雙變量相關(guān)分析法在嵌入式醫(yī)學(xué)儀器特性的研究

唐蓉，譚定英，張海揚(yáng)，譚火媛（廣州中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)信息工程學(xué)院，廣州　510006）

雙變量相關(guān)分析法在嵌入式醫(yī)學(xué)儀器特性的研究

唐蓉，譚定英，張海揚(yáng)，譚火媛
（廣州中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)信息工程學(xué)院，廣州510006）

0　引言

嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療儀器上的應(yīng)用是醫(yī)療儀器發(fā)展的最新趨勢(shì)，越來越多的國(guó)家重點(diǎn)研究嵌入式醫(yī)療儀器設(shè)備，嵌入式醫(yī)療設(shè)備是先進(jìn)的嵌入式技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)的結(jié)合，嵌入式醫(yī)療設(shè)備作為一種知識(shí)交叉產(chǎn)品，是計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)、電子技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是生物醫(yī)學(xué)工程發(fā)展的結(jié)晶，反映著當(dāng)代最新技術(shù)的先進(jìn)水平［1］，更是未來醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展方向，同時(shí)人們對(duì)于醫(yī)療儀器的設(shè)計(jì)提出更高的要求，未來醫(yī)療儀器發(fā)展需要更智能化、簡(jiǎn)單化 、更方便化、準(zhǔn)確度更高等，才能滿足當(dāng)代人民群眾的需求。因此對(duì)于醫(yī)療儀器諸如此類特點(diǎn)的分析是迫在眉睫的，也是有顯著意義的，可幫助開發(fā)者設(shè)計(jì)高質(zhì)量的醫(yī)療儀器，也可以幫助群眾更了解醫(yī)療儀器，更放心地使用，從而提高醫(yī)療儀器的使用率，促進(jìn)人們的身體健康發(fā)展。

1　相關(guān)分析法理論

相關(guān)分析是指對(duì)兩個(gè)或多個(gè)具備相關(guān)性的變量元素進(jìn)行分析，從而衡量?jī)蓚€(gè)變量因素的相關(guān)密切程度，換句話說，相關(guān)分析的任務(wù)就是對(duì)相關(guān)關(guān)系給以定量的描述［2］。相關(guān)性的元素之間需要存在一定的聯(lián)系或者概率才可以進(jìn)行相關(guān)性分析。相關(guān)性不等于因果性，也不是簡(jiǎn)單的個(gè)性化，應(yīng)用非常廣泛［3］。在SPSS中提供了專門的相關(guān)分析模塊Correlate，分別是雙變量相關(guān)分析、偏相關(guān)分析、距離分析，在該實(shí)驗(yàn)中我們使用雙變量相關(guān)分析法，即是分析兩個(gè)變量之間是否存在相關(guān)關(guān)系［2］。在相關(guān)分析中，通常利用相關(guān)系數(shù)進(jìn)行變量間線性關(guān)系的分析，相關(guān)系數(shù)用r表示，相關(guān)系數(shù)是以數(shù)值的方式精確地反映了兩變量間線性關(guān)系的強(qiáng)弱程度［4］。在相關(guān)分析中，相關(guān)系數(shù)的計(jì)算方法和數(shù)據(jù)變量類型是緊密相關(guān)的，不同的變量類型，相關(guān)系數(shù)的計(jì)算方法不盡相同，但是它們的含義和取值范圍是相同的，即相關(guān)系數(shù)的取值范圍都在-1到1之間，如果相關(guān)系數(shù)r>0，則表示兩變量存在正相關(guān)；反之，則表示兩變量存在負(fù)相關(guān)。常用的相關(guān)系數(shù)有Pearson簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)、Spearman等級(jí)相關(guān)系數(shù)和Kendall相關(guān)系數(shù)［4］。在該實(shí)驗(yàn)中，我們采用Pearson簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)，通常用來度量定距型變量間的線性相關(guān)關(guān)系［4］。定距型數(shù)據(jù)通常指諸如身高、體重、血壓等的連續(xù)性數(shù)據(jù)，也包括諸如人數(shù)、商品件數(shù)等離散型數(shù)據(jù)［5］。Pearson簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)的計(jì)算公式為：

