多水平模型及医学应用课件

1、多水平模型及医学应用,郜艳晖 广东药学院公共卫生学院 流行病与卫生统计学系 2014.12.23,多水平模型及医学应用,各种相关名称,英国伦敦大学Harvey Goldstein 多水平模型（multilevel model） 美国密歇根大学Stephen W. Raudenbush 层次模型（hierarchical model） 方差分量模型（variance component model） 随机系数模型（random coefficient model） 随机效应模型（random-effects model） 混合效应模型（mixed-effects model,多水平模型及医学应用

2、,目录,层次结构及数据特征 传统方法的不足与多水平模型的优势 多水平模型原理 参数估计、假设检验和模型比较 应用实例 多水平模型的扩展,多水平模型及医学应用,层次结构,横断面研究：多阶段抽样数据 学校 班级 学生 区 街道 个人 医院 病人 纵向研究：重复测量数据 个体在多个时间点上的重复测量 Meta 分析 文献 研究对象,多水平模型及医学应用,层次结构的数据特征,组内相关性（聚集性，非独立性） 组间异质性,组内变异,组间变异,多水平模型及医学应用,传统方法的不足,普通回归（线性，独立性，正态，方差齐） 仅对低水平单位分析，忽略独立性，易导致低估标准误，增加I类错误 仅对高水平单位分析，忽略

3、组内变异，易产生聚集性偏倚，也称生态学谬误 重复测量方差分析要求平衡数据 纵向研究中每个个体重复测量的次数不等 多阶段抽样中每组中个体数不同,多水平模型及医学应用,多水平模型的优势,不要求独立性假设；不要求均衡数据。 可以同时分析： 组内相关性（组间异质性）； 个体水平变量的效应； 组水平变量的效应； 个体水平变量的效应在组水平组中是否有差异； 跨水平交互作用。 青蛙-池塘理论,多水平模型及医学应用,多水平模型原理,传统回归模型（线性，独立性，正态，方差齐,多水平模型及医学应用,多水平模型原理,多水平模型,固定效应,随机效应,随机截距,随机斜率,组水平残差,个体水平残差,多水平模型及医学应用,

4、普通回归模型,多水平模型原理,多水平模型,方差分量模型,随机系数模型,组水平效应,跨水平交互效应,多水平模型及医学应用,参数估计,最大似然估计（ML） 估计方差分量时考虑固定效应，方差分量估计有偏倚 运算速度快 用于比较两个含不同数量固定效应的模型 限制性最大似然估计（REML） 排除固定效应后再估计方差分量，偏倚小 用于比较含两个不同数量随机效应或方差分量的模型 SAS，HLM等软件默认,多水平模型及医学应用,假设检验和模型比较,固定效应假设检验 t检验 似然比检验比较含不同固定效应数量的嵌套模型 随机效应假设检验 Wald Z统计量 似然比检验比较含不同随机效应数量的嵌套模型 模型比较 嵌

5、套模型：似然比检验 非嵌套模型：AIC,AICC和BIC，越小越好,多水平模型及医学应用,应用实例,数据来源：以社区为基础的艾滋病干预研究项目（美国国家毒品滥用研究所，1990-1994） 项目目的：监测、并减少静脉注射吸毒者（IDUs）人群感染HIV的危险行为，评估用于预防、减少和消除HIV感染行为的干预措施的效应,多水平模型及医学应用,应用实例,数据特征：20个项目监测点（组水平site），共9824名静脉注射吸毒者（个体水平individual）的基线调查数据。 结局变量：调查前30天内的毒品注射次数（inject连续型） 组水平解释变量：HIV流行区（HIV_region高/低） 个体

6、水平解释变量：性别（gender男/女），种族（ethnic黑人/白人），年龄（age连续型），教育程度（highsch高中及以上/高中以下,多水平模型及医学应用,应用实例,拟合空模型（不含解释变量的方差分量模型）； PROC MIXED METHOD=REML COVTEST; CLASS site; MODEL inject=/SOLUTION; RANDOM intercept/SUBJECT=site SOLUTION; RUN,多水平模型及医学应用,应用实例,表明存在组内相关性，或者说组间异质性,多水平模型及医学应用,应用实例,平均吸毒次数为61.44次,多水平模型及医学应用,应用实

7、例,拟合含组水平解释变量的方差分量模型）； PROC MIXED METHOD=REML COVTEST; CLASS site; MODEL inject= HIV_region/SOLUTION; RANDOM intercept/SUBJECT=site SOLUTION; RUN,多水平模型及医学应用,应用实例,表明调整2水平因素后仍存在组内相关性,多水平模型及医学应用,应用实例,HIV低流行区的平均吸毒次数为53.75次；HIV高流行区的平均吸毒次数为85.05次，差别有统计学意义,多水平模型及医学应用,应用实例,拟合含个体水平解释变量的方差分量模型）； PROC MIXED MET

8、HOD=REML COVTEST; CLASS site; MODEL inject= HIV_region Gender Ethnic Age Highsch/SOLUTION; RANDOM intercept/SUBJECT=site SOLUTION; RUN,多水平模型及医学应用,应用实例,表明调整2水平因素和1水平因素后仍存在组内相关,多水平模型及医学应用,应用实例,HIV高流行区，男性，黑人，大年龄者吸毒次数高于低流行区，女性，白人和小年龄者，差别有统计学意义,多水平模型及医学应用,应用实例,拟合含个体水平解释变量的随机系数模型）； PROC MIXED METHOD=REML

9、COVTEST; CLASS site; MODEL inject= HIV_region Gender Ethnic Age Highsch/SOLUTION; RANDOM interceptGender Ethnic Age Highsch/SUBJECT=site SOLUTION; RUN,多水平模型及医学应用,应用实例,只有种族变量有随机斜率,多水平模型及医学应用,应用实例,拟合含个体水平解释变量的随机系数模型）； PROC MIXED METHOD=REML COVTEST; CLASS site; MODEL inject= HIV_region Gender Ethnic A

10、ge Highsch/SOLUTION; RANDOM interceptEthnic/SUBJECT=site SOLUTION; RUN,多水平模型及医学应用,应用实例,表明在不同调查点中种族对吸毒频率的影响不同；种族对吸毒频率的作用与各调查点吸毒频率的平均水平无关,多水平模型及医学应用,应用实例,多水平模型及医学应用,应用实例,拟合统计量减少，模型有改善,多水平模型及医学应用,应用实例,拟合跨水平交互作用； PROC MIXED METHOD=REML COVTEST; CLASS site; MODEL inject= HIV_region Gender Ethnic Age Highsch HIV_region Ethnic /SOLUTION; RANDOM interceptEthnic/SUBJECT=site SOLUTION; RUN,多水平模型及医学应用,应用实例,表明种