醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計設(shè)計

醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計設(shè)計2016.05.04研究設(shè)計的意義研究設(shè)計是醫(yī)學(xué)研究的必不可少的重要環(huán)節(jié)之一。醫(yī)學(xué)研究的步驟：研究設(shè)計收集資料分析資料結(jié)論表達研究設(shè)計的意義良好的科研設(shè)計將較少的人力、物力、時間得到較為可靠的結(jié)果；合理安排試驗因素，提高研究質(zhì)量和效率；有效控制實驗誤差并對其進行估計，保證實驗結(jié)果的可靠性、穩(wěn)定性。調(diào)查性研究：因素客觀存在，研究者不能主動設(shè)置研究因素，

“被動”觀察研究因素

的效應(yīng)實驗性研究：因素人為設(shè)置，研究者能主動設(shè)置處理因素，在其它因素控制下觀察因素的效應(yīng)兩者的區(qū)別—是否施加干預(yù)統(tǒng)計學(xué)研究設(shè)計5實驗設(shè)計實驗設(shè)計的基本要素實驗設(shè)計的基本原則常用實驗設(shè)計方法樣本含量估計實驗設(shè)計的基本要素三要素：處理因素（treatment）受試對象（object）實驗效應(yīng)（experimentaleffect）一、處理因素處理因素(被試因素)：根據(jù)研究目確定的欲施加或欲觀察的、并能引起受試對象直接或間接效應(yīng)的因素，簡稱處理或因素(factor)。是根據(jù)研究目的確定的主要因素，處理因素在整個實驗中應(yīng)始終要保持不變。非處理因素：與處理因素可能同時存在的能使受試對象產(chǎn)生效應(yīng)的非研究因素。非處理因素常常會干擾研究因素的觀察與分析，因此又稱為干擾因素或混雜因素(confounder)。二、受試對象受試對象（研究對象）：是處理因素作用的客體，是根據(jù)研究目的確定的研究總體。按受試對象不同實驗可以分為三類：動物實驗（animalexperiment）臨床試驗（clinicaltrial）現(xiàn)場試驗（fieldtrial）受試對象應(yīng)作嚴(yán)格規(guī)定，保證其同質(zhì)性和代表性:受試對象應(yīng)滿足三個基本條件：一是對處理因素敏感；二是特異性，即不受非處理因素干擾；三是反應(yīng)必須穩(wěn)定。三、實驗效應(yīng)實驗效應(yīng)：是處理因素作用于受試對象的反應(yīng)(response)和結(jié)局(outcome)，它通常以某些觀察指標(biāo)(統(tǒng)計學(xué)常稱為變量)為載體來體現(xiàn)。觀察指標(biāo)的具體要求：1.客觀性：2.特異性和靈敏性：特異度（specificity）反映鑒別真陰性的能力；靈敏度（sensitivity）反映檢出真陽性的能力。3.指標(biāo)的盲法觀察：為消除或最大限度地減少主觀偏性，在設(shè)計時常采用盲法(blindmethod)。單盲法(singleblindmethod)雙盲法(doubleblindmethod)三盲法(tripleblindmethod)

實驗設(shè)計實驗設(shè)計的基本要素實驗設(shè)計的基本原則常用實驗設(shè)計方法樣本含量估計實驗設(shè)計的基本原則實驗設(shè)計的三原則：對照（control）隨機（randomization）重復(fù)（replication）一、對照原則目的：控制混雜因素和偏倚；顯露處理因素的效應(yīng)；判斷不良反應(yīng)。對照的方式：(1)安慰劑對照(placebocontrol)(2)空白對照(blankcontrol)(3)實驗對照(experimentalcontrol)(4)自身對照(selfcontrol)(5)標(biāo)準(zhǔn)對照(standardcontrol)吃黃金搭檔一年，小孩長高了5CM，起效了？(1)安慰劑對照：安慰劑無藥理作用，其外觀如劑型、大小、顏色、重量、氣味及口味等與試驗藥物一致。(2)空白對照：對照組不施加任何處理因素。(3)實驗對照：對照組不施加處理因素，但施加某種實驗因素。(4)自身對照：對照與實驗在同一受試者身上進行，如身體對稱部位或?qū)嶒炃昂蠼Y(jié)果后不同研究因素。(5)標(biāo)準(zhǔn)對照：對照用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)方法或常規(guī)方法，或者現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)值或參考值。

