利用Excel VBA函數在醫學檢驗中進行四格表統計的教學嘗試*

黃海櫻 陳波 周強 冀天星 陳靖楠

隨著現代醫學發展，臨床實驗室每天有大量數據產生。如何有效搜集、整理和加工這些數據，做出科學決策與結論，都有賴于準確的統計分析。傳統的手工計算方法早已被專業統計分析軟件如SPSS和SAS等取代。這些專業軟件雖然功能強大，但在臨床實驗室中的普及性不高，軟件操作相對復雜，其應用受到制約。而臨床實驗室常常需要進行的四格表卡方檢驗的統計方法，主要應用于對陽性率、患病率、發病率等數據的分析，運用Excel軟件即可實現。相較于專業統計軟件，Excel具有操作簡單、易學易用、方便、圖形美觀和普及性高等優點[1]。在此背景下，筆者采用目前運用廣泛的Microsoft Office Excel 2007開發的VBA宏程序，以實現四格表卡方檢驗，即根據不同數據智能計算出卡方檢驗、校正卡方檢驗和確切概率法的值與P值，自動判斷是否有統計學意義，簡化了繁瑣統計操作程序，達到計算準確、迅速、方便、可靠和靈活等特點，省時省力，可提高教學效率。現將使用的體會介紹如下。

材料與方法

1 材料

1.1 配置：主機i3-3240 CPU主頻3.00 GHz，2 G內存，450 GB硬盤，VGA彩顯。

1.2 軟件：Microsoft Windows WIN 10中文版操作系統，Microsoft Office Excel 2010 中文版。

2 方法

2.1 卡方檢驗的表設置：在Excel工作表建立四格表卡方檢驗和四格表評估診斷試驗的兩個sheet，在四格表卡方檢驗表中設置A12=實驗組、BC1=結果、D1=合計、B2=陽性數、C2=陰性數、A3=A實驗、A4=B實驗、A5=合計、A6=卡方檢驗、A7=校正卡方檢驗、A8=確切概率法、A9=采用雙側概率之和、A10=P值和A11=判斷，如圖1。四格表評估診斷試驗的表中設置A12=診斷試驗、BC1=金標準、D1=合計、B2=陽性、C2=陰性、A3=陽性、A4=陰性、A5=合計、A6=靈敏度、C6=配對卡方值、A7=特異性、C7=P值、A8=陽性預測值、C8=判斷、A9=陰性預測值和A10=正確率，如圖2。這樣可以完成對表的設置。

圖1 四格表卡方檢驗和評估診斷試驗在Excel中的設置

2.2 卡方檢驗程序的編寫：通過Excel的VBA程序界面編寫，完成四格表卡方檢驗和四格表評估診斷試驗（配對四格表）的統計功能，并可以保存統計結果到相應幫助菜單。以楊樹勤主編衛生部規劃教材第三版的《衛生統計學》書上的例子8.1（76～77頁）、8.2（78～79頁）、8.7（82～83頁）和8.8（84～85頁）分別進行對比分析，將自行編寫的Excel程序對于此例的運算結果，與應用SPSS17.0統計軟件對此例的分析結果對比，以此驗證本程序的準確性[1]。Excel的VBA程序界面編寫如圖2。

2.3 四格表卡方檢驗的統計方法：先計算四格表的實際頻數和理論頻數（理論頻數的計算公式為TRC=nRnC/n，即某個格子行列合計的乘積與總例數的比值）。當n（總例數）≥40且T（所有格子的理論頻數）≥5的時，使用卡方檢驗χ2=（ad-bc）2n/（a+b）（c+d）（a+c）（b+d）；當n≥40且1＜T＜5時；使用校正卡方檢驗χ2=（|ad-bc|-n/2）2n/（a+b）（c+d）（a+c）（b+d）；當n＜40或T＜1時；可使用四格表的確切概率法，采用P=[（a+b）! （c+d）! （a+c）!（b+d）!]/（a!b!c!d!n!）直接計算表內四個數據的各種組合之概率，取雙側檢驗的概率值作為判斷點P＜0.05[2]。

2.4 四格表評估診斷試驗（配對四格表）的統計：可靠的、公認的、能正確的將有病和無病區分開的診斷方法，即標準診斷方法稱為“金標準”。在臨床工作中我們要想判斷一項診斷試驗對某一疾病的診斷價值，常將該診斷試驗的結果與“金標準” 的結果進行比較，計算該診斷試驗的靈敏度、特異度、陽性預測值、陰性預測值和準確率來分析其診斷價值。這時就要用到四格表，對于不同的四格表其每一個格子的含義是相同的（見圖2）：真陽性（A）、假陽性（B）、假陰性（C）、真陰性（D）。配對四格表用于兩種檢驗方法和診斷方法的比較，例如相同患者用兩種方法檢驗或診斷，相同樣本用兩種方法檢測等，其特點是相同對象使用兩種不同方法處理。因為評估診斷試驗和配對四格表對數據處理一致，故兩者的統計分析放在一起，取雙側檢驗的概率值作為判斷點P＜0.05。

