醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計

醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計內(nèi)容提要

一、研究設(shè)計的重要性

二、研究設(shè)計的基本類型三、研究設(shè)計的基本要素四、實驗設(shè)計的基本原則醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計一、研究設(shè)計的重要性

專業(yè)設(shè)計：選題、查閱文獻、假說、預(yù)試驗統(tǒng)計設(shè)計：研究對象（分組、設(shè)置對照、樣本含量）、處理因素、觀察指標、數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制與管理、統(tǒng)計分析方法設(shè)計好：（1）既省又可靠（2）可估計和控制誤差（3）獲取多方面知識設(shè)計不好：（1）雜亂無章、雖多猶無 （2）只能羅列現(xiàn)象、無規(guī)律可言醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計二、研究設(shè)計的基本類型

1.實驗(Experiment)研究(干預(yù))

受試對象：人——臨床試驗（clinicaltrial）

動物——動物實驗（animalexperiment

）臨床試驗：治療——臨床療效實驗

預(yù)防——社區(qū)干預(yù)實驗（communityinterventiontrial）2.調(diào)查(Survey)研究(無干預(yù))被動地觀察、如實記錄

醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計兩種研究類型的區(qū)別與聯(lián)系醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計三、研究設(shè)計的基本要素

（一）處理因素(treatmentfactor)（二）受試對象(subject)（三）實驗效應(yīng)(experimentaleffect)降壓藥高血壓病人血壓值處理因素受試對象實驗效應(yīng)其他因素其他效應(yīng)醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計例：藥劑、手術(shù)方法、毒物確定處理因素的注意事項:

（1）抓住實驗中的主要因素

（2）明確處理因素和非處理因素病人對治療的反應(yīng)除了治療因素外，還包括病人的心理狀態(tài)、生產(chǎn)、生活條件及社會心理因素等。后者可稱為非處理因素。

（3）處理因素須標準化處理因素在整個試驗過程中保持不變例如，不同時期的藥物批號，手術(shù)操作者熟練程度。（一）處理因素(treatmentfactor)醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計（二）受試對象(subject)例：人、動物1.受試對象的選入標準明確規(guī)定受試對象選入標準（eligibilitycriteria）：納入標準（inclusioncriteria）、排除標準（exclusioncriteria）

2.受試對象的控制（1）受試對象的一致性人——年齡、性別、病情、病程等動物——種系、年齡、性別、體重等（2）受試對象影響因素的控制季節(jié)、溫度、濕度、生活環(huán)境、嗜好、試驗輔助措施等。醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計（三）實驗效應(yīng)(experimentaleffect)處理因素作用于受試對象的結(jié)果，通過觀察指標表達。觀察指標應(yīng)客觀、精確。1.客觀性：主觀指標和客觀指標。2.精確性：

準確度(accuracy)或真實性(validity)——觀察值與真實值的接近程度，受系統(tǒng)誤差的影響。

常用指標：靈敏度、特異度

精密度(precision)或可靠性（reliabiliy）或重復(fù)性（repeatability）——重復(fù)觀察時觀察值與其均值的接近程度，受隨機誤差的影響。

常用指標：Kappa值、一致百分率醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計準確度與精密度醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計四、實驗設(shè)計的基本原則（一）隨機化原則（randomization）（二）對照原則(control)（三）重復(fù)原則(replication)醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計（一）隨機化原則隨機分組：每個受試對象以機會均等的原則被隨機地分配到各個處理組中。隨機抽樣：總體中每一個觀察單位以機會均等的可能性被抽取。1.隨機化的意義

（1）隨機分組使兩組樣本在非處理因素方面盡可能一致，使處理因素產(chǎn)生的效應(yīng)更加客觀；（2）隨機抽樣使抽取的樣本具有代表（總體）性，減少誤差；（3）抽樣研究理論和統(tǒng)計分析方法的需要。醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計隨機與隨意隨機：random機會均等，客觀性隨意：aswill隨主觀意愿，主觀性隨機化分組，不僅能控制已知的混雜因素(非研究因素)，而且還能控制未知的混雜因素。醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計隨機的三個含義分組隨機－均衡性每個研究對象有同等機會被分配到各處理組抽樣隨機－代表性總體中每個觀察個體有同等機會被抽取實驗順序隨機－平衡順序或季節(jié)的影響每個研究對象先后接受處理的機會相同。醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計2.隨機化的方法

