方積乾《衛(wèi)生統(tǒng)計學》1實驗研究的設計與實施2課件

1、實驗研究的設計與實施郭艷中山大學公共衛(wèi)生學院2015.12.162022/9/261實驗研究的設計與實施郭艷2022/9/241醫(yī)學研究干預性研究 (Interventional study) 實驗研究 (Experiment) 臨床試驗 (Clinical trial) 觀察性研究 (Observational study)2022/9/262醫(yī)學研究干預性研究 (Interventional stud第一節(jié) 研究設計的統(tǒng)計學原則Statistical Principle for Research Design2022/9/263第一節(jié) 研究設計的統(tǒng)計學原則2022/9/243干預性研究的設

2、計 實驗設計的三要素：（1）選擇什么作為受試對象；（2）確定擬考察的實驗因素；（3）確定實驗效應實驗設計的四原則：（4）確定合適的實驗設計類型；（5）確定樣本含量2022/9/264干預性研究的設計 實驗設計的三要素：2022/9/244(1) 受試對象 納入標準和排除標準(2) 實驗因素 (干預因素) 控制重要的非實驗因素 (其他）(3) 實驗效應客觀指標和主觀指標; 靈敏性和特異性; 準確和精密其他干預因素對象效應其他效應實驗設計的三要素2022/9/265(1) 受試對象 納入標準和排除標準其他干預因素對象實驗設計的四原則（1）對照 (Control） 有比較才有鑒別 自然緩解或者痊愈一

3、項研究可以選擇多種類型的對照多因素研究，也可能有多個對照組 2022/9/266實驗設計的四原則（1）對照 (Control）2022/9/常用對照 1. 空白對照其他干預因素對象1干預效應其他效應其他對象2其他效應2022/9/267常用對照 1. 空白對照其他干預因素對象1干預效應其他效應其常用對照 2. 安慰劑對照(Placebo)其他干預因素對象1干預效應其他效應其他對象2其他效應安慰劑安慰效應2022/9/268常用對照 2. 安慰劑對照其他干預因素對象1干預效應其他效應常用對照 3. 相互對照其他干預 A對象1干預A效應其他效應其他干預 B對象2干預B效應其他效應2022/9/26

4、9常用對照 3. 相互對照其他干預 A對象1干預A效應其他效應常用對照 4. 實驗對照其他干預A+C對象1A+C效應其他效應其他干預 C對象2 C效應其他效應2022/9/2610常用對照 4. 實驗對照其他干預A+C對象1A+C效應其他效常用對照 5. 自身對照其他干預 A對象干預A效應其他效應其他干預 B對象干預B效應其他效應2022/9/2611常用對照 5. 自身對照其他干預 A對象干預A效應其他效應其常用對照 5. 自身對照其他干預A+C對象A+C效應其他效應其他干預B+C對象B+C效應其他效應2022/9/2612常用對照 5. 自身對照其他干預A+C對象A+C效應其他效應常用對照

5、 6. 標準對照其他干預因素對象效應其他效應對照：標準方法、常規(guī)方法，不提倡只用標準值?2022/9/2613常用對照 6. 標準對照其他干預因素對象效應其他效應對照：標常用對照 7. 歷史對照其他干預因素對象效應其他效應歷史資料?（一般不宜采用）2022/9/2614常用對照 7. 歷史對照其他干預因素對象效應其他效應歷史資料（2）重復 (Repeat) 重復實驗、重復取樣、重復測量在大量重復實驗的條件下，該處理的真實效應才會比較真實地顯露出來實驗組和對照組的實驗單位應具有一定的數(shù)量 樣本含量與重復實驗相比，重復取樣和重復測量屬于第二位2022/9/2615（2）重復 (Repeat) 20

6、22/9/2415（3）隨機 (Randomization)使實驗組與對照組在非實驗因素的分布方面盡量保持均衡一致。降低系統(tǒng)誤差的影響，貫穿于設計和實施全過程：（1）樣本代表性 總體中任何一個個體都有同等的機會進入樣本；（2）組間可比性 樣本中任何一個個體都有同等機會被分配到任何一個組（3）排除實驗順序影響 樣本中的任何一個個體先后接受處理的機會相同2022/9/2616（3）隨機 (Randomization)2022/9/24第二節(jié) 常用實驗設計方案 Frequently Used Designs 2022/9/2617第二節(jié) 常用實驗設計方案2022/9/2417 一、完全隨機設計 （c