圖2 卡方檢驗程序的Excel的主界面

2.5 利用Excel VBA函數在醫學檢驗專業的實驗數據教學嘗試：醫學檢驗會產生很多實驗數據，其中許多要進行四格表卡方檢驗；四格表評估診斷試驗；配對設計四格表卡方檢驗等數據的統計分析統計。利用該軟件老師在實驗的課堂上產生數據進行即時、快速統計進行統計分析與應用評教評學，驗證學生實驗的教學效果。

結 果

1 四格表卡方檢驗 輸入參數為：A（A實驗陽性數）、B（A實驗陰性數）、C（B實驗陽性數）和D（B實驗陰性數）應為數字，否則有提示框。軟件根據上述條件自動輸出相應統計描述參數：A+C、B+D、A+B、C+D、A+B+C+D、具體卡方檢驗、P值和判斷，以及與SPSS的驗證結果比較，其結果一致（見下劃線），只存在有效位數不同，SPSS并不能按條件智能選擇卡方值！需人工再次判斷分析。Excel程序的驗算結果和SPSS的分析結果印證詳見圖3和表1、圖4和表2、圖5和表3。

表3 校正卡方檢驗結果（SPSS的統計結果）

圖5 校正卡方檢驗的統計結果和存儲數據（T＜1 or n＜40，v=1）

表2 校正卡方檢驗結果（SPSS的統計結果）

圖4 校正卡方檢驗的統計結果和存儲數據（1＜T＜5 and n≥40，v=1）

表1 卡方檢驗結果（SPSS的統計結果）

圖3 卡方檢驗的統計結果和存儲數據（T≥5 and n≥40， v=1）

2 四格表評估診斷試驗（配對四格表） 輸入參數為：A（真陽性）、B（假陽性）、C（假陰性）和D（真陰性）應為數字，否則有提示框。軟件根據上述條件自動輸出相應統計描述參數：A+C、B+D、A+B、C+D、A+B+C+D、該診斷試驗的靈敏度、特異度、陽性預測值、陰性預測值和準確率（左框內）；配對卡方檢驗、P值和判斷（右框內）。以及與SPSS的驗證結果比較，其結果一致（見下劃線），SPSS只提供P值，沒有配對卡方檢驗值，差別有效位數不同，可見本軟件能提供更多統計參數。詳見圖6和表4的相互印證。

表4 配對卡方檢驗結果（SPSS的統計結果）

圖6 四格表評估診斷試驗（配對四格表）的統計結果和存儲數據（v=1）

3 四格表的實驗室教學的初步應用 老師讓學生按照教學實驗要求，完成外周血細胞的分類，用百分率表示，老師用此軟件將老師的分類結果與學生的進行比較，判斷兩者是否有差異。外周血細胞共有五種（中性粒細胞，嗜酸性細胞，嗜堿性細胞，單核細胞，淋巴細胞），每個學生與老師的分類結果要比較五次，一個班有二十多學生，所以工作量可想而知，采用此軟件后，對學生的實驗結果分析所需時間明顯較以往的手工判斷短，差異極其顯著，效率大大提高。

討 論

χ2檢驗（chi-square test）是一種用途較廣的假設檢驗方法，應用于計數資料，即比較兩個總體率（或構成比），根據不同四格表資料的總例數（n）且所有格子的理論頻數T，對應采用不同卡方檢驗、校正卡方檢驗、確切概率法和配對卡方檢驗的統計方法。傳統的χ2檢驗手工計算方法早已被專業統計分析軟件，如SPSS和SAS等取代。但因這些軟件過于復雜所以在臨床實驗室中的普及性不高。在此背景下，筆者采用目前運用廣泛的Microsoft Office Excel 2007開發的VBA宏程序，以實現四格表卡方檢驗。當打開Excel文檔時自動啟動卡方檢驗程序的主界面（如圖2所示），選擇四格表卡方檢驗或四格表評估診斷試驗，只需按提示輸入四組數據，點擊統計按鈕，即自動完成分析判斷并判斷結果（是否有統計學意義），附帶統計值、P值和其它參數。如需要數據輸出，按數據保存鍵，即可將統計的數據保存到相應Excel的表格里，便于存檔。因為所有的公式和命令均打包在程序里，可保證可靠性。而在通過公式設置計算四格表卡方檢驗的文獻報道[3-5]里，關注點是利用Excel替代卡方檢驗和校正卡方檢驗手工計算，并沒有提供確切概率法和配對卡方檢驗的統計方法；且公式單元容易被誤刪和修改，即使可以設置保護也還存在操作繁瑣和保密性不強等缺點。本軟件與之相比具有界面簡潔、功能更多、更加智能化等特點。該程序能滿足實驗教學對χ2檢驗的需求，增加評估診斷試驗與配對四格表兩者合一（如圖6所示），進一步開展功能及其適用性，在今后應用中不斷改進。本次的統計數據均來自楊樹勤主編衛生部規劃教材第三版的《衛生統計學》書上的的樣題，以SPSS專業統計軟件為標準進行對比驗證，兩者的統計結果均一致，可以采用有效位數來表達。

