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医学统计模型

概率单位回归(剂量分析)

剂量反应要把曲线反解到「一半对象起反应」的剂量 ED50;普通二分类 Probit 只停在系数,不交出这个剂量。

更新日期 2026-08-29 回归

这篇能回答什么

剂量反应分析回答的是:「标志物(或对数剂量)要到多少,反应概率才到 50%(或 10%、90%)」。连接函数常用标准正态 CDF,所以卡片写「概率单位」;也可以换成 logit,ED50 的点估计往往接近,置信限的算法不同。关键步骤是反解:从 Φ((log d−μ)/σ)=0.5 推出 d=exp(μ)。普通二分类概率单位回归估的是任意协变量上的潜变量斜率,停在 β 与 z,没有「这个斜率对应多少 ng/mL」。毒理里的 LD50、药理里的 ED50、农化里的 LC50,都是同一类反解,只是反应定义不同。

教学占用按剂量仓切开观察,不是金标准阴阳性。低剂量仓 A 75(19.48%),中剂量仓 B 45(11.69%),高剂量仓 C 265(68.83%),合计 N=385。diagnostic 原文 220 行;385 是按标志物切开并叠进仓后的教学口径,高仓 265 偏厚,说明这份抽取把更多观察堆在高标志物一侧。ED50 若落在中仓而中仓只有 45 个点,区间会宽——这是设计问题,不是软件「没算出来」。

什么时候不该用

Y 是购房/不购房、协变量是收入年龄、你要的是边际效应,用普通 Probit 或二元逻辑回归,不要强行报 ED50。剂量—反应已知是 logistic 生长或指数衰减、没有二项反应,用拟合工具箱。只要画 ROC 看分数能不能分开金标准,走 ROC,不必反解剂量。

如何选择方法

有剂量轴、二项反应、目标是「百分之几反应对应多少剂量」→ 本页。有二分类 Y、没有要反解的剂量 → 普通 Probit / logit。曲线形状已知且 Y 连续 → 非线性拟合。仪器比对、没有剂量故事 → Deming 或 Bland–Altman。

  • 剂量分析(概率单位):剂量(常取对数)+ 反应;输出曲线、ED50/LD50 与限。

  • 普通 Probit:Φ(Xᵀβ),X 可以是收入、年龄;不反解 ED50。

  • 二元 logit:同一二项似然,连接改 logistic;优势比不是半数剂量。

  • 非线性拟合:连续 Y 的参数曲线,没有二项分母。

输入、输出与限制

输入

个案格式:一列剂量(标志物),一列二分类反应(金标准)。聚合格式:剂量水平、试验数、反应数。教学用 diagnostic 的标志物当剂量轴、金标准当反应。剂量必须为正才能取对数;零剂量要事先约定偏移,不能默默当成 0 的对数。

  • 剂量:定量、为正;本练习用标志物。

  • 反应:二元金标准,或仓内反应计数。

  • 可选:试验数(聚合表);对数变换开关。

输出

结果表项目列写「概率单位回归(剂量分析)」。A/B/C 是低/中/高剂量仓人数:75 / 45 / 265,合计 385。主数字是 ED50(及 ED10/ED90 若给出)和置信限,不是「标志物的 z=多少」。曲线图横轴是剂量,纵轴是反应概率;在 0.5 处横穿的那条竖线才是半数剂量。普通 Probit 页不会画这条竖线。

产品限制

  • 全仓反应率都是 0 或都是 1,曲线没有拐点,ED50 无法反解。

  • 220 行原文与占用 385 对不上是仓化口径,不要改金标准编码去凑。

  • 中仓只有 ${bN} 个点时,不要把 ED50 的区间写成「很精确」。

  • 目录里另有「二分类概率单位回归(Probit)」,点错就只得到系数、得不到 ED50。

案例

研究问题。 diagnostic 表把标志物与金标准放在同一行。研究者想把标志物当成剂量轴,估计「半数观察被金标准判为阳性」的标志物水平,而不是再报一条「标志物升高、logit 上升」的 OR。

练习打开 clinical.xlsx 的 diagnostic。剂量勾标志物,反应勾金标准。剂量仓占用 385:低 75、中 45、高 265。高仓偏厚,ED50 若落在稀疏的中仓,应在讨论里写「设计在拐点附近取样不足」。不要用生存表的随访时间冒充剂量。

