第27-30章 醫(yī)學(xué)科學(xué)研究設(shè)計(jì)_第1頁
第27-30章 醫(yī)學(xué)科學(xué)研究設(shè)計(jì)_第2頁
第27-30章 醫(yī)學(xué)科學(xué)研究設(shè)計(jì)_第3頁
第27-30章 醫(yī)學(xué)科學(xué)研究設(shè)計(jì)_第4頁
第27-30章 醫(yī)學(xué)科學(xué)研究設(shè)計(jì)_第5頁
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文檔簡介

醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計(jì)學(xué)設(shè)計(jì)宇傳華yuchua@163.comhttp://S

內(nèi)容提要

一、研究設(shè)計(jì)的重要性

二、研究設(shè)計(jì)的基本類型三、研究設(shè)計(jì)的基本要素四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則一、研究設(shè)計(jì)的重要性

專業(yè)設(shè)計(jì):選題、查閱文獻(xiàn)、假說、預(yù)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì):研究對象(分組、設(shè)置對照、樣本含量)、處理因素、觀察指標(biāo)、數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制與管理、統(tǒng)計(jì)分析方法設(shè)計(jì)好:(1)既省又可靠(2)可估計(jì)和控制誤差(3)獲取多方面知識設(shè)計(jì)不好:(1)雜亂無章、雖多猶無 (2)只能羅列現(xiàn)象、無規(guī)律可言二、研究設(shè)計(jì)的基本類型

1.調(diào)查(Survey)研究(無干預(yù))

(第28章)被動地觀察、如實(shí)記錄2.實(shí)驗(yàn)(Experiment)研究(干預(yù))

(第29-30章)

受試對象:人——臨床試驗(yàn)(clinicaltrial)

動物——動物實(shí)驗(yàn)(animalexperiment

)臨床試驗(yàn):治療——臨床療效實(shí)驗(yàn)

預(yù)防——社區(qū)干預(yù)實(shí)驗(yàn)(communityinterventiontrial)兩種研究類型的區(qū)別與聯(lián)系三、研究設(shè)計(jì)的基本要素

(一)處理因素(treatmentfactor)(二)受試對象(subject)(三)實(shí)驗(yàn)效應(yīng)(experimentaleffect)降壓藥高血壓病人血壓值處理因素受試對象實(shí)驗(yàn)效應(yīng)其他因素其他效應(yīng)例:藥劑、手術(shù)方法、毒物確定處理因素的注意事項(xiàng):

(1)抓住實(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)化處理因素在整個(gè)試驗(yàn)過程中保持不變例如,不同時(shí)期的藥物批號,手術(shù)操作者熟練程度。(一)處理因素(treatmentfactor)(二)受試對象(subject)例:人、動物1.受試對象的選入標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定受試對象選入標(biāo)準(zhǔn)(eligibilitycriteria):納入標(biāo)準(zhǔn)(inclusioncriteria)、排除標(biāo)準(zhǔn)(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(yàn)輔助措施等。(三)實(shí)驗(yàn)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(biāo)表達(dá)。觀察指標(biāo)應(yīng)客觀、精確。1.客觀性:主觀指標(biāo)和客觀指標(biāo)。2.精確性:

準(zhǔn)確度(accuracy)或真實(shí)性(validity)——觀察值與真實(shí)值的接近程度,受系統(tǒng)誤差的影響。

常用指標(biāo):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(shí)觀察值與其均值的接近程度,受隨機(jī)誤差的影響。

常用指標(biāo):Kappa值、一致百分率準(zhǔn)確度與精密度四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則(一)隨機(jī)化原則(randomization)(二)對照原則(control)(三)重復(fù)原則(replication)(一)隨機(jī)化原則隨機(jī)分組:每個(gè)受試對象以機(jī)會均等的原則被隨機(jī)地分配到各個(gè)處理組中。隨機(jī)抽樣:總體中每一個(gè)觀察單位以機(jī)會均等的可能性被抽取。1.隨機(jī)化的意義

(1)隨機(jī)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(jī)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(jì)分析方法的需要。隨機(jī)與隨意隨機(jī):random機(jī)會均等,客觀性隨意:aswill隨主觀意愿,主觀性隨機(jī)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。隨機(jī)的三個(gè)含義分組隨機(jī)-均衡性每個(gè)研究對象有同等機(jī)會被分配到各處理組抽樣隨機(jī)-代表性總體中每個(gè)觀察個(gè)體有同等機(jī)會被抽取實(shí)驗(yàn)順序隨機(jī)-平衡順序或季節(jié)的影響每個(gè)研究對象先后接受處理的機(jī)會相同。2.隨機(jī)化的方法

(1)拋硬幣法“徽”與“字”

(2)擲骰子法6面1~6點(diǎn)

(3)抽簽法(捻鬮)(4)隨機(jī)數(shù)字表法(隨機(jī)數(shù)字法)(5)計(jì)算器(計(jì)算機(jī))產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)

幾種不同設(shè)計(jì)類型的隨機(jī)化分組:

