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1、Today：2019/9/27,医学科研设计的统计学原则,内容提要,第一节 概述 第二节 实验设计 第三节 调查设计,第一节 概述,专业设计：选题、查阅文献、假说、预试验 统计设计：研究对象（分组、设置对照、样本含量）、处理因素、观察指标、数据的质量控制与管理、统计分析方法 设计好： （1）既省又可靠 （2）可估计误差 （3）获取多方面知识 设计不好：（1）杂乱无章、虽多犹无 （2）只能罗列现象、无规律可言,是否主动施加干预?,1. 实验研究(干预): 受试对象：人临床试验（clinical trial） 动物动物实验（ animal experiment ） 临床试验：治疗临床疗效实验 预防
2、社区干预实验（community intervention trial） 2. 调查研究(无干预):被动地观察、如实记录 联系： 调查研究可为实验研究提供线索，而实验研究还需要通过调查研究加以证实。,两种研究类型的区别与联系,第二节 实验设计Experimental Design,一、 实验研究的基本要素 二、 实验设计的基本原则 三、 几种常见随机化分组设计 四、样本含量的估计方法 五、临床试验设计,一、实验研究的基本要素,降压药,高血压病人,血压值,三要素：1.处理因素；2.受试对象；3.实验效应,其他因素,其他效应, 处理因素(study factor，treatment),例：药剂、手
3、术方法、毒物 抓住主要处理因素 区分处理与非处理因素 病人对治疗的反应除了治疗因素外，还包括病人的心 理状态、生产、生活条件及社会心理因素等。后者可称为非处理因素。 处理因素必须标准化 处理因素在整个试验过程中保持不变 例如，不同时期的药物批号，手术操作者熟练程度。, 受试对象(study subjects),动物的选择：种类、品系、年龄、体重、窝别、营养 病例的选择：纳入标准、剔除标准, 实验效应(experimental effect),处理因素作用于受试对象的结果，通过观察指标表达。观察指标应客观、精确、灵敏、特异。,1. 客观性：主观指标和客观指标。,2. 精确性： 准确度(accur
4、acy)或真实性（validity） ：观察值与真值的接近程度，受系统误差的影响(如灵敏度、特异度)。 精密度(precision)或可靠性（reliabiliy）或重复性（repeatability） ：重复观察时观察值与其均值的接近程度，受随机误差的影响（如一致百分率、Kappa值）。,二、实验设计的基本原则,（一）对照（control） （二）随机化（randomization）分组 （三）重复（replication） （四）均衡的原则,（一） 对照(control)的原则,对照的意义 ：,区分处理因素与非处理因素的效应，是比较的必要基础,消除和减少实验误差,处理组：,对照组：,比较结
5、果,对照的形式,空白对照(blank control)：对照组不加任何处理因素。,例如：实验组儿童接种疫苗，对照组儿童不接种疫苗。 试剂空白、血样空白、无酶解空白、底物空白等。,特点： 简单易行，但容易引起心理差异，从而影响实验效应的测定。 安慰剂对照(placebo control),包括：空白对照、实验对照、标准对照、自身对照、相互对照 、历史对照,对照的形式,实验对照(experimental control)：施加基础实验条件（非处理因素）。,含赖氨酸面包+非处理因素赖氨酸效应 + 面包效应+非处理因素效应,面包+非处理因素 面包效应+非处理因素效应,赖氨酸 赖氨酸效应,非处理因素 +
6、非处理因素效应,对照的形式, 标准对照(standard control)：以现有的标准或正常值作对照。,例某种新的方法能否代替传统方法的研究； 某病患者与正常人的某生理、生化指标是否相同。,实验室应用较多,对照的形式, 自身对照：实验在同一受试对象上进行,特点： 简单易行，使用广泛。但若试验前后某些环境或自身因素发生改变，并且会影响试验结果，就难以说明问题。,对照的形式, 相互对照 ：几个实验组互相对照,例如：比较几种药物治疗同一疾病的疗效,对照的形式, 历史对照：以过去的研究结果作对照。,与本人或他人过去的研究结果作比较 不好！,设立对照存在的问题,(1)缺乏对照 (2)缺乏适当的对照:
7、历史对照 （时间不同步）和 中外对照 （空间不同步） (3) 对照不全 (4) 对照多余,（二）随机化(randomization) 分组的原则,随机化原则：随机“随便”, 指每个受试对象以机会均等的原则随机地分配到试验组和对照组。 目的是使各组非实验因素的条件均衡一致，以消除对实验结果的影响。,随机分组：每个受试对象以机会均等的原则被随机地分配到各个处理组中。 随机抽样：总体中每一个观察单位以机会均等的可能性被抽取。 随机化的意义 （1）随机分组使两组样本在非处理因素方面尽可能 一致，使处理因素产生的效应更加客观； （2）随机抽样使抽取的样本具有代表（总体）性，减少误差； （3）抽样研究理论