7、ompletely randomized design） 例 將全部n個受試對象隨機地分入兩個藥物組，分別接受A1、A2兩種藥物治療，觀測每個受試對象白細胞的改變值。例 在某地區(qū)選取18-60歲的正常成年人作為受試對象，從男性、女性兩個子總體中分別隨機抽樣，觀測“性別”對血小板的影響。- 分別從兩個總體中各隨機抽取一個樣本，接受同一種處理目標總體納入標準排除標準研究對象隨機化實驗組對照組18 一、完全二、配對設計 (paired design)例 欲研究某藥物在體內抗乳腺癌的作用，選取10只已誘發(fā)乳腺腫瘤的大鼠皮下注射該藥物，一段時間后觀察每只大鼠乳腺腫瘤體積。 2022/9/2619二、配對

8、設計 (paired design)2022/9/2三、隨機區(qū)組設計(randomized block design） 例 某研究所研制了三個降血脂中藥復方制劑，擬與標準降脂藥(安妥明)的療效進行比較。以第45天處死動物，其冠狀動脈根部動脈粥樣硬化斑塊大小為指標。2022/9/2620三、隨機區(qū)組設計2022/9/2420四、交叉設計（Cross-over design）例 欲比較A藥與B藥的生物利用度，以血藥濃度-時間曲線下面積作為評價指標。選取20只實驗用大鼠，隨機均分成兩組。第1組大鼠在第一與第二實驗周期分別接受A藥與B藥，以AB表示；第2組大鼠在第一與第二實實驗周期分別接受B藥與A藥，

9、以BA表示。兩個實驗周期中間，停藥5個半衰期。2022/9/2621四、交叉設計（Cross-over design）2022/交叉設計的優(yōu)缺點 優(yōu)點：交叉設計每個個體接受兩種處理，控制個體差異，節(jié)約樣本含量；也平衡實驗順序對結果的影響。 缺點：時間長，不適用于具有自愈傾向或病程短的研究； 兩種處理之間應有足夠長的洗脫期。數(shù)據(jù)缺失，增加統(tǒng)計困難。 應用：藥物在短期內有效（如一兩周內）；不使用藥物之后藥物效果不持久（沒有剩效應)。交叉設計的優(yōu)缺點 優(yōu)點：交叉設計每個個體接受兩種處理，控制個五、析因設計（Factorial design）例14-4 欲研究煤焦油(因素A)以及作用時間(因素B)對細

10、胞毒性的作用。煤焦油含量分為3ug/ml (a1)和75ug/ml (a2) ；作用時間分為6小時(b1)和8小時(b2)。將16盒已培養(yǎng)好的細胞隨機分為四組，分別接受四種處理 (a1 b1, a2 b1, a1 b2, a2 b2)，測定吸光度 。2022/9/2623五、析因設計（Factorial design）2022/9六、重復測量設計(repeated measure design）將受試對象分成若干個組;每一組接受一種處理;同一個受試對象在幾個時間點上觀測幾個時間點上的觀測值“打包”分析 2022/9/2624六、重復測量設計(repeated measure desi例14-5

11、 研究青光眼結膜成纖維細胞增殖表達情況，選擇20例青光眼患者和24例對照，要求基線水平基本一致，取兩組研究對象眼角膜細胞進行培養(yǎng)，分別在3、7、14、21天四個時間點觀察平均細胞數(shù) 25例14-5 研究青光眼結膜成纖維細胞增殖表達情況，選25第三節(jié) 樣本含量的估算 Estimation of Sample Size2022/9/2626第三節(jié) 樣本含量的估算 2022/9/2426比較兩組測定值的均數(shù)2022/9/2627比較兩組測定值的均數(shù)2022/9/2427例：格列美脲、 格列苯脲對比研究（HbA1c )1. 欲檢出HbA1c臨床差異0.65%2. 假定標準差為1.3%3. 雙側檢驗水平

12、0.054. 功效80%退出率20%（文中：152例）2022/9/2628例：格列美脲、 格列苯脲對比研究（HbA1c )1. 欲檢出比較兩組發(fā)生某結局的百分比 (1) 預計一個組發(fā)生某結局的百分比約為 (2) 預計另一組發(fā)生某結局的百分比約為 (3) 允許犯假陽性錯誤的機會 (4) 允許犯假陰性錯誤的機會 2022/9/2629比較兩組發(fā)生某結局的百分比 (1) 預計一個組發(fā)生某結局的例：格列美脲、 格列苯脲對比研究（HbA1c 達標)2022/9/2630例：格列美脲、 格列苯脲對比研究（HbA1c 達標)2022臨床試驗設計與實施中的特殊問題臨床試驗：在人為的條件控制下，以特定的人群為