(1)完全隨機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(2)配對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(3)隨機(jī)區(qū)組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(4)交叉設(shè)計(jì)完全隨機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

(completelyrandomexperimentdesign)將觀察單位完全隨機(jī)地分配到實(shí)驗(yàn)組與對照組或幾個(gè)對比組中去?!纠?】設(shè)有同性別的動物12頭,要求用隨機(jī)方法將其分為甲、乙兩組。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(jī)數(shù)字:對于每一個(gè)編號,依次由計(jì)算器(計(jì)算機(jī))產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)(共12次)。(3)歸組:事先規(guī)定將較小隨機(jī)數(shù)的6只動物分入甲組,其他6只動物分入乙組。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

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

Obsigroup

111281341471531651792811291021012211221262SAS輸出結(jié)果【例2】將【例1】中的12頭動物用隨機(jī)方法分配到甲、乙、丙三組中去。

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(jī)數(shù)字:對于每一個(gè)編號,依次由計(jì)算器(計(jì)算機(jī))產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)(共12次)。以上兩點(diǎn)與分成兩組完全相同。(3)歸組:事先規(guī)定將較小隨機(jī)數(shù)的4只動物分入甲組,將較大隨機(jī)數(shù)的4只動物分入丙組,其他4只動物分入乙組。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;

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

Obsigroup

111281341471532652792811291031012311231263SAS輸出結(jié)果

配對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

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

【例3】將已按近似條件配好的10對小白鼠,用隨機(jī)方法分配到實(shí)驗(yàn)組和對照組。

方法(1)編號:對小白鼠進(jìn)行對子編號,同時(shí)每個(gè)對子內(nèi)的二只小白鼠也分別編號。(2)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)字:對于每一組合編號,依次由計(jì)算器(計(jì)算機(jī))產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)(共20個(gè))。(3)歸組(對子內(nèi)兩只小白鼠的隨機(jī)):事先規(guī)定每個(gè)對子內(nèi)隨機(jī)數(shù)字較小者分配到對照組;隨機(jī)數(shù)字較大者分配到實(shí)驗(yàn)組。非同源配對隨機(jī)化分組Proc

planSeed=8546793122;

Factorspair=10

orderedtreat=2

random;

Output

out=b;Run;SAS程序

ThePLANProcedureFactorSelectLevelsOrderpair1010Orderedtreat22Random

pair-treat-1122123214125216127218219121012SAS輸出結(jié)果對照組實(shí)驗(yàn)組隨機(jī)區(qū)組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

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

配對設(shè)計(jì)的擴(kuò)展,故又稱配伍組設(shè)計(jì)

【例4】將【例1】中的12頭動物設(shè)計(jì)分為三個(gè)區(qū)組,進(jìn)行四種處理的比較。

方法(1)編號:對12頭動物進(jìn)行區(qū)組編號,同時(shí)每個(gè)區(qū)組內(nèi)的四頭動物也分別編號。(2)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)字:對于每一組合編號,依次由計(jì)算器(計(jì)算機(jī))產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)(共12個(gè))。(3)歸組(區(qū)組內(nèi)四頭動物的隨機(jī)):事先規(guī)定每一個(gè)區(qū)組內(nèi)隨機(jī)數(shù)字由小到大對應(yīng)動物分別分配到甲、乙、丙、丁處理組。Proc

plan

Seed=8546793122;

Factorsblock=3

orderedtreat=4

random;

Output

out=b;Run;SAS程序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

交叉設(shè)計(jì)

(cross-overexperimentdesign)每個(gè)受試者隨機(jī)地在兩個(gè)或多個(gè)不同試驗(yàn)階段分別接受指定的處理(試驗(yàn)藥或?qū)φ账?。

同源配對設(shè)計(jì)的擴(kuò)展優(yōu)點(diǎn):(1)控制個(gè)體間的差異,(2)減少受試者人數(shù)。

交叉設(shè)計(jì)

(cross-overexperimentdesign)隨機(jī)化分組1組2組

交叉設(shè)計(jì)

(cross-overexperimentdesign)1組2組【例5】某研究者擬采用交叉設(shè)計(jì)觀察A、B兩種藥物治療18例高血壓病患者的療效。

1.隨機(jī)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(jī)數(shù)字:由計(jì)算器(計(jì)算機(jī))產(chǎn)生18個(gè)隨機(jī)數(shù)。(3)歸組:隨機(jī)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。

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;

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

Obsigroup111211135149154163171218141921101621182121521310214172157216621713218182SAS輸出結(jié)果(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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(diǎn):簡單易行,但容易引起心理差異,從而影響實(shí)驗(yàn)效應(yīng)的測定。

——

安慰劑對照(placebocontrol)包括:空白對照、實(shí)驗(yàn)對照、標(biāo)準(zhǔn)對照、自身對照、相互對照、歷史對照(2)實(shí)驗(yàn)對照(experimentalcontrol):施加基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)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

(3)標(biāo)準(zhǔn)對照(standardcontrol):以現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)與正常人生理、生化指標(biāo)

