非线性回归和统计矩原理.ppt

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1、非线性回归和统计矩原理现在学习的是第1页，共35页非线性回归：非线性回归：有一类模型，其回归参数不是线性的，也不有一类模型，其回归参数不是线性的，也不能通过转换的方法将其变为线性的参数。能通过转换的方法将其变为线性的参数。非线性函数的求解一般可分为将非线性变换成线性和不能非线性函数的求解一般可分为将非线性变换成线性和不能变换成线性两大类。变换成线性两大类。现在学习的是第2页，共35页可转化为线性的非线性可转化为线性的非线性指数函数模型 指数函数模型：Y1=A1ebX 上式两边取对数：lnY1=lnA1+bX 令Y=lnY1，lnA1=A 原模型化为标准的线性回归模型：Y=A+bX现在学习的是第

2、3页，共35页可转化为线性的非线性可转化为线性的非线性幂函数模型 幂函数模型：Yi=AXib 上式两边取对数：lnYi=lnA+blnXi 令Y=lnYi,A=lnA,X=lnXi，原模型化为标准的线性回归模型：Y=A+bX现在学习的是第4页，共35页不可转化为线性的非线性不可转化为线性的非线性现在学习的是第5页，共35页不可转化为线性的非线性不可转化为线性的非线性非线性最小二乘法非线性最小二乘法2.1.42.1.3现在学习的是第6页，共35页不可转化为线性的非线性不可转化为线性的非线性现在的问题在于如何求解非线性方程(2.1.4)。对于多参数非线性模型，用矩阵形式表示(2.1.1)为 Y=f

3、(X,)+(2.1.5)其中各个符号的意义与线性模型相同。向量的普通最小平方估计值应该使得残差平方和（2.1.6）现在学习的是第7页，共35页不可转化为线性的非线性不可转化为线性的非线性2.高斯高斯-牛顿迭代法牛顿迭代法 对于非线性方程(2.1.4)，直接解法已不适用，只能采用迭代解法，高斯-牛顿(Gauss-Newton)迭代法就是一种较为实用的一种。(2.1.3)代入(2.1.3)，得到：现在学习的是第8页，共35页不可转化为线性的非线性不可转化为线性的非线性于是，将(2.1.3)取极小值变成对(2.1.8)取极小值。现在学习的是第9页，共35页不可转化为线性的非线性不可转化为线性的非线性

4、如果有一个线性模型：最小。比较(2.1.8)与(2.1.10)后发现，满足使(2.1.10)达到最小的估计值 同时也是使(2.1.8)达到最小的 。现在学习的是第10页，共35页现在学习的是第11页，共35页统计矩原理统计矩原理(Statistical moment theory)现在学习的是第12页，共35页统计矩原理统计矩原理 也称为矩量法也称为矩量法 统计矩源于概率统计理论，将药物的体内转运过程视为随机过统计矩源于概率统计理论，将药物的体内转运过程视为随机过程程血药浓度血药浓度-时间曲线可看作是药物的统计分布曲线，用于统计矩分析。时间曲线可看作是药物的统计分布曲线，用于统计矩分析。主要优

5、点主要优点:不受数学模型的限制，适用于不受数学模型的限制，适用于线性动力学线性动力学的任何隔室的任何隔室模型模型现在学习的是第13页，共35页概率统计相关知识1 1随机变量随机变量 随机变量是指在试验或观察的的结果中能取得不同数随机变量是指在试验或观察的的结果中能取得不同数值的量，他的取值随偶然因素而变化，但又遵从一定的值的量，他的取值随偶然因素而变化，但又遵从一定的统计学规律。统计学规律。随机变量又可分为随机变量又可分为离散型离散型和和连续型连续型。离散型随。离散型随机变量仅可取得有限个或无限可数多个数值；连续机变量仅可取得有限个或无限可数多个数值；连续型随机变量可取得某一区间内任何数值型随

