多水平模型及医学应用(共31张PPT)

多水平模型及医学应用第一页，共31页。各种相关名称英国伦敦大学HarveyGoldstein多水平模型（multilevelmodel）美国密歇根大学StephenW.Raudenbush层次模型（hierarchicalmodel）方差分量模型（variancecomponentmodel）随机系数模型（randomcoefficientmodel）随机效应模型（random-effectsmodel）混合效应模型（mixed-effectsmodel）第二页，共31页。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第三页，共31页。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

文献研究对象第四页，共31页。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第五页，共31页。

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第六页，共31页。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-池塘理论第七页，共31页。多水平模型原理传统回归模型（线性，独立性，正态，方差齐）第八页，共31页。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第九页，共31页。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第十页，共31页。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等软件默认第十一页，共31页。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WaldZ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套模型：似然比检验非嵌套模型：AIC,AICC和BIC，越小越好第十二页，共31页。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第十三页，共31页。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）第十四页，共31页。应用实例*拟合空模型（不含解释变量的方差分量模型）；PROCMIXEDMETHOD=REMLCOVTEST;CLASSsite;MODELinject=/SOLUTION;RANDOMintercept/SUBJECT=siteSOLUTION;RUN;第十五页，共31页。应用实例表明存在组内相关性，或者说组间异质性第十六页，共31页。应用实例平均吸毒次数为61.44次第十七页，共31页。应用实例*拟合含组水平解释变量的方差分量模型）；PROCMIXEDMETHOD=REMLCOVTEST;CLASSsite;MODELinject=HIV_region/SOLUTION;RANDOMintercept/SUBJECT=siteSOLUTION;RUN;第十八页，共31页。用于比较两个含不同数量固定效应的模型拟合统计量减少，模型有改善结局变量：调查前30天内的毒品注射次数（inject连续型）CLASSsite;第二十六页，共31页。随机系数模型（randomcoefficientmodel）重复测量方差分析要求平衡数据仅对高水平单位分析，忽略组内变异，易产生聚集性偏倚，也称生态学谬误第二十七页，共31页。HIV高流行区的平均吸毒次数为85.第二十二页，共31页。PROCMIXEDMETHOD=REMLCOVTEST;CLASSsite;结局变量：调查前30天内的毒品注射次数（inject连续型）医院病人传统回归模型（线性，独立性，正态，方差齐）应用实例表明调整2水平因素后仍存在组内相关性第十九页，共31页。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，差别有统计学意义第二十页，共31页。应用实例*拟合含个体水平解释变量的方差分量模型）；PROCMIXEDMETHOD=REMLCOVTEST;CLASSsite;MODELinject=HIV_regionGenderEthnicAgeHighsch/SOLUTION;RANDOMintercept/SUBJECT=siteSOLUTION;RUN;第二十一页，共31页。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第二十二页，共31页。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，差别有统计学意义第二十三页，共31页。应用实例*拟合含个体水平解释变量的随机系数模型）；PROCMIXEDMETHOD=REMLCOVTEST;CLASSsite;MODELinject=HIV_regionGenderEthnicAgeHighsch/SOLUTION;RANDOMintercept

GenderEthnicAgeHighsch

/SUBJECT=siteSOLUTION;RUN;第二十四页，共31页。应用实例只有种族变量有随机斜率第二十五页，共31页。应用实例*拟合含个体水平解释变量的随机系数模型）；PROCMIXEDMETHOD=REMLCOVTEST;CLASSsite;MODELinject=HIV_regionGenderEthnicAgeHighsch/SOLUTION;RANDOMintercept

Ethnic/SUBJECT=siteSOLUTION;RUN;第二十六页，共31页。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。第二十七页，共31页。应用实例第二十八页，共31页。应用实例拟合统计量减少，模型有改善第二十九页，共31页。应用实例*拟合跨水平交互作用；PROCMIXEDMETHOD=REMLCOVTEST;CLASSsite;MODELinject=HIV_regionGenderEthnicAgeHighs