113 地方特考離島四等 衛生技術 流行病學與生物統計學概要 考古題詳解

113 年・地方特考・離島四等・衛生技術
試題代碼 流行病學與生物統計學概要

第 一 題25 分

某研究採用我國 2016 年在校青少年健康行為調查之數據進行次級資料的統計分析。有效人數 5,661 位中,自述有性行為的共 334 位;又在其第一次發生性行為時,使用保險套有 70 位。

請計算:

(1) 我國在校青少年有性行為比率的 95% 信賴區間(CI)。

(2) 第一次發生性行為使用保險套比率的 95% CI。

(3) 根據(1)及(2)的計算結果進行結果闡述。

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核心觀念

本題考查單一比例的 95% 信賴區間。樣本比例 p^\hat p 是樣本中符合條件的人數除以該題適用的樣本總人數;一般常態近似信賴區間為:

p^±1.96p^(1−p^)n\hat p \pm 1.96\sqrt{\frac{\hat p(1-\hat p)}{n}}

其中 nn 為該比例的分母,1.961.96 是標準常態分配中央 95% 區間的臨界值。第一次性行為使用保險套的比率,分母應為自述有性行為的 334 人,而非全體 5,661 人。

解題方法與計算

(1)在校青少年有性行為比率

全體有效樣本數 n=5,661n=5{,}661,其中自述有性行為者 x=334x=334,樣本比例為:

p^=3345,661=0.058999≈5.90%\hat p=\frac{334}{5{,}661}=0.058999\approx 5.90\%

標準誤為:

SE=0.058999(1−0.058999)5,661≈0.003132SE=\sqrt{\frac{0.058999(1-0.058999)}{5{,}661}} \approx 0.003132

因此 95% 信賴區間為:

0.058999±1.96(0.003132)=0.058999±0.0061390.058999\pm1.96(0.003132) =0.058999\pm0.006139 95% CI=(0.05286, 0.06514)95\%\,CI=(0.05286,\ 0.06514)

換算為百分比:5.29% 至 6.51%。

(2)第一次發生性行為使用保險套比率

此比例的分母為有性行為者 334 人,使用保險套者 x=70x=70,樣本比例為:

p^=70334=0.209581≈20.96%\hat p=\frac{70}{334}=0.209581\approx20.96\%

標準誤為:

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第 二 題25 分

雙能 X 射線吸收測定法(DXA)是骨質疏鬆症的黃金標準診斷工具,但價格昂貴且無法廣泛使用。在臨床上,病患經常接受腎臟—輸尿管—膀胱(KUB)X 光檢查,且價格便宜。因此,KUB-X 光檢查是骨質疏鬆症的潛在可用篩檢工具。

某國內研究採用人工智慧的深度學習,使用 KUB-X 光檢查來預測 DXA 結果。在半年內接受兩種工具檢查其腰椎第一節的受檢者共 1,433 位,真陽性有 1,187 位,偽陽性有 94 位,真陰性有 115 位,偽陰性有 37 位。

請算出用 KUB-X 光檢查來篩檢骨質疏鬆症的:

(1) 敏感度(sensitivity)。

(2) 陽性預測值(positive predictive value)。

(3) 陽性概似比(positive likelihood ratio)。

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核心觀念

本題以 DXA 作為判定骨質疏鬆症的參考標準,評估 KUB-X 光篩檢結果。四格表中的真陽性(TP)與偽陰性(FN)代表實際有病者;真陽性(TP)與偽陽性(FP)代表篩檢結果陽性者。

  • 敏感度:實際有病者中,篩檢判定為陽性的比例。
  • 陽性預測值(PPV):篩檢陽性者中,實際有病的比例。
  • 陽性概似比(LR+):有病者出現陽性結果的機率,除以無病者出現陽性結果的機率。

解題方法

依題目數據整理四格表:

DXA 有骨質疏鬆DXA 無骨質疏鬆
KUB 篩檢陽性真陽性 TP = 1,187偽陽性 FP = 94
KUB 篩檢陰性偽陰性 FN = 37真陰性 TN = 115

受檢者總數驗算為 1,187+94+37+115=1,4331,187+94+37+115=1,433,與題目相符。

(1) 敏感度

敏感度的分母是「實際有病者」,即真陽性加偽陰性:

