衛(wèi)生統(tǒng)計學(xué)教學(xué)課件實驗設(shè)計-(2)

1、第10章 實驗設(shè)計的統(tǒng)計學(xué)基本原則 實驗設(shè)計(design of experiment, DOE)順利進行科學(xué)研究和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的先決條件獲得預(yù)期結(jié)果的重要保證 設(shè)計：專業(yè)設(shè)計：從各專業(yè)角度考慮實驗的科學(xué)安排，選題、建立假說、確定研究對象和技術(shù)方法等；統(tǒng)計設(shè)計：從統(tǒng)計學(xué)的角度考慮資料搜集、整理和分析的設(shè)計。- 設(shè)計類型、樣本含量、指標(biāo)和分析方法醫(yī)學(xué)科學(xué)研究方法:(1)觀察性研究 (observational study)又稱 非實驗性研究(non-experimental study)或 對比研究(comparative study) - 非隨機化對比研究。以客觀、真實的觀察為依據(jù)，對觀察結(jié)果

2、進行描述和對比分析；不能人為施加干預(yù)措施(即處理因素)；受試對象接受何種處理因素或同一處理因素的不同水平不是由隨機化而定的。 例如，農(nóng)村地區(qū)衛(wèi)生服務(wù)需求情況調(diào)查. - 觀察性研究的設(shè)計屬于調(diào)查設(shè)計(survey design) （2）實驗性研究 (experiment study) 指研究者能夠人為給予干預(yù)措施的研究， 例如，健康教育能否預(yù)防小學(xué)生近視的研究。 小學(xué)生除每天做眼保健操外, 隨機分為試驗組和對照組。試驗組另給予預(yù)防近視的健康教育。觀察一段時間后，比較兩組小學(xué)生的視力變化。 -它的設(shè)計對應(yīng)于實驗設(shè)計。 以下主要介紹實驗設(shè)計的統(tǒng)計學(xué)部分 包括：基本要素、基本原則、常用設(shè)計方案、樣本含

3、量的估計和臨床試驗設(shè)計10.1 實驗設(shè)計的基本概念其他 處理 對象 效應(yīng) 其他效應(yīng)10.1.1 實驗設(shè)計的三要素受試對象(object)，處理因素(treatment) 實驗效應(yīng)(experimental effect) 例如，研究某藥對型糖尿病病人的降血糖效果。受試對象：型糖尿病病人處理因素：某藥實驗效應(yīng)：血糖的變化值1處理(treatment)例：藥劑、手術(shù)方法、毒物（1）抓住主要處理因素（2）區(qū)分處理與非處理因素（3）處理因素必須標(biāo)準(zhǔn)化2受試對象動物的選擇：種類、品系、年齡、體重、窩別、營養(yǎng)病例的選擇：納入標(biāo)準(zhǔn)、剔除標(biāo)準(zhǔn)3效應(yīng)(effect)指標(biāo)的選擇：準(zhǔn)確(accuracy)；精密(p

4、recision) 靈敏(sensitivity)；特異(specificity)10.1.2 實驗誤差及其特點隨機誤差及其特點 隨機誤差是由大量微小的偶然因素引起的不易控制的誤差； 大量重復(fù)觀察的情況下，隨機誤差呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性； 通過統(tǒng)計分析認識客觀實際。非隨機誤差及其特點 - 偏倚 (bias) 沒有規(guī)律，無法運用統(tǒng)計分析進行推斷; 來源于研究過程的各個階段; 一旦發(fā)生偏倚，事后往往無法糾正或彌補. 10.1.3 實驗設(shè)計的統(tǒng)計學(xué)原則10.1.3.1 對照 (control) 目的：比較的對象；控制實驗誤差和系統(tǒng)誤差同期對照(concurrent control): 在整個實驗過程中，

5、對照組和實驗組應(yīng)始終處于同時同地基線(baseline) 比較: 對照組設(shè)立后，應(yīng)檢驗兩組開始時的狀態(tài)是否均衡。 常用對照（1） 安慰劑（或空白）對照處理組： 其他處理 對象I 效應(yīng) 其他效應(yīng)對照組： 其他安慰劑 對象II 效應(yīng)（或空白） 其他效應(yīng) 安慰劑(placebo)無藥理作用的“假藥”或稱偽藥物(dummy medication)；外觀(劑型、大小、顏色)、重量、氣味及口味等與試驗藥物一致。 目的： 1）克服研究者、受試對象、評價者等由于心理因素所形成的偏倚，控制安慰作用； 2）消除疾病自然進程的影響，分離出由于試驗藥物所引起的真正反應(yīng)。 安慰劑對照的使用要慎重，應(yīng)以不損害病人健康為前