(1)拋硬幣法“徽”與“字”

(2)擲骰子法6面1~6點

(3)抽簽法（捻鬮）(4)隨機數(shù)字表法（隨機數(shù)字法）（5）計算器(計算機)產(chǎn)生隨機數(shù)

醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計

幾種不同設(shè)計類型的隨機化分組：

（1）完全隨機實驗設(shè)計（2）配對實驗設(shè)計（3）隨機區(qū)組實驗設(shè)計（4）交叉設(shè)計醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計完全隨機實驗設(shè)計

（completelyrandomexperimentdesign）將觀察單位完全隨機地分配到實驗組與對照組或幾個對比組中去?！纠?】設(shè)有同性別的動物12頭，要求用隨機方法將其分為甲、乙兩組。醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計方法（1）編號：按動物體重依次編號為1,2,3,…,12號。（2）產(chǎn)生隨機數(shù)字：對于每一個編號，依次由計算器（計算機）產(chǎn)生隨機數(shù)（共12次）。（3）歸組：事先規(guī)定將較小隨機數(shù)的6只動物分入甲組，其他6只動物分入乙組。醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計Dataa;%Letn=12;/*samplesizes*/Doi=1

to&n;

IfI<=&n/2

thengroup=1;

Elsegroup=2;

Output;End;Proc

plan

Seed=1234567898;

Factorsi=&n;Output

data=aout=b;Proc

sort

data=b;

Bygroup;Proc

print

data=b;Run;SAS程序醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計

ThePLANProcedureFactorSelectLevelsOrderi1212Random-----------------i-----------------184735911101226

Obsigroup

111281341471531651792811291021012211221262SAS輸出結(jié)果醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計【例2】將【例1】中的12頭動物用隨機方法分配到甲、乙、丙三組中去。

醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計方法（1）編號：按動物體重依次編號為1,2,3,…,12號。（2）產(chǎn)生隨機數(shù)字：對于每一個編號，依次由計算器（計算機）產(chǎn)生隨機數(shù)（共12次）。以上兩點與分成兩組完全相同。（3）歸組：事先規(guī)定將較小隨機數(shù)的4只動物分入甲組，將較大隨機數(shù)的4只動物分入丙組，其他4只動物分入乙組。醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計SAS程序Dataa;%Letn=12;/*samplesizes*/Doi=1

to&n;

IfI<=&n/3

thengroup=1;Else

if&n/3<I<=2*&n/3

thengroup=2;Elsegroup=3;Output;End;Proc

plan

Seed=1234567898;

Factorsi=&n;Output

data=aout=b;Proc

sort

data=b;

Bygroup;Proc

print

data=b;Run;醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計

ThePLANProcedureFactorSelectLevelsOrderi1212Random-----------------i-----------------184735911101226

Obsigroup

111281341471532652792811291031012311231263SAS輸出結(jié)果醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計

配對實驗設(shè)計

(pairedexperimentdesign)配對實驗設(shè)計的兩種情況：1.同源配對：同一受試對象用兩種不同的實驗方法；受試對象自身實驗前后的對比。2.非同源配對：將具有相同條件的實驗對象配成對子。

醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計【例3】將已按近似條件配好的10對小白鼠，用隨機方法分配到實驗組和對照組。

方法（1）編號：對小白鼠進行對子編號，同時每個對子內(nèi)的二只小白鼠也分別編號。（2）產(chǎn)生隨機數(shù)字：對于每一組合編號，依次由計算器（計算機）產(chǎn)生隨機數(shù)（共20個）。（3）歸組（對子內(nèi)兩只小白鼠的隨機）：事先規(guī)定每個對子內(nèi)隨機數(shù)字較小者分配到對照組；隨機數(shù)字較大者分配到實驗組。非同源配對隨機化分組醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計Proc

planSeed=8546793122;

Factorspair=10

orderedtreat=2

random;

Output

out=b;Run;SAS程序醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計

ThePLANProcedureFactorSelectLevelsOrderpair1010Orderedtreat22Random

pair-treat-1122123214125216127218219121012SAS輸出結(jié)果對照組實驗組醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計隨機區(qū)組實驗設(shè)計

