双变量相关分析法在嵌入式医学仪器特性的研究

唐蓉，谭定英，张海扬，谭火媛（广州中医药大学医学信息工程学院，广州　510006）

双变量相关分析法在嵌入式医学仪器特性的研究

唐蓉，谭定英，张海扬，谭火媛
（广州中医药大学医学信息工程学院，广州510006）

0　引言

嵌入式系统在医疗仪器上的应用是医疗仪器发展的最新趋势，越来越多的国家重点研究嵌入式医疗仪器设备，嵌入式医疗设备是先进的嵌入式技术和生物医学的结合，嵌入式医疗设备作为一种知识交叉产品，是计算机科学技术和生物医学、电子技术、半导体技术相结合的产物，是生物医学工程发展的结晶，反映着当代最新技术的先进水平［1］，更是未来医疗领域的发展方向，同时人们对于医疗仪器的设计提出更高的要求，未来医疗仪器发展需要更智能化、简单化 、更方便化、准确度更高等，才能满足当代人民群众的需求。因此对于医疗仪器诸如此类特点的分析是迫在眉睫的，也是有显著意义的，可帮助开发者设计高质量的医疗仪器，也可以帮助群众更了解医疗仪器，更放心地使用，从而提高医疗仪器的使用率，促进人们的身体健康发展。

1　相关分析法理论

相关分析是指对两个或多个具备相关性的变量元素进行分析，从而衡量两个变量因素的相关密切程度，换句话说，相关分析的任务就是对相关关系给以定量的描述［2］。相关性的元素之间需要存在一定的联系或者概率才可以进行相关性分析。相关性不等于因果性，也不是简单的个性化，应用非常广泛［3］。在SPSS中提供了专门的相关分析模块Correlate，分别是双变量相关分析、偏相关分析、距离分析，在该实验中我们使用双变量相关分析法，即是分析两个变量之间是否存在相关关系［2］。在相关分析中，通常利用相关系数进行变量间线性关系的分析，相关系数用r表示，相关系数是以数值的方式精确地反映了两变量间线性关系的强弱程度［4］。在相关分析中，相关系数的计算方法和数据变量类型是紧密相关的，不同的变量类型，相关系数的计算方法不尽相同，但是它们的含义和取值范围是相同的，即相关系数的取值范围都在-1到1之间，如果相关系数r>0，则表示两变量存在正相关；反之，则表示两变量存在负相关。常用的相关系数有Pearson简单相关系数、Spearman等级相关系数和Kendall相关系数［4］。在该实验中，我们采用Pearson简单相关系数，通常用来度量定距型变量间的线性相关关系［4］。定距型数据通常指诸如身高、体重、血压等的连续性数据，也包括诸如人数、商品件数等离散型数据［5］。Pearson简单相关系数的计算公式为：

其中，n为样本容量，xi和yi为两变量对应的样本值［6］。

在相关分析中，还需要对两样本来自的总体是否存在显著的线性关系进行推断，既是首先提出零假设，认为两总体线性相关，其次，选择检验统计量并计算检验统计量的观测值，最后给出推断结果［7］。选择不同的相关系数，其检验统计量也是不一样的，但显著性检验判别标准是一样的，其中Pearson简单相关系数的检验统计量为t统计量，定义为：

其中t统计量服从自由度为n-2的t分布。

显著性检验判定标准：t统计量某特定取值及更极端可能值出现的概率用P来表示 ，显著性水平用α表示，常用的是α=0.05、α=0.01、α=0.1，在进行相关分析时，不能同时使用0.05、0.01、0.1这3个显著性水平来决定两变量是否显著相关，只能使用其中的1个，若P<α，则表示两变量显著相关，否则，则两变量不显著性相关。

2　数据准备

本次实验数据来源于中国知网的文献，通过查找嵌入式诊断医学仪器的相关文献，整理出48条实验数据，查找内容包括仪器名称、仪器功能、仪器特点，以此建立一个嵌入式诊断医疗仪器原始数据Excel表，部分数据如表1所示：

表1　嵌入式诊断医疗仪器原始数据

3　数据预处理

实验主要对嵌入式医学仪器的特点进行双变量相关分析，所以就以嵌入式诊断医疗仪器原始数据Excel表为基础，对嵌入式诊断医学仪器的特点这一项内容进行预处理，由于双变量分析法只能分析数值型变量，而嵌入式诊断医疗仪器原始数据Excel表的内容都是字符串格式，所以就需要对仪器的特点这一项内容进行量化，在诊断医疗仪器特点中，主要分析内容为操作简单、使用方便、智能化、准确度高、灵敏度高，数据量化规则是，若该诊断仪器特点中有以上列举中的某些项，则对应项编码为1，否则编码为0，以此建立诊断仪器特点量化Excel表，部分数据如表2所示：

表2　嵌入式诊断医学仪器特点量化表

使用Excel 2013的图表功能中的柱形图对嵌入式诊断医学仪器特点量化表进行直观化的展示，可以更直观地展示各仪器特点分布情况，图中不同颜色代表不同的仪器特点，截图如图1所示。

4　数据分析步骤

实验使用IBM SPSS Statistics 19工具进行分析，该软件是世界上公认最优秀的统计分析软件包之一，已广泛应用在经济学、生物学、心理学、医疗卫生、体育、金融等多个领域。实验中使用SPSS提供的相关分析模块中的双变量相关分析，选择Pearson相关系数，采用双尾检验法。

