE)=0.53/(1-0.92)=6.6-LR=(1-SEN)/SPE=(1-0.53)/0.92=0.51陽性率=(a+b)/(a+b+c+d)=62/195=31%第31頁/共62頁32如果擴(kuò)大檢查范圍,將該地全體運(yùn)動(dòng)員均作上述檢查,結(jié)果如下:
冠狀動(dòng)脈狹窄>75%是否運(yùn)動(dòng)心電圖+55(a)42(b)
97-49(c)
478(d)
527
104
520
624
第32頁/共62頁33SEN=55/104=53%(不變)SPE=478/520=92%(不變)ACC=(55+478)/624=85%(增加20%,14個(gè)百分點(diǎn))+PV=55/97=57%(下降38%,32個(gè)百分點(diǎn))-PV=478/527=91%(增加44%,28?jìng)€(gè)百分點(diǎn))PREV=104/624=17%(原為53%)+LR=0.53/(1-0.92)=6.6(不變)-LR=(1-0.53)/0.92=0.51(不變)陽性率=97/624=15%(下降52%,16個(gè)百分點(diǎn))第33頁/共62頁34結(jié)果解釋PREV的下降是由于擴(kuò)大了檢查范圍,被檢人群中,患病者例數(shù)減少所致。隨著PREV的下降,ACC、-PV↑,而+PV、陽性率↓。SEN、SPE、+LR、-LR、穩(wěn)定不變。在評(píng)價(jià)診斷性試驗(yàn)中,一般不用陽性率,因陽性病例數(shù)并未說明是真陽性或假陽性。第34頁/共62頁35
從以上2組數(shù)據(jù)可以看出:
當(dāng)患病率變化后,SEN、SPE、+LR及-LR都很穩(wěn)定,兩組數(shù)字相同,而PV隨PREV不同有很大變化,+PV隨患病率增高而增加。因此,PV不能看做試驗(yàn)本身的特性。敏感度越高,則假陰性越低,假陰性率等于漏診率。因此,高敏感度的試驗(yàn),用于臨床診斷時(shí)漏診率低。通常用高敏感度試驗(yàn),陰性結(jié)果排除診斷,又稱為SnNout。高敏感度試驗(yàn)用于:疾病漏診可能造成嚴(yán)重后果;用于排除疾??;用于篩選無癥狀且發(fā)病率又比較低的疾病。第35頁/共62頁36特異性越高,則假陽性率越低,假陽性率等于誤診率。因此,特異性高的試驗(yàn),用于臨床時(shí)誤診機(jī)會(huì)少。高特異性試驗(yàn),用于肯定診斷、確診疾病。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)果陽性時(shí),臨床確診價(jià)值最大。用高特異性試驗(yàn),陽性結(jié)果肯定診斷,又稱為SpPins。特異性高的試驗(yàn)適用于:肯定疾病診斷;凡假陽性結(jié)果會(huì)導(dǎo)致病人精神負(fù)擔(dān),或不當(dāng)防治措施會(huì)給病人帶來嚴(yán)重危害。第36頁/共62頁37四、診斷性試驗(yàn)的樣本大小的計(jì)算計(jì)算時(shí),先查閱文獻(xiàn)或作預(yù)試估計(jì)SEN、SPE病例組(N1):用該試驗(yàn)敏感性估計(jì)P1=(a/a+c)對(duì)照組(N2):用該試驗(yàn)特異性估計(jì)
P2=(d/b+d)用估計(jì)總體率的樣本公式分別計(jì)算N1=ma2P1(1-P1)/δ2N2=ma2P2(1-P2)/δ2顯著性水平μa?。?05μ0.05=1.96(雙側(cè)檢驗(yàn))診斷性試驗(yàn)的允許誤差δ一般定在0.05-0.10第37頁/共62頁38五、似然比的臨床應(yīng)用可用于臨床計(jì)算患病的概率,便于更準(zhǔn)確地對(duì)患者作出診斷。例如:對(duì)懷疑急性心肌梗塞患者,作肌酸磷酸激酶(CPK)測(cè)定,根據(jù)其結(jié)果可計(jì)算似然比。愛丁堡皇家醫(yī)院將懷疑心肌梗死者360例收入病房,檢測(cè)CPK,由一位不知CPK結(jié)果的醫(yī)生根據(jù)心電圖和尸檢結(jié)果判斷有心肌梗死者230例,無心梗者130例,測(cè)定值如下:
2-3940-7980-119120-159160-199200-239240-279280-319320-359360-399400-439440-479>=480AMI+21330302119181319157835-882685011100000第38頁/共62頁39如將CPK80單位作為診斷心肌梗死的臨界值,列出四格表 急性心肌梗塞 是否 ≥80u21516 CPK<80u15114 230130 SEN=a/(a+c)=215/230=0.93SPE=d/(b+d)=114/130=0.88+LR=SEN/(1-SPE)=0.93/(1-0.88) =7.75第39頁/共62頁40再一步分析,則可計(jì)算不同水平的陽性似然比:CPKAMI(+)AMI(-)LRn比例n比例>2809797/230=0.4211/130=0.010.42/0.01=4280—279118118/230=0.511515/130=0.120.51/0.12=4.240—791313/230=0.062626/130=0.020.06/0.02=0.31—3922/230=0.018888/130=0.670.01/0.67=0.01合計(jì)230130第40頁/共62頁41似然比的應(yīng)用:驗(yàn)前比(PretestOdds)=驗(yàn)前概率/(1-驗(yàn)前概率)驗(yàn)后比(Post-testOdds)=驗(yàn)前比×似然比驗(yàn)后概率(Post-testProbability)=驗(yàn)后比/(1+驗(yàn)后比)第41頁/共62頁42例:某患者活動(dòng)后即感胸前區(qū)疼痛,在醫(yī)院檢查CPK為72單位,試問患AMI的可能性有多大?解:(1)估計(jì)患AMI的可能性有50%(試驗(yàn)前概率)(2)按前表中CPK為72U的LR=0.30
(3)計(jì)算:試驗(yàn)前機(jī)遇值=0.50/(1-0.50)=1
試驗(yàn)后機(jī)遇值=1×0.30=0.30
試驗(yàn)后概率=0.3/(1+0.3)=0.23