其中，n為樣本容量，xi和yi為兩變量對(duì)應(yīng)的樣本值［6］。

在相關(guān)分析中，還需要對(duì)兩樣本來自的總體是否存在顯著的線性關(guān)系進(jìn)行推斷，既是首先提出零假設(shè)，認(rèn)為兩總體線性相關(guān)，其次，選擇檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量并計(jì)算檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的觀測(cè)值，最后給出推斷結(jié)果［7］。選擇不同的相關(guān)系數(shù)，其檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量也是不一樣的，但顯著性檢驗(yàn)判別標(biāo)準(zhǔn)是一樣的，其中Pearson簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量為t統(tǒng)計(jì)量，定義為：

其中t統(tǒng)計(jì)量服從自由度為n-2的t分布。

顯著性檢驗(yàn)判定標(biāo)準(zhǔn)：t統(tǒng)計(jì)量某特定取值及更極端可能值出現(xiàn)的概率用P來表示 ，顯著性水平用α表示，常用的是α=0.05、α=0.01、α=0.1，在進(jìn)行相關(guān)分析時(shí)，不能同時(shí)使用0.05、0.01、0.1這3個(gè)顯著性水平來決定兩變量是否顯著相關(guān)，只能使用其中的1個(gè)，若P<α，則表示兩變量顯著相關(guān)，否則，則兩變量不顯著性相關(guān)。

2　數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來源于中國(guó)知網(wǎng)的文獻(xiàn)，通過查找嵌入式診斷醫(yī)學(xué)儀器的相關(guān)文獻(xiàn)，整理出48條實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，查找內(nèi)容包括儀器名稱、儀器功能、儀器特點(diǎn)，以此建立一個(gè)嵌入式診斷醫(yī)療儀器原始數(shù)據(jù)Excel表，部分?jǐn)?shù)據(jù)如表1所示：

表1　嵌入式診斷醫(yī)療儀器原始數(shù)據(jù)

3　數(shù)據(jù)預(yù)處理

實(shí)驗(yàn)主要對(duì)嵌入式醫(yī)學(xué)儀器的特點(diǎn)進(jìn)行雙變量相關(guān)分析，所以就以嵌入式診斷醫(yī)療儀器原始數(shù)據(jù)Excel表為基礎(chǔ)，對(duì)嵌入式診斷醫(yī)學(xué)儀器的特點(diǎn)這一項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行預(yù)處理，由于雙變量分析法只能分析數(shù)值型變量，而嵌入式診斷醫(yī)療儀器原始數(shù)據(jù)Excel表的內(nèi)容都是字符串格式，所以就需要對(duì)儀器的特點(diǎn)這一項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行量化，在診斷醫(yī)療儀器特點(diǎn)中，主要分析內(nèi)容為操作簡(jiǎn)單、使用方便、智能化、準(zhǔn)確度高、靈敏度高，數(shù)據(jù)量化規(guī)則是，若該診斷儀器特點(diǎn)中有以上列舉中的某些項(xiàng)，則對(duì)應(yīng)項(xiàng)編碼為1，否則編碼為0，以此建立診斷儀器特點(diǎn)量化Excel表，部分?jǐn)?shù)據(jù)如表2所示：

表2　嵌入式診斷醫(yī)學(xué)儀器特點(diǎn)量化表

使用Excel 2013的圖表功能中的柱形圖對(duì)嵌入式診斷醫(yī)學(xué)儀器特點(diǎn)量化表進(jìn)行直觀化的展示，可以更直觀地展示各儀器特點(diǎn)分布情況，圖中不同顏色代表不同的儀器特點(diǎn)，截圖如圖1所示。

4　數(shù)據(jù)分析步驟

實(shí)驗(yàn)使用IBM SPSS Statistics 19工具進(jìn)行分析，該軟件是世界上公認(rèn)最優(yōu)秀的統(tǒng)計(jì)分析軟件包之一，已廣泛應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)、醫(yī)療衛(wèi)生、體育、金融等多個(gè)領(lǐng)域。實(shí)驗(yàn)中使用SPSS提供的相關(guān)分析模塊中的雙變量相關(guān)分析，選擇Pearson相關(guān)系數(shù)，采用雙尾檢驗(yàn)法。

圖1　嵌入式診斷醫(yī)學(xué)儀器特點(diǎn)分布

首先建立數(shù)據(jù)文件。將嵌入式診斷醫(yī)學(xué)儀器特點(diǎn)量化Excel表導(dǎo)入到SPSS中，建立一個(gè)新的.sav格式的SPSS數(shù)據(jù)文件，特點(diǎn)數(shù)據(jù)類型為數(shù)值型。

