2025年大學(xué)《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——統(tǒng)計(jì)學(xué)在醫(yī)學(xué)影像分析中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)，每題2分，共20分）1.在醫(yī)學(xué)影像學(xué)中，CT值通常服從或近似服從什么分布？A.二項(xiàng)分布B.泊松分布C.正態(tài)分布D.卡方分布2.當(dāng)需要比較兩組正態(tài)分布總體（方差相等）的均值差異時(shí)，最常用的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法是？A.Wilcoxon秩和檢驗(yàn)B.Mann-WhitneyU檢驗(yàn)C.t檢驗(yàn)（獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)）D.ANOVA3.在醫(yī)學(xué)圖像分割中，K-means聚類算法本質(zhì)上屬于哪種類型的統(tǒng)計(jì)方法？A.假設(shè)檢驗(yàn)B.回歸分析C.聚類分析D.主成分分析4.用于量化圖像局部區(qū)域紋理特征的GLCM（灰度共生矩陣）方法，其計(jì)算結(jié)果通常涉及哪些統(tǒng)計(jì)量？A.均值和中位數(shù)B.方差和標(biāo)準(zhǔn)差C.對(duì)比度、能量、熵、相關(guān)性D.偏度和峰度5.在一項(xiàng)比較兩種不同化療方案對(duì)肺癌患者生存期影響的臨床研究中，最適合用于分析兩組生存數(shù)據(jù)差異的統(tǒng)計(jì)方法是？A.獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)B.配對(duì)樣本t檢驗(yàn)C.Kaplan-Meier生存曲線和Log-rank檢驗(yàn)D.Chi-square檢驗(yàn)6.若醫(yī)學(xué)影像研究中，收集到的病灶直徑數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布且存在異常值，比較不同治療組病灶平均直徑差異時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮使用？A.獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)B.Wilcoxon秩和檢驗(yàn)C.方差分析D.回歸分析7.在醫(yī)學(xué)圖像處理中，高斯濾波器的主要作用是？A.增強(qiáng)圖像邊緣B.降低圖像噪聲C.提高圖像分辨率D.改變圖像對(duì)比度8.邏輯回歸模型在醫(yī)學(xué)影像分析中通常用于？A.預(yù)測(cè)連續(xù)型結(jié)果變量B.解釋連續(xù)型自變量對(duì)結(jié)果的影響C.判斷分類變量之間是否存在關(guān)聯(lián)D.預(yù)測(cè)二元結(jié)果變量（如發(fā)生/未發(fā)生，正常/異常）9.當(dāng)研究目的是探索多個(gè)影像特征與一個(gè)連續(xù)型臨床指標(biāo)（如腫瘤體積）之間的線性關(guān)系時(shí)，應(yīng)采用哪種統(tǒng)計(jì)模型？A.邏輯回歸B.線性回歸C.生存回歸D.聚類分析10.在進(jìn)行醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)分析時(shí)，確保樣本量??l?n的主要目的是？A.提高圖像分辨率B.增強(qiáng)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的效力（減少I型錯(cuò)誤）C.減少圖像噪聲D.縮短數(shù)據(jù)采集時(shí)間二、填空題（請(qǐng)將答案填寫在橫線上，每空2分，共20分）1.統(tǒng)計(jì)學(xué)中，描述數(shù)據(jù)集中趨勢(shì)的常用指標(biāo)有________、中位數(shù)和________。2.對(duì)于服從正態(tài)分布的隨機(jī)變量，約68.27%的觀測(cè)值落在均值加減________個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)。3.在醫(yī)學(xué)圖像的紋理分析中，基于灰度共生矩陣（GLCM）計(jì)算的________統(tǒng)計(jì)量能反映圖像紋理的復(fù)雜程度和熵值。4.比較兩組或多組正態(tài)分布總體方差是否相等時(shí)，常用的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法是________。5.生存分析中，Kaplan-Meier方法用于估計(jì)________。6.在影像數(shù)據(jù)分析的假設(shè)檢驗(yàn)中，第一類錯(cuò)誤（α）指的是________。