2025年大学《生物统计学》专业题库- 生物统计学在医学影像诊断中的应用与技术

2025年大学《生物统计学》专业题库——生物统计学在医学影像诊断中的应用与技术考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项字母填在题干后的括号内）1.在医学影像诊断中，用于比较两种不同放射剂量下病灶可见性差异的统计方法，最常选用以下哪一种？(A)独立样本t检验(B)配对样本t检验(C)Wilcoxon符号秩检验(D)Chi-square检验2.ROC曲线下面积（AUC）主要用于衡量诊断试验的什么特性？(A)稳定性(B)准确性(C)敏感性(D)特异性3.当医学影像特征数据不符合正态分布，且需要比较两组该特征的中央位置时，应优先考虑使用以下哪种非参数检验方法？(A)独立样本t检验(B)Mann-WhitneyU检验(C)Pearson相关系数(D)Kruskal-Wallis检验4.在分析MRI图像纹理特征与肿瘤恶性程度的关系时，如果肿瘤恶性程度（分组变量）和纹理特征（连续变量）均不满足参数检验的假设，最适合采用的统计方法可能是？(A)线性回归分析(B)线性判别分析(C)Log-rank检验(D)Mann-WhitneyU检验或Kruskal-Wallis检验5.某研究中，比较了A、B两种不同的影像学检查方法对早期肺癌的检出率。假设两种方法的灵敏度分别为SA和SB，特异度分别为SA'和SB'。为了选择更优的方法，以下哪个指标最有意义？(A)SA+SB'(B)(SA+SB')/2(C)max(SA,SA')*max(SB,SB')(D)AUC6.对一组正常人和患者的脑部MRI灰度值进行描述性统计，计算均值和标准差。哪个结论更能说明该影像特征区分两者的潜力？(A)正常人组灰度值的均值更高(B)患者组灰度值的标准差更小(C)正常人组与患者组灰度值的均值差异较大，且两组内部方差较小(D)正常人组灰度值的变异系数更大7.在进行一项比较不同剂量药物对脑部病灶大小影响的临床研究时，研究人员分别测量了用药前后的病灶直径。此时，用于分析剂量与病灶直径变化量关系的恰当统计方法是？(A)独立样本t检验（比较不同剂量组用药后病灶大小）(B)配对样本t检验（比较同一剂量组用药前后病灶大小变化）(C)单因素方差分析（比较不同剂量组用药前后病灶大小变化）(D)Wilcoxon符号秩检验（比较不同剂量组用药前后病灶大小变化）8.已知某项医学影像诊断试验的ROC曲线下面积为0.85。以下哪个解释是正确的？(A)该试验有15%的假阳性率(B)该试验比随机猜测的诊断准确性高(C)该试验区分阳性和阴性结果的能力与区分阴性和阳性结果的能力相同(D)该试验在所有可能的阈值下都能达到100%的灵敏度9.当研究者希望同时分析多个影像特征（如纹理特征、强度特征）对一个疾病状态（如良恶性）的影响时，除了ROC曲线外，还可能采用以下哪种方法？(A)线性回归(B)Logistic回归(C)方差分析(D)Pearson相关系数10.医学影像数据的预处理步骤，如灰度值标准化，其主要目的是为了？(A)降低图像噪声(B)改善图像视觉效果(C)使不同模态或不同扫描仪获取的数据具有可比性(D)增强病灶的边缘二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在横线上）1.统计学上，衡量诊断试验特异度的公式为_______。2.ROC曲线绘制时，横轴代表的是诊断试验的_______，纵轴代表的是诊断试验的_______。3.当分析结果为p<0.05时，通常认为拒绝原假设的证据是_______。4.比较三个及以上独立组别连续性数据的均值差异时，若满足参数检验条件，应使用_______。5.在生存分析中，用来描述生存概率随时间变化的函数是_______。6.对于分类变量，描述其集中趋势常用_______和_______两个指标。7.若要评估一个连续性影像特征（X）与一个二元疾病状态（Y，0或1）之间的关联强度和方向，可以使用_______或_______。8.在解释统计结果的临床意义时，必须考虑该结果发生的_______和_______。9.某研究比较了A法和B法对肿瘤体积测量的重复性，计算得到A法的组内相关系数（ICC）为0.90，B法的ICC为0.75。这表明_______。10.医学影像诊断研究中选择合适的对照组是保证研究_______的关键前提。三、简答题（每题5分，共15分）1.简述假设检验中“第一类错误”和“第二类错误”分别指什么？并说明如何降低这两类错误可能导致的风险。2.解释什么是ROC曲线的“最佳阈值”，并说明在临床实践中如何根据ROC曲线确定最佳阈值。3.在一项比较两种MRI扫描序列（序列A和序列B）在检测脑部微小病灶能力的研究中，研究者收集了100名受试者的数据，并对每位受试者在两种序列下都进行了扫描。请简述应采用何种统计方法来比较这两种序列的诊断性能，并说明理由。四、计算题（每题10分，共20分）1.某研究测量了10名健康成年人（组1）和10名糖尿病患者（组2）的血清胰岛素水平（单位：mu/L）。数据如下：组1（健康人）：8.2,7.5,9.1,6.8,7.9,8.5,7.2,8.0,9.3,7.6组2（糖尿病患者）：15.4,18.2,16.5,14.8,19.0,17.3,15.9,18.5,16.1,14.5假设数据近似服从正态分布且方差相等。试计算两组血清胰岛素水平的均值、标准差，并使用独立样本t检验比较两组胰岛素水平的差异是否有统计学意义。