115 原住民特考三等 衛生行政類科 流行病學與生物統計學 考古題詳解

核心觀念

病例對照研究（case-control study）是觀察性研究。研究者先依結果狀態選取個案與對照，再回溯比較兩組過去的暴露情形。本題以慢性腎病作為疾病結果、吸菸作為暴露因子，重點在掌握研究方向、適用情境，以及選取研究對象與回溯暴露時的偏差。

病例對照研究由「疾病」追溯「暴露」，通常無法直接估計疾病發生率或風險；常用關聯指標為勝算比（odds ratio, OR）。若表格如下：

則：

若病例與對照具適當代表性，且疾病罕見，OR 可近似風險比；若疾病不罕見，則不宜直接把 OR 解讀為風險比。

解題方法

作答時可依序說明研究設計與測量指標，再分別整理優點、缺點及偏差。偏差應指出其形成原因與本題中的例子，並可補充相應的控制方式，以呈現完整理解。

病例對照研究的優點

1. 適合罕見疾病：慢性腎病若在研究母群中屬罕見結果，直接追蹤大量未罹病者的效率較低；病例對照研究可集中納入病例，再抽取對照。
2. 所需樣本較少、成本較低：不必追蹤整個母群或等待足夠病例發生，通常能節省時間與經費。
3. 適合長潛伏期疾病：可回溯疾病發生前的暴露資料，無須長期等待疾病出現。
4. 可同時研究多種暴露：例如除吸菸外，也可調查高血壓、糖尿病、止痛藥使用、職業暴露等與慢性腎病的關聯。
5. 適合初步探索病因：可迅速比較病例與對照的暴露分布，作為後續世代研究或其他研究設計的依據。

病例對照研究的缺點

1. 時間先後關係較難確立：回溯資料未必能明確證明吸菸發生在慢性腎病之前，因而較難判定因果方向。
2. 不能直接估計發生率或風險：病例與對照數量由研究設計者決定，並非母群中疾病發生情形的直接反映；通常以 OR 評估關聯。
3. 容易受偏差與混雜影響：病例與對照若在暴露測量、來源母群或其他危險因子上不同，觀察到的關聯可能偏離真實值。
4. 暴露資料可能不完整或不準確：吸菸量、吸菸年數、戒菸時間等資料仰賴回憶或既存紀錄，容易有缺漏。
5. 不適合研究罕見暴露：若吸菸不是研究母群中常見暴露，病例與對照可能都很少有暴露者，估計將不精確。
6. 通常不適合評估單一暴露的多種疾病結果：研究對象是依單一疾病結果選取，若要追蹤同一暴露對多種疾病的影響，世代研究通常更合適。

可能產生的偏差及控制方式

1. 選擇偏差（selection bias） 病例或對照的選取方式使其暴露分布無法代表原本來源母群，可能扭曲 OR。例如只納入大型醫院的腎病病例，且對照也來自特定科別，而兩者的吸菸習慣或就醫機會與一般來源母群不同。 **控制方式：**病例與對照應來自同一來源母群；明確訂定納入條件；對照需代表該母群中「若罹病便會成為病例」的人群。

核心觀念

本題考查觀察性研究中的因果推論：研究發現 PM$_{2.5}$ 暴露與代謝性脂肪肝疾病（以下簡稱脂肪肝）有統計關聯時，不能直接認定 PM$_{2.5}$ 導致脂肪肝。研究者須評估關聯是否可能由偏差、混雜或偶然造成，並綜合因果判準與研究設計、資料品質作出判斷。

常用的架構是 Bradford Hill 因果判準，包括：

1. 時間先後性：PM$_{2.5}$ 暴露須發生在脂肪肝發生之前，是必要條件。
2. 關聯強度：相對危險度、勝算比或風險差越大，單由未控制混雜造成關聯的可能性通常越低；但弱關聯仍可能是真正因果。
3. 一致性：不同地區、族群、研究團隊與研究設計得到相近結果，支持因果關係。
4. 特異性：某一暴露對應特定結果可支持因果，但慢性疾病通常有多重病因，因此缺乏特異性不能排除因果。
5. 劑量反應關係：暴露濃度、暴露時間或累積暴露增加時，脂肪肝風險亦呈合理變化。
6. 生物學合理性：PM$_{2.5}$ 可經由肺部及全身發炎、氧化壓力、胰島素阻抗或脂質代謝失衡等途徑影響肝臟，機轉合理。
7. 相符性：流行病學結果應與毒理學、動物實驗、臨床及病理生理知識相互吻合。
8. 實驗證據：降低暴露後疾病風險下降，或實驗研究支持因果，可加強證據；但人群隨機暴露於空氣污染並不合倫理，故實驗證據可能有限。
9. 類比性：若其他類似空氣污染物已證實會造成相近的代謝或肝臟影響，可提供支持。