確切概率法實現是本文重點和難點，須計算總例數＜40或T＜1值，|A-T|滿足以條件下：各格相等；依次增減四格表某格的數據，可列出周邊合計不變條件下各種組合的四格表。當計算所有|A-T|值等于及大于樣本|A-T|值的四格表的P值，然后相加獲得P值。可見確切概率法計算過程過于繁雜、重復、計算量大與易錯、如果單單通過單元公式設置沒法實現上述功能，故采取編程的方式比較容易實現，思路清晰。

四格表評估診斷試驗（配對四格表）兩表合一，因為使用數據相同。診斷試驗是判斷一項診斷試驗對某一疾病的診斷價值，常將該診斷試驗的結果與“金標準” 的結果進行比較，靈敏度、特異度、陽性預測值、陰性預測值和準確率來分析其診斷價值。靈敏度是指一項診斷試驗將實際有病的人正確地判定為陽性患者的能力，其計算公式為：靈敏度=A/（A+C）×100%；特異度是指一項診斷試驗能將實際無病的人正確地判定為非陽性患者的能力，其計算公式為：特異度=D/（D+B）×100%；陽性預測值是診斷試驗檢查結果為陽性者中確實患有該病的可能性，其計算公式為：陽性預測值=A/（A+B）×100%；陰性預測值是診斷試驗檢查結果為陰性者中真正為非陽性患者的可能性，其計算公式為：陰性預測值=D/（D+C）×100%；準確率（又稱為準確性與正確性）是診斷實驗的真陽性者與真陰性者占所檢總例數的比例，準確率=（A+D）/（A+B+C+D）×100%。A、 B 、C 、D分別代表真陽性（A）、假陽性（B）、假陰性（C）、真陰性（D）。配對四格表的卡方檢驗屬于計數資料的配對設計，它常用于兩種檢驗方法、診斷方法的比較，如同一批患者以兩種方法作檢查或診斷，同一批樣品用兩種方法作檢測等，其特點是對樣本中觀察單位分別用兩種方法處理。配對設計的計數資料的數據形式往往表示配對四格表。

利用提供的VBA實現χ2檢驗統計處理,初步應用效果令人滿意，克服手工的不足，提高工作效率，關于具體醫學統計學方面知識，請參閱有關醫學統計學書籍。通過與SPSS統計軟件的驗證發現，本軟件能根據χ2檢驗的不同統計條件，智能選擇與之相對應的統計方法，并能給出統計學的判斷；SPSS統計則可一次性提供χ2檢驗所有情況的χ2檢驗值（除配對四格表外）與P值，還需自己依據統計的專業知識準確判斷分析，對統計分析者要求更高。另外，SPSS統計數據輸入與醫學統計的教材不一樣，不直觀，要轉化它的特定的數據形式，增加其統計的難度。畢竟SPSS是專業統計軟件，功能強大，滿足臨床醫學對各種不同數據統計分析的要求，必然增加其使用的難度。而本軟件在χ2檢驗使用跟傳統醫學統計的教材相仿，從數據輸入、表達方式和智能分析判斷，易學易用，易于理解，實現簡單化，軟件編寫所用到的函數基本上Excel的自帶函數就可以完成。

Excel還能處理臨床數據、質控數據、質控圖和統計代替傳統手工繪圖方法[6]；也能在科室的人事管理、試劑管理和財務管理等方面進行科學管理，有助于科室資料信息管理工作簡化、方便、提高效率，節約寶貴時間[7，8]。Excel還具有其他功能，如數據處理、表格制作、圖表制作等等，易學易用，計算機技術方面要求不高，易于推廣使用。同時還具備兼容性強等特點，如有需要Excel貯存數據方便導入專業統計軟件（如：SAS、 SPSS 、Access和FoxPro等數據庫），不用重復錄入結果，節省統計的時間[9-11]。人們使用Excel非常普遍，通用性強，能滿足各行各業的基本統計需求，本次的研究旨在此擴展Excel的χ2檢驗統計，豐富其統計功能，醫務工作者在必要時，可根據自己的要求，展開對Excel數據分析功能挖掘的可行性。

對臨床檢驗專業的實驗課產生的檢驗數據進行初步分析統計，操作簡單明了，采用Excel的界面，易學易用，容易上手；同時，增加老師與學生對該軟件統計的興趣，通過了解Excel的函數功能可以實現部分統計，加深統計功能內容理解，達到很好教學效果，引導他們進一步深入了解統計。同時也可以輔助臨床老師的數據統計，提高教學工作的效率，也提升自身教學水平，為日后改進與升級打下基礎。

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