7.將多個(gè)影像模態(tài)（如CT和MRI）的數(shù)據(jù)融合進(jìn)行分析，可以綜合利用不同模態(tài)信息的優(yōu)勢(shì)，提高診斷的________。8.在使用統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行影像數(shù)據(jù)分析時(shí)，正確理解并解釋軟件輸出的________（如p值、置信區(qū)間）至關(guān)重要。9.醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)的預(yù)處理階段，常用的去噪方法包括濾波（如________濾波）和中值濾波。10.對(duì)于分類型的影像數(shù)據(jù)（如病灶良惡性分類），描述其分布和比較不同組別構(gòu)成比時(shí)，常使用________檢驗(yàn)。三、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題，每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述在醫(yī)學(xué)影像分析中，選擇合適的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法需要考慮哪些關(guān)鍵因素？2.解釋什么是醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)的特征提取，并列舉至少三種在醫(yī)學(xué)圖像中常用的紋理特征。3.說明假設(shè)檢驗(yàn)中p值小于0.05通常意味著什么？并指出其存在的局限性。4.在一項(xiàng)比較新舊兩種影像設(shè)備在診斷某種疾病準(zhǔn)確率上是否有差異的研究中，簡(jiǎn)述如何設(shè)計(jì)研究方案，并選擇合適的統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析。四、計(jì)算題（請(qǐng)展示主要的計(jì)算步驟，每題8分，共16分）1.某研究測(cè)量了10名健康人和10名肺癌患者肺部某區(qū)域的平均吸光度值（假設(shè)數(shù)據(jù)近似服從正態(tài)分布，且兩組方差相等）。健康人組平均吸光度為0.25，標(biāo)準(zhǔn)差為0.05；患者組平均吸光度為0.35，標(biāo)準(zhǔn)差為0.07。請(qǐng)使用適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)方法檢驗(yàn)兩組人群肺部該區(qū)域平均吸光度是否存在顯著差異（α=0.05）。2.收集了15名糖尿病患者一年前的基線血糖值（mg/dL）和一年后的血糖值（mg/dL），數(shù)據(jù)如下（部分?jǐn)?shù)據(jù)）：基線：120,135,150,145,...；一年后：125,140,155,150,...。請(qǐng)計(jì)算糖尿病患者在一年間的平均血糖變化量，并使用合適的檢驗(yàn)方法判斷其年度血糖變化是否具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（α=0.05）。五、論述題（請(qǐng)結(jié)合實(shí)例，深入闡述下列問題，每題10分，共20分）1.論述統(tǒng)計(jì)學(xué)在提高醫(yī)學(xué)影像診斷準(zhǔn)確性和可靠性的作用。結(jié)合具體的應(yīng)用場(chǎng)景說明如何利用統(tǒng)計(jì)方法解決影像分析中的問題。2.討論在醫(yī)學(xué)影像研究中應(yīng)用統(tǒng)計(jì)模型（如回歸模型、生存模型）時(shí)，需要注意哪些潛在的問題或假設(shè)條件？如何通過研究設(shè)計(jì)或數(shù)據(jù)分析方法來緩解這些問題？---試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.C5.C6.B7.B8.D9.B10.B二、填空題1.均值，標(biāo)準(zhǔn)差2.一3.熵4.F檢驗(yàn)（或方差齊性檢驗(yàn)）5.生存函數(shù)（或生存率）6.拒絕了實(shí)際上為假的零假設(shè)7.準(zhǔn)確性（或可靠性）8.統(tǒng)計(jì)學(xué)9.均值（或高斯）10.卡方三、簡(jiǎn)答題1.選擇合適的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法需要考慮：①數(shù)據(jù)類型（連續(xù)型、離散型、等級(jí)型）；②樣本量大?。虎蹟?shù)據(jù)分布特征（正態(tài)性）；④總體方差是否已知及是否相等；⑤研究設(shè)計(jì)類型（獨(dú)立樣本、配對(duì)樣本、重復(fù)測(cè)量）；⑥研究目的（比較均值、比較比例、相關(guān)性分析等）。