（无需给出结论，写出计算过程即可）2.某研究评估一项新的计算机辅助诊断系统（CAD系统）在乳腺癌X光片诊断中的应用价值。将系统判读结果与放射科医生的金标准结果进行比较，得到以下2x2列联表数据：系统判读|医生判读阳性|医生判读阴性---------|----------------|----------------医生判读阳性|45|5医生判读阴性|10|40请计算该CAD系统的灵敏度、特异度、阳性预测值和阴性预测值。五、论述题（10分）结合医学影像诊断的实际情况，论述选择和使用统计方法时应考虑的关键因素有哪些？试卷答案一、选择题1.B解析：比较同一受试者接受不同处理（剂量）前后的数据变化，应使用配对样本t检验。2.B解析：AUC综合反映了诊断试验在不同阈值下的灵敏度与特异度，是衡量诊断试验准确性的重要指标。3.B解析：当数据不满足正态分布时，应选择非参数检验方法，Mann-WhitneyU检验用于比较两组连续性数据的中央位置。4.D解析：对于非正态且分组不满足参数检验假设的情况，Mann-WhitneyU检验（比较两组）或Kruskal-Wallis检验（比较三组及以上）是合适的选择。5.D解析：AUC反映了诊断试验的整体区分能力，AUC越大，诊断试验的准确性越高。6.C解析：均值差异大且组内方差小，意味着影像特征能有效区分正常人和患者，且测量较稳定。7.B解析：同一剂量组用药前后测量值构成配对数据，应使用配对样本t检验。8.B解析：AUC在0到1之间，0.85表明该试验的诊断准确性高于随机猜测（随机猜测AUC为0.5）。9.B解析：Logistic回归适用于分析多个自变量（影像特征）对一个二元结果（疾病状态）的影响。10.C解析：标准化是为了消除不同量纲和数据范围的影响，使不同来源或模态的数据具有可比性，便于后续统计分析。二、填空题1.TPR=TP/(TP+FN)2.真阳性率（或灵敏度）；假阳性率（1-特异度）3.充分4.单因素方差分析（ANOVA）5.生存函数（或Kaplan-Meier生存函数）6.众数；中位数7.Pearson相关系数；Spearman秩相关系数8.显著性；生物学意义（或临床意义）9.A法在测量肿瘤体积方面具有比B法更高的测量一致性或重复性。10.科学性（或内部有效性）三、简答题1.答：第一类错误（α）是指在原假设为真时，错误地拒绝了原假设，即假阳性；第二类错误（β）是指在原假设为假时，错误地未能拒绝原假设，即假阴性。降低α风险通常导致β风险增加，反之亦然。可以通过增加样本量、选择更严格的检验水准（α）或改进研究设计来尝试平衡或降低两类错误的风险。2.答：ROC曲线的最佳阈值是指在特定的受试者群体中，能够同时使诊断试验的灵敏度达到最高且特异度也尽可能高的那个临界值（判断标准）。确定最佳阈值时，需考虑临床决策的背景，如假阳性率（1-特异度）和假阴性率（1-灵敏度）带来的后果，选择一个在漏诊和误诊之间取得最佳平衡的阈值。3.答：应采用配对样本t检验（若影像特征为连续性变量且满足正态/方差齐性）或Wilcoxon符号秩检验（若不满足参数检验假设）。因为每位受试者都接受了两种不同的扫描序列，两种测量结果存在配对关系。四、计算题1.解：(1)计算均值：组1均值=(8.2+7.5+9.1+6.8+7.9+8.5+7.2+8.0+9.3+7.6)/10=7.84组2均值=(15.4+18.2+16.5+14.8+19.0+17.3+15.9+18.5+16.1+14.5)/10=16.64(2)计算标准差（使用样本方差公式）：组1方差=[Σ(x_i-x̄1)²]/(n1-1)=[Σ(x_i-7.84)²]/9≈1.537组1标准差s1=√1.537≈1.24组2方差=[Σ(x_i-x̄2)²]/(n2-1)=[Σ(x_i-16.64)²]/9≈6.633组2标准差s2=√6.633≈2.58(3)计算t统计量：假设方差相等，合并方差s_p²=[(n1-1)s1²+(n2-1)s2²]/(n1+n2-2)=[(9*1.537)+(9*6.633)]/18≈4.088合并标准差s_p=√4.088≈2.02t=(x̄1-x̄2)/(s_p*√(1/n1+1/n2))=(7.84-16.64)/(2.02*√(1/10+1/10))=-8.8/(2.02*0.447)≈-9.88/0.9=-10.89(4)查t分布表或计算p值（自由度df=n1+n2-2=18）：t≈-10.89，对应的p值远小于0.05。2.解：TP=45,TN=40,FP=5,FN=10灵敏度(Sen)=TP/(TP+FN)=45/(45+10)=45/55≈0.818或81.8%特异度(Spe)=TN/(TN+FP)=40/(40+5)=40/45≈0.889或88.9%阳性预测值(PPV)=TP/(TP+FP)=45/(45+5)=45/50=0.9或90%阴性预测值(NPV)=TN/(TN+FN)=40/(40+10)=40/50=0.8或80%五、论述题答：选择和使用统计方法时应考虑以下关键因素：1.研究目的和数据类型：明确研究要解决的问题（比较、关联、预测等），根据因变量和自变量的类型（分类、连续）选择合适的统计方法。2.数据分布特征：检查数据是否满足所选统计方法的假设（如正态性、方差齐性）。若不满足，需考虑数据转换或使用非参数方法。3.样本量和设计：样本量大小影响统计检验的效力。研究设计（随机对照试验、观察性研究等