答:該病例患AMI的機(jī)會(huì)只有23%。第42頁/共62頁43第43頁/共62頁44第44頁/共62頁45六、ROC曲線“Receiver”or“Response”O(jiān)peratingCharacteristic(ROC)curves,受試者工作特性曲線,ahelpfulwayofdistinguishingrealsignalsforfalsenoisesintheearlydaysofradar.Ifyouplotthesensitivityversus(1-specificity)or“falsealarms”thatresultfromselectingdifferentcutoffsforthediagnostictestresults,yougenerateausefulpictureofthetest’saccuracythatiscalledan“ROCcurve.”ROCcurvesnicelydisplaythetrade-offsofusingoneormorecutoffsforthetest.TheBNPROCcurveisshowninFigure8–2.第45頁/共62頁46第46頁/共62頁47AnROCcurvehassomeusefulproperties:Itillustratestheperformanceofadichotomousdiagnostictestwhenyouselectdifferentcut-pointstodistinguish“normal”from“abnormal”results.Itdemonstratesthefactthatanyincreaseinsensitivitywillbeaccompaniedbyadecreaseinspecificity,andviceversa.Thecloserthecurvegetstotheupperleftcornerofthedisplay,themoretheoverallaccuracyofthetest.Thatis,choosingthepointlabelled“BNP≥76”correctlyidentifies26affectedand75normalpatientsoutofthetotalof126,or80%overallaccuracy.However,choosingthepointlabelled“BNP≥18”correctlyidentifies35affectedbutonly29normalpatientsfromthetotalof126,whichisonly51%overallaccuracy.第47頁/共62頁48Thecloserthecurvecomestothe45-degreediagonaloftheROCspace,thelessaccuratethetest.At45degrees,thetestaddsnodiagnosticinformationatall.Gettingabitfancier,theslopeofthetangentatacut-pointgivestheLRforthatvalueofthetest.Noticehowmuchsteeperthetangentisforthecutoffof76thanitisforthecutoffof18.Theareaunderthecurveprovidesanoverallmeasureofatest’saccuracy.Thispropertycanhelpdecidewhichoftwocompetingtestsforthesametargetdisorderisthebetterone.第48頁/共62頁49七、提高診斷性試驗(yàn)效率的方法:聯(lián)合試驗(yàn)平行試驗(yàn):同時(shí)做幾個(gè)試驗(yàn),只要有一個(gè)陽性,即可認(rèn)為有患病證據(jù)。平行試驗(yàn)提高了敏感度和陰性預(yù)測(cè)值,但降低了特異度及陽性預(yù)測(cè)值。
Sen=Sen1+Sen2-Sen1XSen2 Spe=Spe1XSpe2
驗(yàn)后比=驗(yàn)前比XLR1XLR2第49頁/共62頁50聯(lián)合試驗(yàn)序列試驗(yàn):依次相繼的試驗(yàn),要所有的試驗(yàn)陽性才能做出診斷。序列試驗(yàn)提高了特異度及陽性預(yù)測(cè)值。但降低了敏感度及陰性預(yù)測(cè)值。 例如:診斷心肌梗死的CPK、AST、LDH,沒有一種試驗(yàn)是很特異的,如采用序列試驗(yàn),即三項(xiàng)均陽性才能診斷,這樣可提高診斷心肌梗死的特異度。
SEN=SEN1XSEN2 SPE=SPE1+SPE2-SPE1XSPE2第50頁/共62頁51七、診斷性試驗(yàn)的評(píng)價(jià)原則新的診斷性試驗(yàn)用于臨床之前或雜志上有關(guān)診斷性試驗(yàn)的結(jié)論,均須經(jīng)過科學(xué)的評(píng)價(jià)。是否采用盲目法將診斷性試驗(yàn)與標(biāo)準(zhǔn)診斷法(金標(biāo)準(zhǔn))作過對(duì)比研究?診斷性試驗(yàn)必須與金標(biāo)準(zhǔn)比較,才能確定是否可靠。盲法對(duì)比,更為科學(xué)。列出四格表進(jìn)行分析對(duì)比,計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo),根據(jù)ACC、SEN、SPE確定診斷性試驗(yàn)有無應(yīng)用價(jià)值。第51頁/共62頁52被檢查的病例是否包括各型病例(輕、重、治療、未治療),以及個(gè)別易于混淆的病例?例如測(cè)定血中T3、T4診斷甲亢、測(cè)定血糖診斷糖尿病,當(dāng)包括各型病例時(shí),這些指標(biāo)既可判斷病情又可作鑒別診斷,是較好的診斷性試驗(yàn)。病例的來源和研究工作的安排是否作了敘述?病例來源不同,對(duì)診斷性試驗(yàn)評(píng)價(jià)也有一定的影響。例如:
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