13-醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計

1、第十三章 醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計,郭 艷2013-1-8,1.掌握醫(yī)學(xué)研究設(shè)計的原則、要素2.掌握常用的隨機概率抽樣方法及其應(yīng)用3.掌握調(diào)查表的制定與評價4.掌握樣本含量的估計及其影響因素5.熟悉調(diào)查設(shè)計的基本步驟、常用的調(diào)查方法6.了解調(diào)查研究的分類,目的和要求,統(tǒng)計工作有四個基本步驟: 統(tǒng)計設(shè)計、收集資料、整理和分析資料。,統(tǒng)計設(shè)計：包括對資料收集、整理和分析全過程總的統(tǒng)計設(shè)想和科學(xué)安排。可節(jié)省人力、物力

2、和時間；可控制實驗誤差；可提高實驗效率。 科研設(shè)計是實驗觀察過程的依據(jù)，是對數(shù)據(jù)處理的前提，也是提高科研成果質(zhì)量的一個重要保證。,根據(jù)觀察者是否主動施加干預(yù)而分為實驗與調(diào)查兩類：,實驗、試驗（Experiment，trial）：指由研究者主動地決定給予部分實驗對象某種處理，給予另部分對象某種對照處理的研究設(shè)計形式，這種處理的分配常常是隨機的。調(diào)查(Survey)：指對特定對象群體進行調(diào)查，影響被調(diào)查者的因素是客觀存在的

3、，研究者只能被動地觀察和如實記錄。,研究假說 （Hypothesis),對研究的現(xiàn)象或規(guī)律做出假定性的說明或推斷。形成假說的方法：求同法差異法共變法類推法剩余法,實驗設(shè)計三要素,研究對象（實驗單位）,,,,處理因素,,實驗效應(yīng),研究對象人（試驗，trial）動物(實驗， experiment),器官，組織有明確的納入標(biāo)準(zhǔn)和排除標(biāo)準(zhǔn)處理因素處理效應(yīng),實驗設(shè)計三要素,實驗設(shè)計三要素,處理因素（treatm

4、ent)人為控制的，根據(jù)研究目的施加于研究對象的外界干預(yù)，是主要的研究因素。多水平標(biāo)準(zhǔn)化（藥物的性質(zhì)、成分、批號、劑型、劑量、用法）非研究因素（用對照、隨機等方法加以控制）協(xié)變量混雜變量,實驗設(shè)計三要素,實驗設(shè)計三要素,實驗效應(yīng)（outcome)結(jié)局指標(biāo)（measurement)主觀客觀精確（準(zhǔn)確度，精確度）靈敏（sensitive),實驗設(shè)計三要素,調(diào)查設(shè)計是統(tǒng)計研究設(shè)計的很重

5、要組成部分,是醫(yī)學(xué)科學(xué)研究重要手段,它的主要特點：1) 研究過程中沒有人為施加干預(yù)措施,而是客觀地觀察記錄的某些現(xiàn)象的現(xiàn)狀的相關(guān)特征.這里的研究因素是客觀存在的;2) 有些混雜因素不能通過隨機分組的方法來平衡,如擬了解和比較甲、乙兩地環(huán)境條件對食管癌死亡率水平的影響。 將具有這些特點的研究統(tǒng)稱為調(diào)查研究。,調(diào)查問卷的評價,效度（validity)：是指問卷所能反映調(diào)查對象真實情況的程度，又稱為準(zhǔn)確度或真實性。信度(re

6、liability)：是指在相同條件下對同一調(diào)查對象重復(fù)測量結(jié)果的一致程度，又稱為精密度或可靠性?？山邮苄?acceptability)：被訪者對調(diào)查表的接受程度(內(nèi)容、時間）。,調(diào)查問卷的評價,2024/3/20,公共衛(wèi)生學(xué)院 醫(yī)學(xué)統(tǒng)計與流行病學(xué)系,12,問卷評價,信度,效度,重測信度,測評者間一致性,內(nèi)部信度,表面效度,內(nèi)容效度,結(jié)構(gòu)效度,,,,,,,,,*標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)效度,*區(qū)分效度,2024/3/20,12,調(diào)查問

7、卷的評價,對照的形式,(一)空白對照 (二)實驗對照 (三)標(biāo)準(zhǔn)對照(四)自身對照 (五) 相互對照,(一)對照 (二)均衡 (三)隨機(四)重復(fù),醫(yī)學(xué)研究設(shè)計的四原則,一、對照的原則,有比較才有鑒別。,對照的意義 ：,①指設(shè)立對照組以排除非處理因素而顯示出處理的效應(yīng)。,②消除和減少實驗誤差 。,處理組：,對照組：,比較結(jié)果：,,(一)空白對照 (二)實驗對照 (三)標(biāo)準(zhǔn)對照(四)自身對照 (五) 相互對照,對

