《医学统计概论》第27章 医学研究中的统计学设计基础课件.ppt

1、医学研究中的医学研究中的统计学设计基础统计学设计基础内容提要内容提要 一、研究设计的重要性一、研究设计的重要性 二、研究设计的基本类型二、研究设计的基本类型三、研究设计的基本要素三、研究设计的基本要素四、实验设计的基本原则四、实验设计的基本原则一、研究设计的重要性一、研究设计的重要性 专业设计专业设计：选题、查阅文献、假说、预试验选题、查阅文献、假说、预试验统计设计统计设计：研究对象（分组、设置对照、样本含量）、处理因素、研究对象（分组、设置对照、样本含量）、处理因素、观察指标、数据的质量控制与管理、统计分析方法观察指标、数据的质量控制与管理、统计分析方法设计好设计好：（1）既省又可靠）既省又

2、可靠 （2）可估计和控制误差）可估计和控制误差 （3）获取多方面知识）获取多方面知识设计不好设计不好：（1）杂乱无章、虽多犹无）杂乱无章、虽多犹无 （2）只能罗列现象、无规律可言）只能罗列现象、无规律可言二、研究设计的基本类型二、研究设计的基本类型 1.实验实验(Experiment)研究研究 (干预干预)受试对象：人受试对象：人临床试验临床试验（clinical trial）动物动物动物实验动物实验（animal experiment）临床试验：治疗临床试验：治疗临床疗效试验临床疗效试验 预防预防社区干预试验社区干预试验（community intervention trial）2.调查调查

3、(Survey)研究研究 (无干预无干预)被动地观察、如实记录被动地观察、如实记录 三、研究设计的基本要素三、研究设计的基本要素（一）受试对象（一）受试对象(subject)(subject)（二）处理因素（二）处理因素(treatment factor)(treatment factor)（三）实验效应（三）实验效应(experimental effect)(experimental effect)降压药降压药高血压病人高血压病人血压值血压值处理因素处理因素受试对象受试对象实验效应实验效应干扰因素干扰因素其他效应其他效应（一）受试对象（一）受试对象(subject)(subject)例：人、

4、动物等例：人、动物等1.1.受试对象的选入标准受试对象的选入标准明确规定受试对象选入标准（明确规定受试对象选入标准（eligibility criteria）：纳入标准）：纳入标准（inclusion criteria）、排除标准（）、排除标准（exclusion criteria）2.受试对象的控制受试对象的控制（1 1）受试对象的一致性）受试对象的一致性 人人年龄、性别、病情、病程等年龄、性别、病情、病程等 动物动物种系、年龄、性别、体重等种系、年龄、性别、体重等（2 2）受试对象影响因素的控制）受试对象影响因素的控制 季节、温度、湿度、生活环境、嗜好、季节、温度、湿度、生活环境、嗜好、试

5、验辅助措施等。试验辅助措施等。因素（因素（factor)与水平与水平(level)例：药剂、手术方法、毒物例：药剂、手术方法、毒物确定处理因素的注意事项确定处理因素的注意事项:（1 1）抓住实验中的主要因素）抓住实验中的主要因素 （2 2）明确处理因素和非处理因素）明确处理因素和非处理因素 病人对治疗的反应除了治疗因素外，还包括病人的心理状态、病人对治疗的反应除了治疗因素外，还包括病人的心理状态、生产、生活条件及社会心理因素等。后者可称为非处理因素。生产、生活条件及社会心理因素等。后者可称为非处理因素。（3 3）处理因素须标准化）处理因素须标准化 处理因素在整个试验过程中保持不变处理因素在整个

6、试验过程中保持不变例如，不同时期的药物批号，手术操作者熟练程度。例如，不同时期的药物批号，手术操作者熟练程度。（二）处理（二）处理(treatment)（三）实验效应（三）实验效应(experimental(experimental effect)effect)处理因素作用于受试对象的结果，通过观察指处理因素作用于受试对象的结果，通过观察指标表达。标表达。观察指标观察指标应客观、精确。应客观、精确。1.客观性：客观性：主观指标和主观指标和客观客观指标。指标。2.精确性：精确性：准确度准确度(accuracy)或真实性或真实性(validity)观察值观察值与真实值的接近程度，受与真实值的接近程

