醫學統計方法及技術應用

這幾年各國傳統醫學的研究逐漸引起國際上的重視，台灣這幾年在傳統中醫的研究上的質與量也有顯著的進步。然而，對於中醫現代化的這個大目標而言，我們當走的路還遠。國內的醫學研究長久以來都是針對西醫而設計，而中醫的診斷方式與西醫大為迥異，中醫資料的形態也以類別資料為主。所以，我們也必要針對這些以類別資料為主的醫學來設計相應的統計分析方法。本書在於介紹一些實用的統計方法，並且利用免費統計軟體R來分析一些實際的中醫臨床資料。另外，我們也將由三大研究團隊來介紹中醫的學理，現代化儀器的輔助以及中醫研究未來的展望。本書當然也適用於許多臨床醫學的研究分析，可以提供一大部分的統計實用方法。

鄭宗琳 (Tsung-Lin Cheng)
國立彰化師範大學統計資訊研究所教授
研究專長：機率、醫學統計、金融時間序列

羅綸謙 (Lun-Chien Lo)
彰化基督教醫院中醫醫療體系主任
國立彰化師範大學統計資訊研究所 兼任副教授
研究專長：中醫診斷、中醫內科

蔣依吾 (John Y. Chiang)
國立中山大學資訊工程系 教授
研究專長：影像處理

第一章 整合醫學緒論
1.1 什麼是整合醫學？
1.2 自動化舌診系統
1.3 為什麼需要統計？
第二章 中醫學導論
2.0 前言
2.1 何謂中醫學
2.2 中醫學的形成與發展
2.3 中醫學的價值取向與特徵思維
2.4 中醫學的基礎學說：陰陽
2.5 中醫學的基礎學說：五行
2.6 中醫生理學：氣血
2.7 中醫生理學：臟腑：藏象
2.8 中醫生理學：臟腑：六腑
2.9 中醫生理學：經絡
2.10 中醫病理學
第三章 中醫診斷學概論
3.0 前言
3.1 中醫診斷學的內容、原理與特色
3.2 望診
3.3 聞診
3.4 問診
3.5 切診
3.6 辨證
第四章 舌診自動分析
4.0 前言
4.1 數位影像基本介紹
4.2 人類視覺特性
4.3 第一階段：技術開發—自動化舌診系統
4.4 第二階段：技術驗證—一致性分析
4.5 第三階段：技術應用
4.6 未來展望
第五章 中醫治療學概論
5.0 前言
5.1 中醫治療的特色
5.2 中醫治療的思維
5.3 中醫的治則
5.4 中醫的治法歸類
5.5 中醫治療模式：中藥
第六章 統計軟體R的簡介
6.0 前言
6.1 如何下載安裝R
6.2 簡單運算與陣列
6.3 迴圈與條件語句
6.4 敘述統計量
第七章 各種抽樣方法
7.0 前言
7.1 變數與測量
7.2 隨機與非隨機抽樣
7.3 不同的抽樣方法
7.4 調查及設計實驗
7.5 淺談檢定與樣本大小
7.6 醫學研究的道德議題
第八章 常用的統計分布
8.0 前言
8.1 機率密度函數、分布函數、期望值、變異數、中位數
8.2 離散型分布
8.3 連續型分布
第九章 信賴區間與假設檢定
9.0 前言
9.1 平均值的信賴區間
9.2 比值的信賴區間
9.3 中位數的信賴區間
9.4 檢定的意義
9.5 Harrell-Davis中位數相等的檢定
第十章 線性迴歸與相關係數
10.0 前言
10.1 線性關係
10.2 線性迴歸的ANOVA分析
10.3 線性迴歸模型的預測效果
第十一章 多個變數的關聯性
11.0 前言
11.1 多重線性迴歸
11.2 多元共線性
11.3 多變項迴歸模型的ANOVA
11.4 具有類別資料的迴歸模型
第十二章 無母數統計方法
12.1 列聯表
12.2 卡方統計
12.3 費雪精確檢定
12.4 Kruskal-Wallis等級資料變異數分析
12.5 Spearman等級相關係數
12.6 Mann-Whitney-Wilcoxon檢定
第十三章 信度與效度的估計
13.1 信度的定義與基本性質
13.2 平行測驗
13.3 信度的估計
13.4 利用迴歸方程及信度係數來估計真實分數
13.5 測量誤差對相關係數的影響
13.6 影響信度的幾個因素
13.7 效度的定義與基本性質
13.8 選擇效應對效度的影響
13.9 加長測驗對效度的影響
第十四章 一致性分析
14.0 前言
14.1 一致性在醫學研究上的意義
14.2 Cohen, Fleiss的一致性測度
14.3 加權一致性分析
14.4 多位判別者的一致性分析
14.5 多等級多判別者的一致性分析
14.6 估計一致性統計量信賴區間的方法
14.7 結論
第十五章 廣義線性模型
15.0 前言
15.1 最大概似法
15.2 邏輯迴歸
15.3 對數線性模式
第十六章 多組樣本比較
16.0 前言
16.1 變異數分析
16.2 相同變異數假設之下的成對比較
16.3 不同變異數樣本之下的比較
附　錄
參考書目
索引