(randomizedblockexperimentdesign)（1）將多方面條件相近的受試對象配成一組，稱作一個區(qū)組（block）。（2）每個區(qū)組的受試對象個數(shù)取決于對比組組數(shù)。(3)每個區(qū)組的受試對象被隨機地分配到各對比組中。

配對設(shè)計的擴展，故又稱配伍組設(shè)計

醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計【例4】將【例1】中的12頭動物設(shè)計分為三個區(qū)組，進行四種處理的比較。

方法（1）編號：對12頭動物進行區(qū)組編號，同時每個區(qū)組內(nèi)的四頭動物也分別編號。（2）產(chǎn)生隨機數(shù)字：對于每一組合編號，依次由計算器（計算機）產(chǎn)生隨機數(shù)（共12個）。（3）歸組（區(qū)組內(nèi)四頭動物的隨機）：事先規(guī)定每一個區(qū)組內(nèi)隨機數(shù)字由小到大對應(yīng)動物分別分配到甲、乙、丙、丁處理組。醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計Proc

plan

Seed=8546793122;

Factorsblock=3

orderedtreat=4

random;

Output

out=b;Run;SAS程序醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計ThePLANProcedureFactorSelectLevelsOrderblock33Orderedtreat44Random

block-treat-112342413233124SAS輸出結(jié)果甲處理組乙處理組丙處理組丁處理組醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計

交叉設(shè)計

(cross-overexperimentdesign)每個受試者隨機地在兩個或多個不同試驗階段分別接受指定的處理(試驗藥或?qū)φ账?。

同源配對設(shè)計的擴展優(yōu)點：（1）控制個體間的差異，（2）減少受試者人數(shù)。醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計

交叉設(shè)計

(cross-overexperimentdesign)隨機化分組1組2組醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計

交叉設(shè)計

(cross-overexperimentdesign)1組2組醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計【例5】某研究者擬采用交叉設(shè)計觀察A、B兩種藥物治療18例高血壓病患者的療效。

1.隨機數(shù)字法（1）編號：將受試者分別編號為1、2、3、4、…、17、18號。（2）產(chǎn)生隨機數(shù)字：由計算器（計算機）產(chǎn)生18個隨機數(shù)。（3）歸組：隨機數(shù)字較小的一半患者先用A藥后用B藥；較大的一半患者先用B藥后用A藥。

醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計SAS程序Dataa;%Letn=18;/*samplesizes*/Doi=1

to&n;

IfI<=&n/2

thengroup=1;

Elsegroup=2;

Output;End;Proc

plan

Seed=1234567898;

Factorsi=&n;Output

data=aout=b;Proc

sort

data=b;

Bygroup;Proc

print

data=b;Run;醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計

ThePLANProcedureFactorSelectLevelsOrderi1818Random--------------------------i--------------------------111594312142168151017761318

Obsigroup111211135149154163171218141921101621182121521310214172157216621713218182SAS輸出結(jié)果醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計（二）對照原則1.對照的意義：①區(qū)分處理因素與非處理因素的效應(yīng)，是比較的必要基礎(chǔ)

藥物治療例:老年性慢性支氣管炎氣候轉(zhuǎn)暖,自然緩解②消除和減少實驗誤差處理組：對照組：處理因素非處理因素+處理效應(yīng)+非處理效應(yīng)非處理因素非處理效應(yīng)處理因素處理效應(yīng)比較結(jié)果醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計2.對照的形式

(1)空白對照(blankcontrol)：對照組不加任何處理因素。

例如：①實驗組兒童接種疫苗，對照組兒童不接種疫苗。②試劑空白、血樣空白、無酶解空白、底物空白等。特點：簡單易行，但容易引起心理差異，從而影響實驗效應(yīng)的測定。

——

安慰劑對照(placebocontrol)包括：空白對照、實驗對照、標準對照、自身對照、相互對照、歷史對照醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計(2)實驗對照(experimentalcontrol)：施加基礎(chǔ)實驗條件（非處理因素，如面包、煙薰劑）。含賴氨酸面包+非處理因素→賴氨酸效應(yīng)+面包效應(yīng)+非處理因素效應(yīng)