8、和统计分析方法的需要。,随机：random 机会均等， 客观性 随意：as will 随主观意愿，主观性 随机化分组，不仅能控制已知的混杂因素(非研究因素)，而且还能控制未知的混杂因素。,00-04 05-09 10-14 15-19 20-24 25-29 30-34 35-39 40-44 45-49 01 15389 85205 18850 39226 42249 90669 96325 23248 60933 26927 02 85941 40756 82414 02015 13858 78030 16269 65978 01385 15345 03 61149 69440 11286
9、 88218 58925 03638 52862 62733 33451 77455 04 05219 81619 10651 67079 92511 59888 84502 72095 83463 75577 05 41417 98326 87719 92294 46614 50948 64886 20002 97365 30976 06 28357 94070 20652 35774 16249 75019 21145 05217 47286 76305 07 17783 00015 10806 83091 91530 36466 39981 62481 49177 75779 08 40
10、950 84820 29881 85966 62800 70326 84740 62660 77379 90279 09 82995 64157 66164 41180 10089 41757 78258 96488 88629 90279 10 96754 17676 55659 44105 47361 34833 86679 23930 53249 27083 11 34357 88040 53364 71726 45690 66334 60332 22554 90600 71113 12 06318 37403 49927 57715 50423 67372 63116 48888 21
11、505 80182 13 62111 52820 07243 79931 89292 84767 85693 73947 22278 11551 14 47534 09243 67879 00544 23410 12740 02540 54440 32949 13491 15 98614 75993 84460 62846 59844 14922 48730 73443 48167 34770 16 24856 03648 44898 09351 98795 18644 39765 71058 90368 44104 17 96887 12479 80621 66223 86085 78285
12、 02432 53342 42846 94771 18 90801 21472 42815 77408 37390 76766 52615 32141 30268 18106 19 55165 77312 83666 36028 28420 70219 81369 41943 47366 41067,(三)重复的原则,重复(replication)是指各处理组与对照组要有一定样本含量(sample sizes)。,无限地增加样本含量，将加大实验规模，延长实验时间，浪费人力物力，反而增加系统误差出现的可能性。 样本含量不足，检验效能（Power，1）偏低，导致总体中本来具有的差异无法检验出来。,
13、影响样本含量大小的因素： 资料的性质：计量少，计数多 2. 误差的大小：小少，大多 3. 均衡性的好坏 ：好少，坏多 4. 实验效应的强弱：强少，弱多 5. 干扰因素的多少：少少，多多 样本含量的估计时，以上很多因素无法定量，所以通常是由犯I类错误的概率、 检验出实际差异的把握度1、个体值间的离散程度s、以及容许误差d来确定样本含量。,四个主要因素： 、 1、 、 ,第一类错误的概率，即检验水准。 越小，所需样本含量越多。一般取=0.05，还应明确单双侧。,检验效能1。 为第二类错误的概率，1表示在特定的水准下，H1为真时检验能正确发现的能力。 1越大，所需样本含量越多。通常取=0.1或 0.
14、2，一般1不能低于0.75。,四、样本含量的估计,样本含量估计,总体变异度 越大，所需样本含量越多。通常根据预实验、查阅文献和专业知识判断 值。,允许误差 希望发现或需控制的样本和总体间或两个样本间某统计量的差别大小。如=12，或=12。越小，所需样本含量越多。可作预实验或用专业上有意义的差值代替。,（二）试验中的安慰剂对照与盲法,盲法(blind)。特别在临床试验中，对主观指标的测量更为重要，它能避免受试者与研究者的心理或精神因素对药物疗效的影响。除某些不宜设盲的试验如外科手术、引起生活方式改变等干预试验外，一般均应采用盲法。 有时有的病人在中途发生病情变化，急需了解所给予的药物种类，以便即
15、时采取对策。故还须准备有中途揭盲的措施。一个试验揭盲不易太多。,第三节 调查设计,一、调查设计意义及应用,二、调查设计内容,三、调查方法,一、调查设计的意义及应用,临床：了解疾病的分布、危害及有关因素等，以指导治疗、预防复发。例如龋齿、心血管病、泌尿系结石、近视、老年性白内障、婴幼儿死亡等调查研究。 卫生：了解人群的健康状况，研究环境因素的致病和保护作用。,医学研究,向分子水平发展,向群体水平发展,调查是根据预定目的，采用科学的方法，有组织有计划地搜集统计资料的工作过程。,调查研究的特点： 观察因素不受人为干预，是客观存在的。 如河南林县与广东省中山市食管癌死亡情况比较。 “混杂因素”难以控制