1.1 什麼是整合醫學？
醫學是依人類需求而發展出來的，原無中西之分，但因東西文化之差異，慢慢發展出中醫與西醫這兩種狀似不同的醫學模式。然而，「天下大勢，分久必合，合久必分」。二十世紀末，西方世界包括美國及歐盟等開始對傳統醫學產生興趣，遂興起「替代與另類醫學（Complementary and Alternative Medicine, CAM）」，如中醫、印度醫學、順勢療法、自然療法等，中醫是其最重要的部份之一；隨後，更發展成「整合醫學（Integrative Medicine, IM）」，將西醫及身心靈觀照之全人醫療納入其中，大家對整合醫學的追求，遂蔚為風潮，且方興未艾！
有人說，二十一世紀是生物科技的世紀，中醫發展數千年，崇尚自然，且歷久不衰，現又與世界潮流接軌，認識中醫遂成為熱門的議題！中醫源遠流長，內容極為浩瀚，欲在短時間內將所有內容吸收，實屬不易，本書遂將相關內容擇要分為數章節介紹：首章為中醫學概論，介紹中醫發展模式，基礎理論如陰陽、五行等；生理學如臟腑、經絡等；病理學如病因、病機等；讓大家對中醫有初步而全面的概念。次章則為中醫診斷學，診斷介於基礎理論與臨床實務之橋梁，在中醫具有相當重要的地位，介紹中醫診斷的意義、原理、特色與內容，以樸素而無創傷性的安全模式蒐集臨床訊息，思外揣內的特色進分析，各診斷方法的詳細介紹，讓大家體會「望而知之謂之神，聞而知之謂之聖，問而知之謂之工，切而知之謂之巧」的境界。其次是了解中醫個性化醫療的辨證分類模式。其後章節則是透過中醫與現代資訊科技的結合，將中醫診斷現代化的成果，透過中醫舌診儀系統，為大家呈現。隨後則是中醫治療學，介紹中醫治療的特色、原則及模式，讓大家了解中藥的四氣、五味及歸經等；方劑君臣佐使的組成特色及各種類別的方劑功能等；針與灸的治療原理，經絡與穴位的臨床應用，與施術時的相關注意事項等；推拿與按摩的相關介紹亦在其中。綜上所述，希望各位讀者可以對中醫有整體的認識。
1.2 自動化舌診系統
「維醫之為道，闡微窮奧，首重於診。」中醫診斷為中醫基礎理論與臨床應用之重要連結，正確診斷實為有效治療之重要依據。中醫診斷精髓在於「辨證論治」，有效治療之前提為正確診斷病症，而辨證係基於四診程序，綜合望、聞、問、切所獲得資訊加以辯證，臨床上醫師透過眼睛、耳朵、嗅覺、詢問、觸覺等感官觀察病人特徵表現與整體形態而推斷病患身體主要病症，其結果易囿於知識、經驗、思維模式、診斷技巧、對顏色、味道、觸覺感知及詮釋等主觀判定影響，沒有精確、定量標準，不同醫生對同一病人可能做出互異判斷，重複性不佳，因此獲得可靠斷症結果，為一重要課題。
隨著資訊科技與網際網路發展，透過電子感測、電腦分析等現代科技儀器輔助診斷已成為必然趨勢，而現有開發之儀器為各自獨立系統，未經信度、效度等驗證，不僅功效令人質疑，亦無法將科學化中醫四診儀器辯證結果融合運用，其診斷易失之偏頗，片段而非全面，背離中醫四診合參之基本理念，更遑論運用現代技術將傳統中醫延伸至網路、雲端，提供加值應用，諸如中醫健檢、老年照護、線上教育與評量、中醫數位古籍資料庫、建立特定疾病之中醫辨證指標或中西醫整合等，相較於中國大陸、日本漢醫、韓國韓醫投入大量資源，積極擴展海外市場之來勢洶洶，僅能死守祖宗千年智慧，故步自封，江河日下，而徒嘆負負；以台灣資訊、電子產業之發達，中醫現代化之發展與整合不僅可行而且迫切。
中醫師藉由觀察舌頭以進行辨證，為非侵入式診療方法，舌面主要觀察重點為舌形、舌質和舌苔所構成之舌象，舌形病計有中、胖、瘦及歪斜等；舌質病中，舌色包括淡白、偏淡、淡紅、偏紅、紅、絳、黯及瘀斑、裂紋、齒痕及朱點等特徵；舌苔病可區分為白、黃、黑、膩、厚、薄、剝或無等。觀察舌象通常由顯之異常特徵著手，以做為辨證之依據。觀察舌下脈絡之變化，亦為中醫舌診重要組成部分。由於舌下脈絡清晰，沒有皮膚覆蓋，故容易了解人體血氧飽和度、血液粘稠度、血液充盈度等相關狀態，並由此初步判斷身體患病情況。