6、提。 （2）實驗對照 例如, 強化鐵預(yù)防缺鐵性貧血，實驗組兒童用強化鐵醬油 (A+B)，對照組用普通醬油 (B)。處理組： 其他A+B 對象I A+B效應(yīng) 其他效應(yīng)對照組： 其他 B 對象II B效應(yīng) 其他效應(yīng) (3)相互對照 處理組： 其他A 對象I A效應(yīng) 其他效應(yīng)對照組： 其他B 對象II B效應(yīng) 其他效應(yīng) (4)自身對照例如,研究治療燒傷新藥，一部位用燒傷新藥，另一部位用其它公認有效藥物； 其他A 對象 A效應(yīng) 其他效應(yīng)對照組： 其他B 對象 B效應(yīng) 其他效應(yīng) 注意：前后對照不是同期對照。在實驗中同樣需要另外設(shè)立一個對照組，用處理前后效應(yīng)的差值來比較實驗組與對照組: 實驗組:減肥茶 對

7、照組:普通茶問題: 研究減肥茶的效果，以肥胖病人用藥前的體重作對照。妥否?(5)標(biāo)準(zhǔn)對照(standard control) 用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)值或參考值作對照-不好！(6)歷史對照 (historical control) 與本人或他人過去的研究結(jié)果作比較 - 不好！ 10.1.3.2 隨機化 (randomization) 隨機化 (randomization)目的： 對付大量不可控制非處理因素的另一個重要統(tǒng)計學(xué)手段； 防止有意無意的”搞鬼”; 對資料進行統(tǒng)計推斷的前提。 隨機化應(yīng)貫穿于研究設(shè)計和實施的全過程：1)抽樣的隨機化:總體中每個個體都有相同機會被抽到樣本中來。 保證所得樣本有代表性，使實

8、驗結(jié)論具有普遍意義。 2)分組的隨機化:每個受試對象被分配到各組的機會相等。 保證受試對象的其他狀況在對比組間盡可能均衡，提高組間的可比性。3)實驗順序的隨機化:每個受試對象先后接受處理的機會相等。 使實驗順序的影響達到均衡。10.2 隨機化技術(shù) 10.3.1 隨機數(shù)的產(chǎn)生1）抽簽或擲硬幣 (已過時)2）隨機數(shù)(random number)隨機數(shù)字表(現(xiàn)場用) 偽隨機數(shù)(pseudo random number, PRN)： 介于0和1之間均勻分布的數(shù)字 統(tǒng)計軟件中的偽隨機數(shù)發(fā)生器: 如果每次將種子數(shù)(seed number)設(shè)為一樣，產(chǎn)生的偽隨機數(shù)便具有重復(fù)性。 - 必須報告:用什么統(tǒng)計軟件

9、產(chǎn)生偽隨機數(shù)? 種子數(shù)? 10.3.2 隨機抽樣、隨機分組和隨機排序1）完全隨機化(complete randomization)步驟：編號、取隨機數(shù)、定組別 例1 試將同性別、體重相近的15只動物分到A、B、C三組。(用隨機數(shù)字表) 先將動物編號；從隨機數(shù)字表中任一行(如第16行)最左開始連續(xù)取15個兩位數(shù)字； 事先設(shè)定規(guī)則：每個兩位數(shù)字除以3，余數(shù)0、1和2分別對應(yīng)于A、B、C三組 2）分層隨機化 (stratified randomization) 完全隨機化并不能保證各組間一定達到良好的均衡性。 配對隨機化(paired randomization) 以對子為“層” 區(qū)組隨機化(blo

10、ck randomization) 以區(qū)組為“層”例2 為比較四種劑量的碘(A, B, C, D)對脾臟的影響。將小白鼠體重作為分層因素，試隨機分配處理。 事先規(guī)定：在同一層內(nèi)按隨機數(shù)由小到大排序的序號分組10.3 常用的實驗設(shè)計方案 考察單個因素的效應(yīng)? 可選用 完全隨機設(shè)計 配對設(shè)計 交叉設(shè)計 隨機區(qū)組設(shè)計 考察多個因素的效應(yīng)? 可選用 析因設(shè)計納入標(biāo)準(zhǔn)排除標(biāo)準(zhǔn)研究總體隨機化受試對象實驗組對照組一、完全隨機設(shè)計 (completely randomized design)又稱 簡單隨機分組設(shè)計(simple randomized design) 將同質(zhì)的受試對象隨機地分配到各處理組，再觀察