8、照的形式,對照的形式,(一)空白對照（略）： 對照組不加任何處理因素。 例： 實驗組兒童接種疫苗， 對照組兒童不接種疫苗。,特點： 簡單易行，但容易引起心理差異，從而影響實驗效應(yīng)的測定。,對照的形式,(二)實驗對照（略）： 施加基礎(chǔ)實驗條件（非處理因素）。,例：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→

9、 面包效應(yīng)+非處理因素效應(yīng),賴氨酸 賴氨酸效應(yīng),,對照的形式,(三)標(biāo)準(zhǔn)對照： 以現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)或正常值作對照。,例 ①某種新的方法能否代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法的研究； ②某病患者與正常人同一項生理、生化指標(biāo)對照等。,注意：實驗條件應(yīng)一致 。 標(biāo)準(zhǔn)組應(yīng)能代表當(dāng)時療法的水平。,對照的形式,(四)自身對照：在同一受試對象上進行。 特點：簡單易行，使用

10、廣泛。但若試驗前后某些環(huán)境或自身因素發(fā)生改變，并且會影響試驗結(jié)果，就難以說明問題。,(五) 相互對照 ：幾個實驗組互相對照。例：比較幾種藥物治療同一疾病的療效。,二、均衡的原則,指實驗組與對照組的非處理因素均衡一致。即對照組除了處理因素外，其它條件應(yīng)與實驗組完全一致和基本一致，即所謂保持實驗條件的均衡或齊同原則(balance)。 均衡性越好越能顯示出處理因素的作用，消除非處理因素對結(jié)果的影響。,均衡的原則,例：試用A

11、DI藥物預(yù)防腸道傳染病的效果觀察設(shè)計。,方案一： 甲幼兒園(100人) 服ADI，腸道傳染病↓ 乙幼兒園(100人) 不服ADI，腸道傳染病↑,分析：甲乙幼兒園的非處理因素（食堂衛(wèi)生條件、兒童衛(wèi)生習(xí)慣）如不相同，則不均衡。,均衡的原則,甲幼兒園（100人） 服ADI（50人） 不服ADI（50人） 乙幼兒園（100人） 服ADI（50人）

12、 不服ADI（50人）,方案二：,三、隨機的原則,在實驗中，許多混雜因素是沒辦法完全達到均衡的，而且許多因素事先無法預(yù)知會影響實驗結(jié)果，也就未能在設(shè)計時加以控制。這些因素在組間的均衡就依賴于隨機化來保障。,隨機化原則 (randomization)： 隨機≠“隨便”, 指每個受試對象以機會均等的原則隨機地分配到試驗組和對照組。 目的：使各組非實驗因素的條件均衡一致，以消除對實驗結(jié)果的影響。,四、重

13、復(fù)的原則,重復(fù)(replication)：指各處理組與對照組的例數(shù)要有一定數(shù)量，表現(xiàn)為實驗例數(shù)（樣本含量）的大小和重復(fù)次數(shù)的多少?？煞乐古既恍曰蚯珊系默F(xiàn)象。 要求：必須在保證實驗具有一定的可靠性條件下，確定最少的試驗例數(shù)。,常用隨機抽樣方法（概率抽樣）,概率抽樣方法主要包括： 單純隨機抽樣 系統(tǒng)抽樣 整群抽樣 分層抽樣,1.單純隨機抽樣（simple random sampling) 優(yōu)點：均數(shù)、率及其標(biāo)

14、準(zhǔn)誤計算簡便。 簡便易行，適用小樣本。 缺點：當(dāng)總體中例數(shù)多時，對觀察單位進行編號不易操作，在實際工作中有時難以實現(xiàn)。 方法：抽簽，用隨機數(shù)字表和隨機排列表，用計算機。例14-5 抽樣參加夏令營活動，某班有學(xué)生100人，若抽取為10人參加夏令營，試作單純隨機抽樣設(shè)計。,2.系統(tǒng)抽樣（systematic sampling) 例14.6 欲調(diào)查某社區(qū)貧血患

15、病情況,該社區(qū)有居民1000人,試按系統(tǒng)抽樣方法,抽取例數(shù)為100的樣本. 先將1000名居民按某一特征的順序編號,N為1000,n=100,抽樣間隔1000/100=10,在1~10之間隨機確定一個數(shù)字,譬如7,每間隔10個觀察單位抽取一個,即7、17、27、… 、997組成樣本。,系統(tǒng)抽樣的優(yōu)點：1）易于理解，簡便易行； 2）容易得到一個按比例分配的樣本； 3）樣本觀察單位在總體中分布均勻，其抽樣

