醫(yī)學(xué)博士學(xué)位論文中的統(tǒng)計學(xué)問題

醫(yī)學(xué)博士學(xué)位論文中的統(tǒng)計學(xué)問題

1統(tǒng)計學(xué)處理問題醫(yī)學(xué)統(tǒng)計是醫(yī)學(xué)科學(xué)研究的重要支柱。如今幾乎所有的醫(yī)學(xué)期刊不但要求論文中的實驗或觀察數(shù)據(jù)客觀真實,而且要求對其進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理,以保證醫(yī)學(xué)科研工作的嚴(yán)謹(jǐn)性和正確性。國內(nèi)外很多醫(yī)學(xué)統(tǒng)計工作者對已發(fā)表的醫(yī)學(xué)期刊中的論文進(jìn)行過多次調(diào)查,結(jié)果發(fā)現(xiàn):當(dāng)前醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)誤用和濫用的現(xiàn)象不容忽視,其誤用率近30年來居高不下。針對醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)在醫(yī)學(xué)期刊上誤用現(xiàn)象的嚴(yán)峻形勢,筆者查閱了部分高水平科研單位的博士學(xué)位論文220余篇,其中在使用過統(tǒng)計學(xué)方法的150篇論文中,發(fā)現(xiàn)有92篇論文統(tǒng)計學(xué)方面存在問題,占61.3%(92/150)。其中實驗設(shè)計存在錯誤的有16篇,主要錯誤包括重復(fù)設(shè)置對照、對照不全、樣本量太小等等;誤用統(tǒng)計分析方法的有35篇,主要包括誤用t檢驗或單因素方差分析處理具有1個重復(fù)測量的單因素設(shè)計定量資料、兩因素和多因素析因設(shè)計定量資料,誤用t檢驗或單因素方差分析處理含1個協(xié)變量且具有1個重復(fù)測量的3因素設(shè)計定量資料,誤用χ2檢驗代替Kappa檢驗,對生存資料進(jìn)行不恰當(dāng)?shù)姆治?生存率的標(biāo)準(zhǔn)誤計算不正確,用一元分析取代多元分析等等;統(tǒng)計描述方法的錯誤有32篇,主要包括計算相對數(shù)分母過小,用直方圖代替適合用線圖表達(dá)的資料,誤用正態(tài)分布法描述呈偏態(tài)分布的資料等等;結(jié)果解釋方面存在統(tǒng)計學(xué)問題的有9篇,主要包括不進(jìn)行統(tǒng)計分析妄下結(jié)論,未交待資料類型及統(tǒng)計分析方法,僅憑P值下結(jié)論等等。說明這些論文得出的結(jié)論可信度不高?，F(xiàn)對這些論文中存在的實驗設(shè)計及數(shù)據(jù)分析方面的錯誤進(jìn)行辨析,以期科研工作者今后少犯類似錯誤,從而提高研究水平和科研質(zhì)量。實驗設(shè)計是整個科研工作的基石,實驗設(shè)計不合理或不正確,輕則造成人力物力的浪費,重則導(dǎo)致整個科研的失敗?，F(xiàn)從實驗設(shè)計問題出發(fā)到相應(yīng)統(tǒng)計分析方法的合理選擇作出簡要辨析。2統(tǒng)計學(xué)處理方法【例1】原文目的:探討德國小蠊若蟲的糞便粗提物是否能夠提高蟑螂毒餌的殺蟲效果。文中結(jié)論:處理區(qū)內(nèi)的試蟲在24h內(nèi)死亡率即達(dá)40%以上,72h死亡率高達(dá)70%以上,此時對照區(qū)內(nèi)試蟲的死亡率尚不足20%。而且,在觀察期內(nèi)處理區(qū)中持續(xù)有試蟲死亡,對照區(qū)在24h后就未再發(fā)現(xiàn)病蟲,說明德國小蠊若蟲的糞便粗提物能夠明顯提高蟑螂毒餌的殺蟲效果,降低試蟲對毒餌的拒避反應(yīng),延長了毒餌的作用時間。設(shè)計和資料見表1。對差錯的辨析從表1可以看出,原文作者將實驗分為3組:處理毒餌區(qū)、對照毒餌區(qū)和無毒餌區(qū)。仔細(xì)閱讀該論文的實驗設(shè)計,發(fā)現(xiàn)其處理毒餌區(qū)是以小蠊若蟲的糞便粗提物+蟑螂毒餌的混合物作為誘餌,對照毒餌區(qū)是蟑螂毒餌,無毒餌區(qū)是空白對照,實驗設(shè)計在分組上存在著“對照不全”的錯誤。