7、度，受系统误差系统误差的影响。的影响。常用指标：灵敏度、特异度 精密度精密度(precision)或可靠性（或可靠性（reliabiliy）或重复）或重复性（性（repeatability）重复观察时观察值与其均重复观察时观察值与其均值的接近程度，受值的接近程度，受随机误差随机误差的影响。的影响。准确度与精密度准确度与精密度 准确度和精密度都好 准确度差、精密度好 准确度？、精密度差 准确度和精密度都差 四、实验设计的基本原则四、实验设计的基本原则（一）随机化原则（一）随机化原则（randomizationrandomization）（二）对照原则（二）对照原则 (control)(contr

8、ol)（三）重复原则（三）重复原则 (replication)(replication)（一）对照原则（一）对照原则 1.对照的意义对照的意义：区分处理因素与非处理因素的效应，是区分处理因素与非处理因素的效应，是比较比较的必要基础的必要基础 药物治疗药物治疗例例:老年性慢性支气管炎老年性慢性支气管炎气候转暖气候转暖,自然缓解自然缓解消除和减少实验误差消除和减少实验误差 处理组：处理组：对照组：对照组：处理因素处理因素非处理因素非处理因素+处理效应处理效应+非处理效应非处理效应非处理因素非处理因素非处理效应非处理效应处理因素处理因素处理效应处理效应2.对照的形式对照的形式 (1)空白对照空白对照

9、(blank control)：对照组对照组不加任何处理因素不加任何处理因素。例如：实验组儿童接种疫苗，对照组儿童不接种疫苗。例如：实验组儿童接种疫苗，对照组儿童不接种疫苗。试剂空白、血样空白、无酶解空白、底物空白等。试剂空白、血样空白、无酶解空白、底物空白等。特点：特点：简单易行，但容易引起心理差异，从而影响实简单易行，但容易引起心理差异，从而影响实验效应的测定。验效应的测定。安慰剂对照安慰剂对照(placebo control)包括：空白对照、实验对照、标准对照、自身对照、包括：空白对照、实验对照、标准对照、自身对照、相互对照相互对照、历史对照、历史对照(2)实验对照实验对照(experi

10、mental control)：施加基础实验施加基础实验条件（非处理因素，如面包、烟薰剂）条件（非处理因素，如面包、烟薰剂）。含含赖氨酸赖氨酸面包面包+非处理因素非处理因素赖氨酸赖氨酸效应效应+面包效应面包效应+非处理因素效应非处理因素效应 面包面包+非处理因素非处理因素 面包效应面包效应+非处理因素效应非处理因素效应赖氨酸赖氨酸 赖氨酸赖氨酸效应效应中草药中草药+烟薰剂烟薰剂 与与 单纯烟薰剂单纯烟薰剂-空气灭菌空气灭菌2.对照的形式对照的形式 (3)标准标准对照对照(standard control)：以现有的标准以现有的标准或正常值作对照。或正常值作对照。例例新方法新方法 与与 传统方法

11、传统方法 患者患者生理、生化指标生理、生化指标 与与 正常人正常人生理、生化指标生理、生化指标 实验室应用较多实验室应用较多 2.对照的形式对照的形式 (4)自身自身对照（对照（self-control）：实验实验在同一受在同一受试对象上进行试对象上进行（同源配对设计、交叉设计）（同源配对设计、交叉设计）特点：特点：简单易行，使用广泛。简单易行，使用广泛。假定试验前后某些环境或自身因素保持不变。假定试验前后某些环境或自身因素保持不变。2.对照的形式对照的形式(5)相互相互对照（对照（inter-control）：几个实验组几个实验组互相作为对照互相作为对照例如：比较例如：比较几种药物几种药物治

12、疗同一疾病的疗效治疗同一疾病的疗效2.对照的形式对照的形式(3)历史历史对照对照：以过去的研究结果作对照。以过去的研究结果作对照。与本人或他人过去的研究结果作比较与本人或他人过去的研究结果作比较 不好！不好！2.对照的形式对照的形式 3.设立对照应注意的事项设立对照应注意的事项4.设立对照存在的问题设立对照存在的问题 (1)缺乏对照缺乏对照(2)缺乏适当的对照缺乏适当的对照:历史对照历史对照（时间不（时间不同步）同步）和和 中外对照中外对照（空间不同步）(3)对照不全对照不全(4)对照多余对照多余 （二）随机化原则（二）随机化原则随机分组随机分组：每个受试对象以机会均等的原则被随机地分配到各个