图1　嵌入式诊断医学仪器特点分布

首先建立数据文件。将嵌入式诊断医学仪器特点量化Excel表导入到SPSS中，建立一个新的.sav格式的SPSS数据文件，特点数据类型为数值型。

分析过程。从菜单栏选择，Analyze→Correlate→Bivariate Correlation，在弹出的对话框中将分析变量操作简单、使用方便、智能化3个变量送入Variables栏内，选中Pearson相关系数选项及双尾检验法，在主对话框中选中Flag significant correlations选项，表示标出有显著意义的相关系数，其余默认，单击OK，执行相关分析操作。实验结果如表3所示。

表3　

操作步骤如上，对嵌入式诊断医学仪器特点的相关性变量准确度高、灵敏度高进行双变量相关分析，实验结果如表4。

5　实验结果及分析

实验对嵌入式诊断医学仪器的主要特点进行了双变量相关分析，选择Pearson简单相关系数，采用双尾检验法，显著性水平α=0.05。

如表3所示，图表中的N值代表进行双变量相关分析的个案数为48，操作简单与使用方便这两个变量的Pearson相关性系数r值是0.422，操作简单与智能化这两个变量的Pearson相关性系数r值是0.317，智能化与使用方便的Pearson相关性系数r值是0.356，这三个相关系数都是大于0，所以这三个变量之间互相成正相关，此外，操作简单与使用方便这两个变量的显著性（双侧）P值为0.003，操作简单与智能化这两个变量的显著性（双侧）P值为0.028，智能化与使用方便这两个变量的显著性（双侧）P值为0.013，可以看出这三个P值都是小于显著性水平α，所以说操作简单与使用方便、操作简单与智能化、智能化与使用方便之间的正相关关系具有显著意义，即是显著正相关。

表4　

如表4所示：灵敏度高与准确性高这两个变量的Pearson相关性系数r值为0.585，显著性（双侧）P值为0.000，由于0.585大于0，所以灵敏度高与准确性高这两个变量有正相关的关系，而P值0.000小于显著性水平α，所以灵敏度高与准确性高这两个变量的正相关关系具有显著性意义，即显著正相关。

从以上的分析中来看：嵌入式诊断医学仪器智能化的高低对于其操作是否简单、使用是否方便有较强的影响，适当地使仪器更智能化、更人性化、有利于人们更快地掌握仪器的操作方法以及使用，由于现在很多医学仪器其操作复杂且不方便使用，很多设备只有医护人员知道操作方法，使得仪器的利用率比较低，不能真正的使嵌入式诊断医学仪器融入到家庭当中，融入到社会中，现在我们可以有一定的理论基础来改善这一状况，未来医疗仪器应该是更智能化、更便携化。

嵌入式诊断医学仪器灵敏度高，有利于提高诊断仪器的测量准确性，使得诊断仪器的测量结果更具有信服力，诊断仪器测量结果的准确性是一个重要的指标，人们对此要求是非常严格的，它关系着人们的健康状况，因此，对于如何加强诊断仪器的灵敏度是未来仪器发展的一个方向。

6　结语

本次实验采用SPSS中提供的双变量相关分析法对嵌入式诊断医学仪器的相关特点进行分析，具有很强的科学性与严谨性，分别挖掘出了仪器特点中操作简单、使用方便与智能化之间以及灵敏度高与准确度高之间的正相关关系，有一定的实际意义，为仪器的发展找到了一个方向，为设计者提供了目标，在未来，仪器将会越来越融入到我们生活中，使我们的身体健康获得保障。

［1］陈露晨.基于嵌入式系统的医学仪器的设计［J］.医疗卫生装备，2005，26（09）：64-65.

［2］张苏江，陈庆波.数据统计分析软件SPSS的应用（五）——相关分析与回归分析［J］.畜牧与兽医，2003，35（09）：16-18.

［3］李冬阳，王楠.相关性分析理论对电子竞价平台中的订单数量研究［J］.商场现代化，2013（09）：56-57.

［4］刘青萍.基于回归分析的个性化教学研究［D］.长沙：湖南师范大学，2008.

［5］余海莉.基于人为因素的工程施工安全风险分析与评价［D］.武汉：华中科技大学，2012

［6］娄德波，邓刚，肖克炎，孙艳，丁建华.矿床地质经济模型法在东天山铜镍矿预测中的应用［J］.地质通报，2010，29（10）：1467-1478.

［7］张立新.品位—吨位模型在我国密西西比河谷型铅锌矿资源潜力分析中的应用［D］.贵阳：贵州大学，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，湖南衡阳人，计算机科学与技术专业（医学信号与信息处理方向）

谭定英（1978-），女，广东梅州人，副教授，硕士，研究方向为计算机应用

张海杨（1995-），男，广东茂名人，在读本科，计算机科学与技术（医学信号与信息处理方向）

2015-06-05

2015-07-14

探究嵌入式诊断医疗仪器特点之间的相关性，以便于为未来嵌入式诊断医学仪器的发展提供一些建议。从中国知网的文献中获取数据，采用SPSS中提供的双变量相关分析法，分别对嵌入式诊断医学仪器的特点中操作简单、使用方便与智能化以及灵敏度高与准确性高进行相关分析。智能化与操作简单以及使用方便都分别具有显著的正相关关系；仪器是准确性高与灵敏度高也具有显著的正相关关系。

双变量相关分析法；嵌入式医学仪器；显著性检验

2013年广东省大学生创新创业训练计划项目（No.1057213034）、2015年广州中医药大学质量工程项目（No.24）

谭火媛（1993-），女，广东云浮人，在读本科，专业方向为医学信息工程专业

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.