表面上看3個處理區(qū)是單因素三水平,其實該實驗中共涉及兩個2水平實驗因素,即“小蠊若蟲的糞便粗提物(誘餌)用否”和“蟑螂毒餌用否”。而原文作者僅憑處理區(qū)試蟲死亡率最高,便得出小蠊若蟲的糞便粗提物能夠明顯提高蟑螂毒餌的殺蟲效果,這樣僅憑直觀比較就得出統(tǒng)計推斷的結(jié)論是沒有說服力的,最主要的是不能清楚地揭示前述兩因素之間的交互作用所產(chǎn)生的效應(yīng)大小,因為該實驗應(yīng)設(shè)計成4個組,而原文作者僅設(shè)計了3個組,少了“單用誘餌”一組,不能很好地將“誘餌用否”、“毒餌用否”各自的作用及其兩因素之間可能存在的交互作用的效應(yīng)分解出來,用什么統(tǒng)計分析方法都不能得出完全正確的結(jié)論。需要說明的是:表1中的試蟲數(shù),給人的感覺是一個具有3水平的定性因素,其實是將實驗重復(fù)做了3批,即進(jìn)行了3次獨立重復(fù)實驗。從統(tǒng)計描述角度看,表1還存在下列問題:該表格設(shè)計不正確,主謂倒置,死亡數(shù)和死亡率應(yīng)該分別寫成累計死亡數(shù)和累計死亡率,因為每個時間點上的死亡率不是獨立的,后一個時間點的死亡數(shù)是前一個時間點死亡數(shù)的累計結(jié)果?，F(xiàn)將表1整理成表2的形式,針對本資料的特點及不同的分析目的,可選取的統(tǒng)計方法有以下幾種:①可按3個時間點分別處理,每個時間點上的2個正整數(shù)分別為蟲子的累計死亡數(shù)和剩余存活數(shù),故研究涉及到實驗地點、實驗批次2個因素,可用二重Logistic回歸分析;②可將“時間”視為生存時間資料,僅按實驗地點分層,3批實驗結(jié)果簡單相加,采用壽命表分析方法;③將“時間”視為生存時間資料,同時按實驗地點和試驗批次分層(共9層),如表2所示。采用壽命表分析的方法。【例2】原作者對阿的平保護(hù)熱環(huán)境損傷作用機(jī)理的研究,設(shè)計及實驗數(shù)據(jù)見表3。其中QA指阿的平。原作者采用單因素分析方法得出熱處理明顯增加了神經(jīng)元的臺盼藍(lán)染色陽性率,單用阿的平處理,對臺盼藍(lán)細(xì)胞數(shù)、細(xì)胞總數(shù)和臺盼藍(lán)陽性比例沒有顯著影響,在細(xì)胞接受熱處理前,如果預(yù)先用阿的平處理,可明顯緩解由于熱處理造成的細(xì)胞壞死,減少熱處理引起的細(xì)胞總數(shù)的下降。對差錯的辨析很多研究者把要考慮的研究因素和其所涉及的水平用“分組”一詞來表達(dá),殊不知混淆了因素和水平的概念!在該研究中,涉及2個實驗因素:是否加熱處理、阿的平劑量。前者有2個水平(即加和不加),后者有4個水平(0,4μmol/L,20μmol/L,100μmol/L)。正確表述此實驗設(shè)計類型的格式見表4。由表4可以看出,該實驗設(shè)計正好是一個2×4析因設(shè)計,原作者用單因素方差分析處理此定量資料割裂了整體實驗設(shè)計,不能考察因素之間的交互作用,明顯是錯誤的。由表3的表達(dá)和對應(yīng)的設(shè)計可知:雖然缺乏實驗設(shè)計的知識,但該博士生考慮問題比較周到,正好做了一個標(biāo)準(zhǔn)的兩因素析因設(shè)計實驗。在這里陽性細(xì)胞數(shù)不是定性指標(biāo)而是定量指標(biāo)中的計數(shù)指標(biāo)。研究者關(guān)心的是每一標(biāo)本的臺盼藍(lán)陽性細(xì)胞率的均值是否相同,從每一個標(biāo)本中得到的是臺盼藍(lán)陽性細(xì)胞率,是一個具體的數(shù)值,因而屬于定量指標(biāo)。如果僅從表面看率或計數(shù)多少,很容易將資料類型判斷錯誤。從表3看,直接分析陽性細(xì)胞數(shù)不妥,因為每個平均值取決于總數(shù),所以用陽性細(xì)胞率作為分析指標(biāo)相對好一些,分析方法可采用兩因素析因設(shè)計定量資料的方差分析。由于該方法要求資料滿足獨立性、正態(tài)性、方差齊性,因此可針對該資料觀察結(jié)果是陽性細(xì)胞率進(jìn)行平方根反正弦變換,以便使其盡可能滿足方差分析的要求。