下载临床教学工作簿

在 StatsX 中操作

  1. 步骤 1 · 打开 diagnostic 而不是 survival

    随访时间不是剂量。meta 表是研究级 TE/SE,更对不上仓占用。

  2. 步骤 2 · 检查标志物是否为正

    画像里标志物若有非正值,先处理再取对数。金标准必须是 0/1,不要把预测分数当反应。

  3. 步骤 3 · 点「剂量分析」这张概率单位

    卡片全名含「剂量」。旁边那张「二分类概率单位回归(Probit)」不反解 ED50,专治购房之类的二分类。

  4. 步骤 4 · 剂量=标志物,反应=金标准

    不要把方法A、方法B同时当剂量。需要对照时,另跑一条曲线,不要在同一模型里堆两个剂量轴。

  5. 步骤 5 · 先对仓人数再读 ED50

    核 75/45/265。看 50% 水平线与曲线的交点是否落在有点的仓里。区间若跨过整段标志物量程,先补中仓试验,不要改连接函数充精确。

上传临床工作簿以运行剂量反应分析
工作簿进上传区后切到 diagnostic,不要开 survival。
画像中的标志物与金标准
标志物作剂量轴,金标准必须是二元反应。
在目录中选择概率单位回归(剂量分析)
点带「剂量分析」的卡片,不要点普通 Probit。
为剂量分析指定标志物与金标准
剂量放标志物,反应放金标准后运行。

如何阅读输出

占用表把 N=385 切成三个剂量仓:低 A 75(19.48%),中 B 45(11.69%),高 C 265(68.83%)。C 占 68.83% 只说明高标志物侧堆了更多观察,不能写成「68.83% 的人已经超过 ED50」。ED50 是曲线上的横轴位置,不是仓的众数。中仓最瘦(45),若半数点落在这里,置信限会先警告你。

概率单位回归(剂量分析)结果表
项目类别统计量取值
概率单位回归(剂量分析)类别 A频数75
概率单位回归(剂量分析)类别 B频数45
概率单位回归(剂量分析)类别 C频数265
概率单位回归(剂量分析)合计有效样本 N385
概率单位回归(剂量分析)类别 A占比(%)19.48
概率单位回归(剂量分析)类别 B占比(%)11.69
概率单位回归(剂量分析)类别 C占比(%)68.83

左右滑动可查看完整表格

教学示例表在 StatsX 工作台中的计算结果口径。

工作台中剂量分析的剂量仓占用表
A/B/C 是低/中/高剂量仓,不是阴性/阳性/缺失。
概率单位剂量反应曲线与 ED50 竖线
0.5 水平与曲线的交点才是 ED50;仓人数解释取样疏密。

阅读顺序:三仓人数 → 各仓经验反应率是否随剂量上升 → ED50 点估计与限 → 连接是 Probit 还是 logit。经验率若不升反降,先查标志物是否录反、金标准是否编反,再怀疑模型。普通 Probit 页上「标志物」那一行的 β 不能代数成 ED50:缺少尺度与对数变换的约定,而且那个 β 还可能混着年龄。Fieller 限在曲线很平时可以穿过负剂量,这时应改报「在观察量程内无法稳定反解」,不要改小数位。

高仓 265 个点会把曲线的上段钉死,对 ED90 有帮助,对 ED50 的帮助取决于中仓。不要因为高仓人多就宣称「半数剂量估计很准」。

理论与公式

对数剂量上的概率单位模型把反应概率写成

半数反应对应 Φ(0)=1/2,因此

普通 Probit 写 P(Y=1∣X)=Φ(Xᵀβ),X 可以是收入、年龄、标志物的线性组合,目标停在 β。剂量分析强制 X 是 log d(再加可选平行协变量),并且把兴趣参数从 β 换成反解出来的剂量。logit 连接把 Φ 换成 e^η/(1+e^η),ED50 仍是 η=0 的剂量,但置信限常用 delta 或 Fieller,与 Probit 不必逐位相同。本例 n=385,中仓仅 45:μ 的信息主要来自拐点附近,高仓 265 钉的是上渐近。Finney 的概率单位算法与现代 GLM 二项似然在大样本下靠近,教学以 GLM 为准。

注意事项

  • ED50 是剂量,不是回归系数,更不是优势比。

  • 高仓 68.83% 禁止写成「已经超过半数有效剂量的人口比例」。

  • 全阴或全阳的仓对拐点没有信息,删仓前先看设计。

  • 对数底(e 或 10)必须与报告单位一起写,否则 ED50 差一个常数倍。

  • 标志物与金标准的关联即使显著,也不等于该标志物是可给药的干预剂量。

常见问题

参考文献

  • Finney, D. J. Probit Analysis. Cambridge University Press.

  • Bliss, C. I. The Method of Probits. Science.

  • Ritz, C., Baty, F., Streibig, J. C., Gerhard, D. Dose-Response Analysis Using R. PLOS ONE.

  • Collett, D. Modelling Binary Data. Chapman & Hall.