雙變量相關分析法在嵌入式醫學儀器特性的研究

唐蓉，譚定英，張海揚，譚火媛（廣州中醫藥大學醫學信息工程學院，廣州　510006）

雙變量相關分析法在嵌入式醫學儀器特性的研究

唐蓉，譚定英，張海揚，譚火媛
（廣州中醫藥大學醫學信息工程學院，廣州510006）

0　引言

嵌入式系統在醫療儀器上的應用是醫療儀器發展的最新趨勢，越來越多的國家重點研究嵌入式醫療儀器設備，嵌入式醫療設備是先進的嵌入式技術和生物醫學的結合，嵌入式醫療設備作為一種知識交叉產品，是計算機科學技術和生物醫學、電子技術、半導體技術相結合的產物，是生物醫學工程發展的結晶，反映著當代最新技術的先進水平［1］，更是未來醫療領域的發展方向，同時人們對于醫療儀器的設計提出更高的要求，未來醫療儀器發展需要更智能化、簡單化 、更方便化、準確度更高等，才能滿足當代人民群眾的需求。因此對于醫療儀器諸如此類特點的分析是迫在眉睫的，也是有顯著意義的，可幫助開發者設計高質量的醫療儀器，也可以幫助群眾更了解醫療儀器，更放心地使用，從而提高醫療儀器的使用率，促進人們的身體健康發展。

1　相關分析法理論

相關分析是指對兩個或多個具備相關性的變量元素進行分析，從而衡量兩個變量因素的相關密切程度，換句話說，相關分析的任務就是對相關關系給以定量的描述［2］。相關性的元素之間需要存在一定的聯系或者概率才可以進行相關性分析。相關性不等于因果性，也不是簡單的個性化，應用非常廣泛［3］。在SPSS中提供了專門的相關分析模塊Correlate，分別是雙變量相關分析、偏相關分析、距離分析，在該實驗中我們使用雙變量相關分析法，即是分析兩個變量之間是否存在相關關系［2］。在相關分析中，通常利用相關系數進行變量間線性關系的分析，相關系數用r表示，相關系數是以數值的方式精確地反映了兩變量間線性關系的強弱程度［4］。在相關分析中，相關系數的計算方法和數據變量類型是緊密相關的，不同的變量類型，相關系數的計算方法不盡相同，但是它們的含義和取值范圍是相同的，即相關系數的取值范圍都在-1到1之間，如果相關系數r>0，則表示兩變量存在正相關；反之，則表示兩變量存在負相關。常用的相關系數有Pearson簡單相關系數、Spearman等級相關系數和Kendall相關系數［4］。在該實驗中，我們采用Pearson簡單相關系數，通常用來度量定距型變量間的線性相關關系［4］。定距型數據通常指諸如身高、體重、血壓等的連續性數據，也包括諸如人數、商品件數等離散型數據［5］。Pearson簡單相關系數的計算公式為：

其中，n為樣本容量，xi和yi為兩變量對應的樣本值［6］。

在相關分析中，還需要對兩樣本來自的總體是否存在顯著的線性關系進行推斷，既是首先提出零假設，認為兩總體線性相關，其次，選擇檢驗統計量并計算檢驗統計量的觀測值，最后給出推斷結果［7］。選擇不同的相關系數，其檢驗統計量也是不一樣的，但顯著性檢驗判別標準是一樣的，其中Pearson簡單相關系數的檢驗統計量為t統計量，定義為：

其中t統計量服從自由度為n-2的t分布。

顯著性檢驗判定標準：t統計量某特定取值及更極端可能值出現的概率用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，在進行相關分析時，不能同時使用0.05、0.01、0.1這3個顯著性水平來決定兩變量是否顯著相關，只能使用其中的1個，若P<α，則表示兩變量顯著相關，否則，則兩變量不顯著性相關。

2　數據準備

本次實驗數據來源于中國知網的文獻，通過查找嵌入式診斷醫學儀器的相關文獻，整理出48條實驗數據，查找內容包括儀器名稱、儀器功能、儀器特點，以此建立一個嵌入式診斷醫療儀器原始數據Excel表，部分數據如表1所示：

表1　嵌入式診斷醫療儀器原始數據

3　數據預處理

實驗主要對嵌入式醫學儀器的特點進行雙變量相關分析，所以就以嵌入式診斷醫療儀器原始數據Excel表為基礎，對嵌入式診斷醫學儀器的特點這一項內容進行預處理，由于雙變量分析法只能分析數值型變量，而嵌入式診斷醫療儀器原始數據Excel表的內容都是字符串格式，所以就需要對儀器的特點這一項內容進行量化，在診斷醫療儀器特點中，主要分析內容為操作簡單、使用方便、智能化、準確度高、靈敏度高，數據量化規則是，若該診斷儀器特點中有以上列舉中的某些項，則對應項編碼為1，否則編碼為0，以此建立診斷儀器特點量化Excel表，部分數據如表2所示：

