醫(yī)學(xué)科研的統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理

醫(yī)學(xué)科研的統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理

醫(yī)學(xué)科學(xué)研究的基本程序

完整的醫(yī)學(xué)研究課題設(shè)計(jì)，必須包括如下內(nèi)容：擬探索和解決的醫(yī)學(xué)問題以及明確而具體的目標(biāo)；科學(xué)假說及其依據(jù)；設(shè)計(jì)方案和技術(shù)路線；必要的信息及條件保障。

從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度來講，研究設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容包括：確定設(shè)計(jì)類型，確定研究總體及樣本，擬定觀察指標(biāo)及測量方法，資料的可靠性及質(zhì)量控制，數(shù)據(jù)的管理及統(tǒng)計(jì)分析計(jì)劃等?；境绦蜻x題創(chuàng)新設(shè)計(jì)（研究方案）有理論與實(shí)際意義申報(bào)項(xiàng)目專業(yè)+統(tǒng)計(jì)學(xué)設(shè)計(jì)收集資料，整理、分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析撰寫研究報(bào)告、論文申報(bào)專利、成果統(tǒng)計(jì)學(xué)在醫(yī)學(xué)科研中的應(yīng)用專業(yè)設(shè)計(jì)階段：觀察指標(biāo)，影響因素統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)階段：分組因素，控制因素搜集數(shù)據(jù)階段：統(tǒng)一采集標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量控制數(shù)據(jù)分析階段：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)資料，觀察性資料提出觀點(diǎn)、結(jié)論和撰寫論文階段：p值的大小，p值的可靠性，統(tǒng)計(jì)結(jié)論與專業(yè)結(jié)論Asciencedealingwiththecollection,analysis,inter-pretation,andpresentationofmassesofnumericaldata------Webster’sInternationalDictionaryThescienceandartofdealingwithvariationindatathroughcollection,classificationandanalysisinsuchawayastoobtainreliableresults.------LastJM(Dictionaryofepidemiology)不明于計(jì)數(shù)而欲舉大事，猶無舟楫而欲經(jīng)于水，險(xiǎn)也。舉事必成，不知計(jì)數(shù)不可。-----管仲學(xué)者不能離開統(tǒng)計(jì)而研學(xué)，政治家不能離開統(tǒng)計(jì)而施政，事業(yè)家不能離開統(tǒng)計(jì)而執(zhí)業(yè)。-----馬寅初StatisticsaretheonlytoolsbywhichanopeningmaybecutthroughtheformidablethicketofdifficultiesthatbarsthepathofthosewhopursuetheScienceofMan.-----F.GaltonTocallinthestatisticianaftertheexperimentisdonemaybenomorethanaskinghimtoperformapostmortemexamination:hemaybeabletosaywhattheexperimentdiedof.-----R.A.Fisher“非常痛心地看到，因?yàn)閿?shù)據(jù)分析的缺陷和錯(cuò)誤，那么多好的生物研究工作面臨著被葬送的危險(xiǎn)”。

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F.Yates，M.J.R.Healy研究類型常用醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法統(tǒng)計(jì)方法的選擇統(tǒng)計(jì)方法綜合運(yùn)用實(shí)例常見錯(cuò)誤案例討論醫(yī)學(xué)科研的統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理

----常用醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法

一、研究類型不同的分類標(biāo)準(zhǔn)有不同的類型：研究的目的：驗(yàn)證性研究，探索性研究；研究的形式：觀察性研究，實(shí)驗(yàn)性研究；研究的指標(biāo)：單因素研究，多因素研究；研究的時(shí)限：前瞻性研究，回顧性研究，橫斷面研究；研究的對象：社區(qū)研究臨床研究，實(shí)驗(yàn)研究。

Table1.Classificationofstudydesigns.Ⅰ.ObservationalstudiesA.Descriptiveorcase-seriesB.Case-controlstudies(retrospective)1.Causesandincidenceofdisease2.IdentificationofriskfactorsC.Cross-sectionalstudies,surverys(prevalence)1.Diseasedescription2.Diagnosisandstaging3.DiseaseprocessesmechanismsD.Cohortstudies(prospective)1.Causesandincidenceofdisease2.Naturalhistory,prognosis3.IdentificationofriskfactorsE.HistoricalcohortstudiesⅡ.ExperimentalstudiesA.Controlledtrials1.Parallelorconcurrentcontrolsa.Randomizedb.Notrandomized2.Sequentialcontrolsa.Self-controlledb.Crossover3.Externalcontrols(includinghistorical)B.StudieswithnocontrolsⅢ.Meta-analysesTable2AclassificationofbiomedicalresearchreportsⅠ.LongitudinalstudiesA.Prospectivestudies1.Deliberateinterventionsa.randomizedb.non-randomized2.ObservationalstudiesB.Retrospectivestudies1.Deliberateintervention2.ObservationalstudiesⅡ.Cross-sectionalstudiesA.DiseasedescriptionB.Diagnosisandstaging1.Abnormalranges2.DiseaseseverityC.Diseaseprocesses觀察性研究實(shí)驗(yàn)性研究醫(yī)學(xué)研究類型縱向研究前瞻性干預(yù)研究隊(duì)列研究隊(duì)列研究隨機(jī)對照試驗(yàn)現(xiàn)場試驗(yàn)回顧性病例對照橫斷面研究疾病診斷和危重度分級探索危險(xiǎn)因素疾病描述非干預(yù)研究