現有各地所發展之舌診系統，為維持取像環境恆定，多配置一暗房，設備體積龐大，移動性差，價格高昂，且需於特定光線環境下操作，取像結果往往不盡人意，本系統希望改善上述缺點，開發一符合臨床醫師看診習慣及需求之自動化舌診系統。舌診系統開發過程區分為技術開發、驗證與應用三個階段，目前已進入技術應用階段，配合醫師於臨床診治上使用此自動化舌診系統輔助診斷，俾利後續透過科學化舌診，對特定疾病進行斷症。
自動化舌診系統審視焦點在於舌頭部位，自患者臉部擷取舌部影像。分析影像資訊，自動判別舌頭、嘴唇及皮膚部位之區域。藉由移除皮膚區域、舌形檢測、控制點偵測、平滑修正曲線及主動性輪廓以自動化辨別舌部影像。由自動化辨別之舌部影像作為後置處理舌面特徵之依據，如裂紋、瘀點、齒痕、朱點、舌苔、舌質及舌形等，並量化特徵之數目、面積或長度，將其結果提供中醫師作為臨床上斷症之參考。
自動化舌診系統可降低傳統舌診因環境及人為因素影響所導致之判斷誤差，俾利對舌象進行大規模定性及定量分析，提供客觀之診斷標準。自動化舌診系統一致性對中醫舌診理論，於特定疾病之研究具重大突破與意義，研究方向由自動化舌診儀器之發展，進程至利用舌診儀器就特定疾病進行大規模、不同病情階段之取樣分析，此為中醫望診之一大突破，推廣自動化舌診系統至國際，期能使中華傳統醫學於西方醫學中注入一股新思維。
1.3 為什麼需要統計？
中醫之所以可以在東方人的世界佔一席之地，是因為它經過數千年的測試。無論是它的診斷方法或治療方法，都不是某一個人的貢獻，而是千萬先人累積的智慧。這種累積的經驗與智慧，正好像統計方法中我們常會用到的「蒐集資料」與「檢定」，只是沒有嚴格統計學理作其靠山，西方人往往以為它不夠客觀或缺乏科學證據。我們學習了西方人自阿里斯多德以來的論證法，許多偉大的哲學家、數學家、科學家、統計學家，都貢獻了許多偉大的方法，讓我們可以更明白這個世界。我們好像更明白這個世界，卻又好像有更多不明白的現象天天呈現在我們的面前。
華人太過倚靠經驗，倚靠傳統，不敢質疑也不敢改革。五行的理論好像貫穿了整個中醫的學理，卻沒有人好好用科學方法來重新解釋它，這就是我們為什麼要寫這本書的原因。太多人將中醫看得很玄妙，也有許多人將它看做江湖郎中的維生之道，不能登大雅之堂。前者太過吹捧，後者又太過輕視，而不論哪一方，都沒能好好看看或想想，為什麼中醫可以治病，又為什麼中醫不是萬能？
作為一個統計學家（也曾經是一個數學家），我所能做的，僅僅是在巨大的冰山中慢慢敲出一塊又一塊的冰塊來，然後看看這部分是怎麼一回事。當然，統計也不是萬能的，它能處理的問題也相當的有限，我們不應將它看作可以融解整座冰山的工具；它每次能敲出來的冰塊可能很小，但一旦攻入了冰山的裂縫，就可以有一些想像不到的收穫。我並不是懂得所有統計方法的人，我所知道的只是那一小部分，不能應付所有中醫相關的研究問題，我想本書只是一個拋磚引玉的作用，我使用了免費的電腦程式R（請看第六章，以及各章所附程式），主要目的是不想讓昂貴的統計軟體欄阻了你想要進一步研究的心。這個程式的好處是，它常常作更新，並且幾乎配備了你想要的所有套裝。我希望這樣做之後，大家可以去享受作統計分析的樂趣，不需要受限於電腦軟體。
對於多數醫學從業人員而言，做醫學研究的最大罩門是統計的術語：什麼是統計獨立？什麼是隨機抽樣？什麼是統計顯著？什麼是統計分布？什麼是信賴區間？什麼是檢定？什麼是迴歸？什麼是ANOVA？什麼是Kruskal-Wallis檢定？什麼是Pearson相關係數？這些東西，我們在很多坊間的統計書上都可以看到，但是，這些書可能只談學理，很少涉及應用的部分，或者全部都是應用，也不管原理，所以讓你每次都用得很心虛，昂貴的軟體也讓你每次都用得很心痛。如果你真的想了解醫學，想知道如何作醫學研究，那麼統計方法絕對是必要的，特別是讓你用起來感到安心的統計方法。