11、其實驗效應(yīng)平衡設(shè)計(balanced design) ：各組樣本含量相等非平衡設(shè)計(unbalanced design)：各組樣本含量不等 二、配對設(shè)計 (paired design)將受試對象按一定條件配成對子，再將每對中的兩個受試對象隨機分配到不同處理組。配對依據(jù)：可能影響實驗結(jié)果的主要混雜因素動物實驗：窩別、性別、體重等作為配對條件臨床試驗：病情輕重、性別、年齡、職業(yè)等作為配對條件。 在醫(yī)學(xué)科研中，配對設(shè)計主要有以下情形：1）將兩個條件相同或相近的受試對象配成對子(含同一個體的兩對稱器官或組織)，分別接受兩種不同的處理。例 欲研究國產(chǎn)禽流感疫苗的效果，將同種屬的雞按性別相同，月齡、體重相

12、近配成對子，隨機分成兩組，接受國產(chǎn)和進口疫苗。2）同一受試對象(人或標(biāo)本)分別接受兩種不同的處理。 3)前后配對 ? - 同一受試對象接受一種處理的前后若僅觀察一組，則要求在處理因素施加前后的影響因素如氣候、飲食、心理狀態(tài)等要相同，但常常難于做到，故存在一定缺陷，現(xiàn)已不提倡單獨使用。配對設(shè)計的優(yōu)點：抽樣誤差較小、 實驗效率較高、 所需樣本含量也較小；配對設(shè)計的缺點：配對失敗或配對欠佳時， 反而降低效率 三、交叉設(shè)計(cross-over design)兩種處理：A和B兩個階段：I和隨機分兩組：先A后B；先B后A優(yōu)點：不受個體差異的影響，適用于慢性病。缺點：受試對象一旦在某一階段退出試驗，就會造

13、成該階段及其以后的數(shù)據(jù)缺失。四、隨機區(qū)組設(shè)計(randomized block design) 又稱隨機單位組設(shè)計、隨機配伍組設(shè)計。 b 個區(qū)組：很不相同 每個區(qū)組內(nèi)： k個受試對象 k 個處理：有待比較 將受試對象按性質(zhì)(如動物的性別、體重，病人的病情、性別、年齡等非實驗因素)相同或相近者組成b個區(qū)組(或稱單位組、配伍組);每個區(qū)組中的k個受試對象分別隨機分配到k個處理組中去。 例8-2 為探索丹參對肢體缺血再灌注損傷的影響，將30只純種新西蘭實驗用大白兔，按窩別相同分為10個區(qū)組。每個區(qū)組的3只大白兔隨機接受三種不同的處理，即在松止血帶前分別給予丹參2ml/kg、丹參1ml/kg、生理鹽水

14、2ml/kg，并分別測定松止血帶前及松后1小時后血中白蛋白含量(g/L)，算出白蛋白的減少量如表8-4所示。問三種處理效果是否不同？五、析因設(shè)計(factorial design) 又稱完全交叉分組設(shè)計 將兩個或多個實驗因素的各水平進行組合; 對各種可能的組合都進行實驗.例8-3 研究者欲研究煤焦油(因素A)以及作用時間(因素B)對細胞毒性的作用，煤焦油含量分為3ug/ml()和75ug/ml兩個水平，作用時間分別為6小時()和8小時()。將統(tǒng)一制備的16盒已培養(yǎng)好的細胞隨機分為四組，分別接受A、B不同組合情況下的四種處理(、和)，測得處理液吸光度的值(%)，結(jié)果如表8-7。試對該資料進行分析

15、。優(yōu)點：1）全面高效性 以最小的實驗次數(shù)探討各因素的主效應(yīng)，同時可獲得因素間的交互； 2） 通過比較各種實驗組合，還能尋求最佳組合缺點: 工作量較大；統(tǒng)計分析復(fù)雜10.4 臨床試驗中的統(tǒng)計學(xué)原則臨床試驗：在人體(病人或健康志愿者)中進行的關(guān)于藥品(常為新藥)的系統(tǒng)性研究，前瞻性。主要目的：確定藥品的療效和安全性特點：1）以人為試驗對象；2）對干預(yù)措施進行前瞻性的追蹤研究；3）試驗過程易受多種因素影響，可能有偏倚；4）試驗病例需一定時間的積累 一、臨床試驗概況1.臨床試驗的分期 I期臨床試驗：初步的臨床藥理學(xué)及人體安全性評價試驗 在數(shù)名志愿者身上進行，必要時可包括病人。觀察人體對于新藥的耐受程度

