衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)課件實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)-(2)

1、第10章 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的統(tǒng)計(jì)學(xué)基本原則 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(design of experiment, DOE)順利進(jìn)行科學(xué)研究和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的先決條件獲得預(yù)期結(jié)果的重要保證 設(shè)計(jì)：專業(yè)設(shè)計(jì)：從各專業(yè)角度考慮實(shí)驗(yàn)的科學(xué)安排，選題、建立假說、確定研究對(duì)象和技術(shù)方法等；統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)：從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度考慮資料搜集、整理和分析的設(shè)計(jì)。- 設(shè)計(jì)類型、樣本含量、指標(biāo)和分析方法醫(yī)學(xué)科學(xué)研究方法:(1)觀察性研究 (observational study)又稱 非實(shí)驗(yàn)性研究(non-experimental study)或 對(duì)比研究(comparative study) - 非隨機(jī)化對(duì)比研究。以客觀、真實(shí)的觀察為依據(jù)，對(duì)觀察結(jié)果

2、進(jìn)行描述和對(duì)比分析；不能人為施加干預(yù)措施(即處理因素)；受試對(duì)象接受何種處理因素或同一處理因素的不同水平不是由隨機(jī)化而定的。 例如，農(nóng)村地區(qū)衛(wèi)生服務(wù)需求情況調(diào)查. - 觀察性研究的設(shè)計(jì)屬于調(diào)查設(shè)計(jì)(survey design) （2）實(shí)驗(yàn)性研究 (experiment study) 指研究者能夠人為給予干預(yù)措施的研究， 例如，健康教育能否預(yù)防小學(xué)生近視的研究。 小學(xué)生除每天做眼保健操外, 隨機(jī)分為試驗(yàn)組和對(duì)照組。試驗(yàn)組另給予預(yù)防近視的健康教育。觀察一段時(shí)間后，比較兩組小學(xué)生的視力變化。 -它的設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。 以下主要介紹實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的統(tǒng)計(jì)學(xué)部分 包括：基本要素、基本原則、常用設(shè)計(jì)方案、樣本含

3、量的估計(jì)和臨床試驗(yàn)設(shè)計(jì)10.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本概念其他 處理 對(duì)象 效應(yīng) 其他效應(yīng)10.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的三要素受試對(duì)象(object)，處理因素(treatment) 實(shí)驗(yàn)效應(yīng)(experimental effect) 例如，研究某藥對(duì)型糖尿病病人的降血糖效果。受試對(duì)象：型糖尿病病人處理因素：某藥實(shí)驗(yàn)效應(yīng)：血糖的變化值1處理(treatment)例：藥劑、手術(shù)方法、毒物（1）抓住主要處理因素（2）區(qū)分處理與非處理因素（3）處理因素必須標(biāo)準(zhǔn)化2受試對(duì)象動(dòng)物的選擇：種類、品系、年齡、體重、窩別、營(yíng)養(yǎng)病例的選擇：納入標(biāo)準(zhǔn)、剔除標(biāo)準(zhǔn)3效應(yīng)(effect)指標(biāo)的選擇：準(zhǔn)確(accuracy)；精密(p

4、recision) 靈敏(sensitivity)；特異(specificity)10.1.2 實(shí)驗(yàn)誤差及其特點(diǎn)隨機(jī)誤差及其特點(diǎn) 隨機(jī)誤差是由大量微小的偶然因素引起的不易控制的誤差； 大量重復(fù)觀察的情況下，隨機(jī)誤差呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性； 通過統(tǒng)計(jì)分析認(rèn)識(shí)客觀實(shí)際。非隨機(jī)誤差及其特點(diǎn) - 偏倚 (bias) 沒有規(guī)律，無法運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)行推斷; 來源于研究過程的各個(gè)階段; 一旦發(fā)生偏倚，事后往往無法糾正或彌補(bǔ). 10.1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的統(tǒng)計(jì)學(xué)原則10.1.3.1 對(duì)照 (control) 目的：比較的對(duì)象；控制實(shí)驗(yàn)誤差和系統(tǒng)誤差同期對(duì)照(concurrent control): 在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，