若要對臺盼藍(lán)陽性細(xì)胞數(shù)進(jìn)行比較,可考慮將細(xì)胞總數(shù)作為協(xié)變量,引入?yún)f(xié)方差分析技術(shù),即進(jìn)行兩因素析因設(shè)計定量資料的一元協(xié)方差分析?！纠?】欲考察HA824對FVB/NHER-2/neu轉(zhuǎn)基因小鼠乳腺癌生長的影響。原文作者采用單因素方差分析對7個組的腫瘤抑制率進(jìn)行分析,設(shè)計和資料如表5所示。對差錯的辨析該資料并不是單因素多水平設(shè)計定量資料,而原作者將其視為單因素七水平設(shè)計定量資料,采用單因素多水平設(shè)計定量資料的方差分析,這是不正確的。仔細(xì)分析可以看出,“分組”這一標(biāo)目下既包含了選用處理方法的種類[Scramble(隨機(jī)序列)、HA4基因序列、HA824基因序列、Adriam(阿霉素)]又包含了這些因素的不同水平,如HA824的各個劑量(0.4,2,10mg)等,然而,這些因素的水平并未全面組合到,故這是一個非平衡的多因素組合實驗。類似于“分組”或“組別”或“處理”之類的橫標(biāo)目,都是籠統(tǒng)的抽象的概念,不能揭示各實驗分組的本質(zhì)區(qū)別,而且極具欺騙性,因此千萬不能將其視為一個因素!該實驗的本質(zhì)是一個非平衡的多因素組合實驗,不能區(qū)分因素和水平。要對該實驗進(jìn)行分析,應(yīng)根據(jù)研究目的并結(jié)合統(tǒng)計學(xué)知識采用“拆分組別辨析法”。根據(jù)分析的目的,可以將各組重新進(jìn)行組合:組合1:(1)、(2)、(5)組,單因素3水平設(shè)計;組合2:(5)、(6)、(7)組,單因素3水平設(shè)計;組合3:(3)、(4),成組設(shè)計;組合4:(4)、(6),成組設(shè)計。組合1可以反映在以隨機(jī)序列為對照的基礎(chǔ)上,HA410mg、HA82410mg對腫瘤的作用;組合2可進(jìn)行HA824三個劑量作用的相互比較;組合3可以反映在阿霉素2mg的基礎(chǔ)上,使用HA8242mg的作用大小;組合4可以反映在HA8242mg的基礎(chǔ)上,使用阿霉素2mg作用的大小。由于組合3和組合4僅能反映在某一物質(zhì)的基礎(chǔ)上,另外一種物質(zhì)作用的大小,不能很好地將“HA8242mg用否”、“Adriam2mg用否”各自的作用及其之間可能存在的交互作用的效應(yīng)分解出來,而這正是研究者希望證實和未能證實的問題。這是因為研究者缺乏實驗設(shè)計的意識,沒有設(shè)立空白對照組。應(yīng)設(shè)立一個空白對照組,既排除機(jī)體自愈傾向的影響,又可作為對照。這樣就可由“空白對照組、HA8242mg組、Adriam2mg組與HA8242mg+Adriam2mg組”,這4組組合成一個析因?qū)嶒炘O(shè)計結(jié)構(gòu),既分析了“HA8242mg用否”、“Adriam2mg用否”各自的作用,又分析了兩因素之間可能存在的交互作用。但由于原作者沒有設(shè)立對照組,導(dǎo)致了主要研究目的無法實現(xiàn)。若定量資料滿足獨立性、正態(tài)性和方差齊性要求,以上1、2組合可采用單因素3水平定量資料的方差分析,組合3、4可采用成組設(shè)計定量資料的t檢驗;若資料不滿足前述參數(shù)檢驗的前提條件,可對腫瘤抑制率進(jìn)行平方根反正弦變換,若變換后的定量資料滿足參數(shù)檢驗的前提條件,可對變換后的定量資料采用相應(yīng)設(shè)計定量資料的方差分析;若變換后的資料仍不滿足參數(shù)檢驗的前提條件,可選用秩和檢驗。另外在表5中Scramble組的腫瘤抑制率應(yīng)有具體的數(shù)值,考慮應(yīng)為研究者疏忽沒有記錄造成的。3正確理解實驗設(shè)計中的各項原則綜上所述,一項科研課題如果缺乏科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕y(tǒng)計研究設(shè)計,其后的一切研究工作就可能付諸東流。若用單因素分析取代多因素分析,不能正確揭示因素之間的內(nèi)在聯(lián)系;不設(shè)對照、假對照以及對照不全等不科學(xué)的對照都不能正確揭示處理因素的作用大小;不遵循均衡的原則,則各組之間不具有可比性;不遵循重復(fù)的原則,樣本量小,結(jié)論不可信等等