16、(tolerance)和藥物代謝動力學(xué)(pharmacokinetics)，為制定給藥方案提供依據(jù)。期臨床試驗：對新藥的有效性和安全性作出初步評價，推薦臨床給藥劑量。盲法的隨機對照試驗(randomized controlledtrial, RCT)期臨床試驗：遵循隨機對照的原則，進一步評價藥物的有效性、安全性。擴大的多中心臨床試驗(multi-centerClinical trials) 期臨床試驗：在廣泛使用的條件下，考察藥品的療效和不良反應(yīng)。藥品上市后的監(jiān)測(post marketing surveillance)2. 病例報告表(case report form, CRF)表格文件，用

17、以記錄每一名受試對象在試驗過程中的數(shù)據(jù),一式三份，用不同顏色標(biāo)示，使用無碳復(fù)寫紙復(fù)寫內(nèi)容和格式簡明確切。觀察項目：主要變量和相關(guān)信息。填寫者：對效應(yīng)的判斷有統(tǒng)一認識、理解并直接接觸受試對象者。不應(yīng)涂改，如需更正，應(yīng)將原數(shù)據(jù)劃去，填上更正數(shù)據(jù)，并保證能看清，還需由更正者簽字并注明日期。各種實驗室數(shù)據(jù)均應(yīng)記錄或?qū)⒃紙蟾嬲迟N在CRF上，在參考值范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)也應(yīng)記錄。對明顯偏離或在臨床可接受范圍以外的數(shù)據(jù)須加以核實，由研究者作必要的說明。 二、臨床試驗設(shè)計的特殊問題臨床試驗設(shè)計仍屬實驗設(shè)計的范疇，還需考慮其特殊的一面。隨機化方法 隨機化分組方案 分組方案的遮蔽(concealment)2. 盲法 -

18、 糾正偏倚的重要措施優(yōu)點：能夠避免受試對象和研究者的心理或精神因素影響，使評價、測量更為客觀。如條件許可，均應(yīng)采用盲法試驗，雙盲不行，則單盲采用單盲或非盲均應(yīng)制訂控制偏倚的措施盲法常和安慰劑同時采用盲法應(yīng)自始至終地貫徹于整個試驗之中： 編制盲底(blind codes)、試驗藥品的編碼、受試對象入組用藥、研究者記錄試驗結(jié)果和做出評價、監(jiān)察員(monitor)進行檢查、數(shù)據(jù)管理直至統(tǒng)計分析盲底泄露，試驗視作無效！ 充分保障受試對象的個人權(quán)益知情同意(informed consent)向受試對象提供詳細材料。不能強迫，受試對象同意后，須由受試者或其法定代理人在書上簽字并注明日期，執(zhí)行知情同意過程的

19、研究者或其代表也需在知情同意書上簽名，并注明日期。受試對象保留在任何時候退出試驗的權(quán)利。 3. 多中心臨床試驗 優(yōu)點:可以在較短的時間內(nèi)搜集所需的病例; 病例范圍、臨床條件廣，結(jié)果具代表性實施：統(tǒng)一組織領(lǐng)導(dǎo)統(tǒng)一試驗方案統(tǒng)一人員培訓(xùn)統(tǒng)一監(jiān)控措施4. 臨床試驗的統(tǒng)計分析 設(shè)計、隨機化、樣本含量、指標(biāo)選擇、測量、盲法、倫理學(xué)要求 （1）按照治療意向 (intention-to-treat, ITT)做數(shù)據(jù)分析 根據(jù)臨床試驗的要求，對經(jīng)隨機化并分配到各組的全部病例進行統(tǒng)計分析，而不管其是否依計劃完成治療試驗。對于未能觀察到全部療效的病例資料：把最后觀察到(脫落時)的結(jié)果作為其療效 (carry forward of the last observation, CFLO)，這樣的數(shù)據(jù)集稱為全分析集(full analysis set) （2）符合方案 (per protocol, PP)的數(shù)據(jù)分析，對所有符合試驗方案、依從性好(如服用試驗用藥數(shù)量在該病例需要服用量的80%-120%)、試驗期間未服用違禁藥、完成CRF規(guī)定填寫內(nèi)容的病例進行統(tǒng)計分析，這樣的數(shù)據(jù)集稱為符合方案集(per protocol set)。對