Bradford Hill 判準是整體判斷的輔助架構，不是必須全部符合的打勾清單；其中時間先後性不可缺少，其餘判準則依證據綜合評估。

解題方法

研究者應依序確認研究問題、排除非因果解釋，再檢視因果判準及證據強度。

一、明確界定暴露、疾病與研究族群

先界定 PM$_{2.5}$ 的暴露指標，例如年平均濃度、居住地估計濃度、暴露年數或累積暴露量；並清楚訂定脂肪肝的診斷標準、追蹤期間及研究族群。暴露與疾病的測量方式若不一致或誤差過大，會削弱關聯估計，也可能造成錯誤分類偏差。

二、建立時間順序並選擇適當設計

以具代表性的族群追蹤研究最能直接檢驗時間先後性：納入研究開始時沒有脂肪肝者，測量其 PM$_{2.5}$ 暴露，追蹤新發脂肪肝。若使用橫斷研究，同時測量暴露與疾病，通常難以判斷暴露是否先於疾病，因果推論較弱。

亦可利用病例對照研究、不同地區或不同期間的自然實驗與暴露變化研究補充證據。各設計均須說明其可能的選擇偏差、資訊偏差與適用限制。

三、排除偶然、偏差與混雜

核心觀念

本題比較兩個彼此獨立群組的連續型資料平均值：

• 慢性阻塞性肺病組：$n_1=130,\ \bar X_1=2.78,\ s_1=0.80$
• 對照組：$n_2=120,\ \bar X_2=3.92,\ s_2=0.70$

適合採用「兩獨立樣本平均值差異之 $t$ 檢定」。因題目未明確假設兩群體變異數相等，採用 Welch two-sample $t$ test 較適當。

虛無假說與對立假說

令：

• $\mu_1$：慢性阻塞性肺病組的母群體平均 $FEV_1$
• $\mu_2$：對照組的母群體平均 $FEV_1$

因題目詢問兩組平均值是否有差異，採雙尾檢定：

檢定統計量與計算

兩組樣本平均值差異為：

其標準誤為：

因此 Welch $t$ 統計量為：

Welch-Satterthwaite 自由度為：

在 $df\approx247$ 下，雙尾 $p$ 值遠小於 $0.001$，可寫為：

因為：

故拒絕虛無假說。

統計結論

在顯著水準 $\alpha=0.05$ 下，慢性阻塞性肺病組與對照組的母群體平均 $FEV_1$ 存在統計上顯著差異。

由樣本平均值可知：

因此慢性阻塞性肺病組的平均 $FEV_1$ 顯著低於對照組，平均差異約為 $1.14$ 公升。

核心觀念

本題考查：

1. 類別變項「吸菸狀態」與「肝纖維化狀態」之獨立性檢定。
2. $3\times 2$ 列聯表的 Pearson 卡方檢定。
3. 兩個獨立樣本比例差的 $95\%$ 信賴區間。

因各細格期望次數皆大於 $5$，適合使用 Pearson 卡方檢定。

一、統計假說

令吸菸狀態為 $X$，肝纖維化狀態為 $Y$。

• 虛無假說 $H_0$：吸菸狀態與肝纖維化狀態相互獨立，兩者沒有統計顯著相關。
• 對立假說 $H_1$：吸菸狀態與肝纖維化狀態不獨立，兩者具有統計顯著相關。

二、吸菸狀況與肝纖維化之卡方檢定

總樣本數為：

列總數為：

欄總數為：

期望次數公式為：

例如，從未吸菸且無顯著肝纖維化的期望次數為：

各細格期望次數約為：

Pearson 卡方統計量為：

代入觀察值與期望值：

自由度為：

在 $\alpha=0.05$ 下，查卡方分布表：

因為：

故拒絕 $H_0$。其 $p$ 值約為：

因此，吸菸狀態與肝纖維化狀態之間具有統計顯著相關。

三、兩組已戒菸比例差異之 $95\%$ 信賴區間

定義：