13、处理组中。随机抽样随机抽样：总体中每一个观察单位以机会均等的可能性被抽取。1.1.随机化的意义随机化的意义 （1）随机分组使两组样本在非处理因素方面尽可能一致，使处理因素产生的效应更加客观；（2）随机抽样使抽取的样本具有代表（总体）性，减少误差；（3）抽样研究理论和统计分析方法的需要。随机与随意随机与随意随机：随机：random random 机会均等，机会均等，客观性客观性随意：随意：as will as will 随主观意愿，主观性随主观意愿，主观性随机化分组，不仅能控制已知的混杂因素随机化分组，不仅能控制已知的混杂因素(非非研究因素研究因素)，而且还能控制未知的混杂因素。，而且还能控制未

14、知的混杂因素。随机的三个含义随机的三个含义分组随机分组随机均衡性均衡性每个研究对象有同等机会被分配到各处理组每个研究对象有同等机会被分配到各处理组抽样随机抽样随机代表性代表性总体中每个观察个体有同等机会被抽取总体中每个观察个体有同等机会被抽取实验顺序随机平衡顺序或季节的影响实验顺序随机平衡顺序或季节的影响每个研究对象先后接受每个研究对象先后接受处理的机会相同。处理的机会相同。2.2.随机化的方法随机化的方法 (1)(1)抛硬币法抛硬币法 “徽徽”与与“字字”(2)(2)掷骰子法掷骰子法 6面面 16 点点 (3)(3)抽签法抽签法 （捻阄）（捻阄）(4)(4)随机数字表法（随机数字表法（随机数

15、字法随机数字法）（5 5）计算器）计算器(计算机计算机)产生随机数产生随机数 随机数字表分组随机数字表分组例例 试将试将10头动物应用随机数字表分配到甲、乙两组。头动物应用随机数字表分配到甲、乙两组。按动物体重按动物体重编号编号从附表从附表3的第的第22行，第行，第1列列查查10个随机数个随机数定定双号为甲组，单号为乙组双号为甲组，单号为乙组 调整调整(使得两组样本含量相等使得两组样本含量相等)：再接着查一个：再接着查一个“6”以以内的随机数内的随机数(或除或除6后取余数后取余数)，以决定乙组中哪一号拨到，以决定乙组中哪一号拨到甲组。本例查得随机数为甲组。本例查得随机数为71，除，除6后余后余

16、5，即将甲组第，即将甲组第5个（个（7号）调到甲组。号）调到甲组。编号12345678910随机数74572565765929976860组别甲乙乙乙甲乙乙乙甲甲(三三)重复原则重复原则 重复重复(replication)是指各处理组与对照是指各处理组与对照组要有一定组要有一定样本含量样本含量(sample sizes)。无限地无限地增加样本含量增加样本含量，将加大实验规模，延长实验，将加大实验规模，延长实验时间，浪费人力物力，反而增加系统误差出现的可能性。时间，浪费人力物力，反而增加系统误差出现的可能性。样本含量不足样本含量不足，检验效能（，检验效能（Power，1）偏低，）偏低，总体参数之

17、间原本有差异也无法检验出来。总体参数之间原本有差异也无法检验出来。影响样本含量大小的因素影响样本含量大小的因素：1.资料的性质：计量资料的性质：计量少，计数少，计数多多 2.误差的大小：小误差的大小：小少，大少，大多多3.均衡性的好坏均衡性的好坏 ：好：好少，坏少，坏多多4.实验效应的强弱：强实验效应的强弱：强少，弱少，弱多多5.干扰因素的多少：少干扰因素的多少：少少，多少，多多多 样本含量的估计时，以上很多因素无法定样本含量的估计时，以上很多因素无法定量，所以通常是由犯量，所以通常是由犯I类错误的概率类错误的概率、检验出检验出实际差异的把握度实际差异的把握度1、个体值间的离散程度、个体值间的

18、离散程度s、以及容许误差、以及容许误差d d来确定来确定样本含量样本含量。五、抽样方法五、抽样方法 常用的抽样方法常用的抽样方法 1.单纯随机抽样单纯随机抽样 2.系统抽样系统抽样 3.分层抽样分层抽样 4.整群抽样整群抽样 1.单纯随机抽样单纯随机抽样(simple random sampling)(simple random sampling)先将总体的全部观察对象编号，再利用抽签或随先将总体的全部观察对象编号，再利用抽签或随机数字表的方法随机抽取观察对象组成样本。最机数字表的方法随机抽取观察对象组成样本。最基本的抽样方法基本的抽样方法,是其他抽样方法的基础是其他抽样方法的基础 优点：计算