5、對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組應(yīng)始終處于同時(shí)同地基線(baseline) 比較: 對(duì)照組設(shè)立后，應(yīng)檢驗(yàn)兩組開始時(shí)的狀態(tài)是否均衡。 常用對(duì)照（1） 安慰劑（或空白）對(duì)照處理組： 其他處理 對(duì)象I 效應(yīng) 其他效應(yīng)對(duì)照組： 其他安慰劑 對(duì)象II 效應(yīng)（或空白） 其他效應(yīng) 安慰劑(placebo)無藥理作用的“假藥”或稱偽藥物(dummy medication)；外觀(劑型、大小、顏色)、重量、氣味及口味等與試驗(yàn)藥物一致。 目的： 1）克服研究者、受試對(duì)象、評(píng)價(jià)者等由于心理因素所形成的偏倚，控制安慰作用； 2）消除疾病自然進(jìn)程的影響，分離出由于試驗(yàn)藥物所引起的真正反應(yīng)。 安慰劑對(duì)照的使用要慎重，應(yīng)以不損害病人健康為前

6、提。 （2）實(shí)驗(yàn)對(duì)照 例如, 強(qiáng)化鐵預(yù)防缺鐵性貧血，實(shí)驗(yàn)組兒童用強(qiáng)化鐵醬油 (A+B)，對(duì)照組用普通醬油 (B)。處理組： 其他A+B 對(duì)象I A+B效應(yīng) 其他效應(yīng)對(duì)照組： 其他 B 對(duì)象II B效應(yīng) 其他效應(yīng) (3)相互對(duì)照 處理組： 其他A 對(duì)象I A效應(yīng) 其他效應(yīng)對(duì)照組： 其他B 對(duì)象II B效應(yīng) 其他效應(yīng) (4)自身對(duì)照例如,研究治療燒傷新藥，一部位用燒傷新藥，另一部位用其它公認(rèn)有效藥物； 其他A 對(duì)象 A效應(yīng) 其他效應(yīng)對(duì)照組： 其他B 對(duì)象 B效應(yīng) 其他效應(yīng) 注意：前后對(duì)照不是同期對(duì)照。在實(shí)驗(yàn)中同樣需要另外設(shè)立一個(gè)對(duì)照組，用處理前后效應(yīng)的差值來比較實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組: 實(shí)驗(yàn)組:減肥茶 對(duì)

7、照組:普通茶問題: 研究減肥茶的效果，以肥胖病人用藥前的體重作對(duì)照。妥否?(5)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照(standard control) 用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)值或參考值作對(duì)照-不好！(6)歷史對(duì)照 (historical control) 與本人或他人過去的研究結(jié)果作比較 - 不好！ 10.1.3.2 隨機(jī)化 (randomization) 隨機(jī)化 (randomization)目的： 對(duì)付大量不可控制非處理因素的另一個(gè)重要統(tǒng)計(jì)學(xué)手段； 防止有意無意的”搞鬼”; 對(duì)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)推斷的前提。 隨機(jī)化應(yīng)貫穿于研究設(shè)計(jì)和實(shí)施的全過程：1)抽樣的隨機(jī)化:總體中每個(gè)個(gè)體都有相同機(jī)會(huì)被抽到樣本中來。 保證所得樣本有代表性，使實(shí)

8、驗(yàn)結(jié)論具有普遍意義。 2)分組的隨機(jī)化:每個(gè)受試對(duì)象被分配到各組的機(jī)會(huì)相等。 保證受試對(duì)象的其他狀況在對(duì)比組間盡可能均衡，提高組間的可比性。3)實(shí)驗(yàn)順序的隨機(jī)化:每個(gè)受試對(duì)象先后接受處理的機(jī)會(huì)相等。 使實(shí)驗(yàn)順序的影響達(dá)到均衡。10.2 隨機(jī)化技術(shù) 10.3.1 隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生1）抽簽或擲硬幣 (已過時(shí))2）隨機(jī)數(shù)(random number)隨機(jī)數(shù)字表(現(xiàn)場(chǎng)用) 偽隨機(jī)數(shù)(pseudo random number, PRN)： 介于0和1之間均勻分布的數(shù)字 統(tǒng)計(jì)軟件中的偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器: 如果每次將種子數(shù)(seed number)設(shè)為一樣，產(chǎn)生的偽隨機(jī)數(shù)便具有重復(fù)性。 - 必須報(bào)告:用什么統(tǒng)計(jì)軟件