二、隨機化原則隨機化是使每個受試對象都有同等的機會被抽取或分到不同的實驗組和對照組。隨機化形式：(1)抽樣隨機(2)分組隨機(3)實驗順序隨機三、重復(fù)原則重復(fù)是指在相同實驗條件下進行多次研究或多次觀察。重復(fù)最主要的作用是估計實驗誤差。重復(fù)的情形：（1）整個實驗的重復(fù)；（2）用多個受試對象進行重復(fù)：有足夠的樣本含量(samplesize)；（3）同一受試對象的重復(fù)觀察。實驗設(shè)計實驗設(shè)計的基本要素實驗設(shè)計的基本原則常用實驗設(shè)計方法樣本含量估計常用的實驗設(shè)計類型完全隨機設(shè)計(completelyrandomizeddesign)

配對設(shè)計(paireddesign)

隨機區(qū)組設(shè)計(randomizedblockdesign)交叉設(shè)計(cross-overdesign)析因設(shè)計(factorialdesign)

序貫試驗(sequentialtrial)

完全隨機設(shè)計平衡設(shè)計(balanceddesign)非平衡設(shè)計(unbalanceddesign)完全隨機設(shè)計方案示意圖納入標(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完全隨機設(shè)計完全隨機化分組三大步驟編號取隨機數(shù)確定組別

分組結(jié)果:第1,3,10,12,15號小白鼠分到A組;第2,4,9,13,14號小白鼠分到B組;第5,6,7,8,11號小白鼠分到C組。例將體重相近的15只雌性小白鼠隨機等分到A、B、C三組SAS實現(xiàn)實驗設(shè)計在SAS中可通過procplan命令實現(xiàn)，該命令主要用于實驗設(shè)計分組。常用的語句有：Procplan<選項>;Factors因素名稱=m抽樣方式;Procplan最主要的選項是“seed=”，設(shè)定隨機數(shù)產(chǎn)生的種子。Factors語句解釋Factors因素名稱=m抽樣方式;因素名稱：由研究者自行規(guī)定任意的英文字母名稱

m：指定抽樣樣本的組數(shù)，必須是正整數(shù)抽樣方式：常指定的抽樣方式有兩種：

randomordered某醫(yī)院欲比較藥物A和藥物B在糖尿病治療中的效果，以空腹血糖測量值及空腹血糖療效作為主要療效指標(biāo)。如何將384例研究對象隨機分配至兩組，接受不同的藥物治療。PROCPLANseed=091015;FACTORSrand=384random;OUTPUTout=outa;DATAoutb;SETouta;IFrand<=192THENgroup=’A’;ELSEgroup=’B’;num=_n_;PROCPRINT;RUN;第一部分第二部分配對設(shè)計(paireddesign)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兩個不同的處理組.配對的因素應(yīng)為可能影響實驗結(jié)果的主要混雜因素。例將符合實驗要求的14只小鼠,按照月齡和體重相近的原則配成7對,試進行隨機化分組隨機區(qū)組設(shè)計(randomizedblockdesign)

亦稱配伍組設(shè)計。通常做法是將受試對象按性質(zhì)(如動物的性別、體重，患者的性別、年齡、病情等非處理因素)相同或相近分為b個區(qū)組(或稱配伍組)，然后將每個區(qū)組中的k個受試對象隨機分配到k個處理組。設(shè)計時應(yīng)遵循“區(qū)組內(nèi)差別越小越好，區(qū)組間差別越大越好”的原則由下表可知，對于區(qū)組1，編號為1.1,1.2,1.3,1.4號的大鼠分別對應(yīng)于A、D、B、C四個處理組，余類推。隨機區(qū)組設(shè)計的16只大鼠隨機分組的結(jié)果例16只大鼠，根據(jù)分層因素將其分為4個區(qū)組，每組4只大鼠，分別接受A、B、C、D四種處理。SAS實現(xiàn)某研究觀察三種飼料對小鼠體重的影響情況，該研究應(yīng)如何將69只小鼠設(shè)計分組？PROCPLAN;FACTORSblock=23orderedrank=3random;RUN;析因設(shè)計