19、误差比较简便；优点：计算误差比较简便；缺点：对象较多时，甚为复杂。缺点：对象较多时，甚为复杂。抽样步骤抽样步骤：（1）先将全校学生按点名册）先将全校学生按点名册编号编号，即编号为，即编号为1、2、499、500；（2）对每个编号）对每个编号产生一个随机数字（共产生一个随机数字（共500个随个随机数）机数）（3）事先规定随机数较）事先规定随机数较大（小）大（小）的的50人组成人组成样本。样本。例，调查某中学学生的血红蛋白含量，在全体例，调查某中学学生的血红蛋白含量，在全体500名学生中，随机抽取名学生中，随机抽取10%，即抽取，即抽取50人。人。2.系统抽样系统抽样(systematic sam

20、pling)(systematic sampling)按照一定的顺序，机械地每隔若干个单位抽取按照一定的顺序，机械地每隔若干个单位抽取一个单位的方法。一个单位的方法。又称又称间隔抽样间隔抽样，机械抽样机械抽样如按门牌号，每个如按门牌号，每个10个号抽取用户，。个号抽取用户，。优点：节省抽样时间和费用。优点：节省抽样时间和费用。缺点：在某些特殊情况下存在偏性。缺点：在某些特殊情况下存在偏性。例：欲从例：欲从15000名儿童中，抽取名儿童中，抽取750名组成样本。名组成样本。（1）求抽样间隔求抽样间隔1500075020/1，即每间隔，即每间隔20人抽取人抽取1个人；个人；（2）抽样抽样 编号，确

21、定在编号，确定在120号之间从何编号开始。然后号之间从何编号开始。然后每加每加 上上20抽取抽取1名儿童。名儿童。例如起始数字为例如起始数字为8，则第，则第8，28，48，68，号号儿童即构成所抽取的样本。儿童即构成所抽取的样本。3.3.分层抽样分层抽样(stratified sampling)(stratified sampling)先按某种特征将总体分为若干组别、类型先按某种特征将总体分为若干组别、类型或区域等（统称为或区域等（统称为“层层”），再用随机抽样的），再用随机抽样的方法从每个子总体中抽取样本。要求方法从每个子总体中抽取样本。要求“层内齐层内齐同，层间不同同，层间不同”。比例分层

22、法比例分层法，最优分层法，最优分层法 优点：抽样误差小，不同层可采用不同抽样优点：抽样误差小，不同层可采用不同抽样方法，各层可独立进行分析，各层间可进行方法，各层可独立进行分析，各层间可进行比较分析。比较分析。缺点：分层较多时，调查和分析较麻烦。缺点：分层较多时，调查和分析较麻烦。4.整群抽样整群抽样(cluster sampling)按群体而不是按个体抽取观察单位的抽样方法。按群体而不是按个体抽取观察单位的抽样方法。优点：在大规模调查中，易于组织，节省人优点：在大规模调查中，易于组织，节省人力物力。力物力。缺点：抽样误差大。缺点：抽样误差大。各种抽样方法的抽样误差顺序：各种抽样方法的抽样误差

23、顺序：分层分层系统系统单纯单纯整群整群 六、盲法及其作用六、盲法及其作用（一）盲法的定义和分类（一）盲法的定义和分类定义定义：研究中使一方或多方不知道受试者治：研究中使一方或多方不知道受试者治 疗分配的方法。疗分配的方法。分类分类：1.1.单盲单盲(simple blind)受试者不知受试者不知 道己接受何种措施；道己接受何种措施；2.双盲双盲(double blind)受试者和观受试者和观 察者均不知道受试者接受何种措施。察者均不知道受试者接受何种措施。（二）盲法的作用及注意事项（二）盲法的作用及注意事项 作用作用：消除非处理因素引起的误差：消除非处理因素引起的误差。注意事项注意事项：1.1

24、.双盲法的实施较为复杂，要有一套严格的双盲法的实施较为复杂，要有一套严格的 管理和监督措施。管理和监督措施。2.2.对于危急和重症病人不能采用盲法。对于危急和重症病人不能采用盲法。总总 结结一、研究设计的重要性一、研究设计的重要性二、研究设计的基本类型：二、研究设计的基本类型：实验设计，调查设计实验设计，调查设计三、研究设计的基本要素三、研究设计的基本要素三要素三要素受试对象，处理因素，试验效应受试对象，处理因素，试验效应.(.(注意：干扰因素）注意：干扰因素）四、实验设计的基本原则四、实验设计的基本原则三原则三原则对照原则，随机化原则，重复原则对照原则，随机化原则，重复原则Homework:有有1818只小白鼠只小白鼠,请按随机化方法将其请按随机化方法将其:1.1.分为分为A A、B B二个组进行实验；二个组进行实验；2.2.分为分为A A、B B、C C三个组进行实验；三个组进行实验；