T分布在医药领域应用

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学生t-分布可简称为t分布。其推导由威廉·戈塞于1908年首先发表,当时他还在都柏林的健力士酿酒厂工作。因为不能以他本人的名义发表,所以论文使用了学生(Student)这一笔名。之后t检验以及相关理论经由罗纳德·费雪的工作发扬光大,而正是他将此分布称为学生分布。

要理解此文章,需要理解正太分布的基础知识,否则不能看懂。根据大数定理,样本越多,样本估算参数就越接近总体参数。但实际生活中,因为时间和费用,我们一般用小样本数据代替整体数据。

T分布的特征|:

T分布属性1:曲线下面总面积为1

T分布属性2:曲线以0为对称中心,比正态分布更加扁平
T分布属性3:曲线向左右方向无限延伸,但没有碰到x轴
T分布属性4:自由度增加时(样本增加),T分布接近正态分布,T分布拥有更大标准差。如果样本数量大于30,数据分布近似正态分布;如果样本量小于30,数据分布呈T分布

 

自由度是一个非常复杂的概念,很多专业人士避而不谈自由度。简单理解,T分布的自由度=样本量-1

 

Z分数公式到t分数公式 ,如果样本数量大于30,用正态分布公式;如果样本量小于30,用T分布公式

 

经过大量图文讲解,我们知道了T分布的基础知识。接下来我们了解T分布在医药领域用途。

T分布在医药领域有广泛用途,因为临床实验有0-4期,跨越时间长达数年,花费高(上亿)。临床实验每一期需要大量资金投入,病人样本量越多,药企花费越高。如果样本量小于30时,我们可以采用T分布分析。所以T分布在医药领域很受欢迎,因为可以节约大量开支。

⑴Ⅰ期临床试验:是在人体进行新药研究的起始期,主要目的是研究人对新药的耐受程度,了解新药在人体内的药代动力学过程,提出新药安全有效的给药方案。对象:健康人。

⑵II期临床试验:为随机盲法对照临床试验,由药物临床试验机构进行临床试验。其目的是确定药物的疗效适应证,了解药物的毒副反应,对该药的有效性、安全性作出初步评价。对象:靶疾病的患者。

⑶Ⅲ期临床试验:是Ⅱ期临床试验的延续,目的是在较大范围内进行新药疗效和安全性评价。要求在Ⅱ期临床试验的基 础上除增加临床试验的病例数之外,还应扩大临床试验单位。多中心临床试验单位应在临床药理基地中选择,一般不少于3个,每个中心病例数不少于20例。各项 要求与II期相似,但一般不要求双盲医学|教育网搜集整理。

⑷Ⅳ期临床试验:也称上市后监察。其目的在于进一步考查新药的安全有效性,即在新药上市后,临床广泛使用的最初 阶段,对新药的疗效、适应证、不良反应、治疗方案可进一步扩大临床试验,以期对新药的临床应用价值做出进一步评价,进一步了解的疗效、适应证与不良反应情 况,指导临床合理用药。包括扩大试试验、特殊对象临床试验、补充临床试验。

举一个例子,有七个病人,服用增加血压的新药3个月。他们血压分别升高了1.5,  2.9,  0.9, 3.9,  3.2,  2.1,  1.9,预测95%置信度的总体患者血压值的置信区间。

计算T分布需要用T-分数表

 

看T分布表有点麻烦,为了简单和避免出错,我已经用python代码封装好。

 

只需要输入参数(样本和置信度)样本:[1.5,2.9,0.9,3.9,3.2,2.1,1.9],置信度:0.95

程序自动得到结果[1.3789786293305519, 3.3067356563837338] 

程序回答了上述问题,在95%置信度的条件下,总体患者血压值的置信区间为1.3789786293305519和3.3067356563837338之间

 

环境:Anaconda(python2.7)

下面代码经过测试,可以运行。

代码属于手动建模,scipy.stats.t.interval也可以准确计算T分布的置信区间,代码量更少,但少了一份自己建模的乐趣。

# -*- coding: utf-8 -*-

'''

T分布建模

'''

import numpy as np  

from scipy.stats import chi2  

from scipy.stats import t  

from scipy.stats import f  

from scipy.stats import norm

import math

# t distribution

confidence=0.95

mean=240

s=25

n=10 

#通过输入参数置信度,样本数量,样本平均数,样本标准差四个参数,计算置信区间

def Confidence_interval(confidence,n,mean,s):

    a=(1-confidence)/2.0

    dfValue=n-1

    #t分数

    t_std=t.isf(a, df=dfValue)

    #标准误

    standard_error=s/math.sqrt(n)

    #误差范围

    margin_error=t_std*standard_error

    #置信区间

    conf_int =[mean-margin_error,mean+margin_error]

    return conf_int

sample=[1.5,2.9,0.9,3.9,3.2,2.1,1.9]

def Confidence_interval2(sample,confidence):

    a=(1-confidence)/2.0

    #样本数量

    n=len(sample)

    #平均数

    mean=np.mean(sample)

    s=np.std(sample,ddof=1)

    #自由度

    dfValue=n-1

    #t分数

    t_std=t.isf(a, df=dfValue)

    #标准误

    standard_error=s/math.sqrt(n)

    #误差范围

    margin_error=t_std*standard_error

    #置信区间

    conf_int =[mean-margin_error,mean+margin_error]

    return conf_int

confidence_interval=Confidence_interval2(sample,confidence)  

End.

(本文原创发布在中国统计网)

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