簡單來說，析因設(shè)計是兩個或兩個以上因素，且每個因素至少有兩個水平的全面組合的實驗設(shè)計。單獨效應(yīng)、主效應(yīng)、交互效應(yīng)例為探討貝那普利聯(lián)合應(yīng)用氯沙坦灌胃是否可預(yù)防環(huán)孢素A的慢性腎毒性，用析因設(shè)計如何分組將60只SD大鼠皮下注射環(huán)孢素A然后隨機分為4組，分別接受以下四種處理方式：貝那普利和氯沙坦、氯沙坦、貝那普利、生理鹽水60只SD大鼠按照下表的方式分配2×2析因設(shè)計B因素A因素A1A2B1A1B1A2B1B2A1B2A2B22×2=4種處理2因素2水平全面組合2×3=6種處理各因素各水平全面組合的設(shè)計ABB1B2B3A1A1B1A1B2A1B3A2A2B1A2B2A2B32×3析因設(shè)計AB1B2C1C2C1C2A1A1B1C1A1B1C2A1B2C1A1B2C2A2A2B1C1A2B1C2A2B2C1A2B2C22×2×2=8種處理2×2×2析因設(shè)計是一種多因素設(shè)計。例如，兩個因素時，第1個因素有3個水平，第2個因素有2個水平，全部因素組合共有3

2＝6種組合。每種組合都作試驗時就是析因試驗設(shè)計。此試驗設(shè)計也可稱為3

2析因試驗設(shè)計。3

4

2析因試驗設(shè)計，有3個因素，3，4和2個水平。衛(wèi)生統(tǒng)計學(xué)教研室二、析因設(shè)計的有關(guān)術(shù)語單獨效應(yīng)（simpleeffects）：主效應(yīng)（maineffects）：交互作用（Interaction）：（一）單獨效應(yīng)其它因素水平固定時，同一因素不同水平間效應(yīng)的差別2×2析因設(shè)計B因素A因素A1A2B1A1B1(a1b1=26)A2B1(a2b1=30)B2A1B2(a1b2=36)A2B2(a2b2=52)B因素固定在1水平時，A因素的單獨效應(yīng)為4……（二）主效應(yīng)某一因素各水平單獨效應(yīng)的平均差別Am=[(a2b2-a1b2)+(a2b1-a1b1)]/2=[16+4]/2=10Bm=[(a1b2-a1b1)+(a2b2-a2b1)]/2=[10+22]/2=162×2析因設(shè)計B因素A因素A1A2B1A1B1(a1b1=26)A2B1(a2b1=30)B2A1B2(a1b2=36)A2B2(a2b2=52)(三)交互效應(yīng)AB=[(

a2b2-a1b2)-(a2b1-a1b1)]/2=(16-4)/2=6AB=[(

a2b2-a2b1)-(a1b2-a1b1)]/2=(22-10)/2=62×2析因設(shè)計B因素A因素A1A2B1A1B1(a1b1=26)A2B1(a2b1=30)B2A1B2(a1b2=36)A2B2(a2b2=52)正交互效應(yīng)（協(xié)同作用）：負(fù)交互作用（拮抗作用）：存在交互效應(yīng)

表示4個處理組A1B1,A2B1,A1B2,A2B2對應(yīng)的總體均值BAA1(未用藥)A2(用藥)B1(未用藥)A1B1A2B1B2(用藥)A1B2A2B2兩因素聯(lián)合（共同）作用大于其單獨作用之和兩因素聯(lián)合作用小于其單獨作用之和協(xié)同作用拮抗作用SAS實現(xiàn)某醫(yī)生觀察兩種藥物對清除幽門螺桿菌的效果，同時