6、机变量可取得某一区间内任何数值现在学习的是第14页，共35页2 2.数学期望和统计矩量数学期望和统计矩量（1 1）数学期望（总体均值）数学期望（总体均值）设连续变量设连续变量X(aX(a，b)b)的概率密度函数为的概率密度函数为f(x)f(x)。而函数在。而函数在(-(-，+)+)区间是有限值，则样品的总体均值区间是有限值，则样品的总体均值(数学期望数学期望)为为:概率密度函数的主要性质概率密度函数的主要性质(1)(2)现在学习的是第15页，共35页（2 2）原点矩（均值）原点矩（均值）样品随机变量样品随机变量x x的的k k次幂的数学期望，称为随机变量次幂的数学期望，称为随机变量x x的的k

7、 k阶阶 原点矩。即原点矩。即k=0k=0 0 0阶原点矩阶原点矩k=1 1k=1 1阶原点矩阶原点矩k=2 2k=2 2阶原点矩阶原点矩（3 3）中心矩）中心矩(方差方差)样品随机变量样品随机变量x x的离差的的离差的k k次幂的数学期望，称为随机变量次幂的数学期望，称为随机变量x x的的k k阶阶中心矩（中心矩（v vk k），则），则现在学习的是第16页，共35页一、统计矩概念 当一定量的药物进入机体后，具有相同化学结构的各个药当一定量的药物进入机体后，具有相同化学结构的各个药物分子，通过身体的过程是一个随机过程，血药浓度物分子，通过身体的过程是一个随机过程，血药浓度-时间曲线通时间曲线

8、通常可看成是一种统计分布曲线，可用于统计分析。常可看成是一种统计分布曲线，可用于统计分析。设在时间设在时间t t，血药浓度为，血药浓度为C C，则药时曲线下的面积，则药时曲线下的面积AUCAUC为为零阶矩零阶矩现在学习的是第17页，共35页零阶矩零阶矩(zero moment)将血药浓度将血药浓度-时间曲线下面积定义为时间曲线下面积定义为零阶矩零阶矩,即：即：药：药-时曲线末端直线部分的时曲线末端直线部分的lnC对对t线性回归的斜率线性回归的斜率Cn：最末测定的血药浓度值：最末测定的血药浓度值现在学习的是第18页，共35页一阶矩一阶矩(First moment)AUMC:时间与血药浓度的乘积时

9、间与血药浓度的乘积-时间曲线下面积时间曲线下面积(AUMC)，即以，即以tC对对t作图，作图，所得曲线下的面积。所得曲线下的面积。现在学习的是第19页，共35页一阶矩的计算一阶矩的计算可用梯形法求出可用梯形法求出可用积分法求出（分部积分法）可用积分法求出（分部积分法）现在学习的是第20页，共35页那么那么则则现在学习的是第21页，共35页平均滞留时间平均滞留时间(MRT，mean residence time)平均滞留时间：即药物分子在房室或体内滞留时间的平均值。平均滞留时间：即药物分子在房室或体内滞留时间的平均值。第第i i件事发生的时间件事发生的时间经过经过titi时间段第时间段第i i件

10、事发生的频率件事发生的频率则事件的平均时间为则事件的平均时间为现在学习的是第22页，共35页对于连续性变量有对于连续性变量有理论上，正态分布的累积曲线，理论上，正态分布的累积曲线，“平均平均”发生在样本总体水平的发生在样本总体水平的50%50%处处对数正态分布的累积曲线，对数正态分布的累积曲线，“平均平均”则发生在样本总体水平的则发生在样本总体水平的63.2%63.2%处处MRTMRT表示从给药后到药物消除表示从给药后到药物消除63.2%63.2%所需要的时间。所需要的时间。现在学习的是第23页，共35页前提条件：体内过程符合线性过程前提条件：体内过程符合线性过程用矩量法估算药物动力学参数用矩

11、量法估算药物动力学参数生物半衰期生物半衰期 t 清除率清除率 CL稳态表观分布容积稳态表观分布容积 Vss平均稳态血药浓度平均稳态血药浓度 Css达稳分数达稳分数 fss现在学习的是第24页，共35页 MRTMRT为给药剂量或血药浓度消除为给药剂量或血药浓度消除63.2%63.2%所需的时间，所需的时间，MRT=t0.632一一.生物半衰期生物半衰期现在学习的是第25页，共35页由广由广义积义积分分值计值计算算=0.693 MRTiv现在学习的是第26页，共35页静脉滴注静脉滴注(inf)求算求算T1/2因为滴注为恒速滴注，所以注入体内的药量符合正态因为滴注为恒速滴注，所以注入体内的药量符合正