13、受試對象發(fā)現(xiàn)和證實干預措施對特定疾病治療或預防、診斷的有效性和安全性以及相關的藥物吸收、分布、代謝和排泄的研究。新藥臨床試驗： 新藥的安全性、有效性最終必須通過臨床試驗加以證實。2022/9/2631臨床試驗設計與實施中的特殊問題臨床試驗：2022/9/243第四節(jié) 臨床試驗設計與實施中 的特殊問題Special Issues in Clinical Trials 2022/9/2632第四節(jié) 臨床試驗設計與實施中2022/9/2432一、臨床試驗的分期I 期臨床試驗： 初步的臨床藥理學及人體安全性評價試驗，為制定給藥方案提供依據(jù):人體耐受性試驗藥物代謝動力學II 期臨床試驗： 初步評價治療作

14、用。藥物對目標適應癥患者的治療作用和安全性；為III期臨床試驗研究設計和給藥劑量方案的確定提供依據(jù)。可以根據(jù)具體的研究目的，采用多種形式。2022/9/2633一、臨床試驗的分期2022/9/2433III期臨床試驗： 治療作用確證階段。進一步驗證藥物對目標適應癥患者的治療作用和安全性;最終為藥物注冊申請的審查提供充分的依據(jù);一般應為具有足夠樣本量的隨機盲法對照試驗。IV期臨床試驗： 新藥上市后由申請人進行的應用研究?？疾煸趶V泛使用條件下的藥物的療效和不良反應;評價在普通或者特殊人群中使用的利益與風險關系以及改進給藥劑量等。2022/9/2634III期臨床試驗：2022/9/2434二、臨床

15、試驗設計的基本原則 對照、隨機、重復、均衡 + 盲法對照要求試驗組和對照組來自相同的受試者總體；試驗開始時兩組受試者基本情況相似；在試驗進行中除試驗藥物不相同外，其它條件均保持均衡；應盡量選擇公認有效的對照藥2022/9/2635二、臨床試驗設計的基本原則 對照、隨機(2) 隨機多中心臨床試驗，按照中心進行分層；受試對象的招募按先后順序適當分段(block)，在各段內進行隨機化；應用專業(yè)隨機程序來實現(xiàn)受試對象的隨機化。2022/9/2636(2) 隨機2022/9/2436(3) 重復在研究方案實施前，根據(jù)統(tǒng)計學要求對樣本含量 N作出估計。期臨床試驗：治療組不得少于100例；III期臨床試驗：

16、試驗組不得少于300例，對照組不得少于100例；當估計出的N大于國家對病例數(shù)的最低要求時，以N為樣本含量； 反之，按最低要求確定樣本含量。2022/9/2637(3) 重復2022/9/2437(4) 均衡有時因樣本含量不夠大，完全隨機分組的結果并不能確保兩組受試對象在某些重要非試驗因素方面均衡一致。分層隨機可使性別、年齡、病情等對試驗組與對照組的影響達到均衡一致。2022/9/2638(4) 均衡2022/9/2438(5) 盲法克服研究者或受試者的主觀因素可能導致的偏倚。 單盲法(single-blind) 雙盲法(double-blind) 開放試驗(open-label)2022/9/

17、2639(5) 盲法2022/9/2439三、臨床試驗統(tǒng)計分析臨床試驗自始至終須有醫(yī)學統(tǒng)計專業(yè)人員參與：試驗方案的制定和修訂（protocol）病例報告表（CRF）的設計和數(shù)據(jù)管理制定統(tǒng)計分析計劃完成統(tǒng)計分析提供統(tǒng)計學分析報告和解釋協(xié)助完成臨床試驗的總結報告2022/9/2640三、臨床試驗統(tǒng)計分析臨床試驗自始至終須有醫(yī)學統(tǒng)計專業(yè)人員參與統(tǒng)計分析計劃和報告確定統(tǒng)計分析的指標；確定統(tǒng)計分析的軟件；確定統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)集；確定統(tǒng)計分析方法；制定欲報告圖形和表格的樣式2022/9/2641統(tǒng)計分析計劃和報告2022/9/2441（2）統(tǒng)計數(shù)據(jù)集意向性分析數(shù)據(jù)集 （intention-to-treat a

18、nalysis set, ITT）對所有經隨機化分組的、以合理的方法剔除最少 病例之后的全部病例；(嚴重違反納入標準的病例、納入后未曾用藥或無任何可評價記錄的病例）將其中未能觀察到全部治療過程的病例資料，用 最后一次觀察數(shù)據(jù)結轉到試驗最終結果（last observation carry forward, LOCF）2022/9/2642（2）統(tǒng)計數(shù)據(jù)集2022/9/2442符合方案數(shù)據(jù)集 (per-protocol set, PPS)所有符合試驗方案、依從性好、試驗期間未服禁用藥物、完成CRF規(guī)定主要填寫內容的病例，或服用試驗用藥數(shù)量在80%-120%者。安全性數(shù)據(jù)集（safety set,

