1 公式と解法エビデンスに基づく実践の統計
感度と特異度 Se = a/(a + c), Sp = d/(b + d)
予測値 PPV = a/(a + b), NPV = d/(c + d)
精度 (a + d)/n
尤度比 LR+ = Se/(1 − Sp), LR− = (1 − Se)/Sp
有病率 p での PPV Se·p / (Se·p + (1 − Sp)(1 − p))
オッズ オッズ = p/(1 − p); p = オッズ/(1 + オッズ); 検査後オッズ = 検査前オッズ × LR
リスク指標 RR = EER/CER, ARR = CER − EER, RRR = ARR/CER
治療必要数(NNT) NNT = 1/ARR(切り上げ); NNH = 1/(EER − CER)
オッズ比 OR = ad/(bc)
罹患率 新規症例 / 人時
解き方 計算する前に 2 × 2 表を描き、a、b、c、d を書き入れます。 感度と特異度は列に沿って、予測値は行に沿って読みます。 別の有病率では、10 000人を想定し、Se、Sp、有病率で表を埋めます。 尤度比では、確率をオッズに換算し、掛けて、確率に戻します。 試験では、まず EER と CER を求め、RR = EER/CER、ARR = CER − EER、NNT = 1/ARR(切り上げ)とします。 記述統計
平均 x̄ = Σx/n
標本標準偏差 s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
中央値 並べ替えたデータの真ん中の値
z スコア z = (x − μ)/σ
正規分布 ±1σ 以内に 68%、±2σ 以内に 95%
信頼区間
σ が既知 x̄ ± z·σ/√n
σ が未知 x̄ ± t·s/√n, df = n − 1
z の臨界値 90%: 1.645, 95%: 1.96, 99%: 2.576
標本サイズ n = (z·σ/E)², rounded up
解き方 z(母集団の σ が既知)と t(標本の s しかなく、自由度 n − 1)のどちらを使うか判断します。 信頼水準に対応する臨界値を求めます。 誤差の幅:E = 臨界値 × 標準偏差/√n。 区間:x̄ ± E。 仮説検定と信頼区間
平均の z 検定 z = (x̄ − μ0 )/(σ/√n)
平均の t 検定 t = (x̄ − μ0 )/(s/√n), df = n − 1
有意水準 5% の両側検定 |z| > 1.96 なら H0 を棄却
信頼区間 x̄ ± z·σ/√n
解き方 H₀ と H₁ を立て、片側検定か両側検定かを決めます。 検定統計量を計算します:(x̄ − μ₀)/(σ/√n)、または s と t を使います。 臨界値と比較するか、p 値を求めます。 統計量が臨界値を超えていれば(p が α より小さければ)H₀ を棄却し、結論を言葉で述べます。
2 演習問題1. エビデンスに基づく実践の統計 ふつう
イベントあり イベントなし 合計 治療 27 393 420 a b 対照 103 687 790 c d
練習問題(数値は架空のもので、臨床上の指針ではありません)。 ランダム化比較試験で、420 人の患者が新しい治療を、790 人が対照の治療を受けました。表は、各群で アウトカム(脳卒中などの望ましくないイベント) があった人数を示しています。 イベントを1件防ぐのに必要な治療必要数 NNT を求めてください。 患者数の整数に切り上げます。
治療: 27/420 対照: 103/790
NNT =
2. エビデンスに基づく実践の統計 むずかしい
p (%) NPV (%) 20% NPV = ? 100 練習問題(数値は架空のもので、臨床上の指針ではありません)。 あるスクリーニング検査の感度は 87%、特異度は 96% です。有病率が 20% の集団で用いられます。 陰性的中率 NPV を割合(%)で求めてください。 小数第 1 位まで四捨五入してください。
Se = 87% Sp = 96% p = 20%
NPV = %
3. 記述統計 ふつう
30 35 40 45 50 55 60
データの標本標準偏差 s を求めなさい:28, 35, 55, 60, 51。
n = 5
s =
4. 記述統計 むずかしい
ある量は平均 50、標準偏差 10 の正規分布に従います。70 より大きい値の割合 P はいくつですか?