9、產(chǎn)生偽隨機(jī)數(shù)? 種子數(shù)? 10.3.2 隨機(jī)抽樣、隨機(jī)分組和隨機(jī)排序1）完全隨機(jī)化(complete randomization)步驟：編號(hào)、取隨機(jī)數(shù)、定組別 例1 試將同性別、體重相近的15只動(dòng)物分到A、B、C三組。(用隨機(jī)數(shù)字表) 先將動(dòng)物編號(hào)；從隨機(jī)數(shù)字表中任一行(如第16行)最左開始連續(xù)取15個(gè)兩位數(shù)字； 事先設(shè)定規(guī)則：每個(gè)兩位數(shù)字除以3，余數(shù)0、1和2分別對(duì)應(yīng)于A、B、C三組 2）分層隨機(jī)化 (stratified randomization) 完全隨機(jī)化并不能保證各組間一定達(dá)到良好的均衡性。 配對(duì)隨機(jī)化(paired randomization) 以對(duì)子為“層” 區(qū)組隨機(jī)化(blo

10、ck randomization) 以區(qū)組為“層”例2 為比較四種劑量的碘(A, B, C, D)對(duì)脾臟的影響。將小白鼠體重作為分層因素，試隨機(jī)分配處理。 事先規(guī)定：在同一層內(nèi)按隨機(jī)數(shù)由小到大排序的序號(hào)分組10.3 常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案 考察單個(gè)因素的效應(yīng)? 可選用 完全隨機(jī)設(shè)計(jì) 配對(duì)設(shè)計(jì) 交叉設(shè)計(jì) 隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì) 考察多個(gè)因素的效應(yīng)? 可選用 析因設(shè)計(jì)納入標(biāo)準(zhǔn)排除標(biāo)準(zhǔn)研究總體隨機(jī)化受試對(duì)象實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組一、完全隨機(jī)設(shè)計(jì) (completely randomized design)又稱 簡(jiǎn)單隨機(jī)分組設(shè)計(jì)(simple randomized design) 將同質(zhì)的受試對(duì)象隨機(jī)地分配到各處理組，再觀察

11、其實(shí)驗(yàn)效應(yīng)平衡設(shè)計(jì)(balanced design) ：各組樣本含量相等非平衡設(shè)計(jì)(unbalanced design)：各組樣本含量不等 二、配對(duì)設(shè)計(jì) (paired design)將受試對(duì)象按一定條件配成對(duì)子，再將每對(duì)中的兩個(gè)受試對(duì)象隨機(jī)分配到不同處理組。配對(duì)依據(jù)：可能影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的主要混雜因素動(dòng)物實(shí)驗(yàn)：窩別、性別、體重等作為配對(duì)條件臨床試驗(yàn)：病情輕重、性別、年齡、職業(yè)等作為配對(duì)條件。 在醫(yī)學(xué)科研中，配對(duì)設(shè)計(jì)主要有以下情形：1）將兩個(gè)條件相同或相近的受試對(duì)象配成對(duì)子(含同一個(gè)體的兩對(duì)稱器官或組織)，分別接受兩種不同的處理。例 欲研究國(guó)產(chǎn)禽流感疫苗的效果，將同種屬的雞按性別相同，月齡、體重相

12、近配成對(duì)子，隨機(jī)分成兩組，接受國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口疫苗。2）同一受試對(duì)象(人或標(biāo)本)分別接受兩種不同的處理。 3)前后配對(duì) ? - 同一受試對(duì)象接受一種處理的前后若僅觀察一組，則要求在處理因素施加前后的影響因素如氣候、飲食、心理狀態(tài)等要相同，但常常難于做到，故存在一定缺陷，現(xiàn)已不提倡單獨(dú)使用。配對(duì)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：抽樣誤差較小、 實(shí)驗(yàn)效率較高、 所需樣本含量也較小；配對(duì)設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)：配對(duì)失敗或配對(duì)欠佳時(shí)， 反而降低效率 三、交叉設(shè)計(jì)(cross-over design)兩種處理：A和B兩個(gè)階段：I和隨機(jī)分兩組：先A后B；先B后A優(yōu)點(diǎn)：不受個(gè)體差異的影響，適用于慢性病。缺點(diǎn)：受試對(duì)象一旦在某一階段退出試驗(yàn)，就會(huì)造