19、 SS）所有經隨機化分組，只要服用過1次研究藥物并進行了至少1次安全性評估的患者，構成本研究的安全性數(shù)據(jù)集。2022/9/2643符合方案數(shù)據(jù)集 (per-protocol set, PPS（3）缺失值的處理方法 三類缺失機制： 完全隨機缺失(missing completely at random, MCAR), 數(shù)據(jù)缺失完全由隨機因素造成，既不取決于已觀察到的數(shù)據(jù)，也不取決于未被觀察到的數(shù)據(jù)； 隨機缺失(missing at random, MAR), 缺失的概率取決于已有的觀察結果，不取決于未觀察到的結果； 非隨機缺失(missing not at random，NAR), 缺失概率與當

20、前觀察到和尚未觀察到的結果有關。2022/9/2644（3）缺失值的處理方法2022/9/2444忽視缺失值（ignore/disregard missing data）僅采用完整病例進行分析，違背了ITT原則，確證性試驗不推薦這樣處理；僅在以下情況下考慮使用：在探索性研究中，在藥物研發(fā)的初期階段；在確證性試驗中，作為次要結果的處理方法，用以支持性分析來說明結論的穩(wěn)健性。2022/9/2645忽視缺失值（ignore/disregard missing數(shù)據(jù)填補（data imputation）相對小的缺失率（例如1015）；含有缺失值的變量對于所要研究的問題具有非常重要的意義；有合理的假設和結

21、轉技術，一般宜遵循保守的原則；不同填補方式產生的結論需進行敏感性分析。2022/9/2646數(shù)據(jù)填補（data imputation）2022/9/24（4）統(tǒng)計檢驗類型差異性檢驗零假設：兩組（或多組）總體參數(shù)間沒有差別對立假設：兩組（或多組）總體參數(shù)間有差別。差別的大小？ - 臨床試驗要求評價療效差別！ 差異性檢驗不能回答此問題2022/9/2647（4）統(tǒng)計檢驗類型差異性檢驗2022/9/2447C優(yōu)T優(yōu)試驗組-對照組(T-C)01 尚不能說有差異圖1 差異性試驗置信區(qū)間示意圖2 尚不能說有差異3 有差異4 有差異2022/9/2648C優(yōu)T優(yōu)試驗組-對照組(T-C)01 尚不能說有差異圖

22、1 非劣效性試驗事先給定零假設：試驗藥療效比對照藥的療效要差 H0: 試驗藥療效-對照療效-對立假設：試驗藥療效不比對照藥的療效差 H1: 試驗藥療效-對照療效- 拒絕零假設試驗藥非劣于對照藥2022/9/2649非劣效性試驗事先給定2022/9/2449C優(yōu)T優(yōu)試驗組-對照組(T-C)-01 非劣圖2 非劣效性試驗置信區(qū)間示意圖4 尚不能下結論2 非劣3 非劣5 劣2022/9/2650C優(yōu)T優(yōu)試驗組-對照組(T-C)-01 非劣圖2 非劣優(yōu)效性試驗事先給定零假設：試驗藥的療效劣于對照藥 H0: 試驗藥療效-對照療效 對立假設：試驗藥的療效優(yōu)于對照藥 H1: 試驗藥療效-對照療效 拒絕零假設

23、試驗藥優(yōu)于對照藥2022/9/2651優(yōu)效性試驗事先給定2022/9/2451試驗組-對照組 (T-C)C優(yōu)T優(yōu) 01 非優(yōu)圖3 優(yōu)效性試驗置信區(qū)間示意圖2 非優(yōu)3 非優(yōu)4 尚不能下結論5 優(yōu)2022/9/2652試驗組-對照組 (T-C)C優(yōu)T優(yōu) 01 非等效性試驗仿制藥可否被接受？ 小劑量能否代替大劑量？ 口服藥能否代替注射藥？“等效”: 兩藥物的療效相差不超過一個指定的界值“等效性檢驗”，相當于一個“非劣性檢驗” 和一個“非優(yōu)性檢驗” ： 試驗藥非劣于對照藥？ 試驗藥非優(yōu)于對照藥？若試驗藥非劣于對照藥, 并且非優(yōu)于對照藥， 則試驗藥等效于對照藥2022/9/2653等效性試驗仿制藥可否被接受？ 小劑量能否代替大劑試驗組-對照組(T-C) C優(yōu) T 優(yōu)-01 非劣圖4 等效性試驗置信區(qū)間示意圖2 非優(yōu)3 非劣 非優(yōu) - 等效2022/9/2654試驗組-對照組(T-C)-01 非劣圖4 等效性試驗置小結1. 實驗設計的作用：合理安排實驗因素和非實驗因素，提高實驗效率；控制和減少實驗誤差，提高研究質量2. 為保證實驗的可靠性和可重復性，在實驗設計中所用的隨機化方法、隨機數(shù)及產生