μ = 50 σ = 10 x = 70
P =
5. 信頼区間 ふつう
n = 12, s = 18 L = ? U x̄ = 60 E 95%
12 個からなる標本の平均は 60、標準偏差は s = 18 です。母集団はほぼ正規分布に従います。 平均の 95% 信頼区間の下限を求めなさい。
n = 12 x̄ = 60 s = 18 95% t(11) = 2.201
下限 =
6. 信頼区間 むずかしい
n = 21 σ = ? U s = 11.4 95%
機械加工した 21 本の軸の直径の標本標準偏差は 11.4 µm です。直径が正規分布に従うと仮定して、母標準偏差の 95% 信頼区間の下限 σ を求めなさい。df = 20 のとき、χ² 分布の 2.5% は 9.591 より下に、2.5% は 34.17 より上にあります。
n = 21 s = 11.4 µm χ² = 9.591, 34.17
σ = µm
7. 仮説検定と信頼区間 ふつう
ある母集団の平均は 250 であると主張されています。母標準偏差は 20 であることがわかっています。25 個の観測値からなる無作為標本の平均は 255.12 です。H₀: μ = 250 対 H₁: μ > 250 を検定します。p 値 p を求めなさい。
μ₀ = 250 σ = 20 n = 25 x̄ = 255.12 H₁: μ > μ₀
p =
8. 仮説検定と信頼区間 むずかしい
ある臨床試験で、治療 A の患者 100 人中 35 人、治療 B の患者 100 人中 27 人が回復しました。プールした比率を使って、H₀: p₁ = p₂ の検定統計量 z を求めなさい。
x₁ = 35 n₁ = 100 x₂ = 27 n₂ = 100
z =
3 溶液1. エビデンスに基づく実践の統計
答え: NNT = 16
尤度比とリスク指標: LR+ = 感度/(1 − 特異度)、LR− = (1 − 感度)/特異度。試験では、EER と CER は治療あり・なしのイベント発生率です:RR = EER/CER、ARR = CER − EER、RRR = ARR/CER、NNT = 1/ARR(切り上げ)。症例対照研究で使えるのはオッズ比 OR = ad/(bc) だけです。罹患率 = 新規症例/人時。
イベント発生率 EER = 27/420 = 0.06429
CER = 103/790 = 0.1304
治療必要数(NNT) ARR = 0.1304 − 0.06429 = 0.06609
NNT = 1/0.06609 = 15.13 → 16
16 人の患者を治療すると、イベントが約1件防げます。
2. エビデンスに基づく実践の統計
答え: NPV = 96.7 %
予測値は有病率に依存します: PPV = Se·p/(Se·p + (1 − Sp)(1 − p))、NPV = Sp(1 − p)/(Sp(1 − p) + (1 − Se)p)。尤度比を使うと:検査前オッズ = p/(1 − p)、検査後オッズ = 検査前オッズ × LR、確率 = オッズ/(1 + オッズ)。N 人の集団では、真陽性 = N·p·Se、偽陽性 = N·(1 − p)·(1 − Sp) です。NNT = 1/(CER × RRR)(切り上げ)。
真陰性と偽陰性(1人あたり) Sp·(1 − p) = 0.96·0.8 = 0.768
(1 − Se)·p = 0.13·0.2 = 0.026
陰性的中率 NPV = 0.768/(0.768 + 0.026) = 0.9673 ≈ 96.7%
3. 記述統計
答え: s = 13.66
記述統計: 平均は合計を n で割ったもの、中央値は並べ替えたデータの真ん中の値です(n が偶数なら真ん中 2 つの平均)。標本標準偏差は s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))。z スコア z = (x − μ)/σ は、値が平均から標準偏差何個分離れているかを表します。
偏差の 2 乗 Σ(x − x̄)² = (−17.8)² + (−10.8)² + 9.2² + 14.2² + 5.2² = 746.8
4. 記述統計
答え: P = 0.02275
記述統計: 平均は合計を n で割ったもの、中央値は並べ替えたデータの真ん中の値です(n が偶数なら真ん中 2 つの平均)。標本標準偏差は s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))。z スコア z = (x − μ)/σ は、値が平均から標準偏差何個分離れているかを表します。
標準正規分布表 Φ(2) = 0.9772
P = 1 − 0.9772 = 0.02275
5. 信頼区間
答え: 下限 = 48.56
平均の信頼区間: x̄ ± 誤差の幅。母集団の σ が既知なら誤差の幅は z·σ/√n、標本標準偏差 s しかなければ自由度 n − 1 の t を使って t·s/√n です。臨界値:z = 1.645(90%)、1.96(95%)、2.576(99%)。誤差の幅を E 以下にするには n ≥ (z·σ/E)² が必要で、端数は切り上げます。
臨界値 df = n − 1 = 11, t = 2.201
区間 60 ± 11.44 → [48.56, 71.44]
6. 信頼区間
答え: σ = 8.722 µm
分散の区間: (n − 1)s²/σ² は自由度 n − 1 の χ² 分布に従います。σ² の 95% 区間は、(n − 1)s² を上側の χ² 値(その上に 2.5%)で割った値から、下側の χ² 値(その下に 2.5%)で割った値までです。σ の区間は両方の限界の平方根です。s に関して対称ではありません。
平方和 (n − 1)s² = 20·11.4² = 2599
σ² の限界 2599/34.17 = 76.07
2599/9.591 = 271
σ の 95% 区間:[8.722, 16.46] µm。
7. 仮説検定と信頼区間
答え: p = 0.1003
Hypothesis test: the test statistic = (estimate − value under H₀)/(standard error under H₀). The p-value is the probability, assuming H₀ is true, of a statistic at least as extreme as the one observed: the area in one tail for a one-sided H₁, twice the tail area for a two-sided H₁. Reject H₀ when p ≤ α.
検定統計量 SE = σ/√n = 20/√25 = 4
z = (255.12 − 250)/4 = 1.28
裾の面積 Φ(1.28) = 0.8997
1 − Φ(1.28) = 0.1003
p > 0.05 なので、有意水準 5% で H₀ は棄却されません。
8. 仮説検定と信頼区間
答え: z = 1.223
Hypothesis test: the test statistic = (estimate − value under H₀)/(standard error under H₀). The p-value is the probability, assuming H₀ is true, of a statistic at least as extreme as the one observed: the area in one tail for a one-sided H₁, twice the tail area for a two-sided H₁. Reject H₀ when p ≤ α.
標本比率 p̂₁ = 35/100 = 0.35
p̂₂ = 27/100 = 0.27
p̂ = 62/200 = 0.31
H₀ のもとでの標準誤差 SE = √(0.31·0.69·(1/100 + 1/100)) = 0.06541
検定統計量 z = (0.35 − 0.27)/0.06541 = 1.223
|z| < 1.96 なので、有意水準 5%(両側)で H₀ は棄却されません。