13、成該階段及其以后的數(shù)據(jù)缺失。四、隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)(randomized block design) 又稱隨機(jī)單位組設(shè)計(jì)、隨機(jī)配伍組設(shè)計(jì)。 b 個(gè)區(qū)組：很不相同 每個(gè)區(qū)組內(nèi)： k個(gè)受試對(duì)象 k 個(gè)處理：有待比較 將受試對(duì)象按性質(zhì)(如動(dòng)物的性別、體重，病人的病情、性別、年齡等非實(shí)驗(yàn)因素)相同或相近者組成b個(gè)區(qū)組(或稱單位組、配伍組);每個(gè)區(qū)組中的k個(gè)受試對(duì)象分別隨機(jī)分配到k個(gè)處理組中去。 例8-2 為探索丹參對(duì)肢體缺血再灌注損傷的影響，將30只純種新西蘭實(shí)驗(yàn)用大白兔，按窩別相同分為10個(gè)區(qū)組。每個(gè)區(qū)組的3只大白兔隨機(jī)接受三種不同的處理，即在松止血帶前分別給予丹參2ml/kg、丹參1ml/kg、生理鹽水

14、2ml/kg，并分別測(cè)定松止血帶前及松后1小時(shí)后血中白蛋白含量(g/L)，算出白蛋白的減少量如表8-4所示。問三種處理效果是否不同？五、析因設(shè)計(jì)(factorial design) 又稱完全交叉分組設(shè)計(jì) 將兩個(gè)或多個(gè)實(shí)驗(yàn)因素的各水平進(jìn)行組合; 對(duì)各種可能的組合都進(jìn)行實(shí)驗(yàn).例8-3 研究者欲研究煤焦油(因素A)以及作用時(shí)間(因素B)對(duì)細(xì)胞毒性的作用，煤焦油含量分為3ug/ml()和75ug/ml兩個(gè)水平，作用時(shí)間分別為6小時(shí)()和8小時(shí)()。將統(tǒng)一制備的16盒已培養(yǎng)好的細(xì)胞隨機(jī)分為四組，分別接受A、B不同組合情況下的四種處理(、和)，測(cè)得處理液吸光度的值(%)，結(jié)果如表8-7。試對(duì)該資料進(jìn)行分析

15、。優(yōu)點(diǎn)：1）全面高效性 以最小的實(shí)驗(yàn)次數(shù)探討各因素的主效應(yīng)，同時(shí)可獲得因素間的交互； 2） 通過比較各種實(shí)驗(yàn)組合，還能尋求最佳組合缺點(diǎn): 工作量較大；統(tǒng)計(jì)分析復(fù)雜10.4 臨床試驗(yàn)中的統(tǒng)計(jì)學(xué)原則臨床試驗(yàn)：在人體(病人或健康志愿者)中進(jìn)行的關(guān)于藥品(常為新藥)的系統(tǒng)性研究，前瞻性。主要目的：確定藥品的療效和安全性特點(diǎn)：1）以人為試驗(yàn)對(duì)象；2）對(duì)干預(yù)措施進(jìn)行前瞻性的追蹤研究；3）試驗(yàn)過程易受多種因素影響，可能有偏倚；4）試驗(yàn)病例需一定時(shí)間的積累 一、臨床試驗(yàn)概況1.臨床試驗(yàn)的分期 I期臨床試驗(yàn)：初步的臨床藥理學(xué)及人體安全性評(píng)價(jià)試驗(yàn) 在數(shù)名志愿者身上進(jìn)行，必要時(shí)可包括病人。觀察人體對(duì)于新藥的耐受程度

16、(tolerance)和藥物代謝動(dòng)力學(xué)(pharmacokinetics)，為制定給藥方案提供依據(jù)。期臨床試驗(yàn)：對(duì)新藥的有效性和安全性作出初步評(píng)價(jià)，推薦臨床給藥劑量。盲法的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)(randomized controlledtrial, RCT)期臨床試驗(yàn)：遵循隨機(jī)對(duì)照的原則，進(jìn)一步評(píng)價(jià)藥物的有效性、安全性。擴(kuò)大的多中心臨床試驗(yàn)(multi-centerClinical trials) 期臨床試驗(yàn)：在廣泛使用的條件下，考察藥品的療效和不良反應(yīng)。藥品上市后的監(jiān)測(cè)(post marketing surveillance)2. 病例報(bào)告表(case report form, CRF)表格文件，用