12、态变化，平均注入时间为变化，平均注入时间为T/2。通过静脉滴注实验数据求出。通过静脉滴注实验数据求出MRTinf以后，就可以间接得到以后，就可以间接得到MRTiv，然后根据上述，然后根据上述关系式进一步求出关系式进一步求出k和和T1/2。T为静脉滴注的持续时间为静脉滴注的持续时间 现在学习的是第27页，共35页二二.清除率清除率清清除除率率：静静脉脉注注射射给给药药后后剂剂量量标标准准化化的的血血药药浓浓度度-时时间间曲曲线线的的零零阶阶距距量量的倒数的倒数 X0为静注给药剂量；为静注给药剂量；AUC就是零阶矩量就是零阶矩量 常通过静脉注射一定剂量求算常通过静脉注射一定剂量求算现在学习的是第2

13、8页，共35页三三.稳态表观分布容积稳态表观分布容积V Vssss稳态表观分布容积为表征药物分布的重要参数。根据统计矩稳态表观分布容积为表征药物分布的重要参数。根据统计矩原理，原理，VdVd可在药物单剂量静注后仅仅通过清除率与平均留时可在药物单剂量静注后仅仅通过清除率与平均留时的简单相乘求得：的简单相乘求得：静脉滴注静脉滴注：式中：式中：T T为滴注持续的时间；滴注剂量为滴注持续的时间；滴注剂量X X0 0等于滴注速度等于滴注速度k k0 0乘以乘以T T现在学习的是第29页，共35页四四.平均稳态血药浓度平均稳态血药浓度平均稳态血药浓度平均稳态血药浓度等于稳态时一个剂量间期内药等于稳态时一个

14、剂量间期内药时曲线下面积除以给药间隔时间（时曲线下面积除以给药间隔时间（）我们已经证明在稳态时一个剂量间期内药我们已经证明在稳态时一个剂量间期内药-时曲线下时曲线下面积等于单剂量给药时曲线下面积，即：面积等于单剂量给药时曲线下面积，即：因此因此现在学习的是第30页，共35页前面已经证明：用单室模型表征的药物，达到稳前面已经证明：用单室模型表征的药物，达到稳态的某一份数所需要时间与该药的生物半衰期有态的某一份数所需要时间与该药的生物半衰期有较简单的函数关系。较简单的函数关系。五、达稳时间五、达稳时间移项得移项得取对数后取对数后现在学习的是第31页，共35页而具有多室特征的药物则情况较为复杂，统计

15、矩原理为解决这一问题而具有多室特征的药物则情况较为复杂，统计矩原理为解决这一问题提供了独特的方法。采用多剂量给药时用相同的给药方法作单剂量给提供了独特的方法。采用多剂量给药时用相同的给药方法作单剂量给药，通过面积分析可以预计达稳态某一分数所需的时间，即药，通过面积分析可以预计达稳态某一分数所需的时间，即达稳分数达稳分数现在学习的是第32页，共35页用矩量法研究体内过程用矩量法研究体内过程吸收动力学 研究药物吸收动力学时，常以ka(表观一级速率常数)表示吸收快慢。MAT=MRTniMRTiv 式中，MRT为平均吸收时间，MRTni为非瞬间方式给药后的平均滞留时间，MRTiv 为静脉注射后的平均滞

16、留时间。单纯一级速率过程时，则：MAT=现在学习的是第33页，共35页当药物制剂为非静脉给药时，则：MAT=MRTni-根据非瞬时给药特征，可得到：MRTni=现在学习的是第34页，共35页某药口服给药的血药浓度数据在表12-3，试用统计矩法求算吸收速度常数ka。表12-3 某药的血药浓度-时间数据时间（h)0.5 1 1.5 2 2.5 4 5 6 8 10 12 18 24C(ng/ml)0.39 1.27 2.23 3.52 4.88 3.69 2.47 1.45 1.05 0.7 0.55 0.25 0.08以最后三点数据进行lgC-t回归，得：k=0.1607h-1现在学习的是第35页，共35页