表2　嵌入式診斷醫學儀器特點量化表

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

4　數據分析步驟

實驗使用IBM SPSS Statistics 19工具進行分析，該軟件是世界上公認最優秀的統計分析軟件包之一，已廣泛應用在經濟學、生物學、心理學、醫療衛生、體育、金融等多個領域。實驗中使用SPSS提供的相關分析模塊中的雙變量相關分析，選擇Pearson相關系數，采用雙尾檢驗法。

圖1　嵌入式診斷醫學儀器特點分布

首先建立數據文件。將嵌入式診斷醫學儀器特點量化Excel表導入到SPSS中，建立一個新的.sav格式的SPSS數據文件，特點數據類型為數值型。

分析過程。從菜單欄選擇，Analyze→Correlate→Bivariate Correlation，在彈出的對話框中將分析變量操作簡單、使用方便、智能化3個變量送入Variables欄內，選中Pearson相關系數選項及雙尾檢驗法，在主對話框中選中Flag significant correlations選項，表示標出有顯著意義的相關系數，其余默認，單擊OK，執行相關分析操作。實驗結果如表3所示。

表3　

操作步驟如上，對嵌入式診斷醫學儀器特點的相關性變量準確度高、靈敏度高進行雙變量相關分析，實驗結果如表4。

5　實驗結果及分析

實驗對嵌入式診斷醫學儀器的主要特點進行了雙變量相關分析，選擇Pearson簡單相關系數，采用雙尾檢驗法，顯著性水平α=0.05。

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

表4　

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

從以上的分析中來看：嵌入式診斷醫學儀器智能化的高低對于其操作是否簡單、使用是否方便有較強的影響，適當地使儀器更智能化、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，由于現在很多醫學儀器其操作復雜且不方便使用，很多設備只有醫護人員知道操作方法，使得儀器的利用率比較低，不能真正的使嵌入式診斷醫學儀器融入到家庭當中，融入到社會中，現在我們可以有一定的理論基礎來改善這一狀況，未來醫療儀器應該是更智能化、更便攜化。

嵌入式診斷醫學儀器靈敏度高，有利于提高診斷儀器的測量準確性，使得診斷儀器的測量結果更具有信服力，診斷儀器測量結果的準確性是一個重要的指標，人們對此要求是非常嚴格的，它關系著人們的健康狀況，因此，對于如何加強診斷儀器的靈敏度是未來儀器發展的一個方向。

6　結語

本次實驗采用SPSS中提供的雙變量相關分析法對嵌入式診斷醫學儀器的相關特點進行分析，具有很強的科學性與嚴謹性，分別挖掘出了儀器特點中操作簡單、使用方便與智能化之間以及靈敏度高與準確度高之間的正相關關系，有一定的實際意義，為儀器的發展找到了一個方向，為設計者提供了目標，在未來，儀器將會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.基于嵌入式系統的醫學儀器的設計［J］.醫療衛生裝備，2005，26（09）：64-65.

［2］張蘇江，陳慶波.數據統計分析軟件SPSS的應用（五）——相關分析與回歸分析［J］.畜牧與獸醫，2003，35（09）：16-18.

［3］李冬陽，王楠.相關性分析理論對電子競價平臺中的訂單數量研究［J］.商場現代化，2013（09）：56-57.

［4］劉青萍.基于回歸分析的個性化教學研究［D］.長沙：湖南師范大學，2008.

［5］余海莉.基于人為因素的工程施工安全風險分析與評價［D］.武漢：華中科技大學，2012

［6］婁德波，鄧剛，肖克炎，孫艷，丁建華.礦床地質經濟模型法在東天山銅鎳礦預測中的應用［J］.地質通報，2010，29（10）：1467-1478.

［7］張立新.品位—噸位模型在我國密西西比河谷型鉛鋅礦資源潛力分析中的應用［D］.貴陽：貴州大學，2008.

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，計算機科學與技術專業（醫學信號與信息處理方向）

譚定英（1978-），女，廣東梅州人，副教授，碩士，研究方向為計算機應用

張海楊（1995-），男，廣東茂名人，在讀本科，計算機科學與技術（醫學信號與信息處理方向）

2015-06-05

2015-07-14

探究嵌入式診斷醫療儀器特點之間的相關性，以便于為未來嵌入式診斷醫學儀器的發展提供一些建議。從中國知網的文獻中獲取數據，采用SPSS中提供的雙變量相關分析法，分別對嵌入式診斷醫學儀器的特點中操作簡單、使用方便與智能化以及靈敏度高與準確性高進行相關分析。智能化與操作簡單以及使用方便都分別具有顯著的正相關關系；儀器是準確性高與靈敏度高也具有顯著的正相關關系。

雙變量相關分析法；嵌入式醫學儀器；顯著性檢驗

2013年廣東省大學生創新創業訓練計劃項目（No.1057213034）、2015年廣州中醫藥大學質量工程項目（No.24）

譚火媛（1993-），女，廣東云浮人，在讀本科，專業方向為醫學信息工程專業

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.