分析過程。從菜單欄選擇，Analyze→Correlate→Bivariate Correlation，在彈出的對(duì)話框中將分析變量操作簡(jiǎn)單、使用方便、智能化3個(gè)變量送入Variables欄內(nèi)，選中Pearson相關(guān)系數(shù)選項(xiàng)及雙尾檢驗(yàn)法，在主對(duì)話框中選中Flag significant correlations選項(xiàng)，表示標(biāo)出有顯著意義的相關(guān)系數(shù)，其余默認(rèn)，單擊OK，執(zhí)行相關(guān)分析操作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3　

操作步驟如上，對(duì)嵌入式診斷醫(yī)學(xué)儀器特點(diǎn)的相關(guān)性變量準(zhǔn)確度高、靈敏度高進(jìn)行雙變量相關(guān)分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4。

5　實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

實(shí)驗(yàn)對(duì)嵌入式診斷醫(yī)學(xué)儀器的主要特點(diǎn)進(jìn)行了雙變量相關(guān)分析，選擇Pearson簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)，采用雙尾檢驗(yàn)法，顯著性水平α=0.05。

如表3所示，圖表中的N值代表進(jìn)行雙變量相關(guān)分析的個(gè)案數(shù)為48，操作簡(jiǎn)單與使用方便這兩個(gè)變量的Pearson相關(guān)性系數(shù)r值是0.422，操作簡(jiǎn)單與智能化這兩個(gè)變量的Pearson相關(guān)性系數(shù)r值是0.317，智能化與使用方便的Pearson相關(guān)性系數(shù)r值是0.356，這三個(gè)相關(guān)系數(shù)都是大于0，所以這三個(gè)變量之間互相成正相關(guān)，此外，操作簡(jiǎn)單與使用方便這兩個(gè)變量的顯著性（雙側(cè)）P值為0.003，操作簡(jiǎn)單與智能化這兩個(gè)變量的顯著性（雙側(cè)）P值為0.028，智能化與使用方便這兩個(gè)變量的顯著性（雙側(cè)）P值為0.013，可以看出這三個(gè)P值都是小于顯著性水平α，所以說操作簡(jiǎn)單與使用方便、操作簡(jiǎn)單與智能化、智能化與使用方便之間的正相關(guān)關(guān)系具有顯著意義，即是顯著正相關(guān)。

表4　

如表4所示：靈敏度高與準(zhǔn)確性高這兩個(gè)變量的Pearson相關(guān)性系數(shù)r值為0.585，顯著性（雙側(cè)）P值為0.000，由于0.585大于0，所以靈敏度高與準(zhǔn)確性高這兩個(gè)變量有正相關(guān)的關(guān)系，而P值0.000小于顯著性水平α，所以靈敏度高與準(zhǔn)確性高這兩個(gè)變量的正相關(guān)關(guān)系具有顯著性意義，即顯著正相關(guān)。

從以上的分析中來看：嵌入式診斷醫(yī)學(xué)儀器智能化的高低對(duì)于其操作是否簡(jiǎn)單、使用是否方便有較強(qiáng)的影響，適當(dāng)?shù)厥箖x器更智能化、更人性化、有利于人們更快地掌握儀器的操作方法以及使用，由于現(xiàn)在很多醫(yī)學(xué)儀器其操作復(fù)雜且不方便使用，很多設(shè)備只有醫(yī)護(hù)人員知道操作方法，使得儀器的利用率比較低，不能真正的使嵌入式診斷醫(yī)學(xué)儀器融入到家庭當(dāng)中，融入到社會(huì)中，現(xiàn)在我們可以有一定的理論基礎(chǔ)來改善這一狀況，未來醫(yī)療儀器應(yīng)該是更智能化、更便攜化。

嵌入式診斷醫(yī)學(xué)儀器靈敏度高，有利于提高診斷儀器的測(cè)量準(zhǔn)確性，使得診斷儀器的測(cè)量結(jié)果更具有信服力，診斷儀器測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性是一個(gè)重要的指標(biāo)，人們對(duì)此要求是非常嚴(yán)格的，它關(guān)系著人們的健康狀況，因此，對(duì)于如何加強(qiáng)診斷儀器的靈敏度是未來儀器發(fā)展的一個(gè)方向。