醫(yī)學(xué)研究的研究類型分類示意圖分類是否施加干預(yù)（處理）否是觀察性研究實(shí)驗(yàn)性研究

實(shí)驗(yàn)性研究Experimentalstudy社區(qū)干預(yù)試驗(yàn)以動(dòng)物為對象動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究以人為對象臨床試驗(yàn)一般臨床試驗(yàn)新藥臨床試驗(yàn)ⅠⅡⅢⅣ診斷方法評估試驗(yàn)

觀察性研究（調(diào)查研究）Observationalstudy橫斷面研究（cross-sectionalstudy）：描述某現(xiàn)象水平與分布指定時(shí)間點(diǎn)或時(shí)期由果推因病例對照研究（case－controlstudy）：已知有病與無病組，研究疾病發(fā)生前的暴露，尋找可能的危險(xiǎn)因素。計(jì)算OR。又稱為回顧性研究（retrospectivestudy）由因索果向前隨訪隊(duì)列研究（cohortstudy）：已知暴露進(jìn)行隨訪現(xiàn)象結(jié)局是否發(fā)生，病因?qū)W研究。計(jì)算RR值。又稱前瞻性研究（prospectivestudy）向后回顧（一）實(shí)驗(yàn)性研究根據(jù)資料性質(zhì)、分析目的、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類型可找到對應(yīng)的統(tǒng)計(jì)方法1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基本原理

空白對照時(shí)分析處理因素效應(yīng)T+S1

E+e1O+S2

O’+e2T

E處理因素單因素實(shí)驗(yàn)多因素實(shí)驗(yàn)非處理因素可控制未知或不可控制實(shí)驗(yàn)單位固定非固定實(shí)驗(yàn)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三要素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三原則實(shí)驗(yàn)類型：根據(jù)處理因素，控制因素和實(shí)驗(yàn)單位特征數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：實(shí)驗(yàn)單位：case觀察指標(biāo)：dependent分組因素：factor控制因素：covariate

例1研究三種抗癌藥物對小白鼠肉瘤抑瘤效果，將15只小白鼠按完全隨機(jī)分組方法等分到A、B、C三組，分別接受甲、乙、丙三種抗癌藥物。

例2研究3種抗癌藥物對小白鼠肉瘤抑瘤效果，將小白鼠體重作為分層（區(qū)組）因素，將15只小白鼠按區(qū)組隨機(jī)化分組方法分到A、B、C三組，分別接受甲、乙、丙三種抗癌藥物。（2）多因素實(shí)驗(yàn)析因設(shè)計(jì)：處理為全面組合正交設(shè)計(jì)：處理為部分組合裂區(qū)設(shè)計(jì)：實(shí)驗(yàn)單位分級嵌套設(shè)計(jì)：處理因素分組

例3比較甲、乙、丙、丁四種飼料對小白鼠體重的影響。實(shí)驗(yàn)對象為8窩小白鼠，每窩4只，應(yīng)采用何種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法？如果四種飼料是由脂肪含量和蛋白含量兩個(gè)因素復(fù)合組成，研究目的是要分別分析脂肪含量高低、蛋白含量高低對小鼠體重的影響，應(yīng)采用何種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法？

第一種情況：單處理因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，為控制非處理因素小白鼠窩別影響，應(yīng)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)（配伍組設(shè)計(jì)）。其方差分析表的部分內(nèi)容如下：

第二種情況：為多處理因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，根據(jù)研究目的，應(yīng)采用隨機(jī)區(qū)組析因設(shè)計(jì)。其方差分析表的部分內(nèi)容如下：

例4某眼科實(shí)驗(yàn)，以家兔作為一級實(shí)驗(yàn)單位，分別注射三種全身藥物a1，a2，a3；以每只兔的雙眼作為二級實(shí)驗(yàn)單位，分別復(fù)制輕重不同的兩種損傷b1,b2；觀察指標(biāo)為兔眼房水中環(huán)核甘酸含量。試進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

例6試驗(yàn)甲、乙、丙三種催化劑在不同溫度下對某化合物的轉(zhuǎn)化作用。由于各催化劑所要求的溫度范圍不同，應(yīng)如何設(shè)計(jì)？兩因素嵌套設(shè)計(jì)（I=3,J=3,r=2)3.常用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模型完全隨機(jī)設(shè)計(jì)隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)拉丁方設(shè)計(jì)析因設(shè)計(jì)嵌套設(shè)計(jì)（二）觀察性研究相應(yīng)觀察研究的統(tǒng)計(jì)分析方法擬合較為復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)模型描述性研究：橫斷面研究分析性研究：病例對照研究，隊(duì)列研究