選擇方法需確保其前提條件得到滿足，以獲得可靠的結(jié)論。2.醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)的特征提取是指從原始影像數(shù)據(jù)中提取能夠表征圖像特征、有助于后續(xù)分析或決策的信息的過程。常用的紋理特征包括：①對(duì)比度（Contrast）：反映圖像灰度值的分布范圍和局部變化。②能量（Energy，或角二階矩AngularSecondMoment）：反映圖像的平滑程度，能量越高越平滑。③熵（Entropy）：反映圖像紋理的復(fù)雜性和信息量，熵值越大紋理越復(fù)雜。④相關(guān)性（Correlation）：反映圖像灰度共生矩陣中行和列之間的一致性，相關(guān)性高表示紋理方向性強(qiáng)。3.p值小于0.05通常意味著，在零假設(shè)（即兩組或兩種處理效果無差異）為真的情況下，觀察到當(dāng)前樣本統(tǒng)計(jì)量或更極端結(jié)果的概率小于5%。這常被用來判斷是否有足夠的證據(jù)拒絕零假設(shè)，即認(rèn)為組間差異或處理效果具有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性。其局限性在于：①p值只提供證據(jù)拒絕零假設(shè)的強(qiáng)度，不提供效應(yīng)大小或?qū)嶋H臨床意義的信息。②p值受樣本量影響較大，樣本量越大，即使很小的效應(yīng)也可能產(chǎn)生p<0.05。③p值不等于發(fā)現(xiàn)真實(shí)效應(yīng)的概率（非概率性）。④可能忽略多個(gè)比較帶來的假陽性增加（多重比較問題）。4.研究方案設(shè)計(jì)：①明確研究目的（比較新舊設(shè)備診斷準(zhǔn)確率差異）。②定義研究對(duì)象（特定疾病患者群體）和納入/排除標(biāo)準(zhǔn)。③確定分組方法（隨機(jī)分配或按診斷順序分組）。④規(guī)定數(shù)據(jù)采集流程（使用新舊設(shè)備分別對(duì)每位患者進(jìn)行影像檢查，由同一或標(biāo)準(zhǔn)化的閱片者讀片并記錄診斷結(jié)果）。⑤設(shè)定主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)（如靈敏度、特異度、準(zhǔn)確率、AUC等）。⑥確定樣本量估算依據(jù)。選擇合適的統(tǒng)計(jì)方法：①若比較兩組分類變量的比例（如準(zhǔn)確率）是否有顯著差異，可使用卡方檢驗(yàn)（Chi-squaretest）或費(fèi)舍爾精確檢驗(yàn)（Fisher'sexacttest）。②若比較兩組連續(xù)型評(píng)價(jià)指標(biāo)（如診斷時(shí)間、閱片者評(píng)分）的均值差異，且數(shù)據(jù)滿足正態(tài)性假設(shè)，可使用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；若不滿足，則使用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)。③可考慮使用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)（若同一患者使用兩種設(shè)備）或重復(fù)測(cè)量ANOVA。④為評(píng)估診斷一致性，可計(jì)算Kappa系數(shù)。四、計(jì)算題1.檢驗(yàn)步驟：*設(shè)定零假設(shè)H0：μ1=μ2（兩組平均吸光度無差異），備擇假設(shè)H1：μ1≠μ2（兩組平均吸光度有差異）。*選擇檢驗(yàn)方法：由于數(shù)據(jù)近似正態(tài)分布且方差相等，使用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)（Equalvariancesassumedt-test）。*計(jì)算合并方差：Sp2=[(n1-1)s?2+(n2-1)s?2]/(n1+n2-2)=[(10-1)0.052+(10-1)0.072]/(10+10-2)=(0.45+0.441)/18≈0.0495*計(jì)算合并標(biāo)準(zhǔn)差：S_p=√0.0495≈0.222*計(jì)算t統(tǒng)計(jì)量：t=(x?1-x?2)/(S_p*√(1/n1+1/n2))=(0.25-0.35)/(0.222*√(1/10+1/10))=-0.10/(0.222*√0.2)≈-0.10/(0.222*0.4472)≈-0.10/0.0995≈-1.005*確定自由度：df=n1+n2-2=10+10-2=18*查t分布表或計(jì)算p值：對(duì)于雙尾檢驗(yàn)，α=0.05，df=18，查找臨界值或p值。t(18,0.025)≈±2.101。由于-1.005介于-2.101和2.101之間。*做出結(jié)論：p>0.05。沒有足夠的統(tǒng)計(jì)證據(jù)拒絕零假設(shè)。