6　結(jié)語

本次實(shí)驗(yàn)采用SPSS中提供的雙變量相關(guān)分析法對(duì)嵌入式診斷醫(yī)學(xué)儀器的相關(guān)特點(diǎn)進(jìn)行分析，具有很強(qiáng)的科學(xué)性與嚴(yán)謹(jǐn)性，分別挖掘出了儀器特點(diǎn)中操作簡(jiǎn)單、使用方便與智能化之間以及靈敏度高與準(zhǔn)確度高之間的正相關(guān)關(guān)系，有一定的實(shí)際意義，為儀器的發(fā)展找到了一個(gè)方向，為設(shè)計(jì)者提供了目標(biāo)，在未來，儀器將會(huì)越來越融入到我們生活中，使我們的身體健康獲得保障。

［1］陳露晨.基于嵌入式系統(tǒng)的醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計(jì)［J］.醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2005，26（09）：64-65.

［2］張?zhí)K江，陳慶波.數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS的應(yīng)用（五）——相關(guān)分析與回歸分析［J］.畜牧與獸醫(yī)，2003，35（09）：16-18.

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［4］劉青萍.基于回歸分析的個(gè)性化教學(xué)研究［D］.長(zhǎng)沙：湖南師范大學(xué)，2008.

［5］余海莉.基于人為因素的工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)分析與評(píng)價(jià)［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2012

［6］婁德波，鄧剛，肖克炎，孫艷，丁建華.礦床地質(zhì)經(jīng)濟(jì)模型法在東天山銅鎳礦預(yù)測(cè)中的應(yīng)用［J］.地質(zhì)通報(bào)，2010，29（10）：1467-1478.

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Bivariate Correlation Analysis；Embedded Medical Instruments；Significance Test

Research on the Bivariate Correlation Analysis in Embedded Medical Instrument Characteristics

TANG Rong，TAN Ding-ying，ZHANG Hai-yang，TAN Huo-yuan
（College of Medicine Information Engineering，Guangzhou University of Chinese Medicine，Guangzhou 510006）

1007-1423（2015）21-0003-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.21.001

唐蓉（1994-），女，湖南衡陽人，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（醫(yī)學(xué)信號(hào)與信息處理方向）

譚定英（1978-），女，廣東梅州人，副教授，碩士，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用

張海楊（1995-），男，廣東茂名人，在讀本科，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)（醫(yī)學(xué)信號(hào)與信息處理方向）

2015-06-05

2015-07-14

探究嵌入式診斷醫(yī)療儀器特點(diǎn)之間的相關(guān)性，以便于為未來嵌入式診斷醫(yī)學(xué)儀器的發(fā)展提供一些建議。從中國(guó)知網(wǎng)的文獻(xiàn)中獲取數(shù)據(jù)，采用SPSS中提供的雙變量相關(guān)分析法，分別對(duì)嵌入式診斷醫(yī)學(xué)儀器的特點(diǎn)中操作簡(jiǎn)單、使用方便與智能化以及靈敏度高與準(zhǔn)確性高進(jìn)行相關(guān)分析。智能化與操作簡(jiǎn)單以及使用方便都分別具有顯著的正相關(guān)關(guān)系；儀器是準(zhǔn)確性高與靈敏度高也具有顯著的正相關(guān)關(guān)系。

雙變量相關(guān)分析法；嵌入式醫(yī)學(xué)儀器；顯著性檢驗(yàn)

2013年廣東省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（No.1057213034）、2015年廣州中醫(yī)藥大學(xué)質(zhì)量工程項(xiàng)目（No.24）

譚火媛（1993-），女，廣東云浮人，在讀本科，專業(yè)方向?yàn)獒t(yī)學(xué)信息工程專業(yè)

Explores the correlation between characteristics of embedded diagnostic medical equipment，so that provides a number of recommendations for the future development of embedded diagnostic medical instruments.Obtains data from the literature of CNKI，uses bivariate correlation analysis which provided in SPSS，respectively in diagnosis of embedded medical instrument features simple operation，easy to use and intelligent as well as the relationship between high sensitivity and accuracy.Smart and simple operation as well as easy to use has significant positive correlation respectively，the system is significant positive correlation of high accuracy and high sensitivity.