16、（如年龄、性别等）。 许多因素是未知的（如咸蛋、酸菜等）。,常用的调查：,居民健康调查；流行病学调查；病因学调查；临床远期疗效观察；卫生学调查等。,二、调查设计内容,1. 调查目的 了解参数：例：食管癌的病情及地理分布； 研究变量间的相关联系、探索病因。,调查设计是调查研究工作的先导和依据，是调查结果准确可靠的依据。包括资料收集、整理与分析全过程的统计设想和科学安排。,2.调查对象：划清调查总体的同质范围、时点。,3.调查范围：时间范围、空间范围、数量范围。,4.观察单位：一个人、一个家庭、一个集体等。,调查设计内容,5. 调查表(questionnaire) 根据调查指标确定对每个观察单位的
17、调查项目。 分析项目：直接用于计算调查指标，以及分析时排除混杂因素影响所必须的内容。 备查项目：为了保证分析项目填写得完整、正确，便于核查、补填和更正而设置的。,调查设计内容,例 了解农村卫生人力情况：,分析项目：乡镇医生年龄、文化程度结构、年龄、文化程度等。 备查项目：姓名、性别、出生年月等。,把调查项目按提问的逻辑顺序列成表格，供调查时使用，就是调查表，或称问卷。,调查设计内容,搜集资料的方式：直接观察法和采访法。,直接观察法： 调查者直接对调查对象进行测量、观察、检查或计数来取得资料。,采访法： 是根据被调查者的回答来收集资料。 访问 开会调查 信访,三、调查方法,1. 普查,2. 抽样
18、调查,3. 典型调查,4. 病例对照研究,5. 定群研究,1. 普查(全面调查，overall survey）,将组成总体的所有观察单位全部加以调查。 没有抽样误差、但往往系统误差较大（工作量大、问题多、工作质量难保证）。,2. 抽样调查(sampling survey),从总体中随机抽取一定数量的观察单位组成样本，然后用样本指标估计总体特征。,抽样研究节省人力、物力和时间，可获得细致和准确的资料，值得提倡和推广。但调查设计、实施及资料分析较复杂。,抽样调查,随机抽样方法：,1.简单随机抽样（simple random sampling） 要求每个观察单位有同等概率被选入样本。先编号，再用随机
19、数字表等方式抽样。,优缺点：计算简便，但当总体例数较多时，实施困难。,适用范围：小型调查或实验研究。,抽样调查,间隔抽样或机械抽样。按照一定顺序机械地每隔若干个观察单位抽取一个组成样本。,优缺点：易于理解、简便易行，容易得到一个按比例分配的样本。但易产生偏性 。,适用范围：事先已知分布是随机的。,2. 系统抽样（systematic sampling）,抽样调查,分类抽样。一般先按某种特征将总体分为若干个层（strata），再在层内随机抽样。,优缺点：抽样误差较小；不同层可采用不同抽样方法及独立分析。 。,适用范围：事先已知分布是随机的。,3.分层抽样（stratified sampling）
20、,抽样调查,将总体划分为K个群，再随机抽取k个群组成样本。,优缺点：便于组织，节省人力、物力、时间，容易控制调查质量。若群间差异较大，抽样误差也较大。,适用范围：群内变异大而群间变异小 。,4. 整群抽样（cluster sampling）,3. 典型调查(案例调查,typical survey),有目的的选择典型的人或单位进行调查，有利于对事物特征的深入了解。但不能估计总体，在一定条件下可对总体作经验推断。,4. 病例对照研究(case-control study),回顾性研究，由果因。主要用于流行病学调查。比较某病患者与未患病者暴露于某可能危险因素的差异，分析该因素的作用。,5. 定群研究
21、(队列研究,cohort study),前瞻性研究，由因果。将特定人群分为两组，分别置于某因素的不同状态下，追踪观察一段时间后比较结果。 1964年Doll R和Hill A.B将4万名英国注册医生分为吸烟、不吸烟组，观察两组肿瘤发病率，年平均发病率分别为1.66%和0.07%，强烈提示吸烟的致癌作用。,1. 实验研究与调查研究不同之处在于研究者能人为设置处理因素，受试对象接受处理因素是随机分配决定的。因此实验研究能更有效地控制误差。实验研究可分为动物实验、临床试验和社区干预试验。,小 结,2. 实验设计的基本原则是：对照、重复、随机化。 对照有空白对照、实验对照、标准对照、历史对照、自身对照和相互对照等，应根据研究内容和目的选择。实验和对照组除处理因素外，各种非处理因素应尽量一致或相似。 重复是防止偶然性掩盖必然性的措施，可按有关方法估计实验所需样本含量。 随机化分配是使组间具有均衡性的有利措施，可通过随机数字表或电脑产生随机数等方法完成。,小 结,3. 样本含量的估计与I型错误、功效（1-）、允许误差（）、总体变异度指标（）有关。 4. 实验设计的基本要素是处理因素、受试对象和实验效应。在实验中应抓住主要因素，合理选择受试对象，选用客观性强、准确度高、可靠性好的指标测定实验效应。 THE END,小 结,