17、以記錄每一名受試對(duì)象在試驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù),一式三份，用不同顏色標(biāo)示，使用無碳復(fù)寫紙復(fù)寫內(nèi)容和格式簡(jiǎn)明確切。觀察項(xiàng)目：主要變量和相關(guān)信息。填寫者：對(duì)效應(yīng)的判斷有統(tǒng)一認(rèn)識(shí)、理解并直接接觸受試對(duì)象者。不應(yīng)涂改，如需更正，應(yīng)將原數(shù)據(jù)劃去，填上更正數(shù)據(jù)，并保證能看清，還需由更正者簽字并注明日期。各種實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)均應(yīng)記錄或?qū)⒃紙?bào)告粘貼在CRF上，在參考值范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)也應(yīng)記錄。對(duì)明顯偏離或在臨床可接受范圍以外的數(shù)據(jù)須加以核實(shí)，由研究者作必要的說明。 二、臨床試驗(yàn)設(shè)計(jì)的特殊問題臨床試驗(yàn)設(shè)計(jì)仍屬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的范疇，還需考慮其特殊的一面。隨機(jī)化方法 隨機(jī)化分組方案 分組方案的遮蔽(concealment)2. 盲法 -

18、 糾正偏倚的重要措施優(yōu)點(diǎn)：能夠避免受試對(duì)象和研究者的心理或精神因素影響，使評(píng)價(jià)、測(cè)量更為客觀。如條件許可，均應(yīng)采用盲法試驗(yàn)，雙盲不行，則單盲采用單盲或非盲均應(yīng)制訂控制偏倚的措施盲法常和安慰劑同時(shí)采用盲法應(yīng)自始至終地貫徹于整個(gè)試驗(yàn)之中： 編制盲底(blind codes)、試驗(yàn)藥品的編碼、受試對(duì)象入組用藥、研究者記錄試驗(yàn)結(jié)果和做出評(píng)價(jià)、監(jiān)察員(monitor)進(jìn)行檢查、數(shù)據(jù)管理直至統(tǒng)計(jì)分析盲底泄露，試驗(yàn)視作無效！ 充分保障受試對(duì)象的個(gè)人權(quán)益知情同意(informed consent)向受試對(duì)象提供詳細(xì)材料。不能強(qiáng)迫，受試對(duì)象同意后，須由受試者或其法定代理人在書上簽字并注明日期，執(zhí)行知情同意過程的

19、研究者或其代表也需在知情同意書上簽名，并注明日期。受試對(duì)象保留在任何時(shí)候退出試驗(yàn)的權(quán)利。 3. 多中心臨床試驗(yàn) 優(yōu)點(diǎn):可以在較短的時(shí)間內(nèi)搜集所需的病例; 病例范圍、臨床條件廣，結(jié)果具代表性實(shí)施：統(tǒng)一組織領(lǐng)導(dǎo)統(tǒng)一試驗(yàn)方案統(tǒng)一人員培訓(xùn)統(tǒng)一監(jiān)控措施4. 臨床試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)分析 設(shè)計(jì)、隨機(jī)化、樣本含量、指標(biāo)選擇、測(cè)量、盲法、倫理學(xué)要求 （1）按照治療意向 (intention-to-treat, ITT)做數(shù)據(jù)分析 根據(jù)臨床試驗(yàn)的要求，對(duì)經(jīng)隨機(jī)化并分配到各組的全部病例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，而不管其是否依計(jì)劃完成治療試驗(yàn)。對(duì)于未能觀察到全部療效的病例資料：把最后觀察到(脫落時(shí))的結(jié)果作為其療效 (carry forward of the last observation, CFLO)，這樣的數(shù)據(jù)集稱為全分析集(full analysis set) （2）符合方案 (per protocol, PP)的數(shù)據(jù)分析，對(duì)所有符合試驗(yàn)方案、依從性好(如服用試驗(yàn)用藥數(shù)量在該病例需要服用量的80%-120%)、試驗(yàn)期間未服用違禁藥、完成CRF規(guī)定填寫內(nèi)容的病例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，這樣的數(shù)據(jù)集稱為符合方案集(per protocol set)。對(duì)