因此，不能認(rèn)為健康人與肺癌患者肺部該區(qū)域平均吸光度存在顯著差異。2.檢驗(yàn)步驟：*假設(shè)數(shù)據(jù)已補(bǔ)全：基線：120,135,150,145,160,130,140,155,145,130,135,150,160,145,155；一年后：125,140,155,150,165,135,145,160,150,140,140,155,165,150,160。*計(jì)算變化量（后-前）：Δ=[5,5,5,5,5,5,5,5,5,10,5,5,5,5,5]。所有變化量均為5的情況有14個(gè)，變化量為10的有一個(gè)。*計(jì)算平均變化量：Δ?=ΣΔ/n=(14*5+10)/15=(70+10)/15=80/15≈5.33*計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差（s）：先求方差s2=Σ(Δ-Δ?)2/(n-1)。Σ(Δ-Δ?)2=Σ(Δ-5.33)2=(14*(5-5.33)2+(10-5.33)2)=14*(0.33)2+(4.67)2=14*0.1089+21.8089=1.5246+21.8089=23.3335。s2=23.3335/(15-1)=23.3335/14≈1.6667。s=√1.6667≈1.29*選擇檢驗(yàn)方法：由于只有一個(gè)樣本數(shù)據(jù)（重復(fù)測(cè)量），且數(shù)據(jù)可能不滿足正態(tài)性（尤其對(duì)于變化量為10的異常值），使用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)（Pairedsamplest-test）或Wilcoxon符號(hào)秩檢驗(yàn)（Wilcoxonsigned-ranktest）。此處演示配對(duì)樣本t檢驗(yàn)。*計(jì)算t統(tǒng)計(jì)量：t=Δ?/(s_Δ/√n)=5.33/(1.29/√15)=5.33/(1.29/3.87298)=5.33/0.3326≈16.00*確定自由度：df=n-1=15-1=14*查t分布表或計(jì)算p值：對(duì)于單尾檢驗(yàn)（通常關(guān)注增加是否顯著），α=0.05，df=14，查找臨界值或p值。t(14,0.025)≈2.145。計(jì)算得到的t值遠(yuǎn)大于2.145?；蛘哂?jì)算雙尾p值，雙尾p值會(huì)小于2*(1-tdist(16.00,14))，p值極?。ㄟh(yuǎn)小于0.05）。*做出結(jié)論：p<0.05。有足夠的統(tǒng)計(jì)證據(jù)拒絕零假設(shè)。因此，可以認(rèn)為糖尿病患者在一年間的平均血糖變化量具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（即平均血糖顯著升高）。五、論述題1.統(tǒng)計(jì)學(xué)在提高醫(yī)學(xué)影像診斷準(zhǔn)確性和可靠性方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。首先，在圖像預(yù)處理中，統(tǒng)計(jì)學(xué)方法（如濾波算法的設(shè)計(jì)與評(píng)估、噪聲模型建立）有助于去除偽影和噪聲，增強(qiáng)有用信息，為后續(xù)分析奠定基礎(chǔ)。其次，在特征提取階段，統(tǒng)計(jì)學(xué)原理指導(dǎo)著紋理、形狀、強(qiáng)度等特征的量化，這些特征是機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)模型的基礎(chǔ)。再次，在圖像分割中，聚類分析、閾值分割等統(tǒng)計(jì)方法有助于自動(dòng)或半自動(dòng)地識(shí)別和分割感興趣區(qū)域（如病灶）。此外，統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)（如t檢驗(yàn)、ANOVA、卡方檢驗(yàn)）用于比較不同組別（如疾病與正常、不同治療反應(yīng)）影像特征的差異，以輔助診斷和預(yù)后判斷。生存分析用于評(píng)估疾病進(jìn)展和患者生存情況與影像特征的關(guān)系。最后，通過構(gòu)建統(tǒng)計(jì)模型（如回歸、分類模型），可以實(shí)現(xiàn)基于影像數(shù)據(jù)的自動(dòng)診斷、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)或療效評(píng)估，并利用統(tǒng)計(jì)方法評(píng)估模型的性能（如AUC、靈敏度、特異度），確保其可靠性和泛化能力。例如，利用支持向量機(jī)（SVM）結(jié)合GLCM紋理特征進(jìn)行肺癌CT圖像的良惡性分類，通過交叉驗(yàn)證和統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)評(píng)估模型性能，可以