——實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用較多2.對照的形式

(4)

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

2.對照的形式

(5)相互對照(inter-control):幾個(gè)實(shí)驗(yàn)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

(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

3.設(shè)立對照應(yīng)注意的事項(xiàng)(1)均衡對照組與實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)組應(yīng)處于同一空間和同一時(shí)間4.設(shè)立對照存在的問題

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

(空間不同步)

(3)對照不全(4)對照多余

(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(shí)驗(yàn)規(guī)模,延長實(shí)驗(yàn)時(shí)間,浪費(fèi)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(yàn)效能(Power,1-β)偏低,總體參數(shù)之間原本有差異也無法檢驗(yàn)出來。影響樣本含量大小的因素:資料的性質(zhì):計(jì)量—少,計(jì)數(shù)—多2.誤差的大小:小—少,大—多3.均衡性的好壞:好—少,壞—多4.實(shí)驗(yàn)效應(yīng)的強(qiáng)弱:強(qiáng)—少,弱—多5.干擾因素的多少:少—少,多—多樣本含量的估計(jì)時(shí),以上很多因素?zé)o法定量,所以通常是由犯I類錯(cuò)誤的概率α、檢驗(yàn)出實(shí)際差異的把握度1-β、個(gè)體值間的離散程度s、以及容許誤差d來確定樣本含量。五、抽樣方法常用的抽樣方法

1.

單純隨機(jī)抽樣2.系統(tǒng)抽樣3.分層抽樣4.整群抽樣1.單純隨機(jī)抽樣(simplerandomsampling)

先將總體的全部觀察對象編號,再利用抽簽或隨機(jī)數(shù)字表的方法隨機(jī)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(diǎn):計(jì)算誤差比較簡便;缺點(diǎn):對象較多時(shí),甚為復(fù)雜。抽樣步驟:(1)先將全校學(xué)生按點(diǎn)名冊編號,即編號為1、2、…、499、500;(2)對每個(gè)編號產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)字(共500個(gè)隨機(jī)數(shù))(3)事先規(guī)定隨機(jī)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(jī)抽取10%,即抽取50人。2.系統(tǒng)抽樣(systematicsampling)

按照一定的順序,機(jī)械地每隔若干個(gè)單位抽取一個(gè)單位的方法。又稱間隔抽樣,機(jī)械抽樣如按門牌號,每個(gè)10個(gè)號抽取用戶,。。。優(yōu)點(diǎn):節(jié)省抽樣時(shí)間和費(fèi)用。缺點(diǎn):在某些特殊情況下存在偏性。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(gè)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。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(jī)抽樣的方法從每個(gè)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(diǎn):抽樣誤差小,不同層可采用不同抽樣方法,各層可獨(dú)立進(jìn)行分析,各層間可進(jìn)行比較分析。缺點(diǎn):分層較多時(shí),調(diào)查和分析較麻煩。

4.整群抽樣(clustersampling)

按群體而不是按個(gè)體抽取觀察單位的抽樣方法。優(yōu)點(diǎn):在大規(guī)模調(diào)查中,易于組織,節(jié)省人力物力。缺點(diǎn):抽樣誤差大。各種抽樣方法的抽樣誤差順序:分層≤系統(tǒng)≤單純≤整群

六、系統(tǒng)誤差與控制方法

誤差(error):實(shí)測值與真值之差。隨機(jī)誤差:抽樣誤差不恒定、隨機(jī)、變化非隨機(jī)誤差非系統(tǒng)誤差:過失誤差系統(tǒng)誤差:方向性(一)系統(tǒng)誤差定義系統(tǒng)誤差(systematicerror)在一定實(shí)驗(yàn)條件下,由某種未發(fā)現(xiàn)或未確定的因素所引起觀測值具有方向性和系統(tǒng)性的誤差,又稱偏倚(bias)。

(二)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的常見原因儀器差異,方法差異,試劑差異,條件差異,順序差異,人為差異

(三)系統(tǒng)誤差類型及其控制

類型發(fā)生階段控制

選擇偏倚設(shè)計(jì)隨機(jī)化

測量偏倚實(shí)施盲法混雜偏倚分析配對、分層

七、盲法及其作用

(一)盲法的定義和分類定義:研究中使一方或多方不知道受試者治療分配的方法。分類:1.單盲(simpleblind)—受試者不知道己接受何種措施;2.雙盲(doubleblind)—受試者和觀察者均不知道受試者接受何種措施。(二)盲法的作用及注意事項(xiàng)

作用:消除非處理因素引起的誤差。

注意事項(xiàng):

1.雙盲法的實(shí)施較為復(fù)雜,要有一套嚴(yán)格的管理和監(jiān)督措施。

2.對于危急和重癥病人不能采用盲法。

總結(jié)一、研究設(shè)計(jì)的重要性二、研究設(shè)計(jì)的基本類型:實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),調(diào)查設(shè)計(jì)三、研究設(shè)計(jì)的基本要素—三要素處理因素,受試對象,試驗(yàn)效應(yīng)四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本

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