目標(biāo)人群（targetpopulation）研究樣本(studysample)疾病狀態(tài)（diseasestatus）暴露狀態(tài)(exposurestatus)隨機(jī)抽樣調(diào)查調(diào)查1.橫斷面研究暴露未暴露暴露未暴露病例對照調(diào)查方向研究開始2.病例對照研究暴露組非暴露組疾病非疾病疾病非疾病調(diào)查方向合格對象研究開始3.隊(duì)列研究（三）臨床試驗(yàn)研究

研究性質(zhì)：實(shí)驗(yàn)性研究特點(diǎn)：患者的依從性，“失訪”，倫理學(xué)問題（《赫爾辛基宣言》：“尊重人，有利，公正”三條基本倫理原則，倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)或準(zhǔn)許，知情同意。）

二、常用統(tǒng)計(jì)分析方法常用統(tǒng)計(jì)分析方法統(tǒng)計(jì)描述—

指標(biāo)，圖，表單變量資料計(jì)量資料：統(tǒng)計(jì)圖表，平均水平指標(biāo)，離散程度指標(biāo)計(jì)數(shù)資料與等級資料：統(tǒng)計(jì)圖表，相對數(shù)（比、比例、率）雙變量資料：散點(diǎn)圖，相關(guān)系數(shù)，回歸系數(shù)多變量資料：相關(guān)系數(shù)矩陣，均數(shù)向量，方差協(xié)方差矩陣，距離（例如：Mahalanobis）；輪廓圖，聚類圖隨訪資料：將事件發(fā)生的結(jié)果和隨訪時(shí)間兩個(gè)因素結(jié)合在一起的資料：生存曲線圖，壽命表，K年生存率角度資料或圓形分布資料：平均角，角離差，散布圖參數(shù)估計(jì)點(diǎn)估計(jì)（pointestimation）總體均數(shù)的點(diǎn)估計(jì)總體率的點(diǎn)估計(jì)

OR、RR的點(diǎn)估計(jì)

區(qū)間估計(jì)（intervalestimation）總體均數(shù)的區(qū)間估計(jì)總體率的區(qū)間估計(jì)OR、RR的區(qū)間估計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)?zāi)康牟顒e等效關(guān)系（互依關(guān)系，依存關(guān)系）基本步驟建立檢驗(yàn)假設(shè)與備擇假設(shè)，確定檢驗(yàn)水準(zhǔn)計(jì)算檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量確定P值，統(tǒng)計(jì)推斷，專業(yè)推斷三、統(tǒng)計(jì)方法的選擇

反應(yīng)變量為單變量，雙變量，多變量反應(yīng)變量類型：定量變量，定性變量，等級變量處理因素多少：單因素試驗(yàn)，多因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)類型：完全隨機(jī)，隨機(jī)區(qū)組，拉丁方等處理的組別：單樣本、兩樣本或多樣本

檢驗(yàn)方法的前提條件

單變量計(jì)量資料的分析思路示意圖

單變量計(jì)數(shù)資料的分析思路示意圖

單變量等級資料的分析

單變量等級資料的分析思路示意圖

雙（多）變量資料的分析思路示意圖

1.若應(yīng)變量Y為數(shù)值型隨機(jī)變量，且服從正態(tài)分布，自變量滿足多元正態(tài)分布，可選多元回歸分析或多元逐步回歸分析?；貧w方程形如Y=β0＋β1X

1＋β2X

2＋…＋βiXi＋…＋βmXm

2.若因變量Y為分類變量（二分類或多分類），且以判別分類為主要目的，自變量滿足多元正態(tài)分布，可選判別分析或逐步判別分析。判別函數(shù)形如

Y1=β10＋β11X1＋β12X2＋…＋β1iX

i＋…＋β1mX

m

Y2=β20＋β21X1＋β22X2＋…＋β2iX

i＋…＋β2mXm:::::

:

:

:Y

n=β10＋βn1X1＋βn2X2＋…＋βniXi＋…＋βnmXm3.若因變量Y為生存時(shí)間，并含有截尾數(shù)據(jù)，可選Cox模型做生存分析，風(fēng)險(xiǎn)函數(shù)形如ln[h(t)/h0(t)]=β1X1＋β2X2＋…＋βiXi＋…＋βmXm

4.若因變量Y為二分類變量或多分類變量，且以分析危險(xiǎn)因素為主要目的，如果為配比設(shè)計(jì)，選條件Logistic回歸；如果無配比設(shè)計(jì)，選非條件Logistic回歸?；貧w模型形如ln[P/(1-P)]=β0＋β1X1＋β2X2＋…＋βiXi＋…＋βmXm

1.聚類分析：將變量或觀察單位劃分為性質(zhì)相近的k類2.主成分分析：尋找綜合指標(biāo)3.因子分析：尋找潛變量4.典型相關(guān)分析：兩組變量之間的相關(guān)

影響假設(shè)檢驗(yàn)方法選用的因素：

①研究目的：找差異；找關(guān)系；其它②研究因素的多少：單因素；兩因素；多因素③研究的組數(shù)（水平數(shù)）的多少：兩組；多組④效應(yīng)變量的多少：單變量，雙變量，多變量；⑤實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類型成組；配對；配伍組；析因設(shè)計(jì)