面包+非處理因素→面包效應(yīng)+非處理因素效應(yīng)賴氨酸賴氨酸效應(yīng)中草藥+煙薰劑與單純煙薰劑——-空氣滅菌2.對照的形式

醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計

(3)標準對照(standardcontrol)：以現(xiàn)有的標準或正常值作對照。

例①新方法與傳統(tǒng)方法②患者生理、生化指標與正常人生理、生化指標

——實驗室應(yīng)用較多2.對照的形式

醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計

(4)

自身對照（self-control）：實驗在同一受試對象上進行（同源配對設(shè)計、交叉設(shè)計）特點：簡單易行，使用廣泛。假定試驗前后某些環(huán)境或自身因素保持不變。

2.對照的形式

醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計(5)相互對照（inter-control）：幾個實驗組互相作為對照例如：比較幾種藥物治療同一疾病的療效2.對照的形式

醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計(3)

歷史對照：以過去的研究結(jié)果作對照。與本人或他人過去的研究結(jié)果作比較——不好?。。。。?！2.對照的形式

醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計3.設(shè)立對照應(yīng)注意的事項(1)均衡對照組與實驗組除研究因素外，其他因素應(yīng)盡可能相同(2)同步對照組與實驗組應(yīng)處于同一空間和同一時間醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計4.設(shè)立對照存在的問題

(1)缺乏對照(2)缺乏適當?shù)膶φ?歷史對照（時間不同步）和中外對照

（空間不同步）

(3)對照不全(4)對照多余

醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計(三)重復(fù)的原則

重復(fù)(replication)是指各處理組與對照組要有一定樣本含量(samplesizes)。無限地增加樣本含量，將加大實驗規(guī)模，延長實驗時間，浪費人力物力，反而增加系統(tǒng)誤差出現(xiàn)的可能性。樣本含量不足，檢驗效能（Power，1－β）偏低，總體參數(shù)之間原本有差異也無法檢驗出來。醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計影響樣本含量大小的因素：資料的性質(zhì)：計量—少，計數(shù)—多2.誤差的大?。盒　伲蟆?.均衡性的好壞：好—少，壞—多4.實驗效應(yīng)的強弱：強—少，弱—多5.干擾因素的多少：少—少，多—多樣本含量的估計時，以上很多因素?zé)o法定量，所以通常是由犯I類錯誤的概率α、檢驗出實際差異的把握度1－β、個體值間的離散程度s、以及容許誤差d來確定樣本含量。醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計五、抽樣方法常用的抽樣方法

1.

單純隨機抽樣2.系統(tǒng)抽樣3.分層抽樣4.整群抽樣醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計1.單純隨機抽樣(simplerandomsampling)

先將總體的全部觀察對象編號，再利用抽簽或隨機數(shù)字表的方法隨機抽取觀察對象組成樣本。最基本的抽樣方法其他抽樣方法的基礎(chǔ)

優(yōu)點：計算誤差比較簡便；缺點：對象較多時，甚為復(fù)雜。醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計抽樣步驟：（1）先將全校學(xué)生按點名冊編號，即編號為1、2、…、499、500；（2）對每個編號產(chǎn)生一個隨機數(shù)字（共500個隨機數(shù)）（3）事先規(guī)定隨機數(shù)較大（?。┑?0人組成樣本。例，調(diào)查某中學(xué)學(xué)生的血紅蛋白含量，在全體500名學(xué)生中，隨機抽取10%，即抽取50人。醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計2.系統(tǒng)抽樣(systematicsampling)

按照一定的順序，機械地每隔若干個單位抽取一個單位的方法。又稱間隔抽樣，機械抽樣如按門牌號，每個10個號抽取用戶，。。。優(yōu)點：節(jié)省抽樣時間和費用。缺點：在某些特殊情況下存在偏性。醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計例：欲從15000名兒童中，抽取750名組成樣本。（1）求抽樣間隔15000÷750＝20/1，即每間隔20人抽取1個人；（2）抽樣編號，確定在1~20號之間從何編號開始。然后每加上20抽取1名兒童。例如起始數(shù)字為8，則第8，28，48，68，……號兒童即構(gòu)成所抽取的樣本。醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計3.分層抽樣(stratifiedsampling)

先按某種特征將總體分為若干組別、類型或區(qū)域等（統(tǒng)稱為“層”），再用隨機抽樣的方法從每個子總體中抽取樣本。要求“層內(nèi)齊同，層間不同”。比例分層法，最優(yōu)分層法優(yōu)點：抽