敏感度=TPTP+FN=1,1871,187+37=1,1871,224≈0.9698\text{敏感度} =\frac{TP}{TP+FN} =\frac{1,187}{1,187+37} =\frac{1,187}{1,224} \approx 0.9698

因此,敏感度約為 96.98%。

(2) 陽性預測值

陽性預測值的分母是「篩檢陽性者」,即真陽性加偽陽性:

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第 三 題25 分

一簡單線性迴歸,可得 Y^X=1=0.6\hat{Y}_{X=1}=0.6、Y^X=−5=4.92\hat{Y}_{X=-5}=4.92,且 SX=1.8S_X=1.8、SY=2.7S_Y=2.7。

(1) 請列出此簡單線性迴歸方程式。

(2) 計算判定係數(r2r^2)。

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核心觀念

簡單線性迴歸方程式為 Y^=a+bX\hat{Y}=a+bX,其中 bb 是迴歸斜率,aa 是截距。斜率也可由兩個已知的迴歸預測值求得;又因為簡單線性迴歸的標準化斜率等於相關係數 rr,所以

b=rSYSX,r2=b2SX2SY2.b=r\frac{S_Y}{S_X}, \qquad r^2=b^2\frac{S_X^2}{S_Y^2}.

解題方法

先用兩組預測值求斜率:

b=Y^X=1−Y^X=−51−(−5)=0.6−4.926=−0.72.b=\frac{\hat{Y}_{X=1}-\hat{Y}_{X=-5}}{1-(-5)} =\frac{0.6-4.92}{6} =-0.72.

將 X=1X=1 時的預測值代入 Y^=a+bX\hat{Y}=a+bX,求出截距:

0.6=a+(−0.72)(1),a=1.32.0.6=a+(-0.72)(1), \qquad a=1.32.

因此迴歸方程式為

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第 四 題25 分

某研究招募大學網球選手共計 108 人,接受 4 週的網球訓練,每組均為 36 人。A、B、C 組選手訓練前下肢力量之平均值 ±\pm 標準差分別為 30.78±7.0830.78\pm7.08、28.72±6.1028.72\pm6.10、32.28±8.0432.28\pm8.04。數值愈大,代表下肢力量愈強。

(1) 設 α=0.05\alpha=0.05,請選擇合適的統計方法,檢定三組選手訓練前下肢力量平均值有沒有顯著差異。

(註:Pr⁡(Fdf=2,105>3.08)=0.05\Pr(F_{df=2,105}>3.08)=0.05;Pr⁡(Fdf=3,120>2.68)=0.05\Pr(F_{df=3,120}>2.68)=0.05。)

(2) 根據(1)的檢定結果,請說明是否需要進行多重比較;若需要,請指出應採用何種多重比較的方法。

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核心觀念

本題比較三個互相獨立組別的訓練前下肢力量平均值,應採用單因子變異數分析(one-way ANOVA)。此方法用於檢定三組以上獨立樣本的平均數是否相同。

虛無假設與對立假設為:

H0:μA=μB=μCH_0:\mu_A=\mu_B=\mu_C H1:至少有一組平均數不同H_1:\text{至少有一組平均數不同}

在顯著水準 α=0.05\alpha=0.05 下,若 FF 統計量大於臨界值,或 p<0.05p<0.05,則拒絕虛無假設。

解題方法

每組樣本數均為 3636,總樣本數 N=108N=108,共有 k=3k=3 組。組間與組內自由度分別為:

df組間=k−1=2,df組內=N−k=105df_{\text{組間}}=k-1=2,\qquad df_{\text{組內}}=N-k=105

各組平均數為 XˉA=30.78\bar X_A=30.78、XˉB=28.72\bar X_B=28.72、XˉC=32.28\bar X_C=32.28。因各組樣本數相同,總平均數為:

Xˉ⋅⋅=30.78+28.72+32.283=30.5933\bar X_{\cdot\cdot} =\frac{30.78+28.72+32.28}{3} =30.5933

組間平方和:

SS組間=∑i=13ni(Xˉi−Xˉ⋅⋅)2=36[(30.78−30.5933)2+(28.72−30.5933)2+(32.28−30.5933)2]≈233.72SS_{\text{組間}} =\sum_{i=1}^{3}n_i(\bar X_i-\bar X_{\cdot\cdot})^2 =36\left[(30.78-30.5933)^2+(28.72-30.5933)^2+(32.28-30.5933)^2\right] \approx 233.72

組內平方和由各組標準差計算:

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