16、誤差一般小于單純隨機抽機抽樣。缺點：1）當(dāng)總體的觀察單位按順序有周期趨勢或單調(diào)增（減）趨勢時，容易產(chǎn)生明顯的系統(tǒng)誤差（偏倚）；2）在實際工作中，一般按單純隨機抽樣方法估計其抽樣誤差，但系統(tǒng)抽樣抽取各個觀察單位并不是彼此獨立的，因此抽樣誤差的估計只是近似的。,3.整群抽樣（cluster sampling) 先將總體按照某種與研究無關(guān)的特征劃分為K個“群”組，每個群組包括若干觀察單位，然后抽取k個“群”，抽取的各個群的

17、全部觀察單位組成樣本。,優(yōu)點： 便于組織、節(jié)省經(jīng)費，容易控制調(diào)查質(zhì)量。缺點：當(dāng)樣本含量一定時，其抽樣誤差一般大于單純隨機抽樣，這是因為樣本觀察單位不是均勻散布在總體中。 為降低抽樣誤差，可采用增加抽取的“群”數(shù)，減少“群”內(nèi)觀察單位數(shù)的方法進行抽樣，即重新劃分“群”，使每個“群”更小。,4.分層抽樣（stratified sampling),先按對觀察指標(biāo)影響較大的某種特征，將總體分為若干類別，再從每一層內(nèi)

18、隨機抽取一定數(shù)量的觀察單位，合起來組成樣本。,分層抽樣的優(yōu)點：A：抽樣誤差小于前三種，樣本的代表性好B：便于對不同層采用不同的抽樣方法C：便于對各層獨立進行分析,在實際調(diào)查研究中常常將兩種或幾種抽樣方法結(jié)合起來使用。 各抽樣方法的抽樣誤差一般是：整群抽樣?單純隨機抽樣?系統(tǒng)抽樣?分層抽樣 樣本含量的估計的目的是在保證一定精度和檢驗效能的前提下，確定最少的觀察單位數(shù)（下章具體討論）。

19、,在實際調(diào)查研究中常常將兩種或幾種抽樣方法結(jié)合起來使用。 各抽樣方法的抽樣誤差一般是：整群抽樣?單純隨機抽樣?系統(tǒng)抽樣?分層抽樣 樣本含量的估計的目的是在保證一定精度和檢驗效能的前提下，確定最少的觀察單位數(shù)（下章具體討論）。,,從抽取樣本的方式分,概率抽樣(單純隨機抽樣、系統(tǒng)抽樣、分層抽樣、整群抽樣)非概率抽樣(偶遇抽樣、判斷抽樣、定額抽樣、雪球抽樣),決定樣本含量的四要素：,第一類

20、錯誤的概率?，即檢驗水準(zhǔn)。檢驗效能1-?。容許誤差??？傮w變異度?。,樣本含量估計的要素,⑴第一類錯誤的概率?，即檢驗水準(zhǔn)。 ?越小，所需樣本含量越多。 一般取?=0.05，還應(yīng)明確單雙側(cè)。,⑵檢驗效能1-?。 ?為第二類錯誤的概率，即H0為假，但錯誤接受它的概率（假陰性）。1-?表示在特定的?水準(zhǔn)下，H1為真時檢驗?zāi)苷_發(fā)現(xiàn)的能力。 1-?越大，所需樣本含量越多。通常取?=0.1或0.2，即1-?

21、=0.9或0.8，一般1-?不能低于0.75。,⑶容許誤差 ?：相比較的兩個總體間某參數(shù)的差別所允許的限度，如?=μ1-μ2，或?=π1-π2。 ?越小，所需樣本含量越多。 一般用希望發(fā)現(xiàn)或需控制的樣本和總體間或兩個樣本間某統(tǒng)計量的差別所代替。 ?的確定：可作預(yù)實驗或用專業(yè)上有意義的差值代替。,⑷總體變異度?。 ?越大，所需樣本含量越多。 通常根據(jù)預(yù)實驗、查閱文獻和專業(yè)知識判斷。,誤差來源及其控制

22、方法,誤差來源（1）非抽樣誤差（人為因素）過失誤差（記錄，計算，理解，隱瞞誤差或錯誤）系統(tǒng)誤差（選擇偏倚，測量偏倚，混雜偏倚）（2）抽樣誤差抽樣誤差不可避免，但可控制。,誤差來源及其控制方法,控制誤差的方法（1）設(shè)計階段質(zhì)量控制利用實驗設(shè)計的原則：均衡、隨機，比如采取配對或隨機區(qū)組設(shè)計減少混雜偏倚。（2）資料收集階段質(zhì)量控制研究人員的選擇和培訓(xùn)，盲法觀察，定期檢查研究記錄，檢查研究對象的依從性（3）資料整理與分析階段

23、質(zhì)量控制,在臨床試驗中，研究者或受試者均可給實驗效應(yīng)帶來影響，造成偏倚（bias） 。 盲法設(shè)計分單盲和雙盲法。單盲法是讓受試者不知道自已接受何種處理；雙盲法是受試者和實驗者都不知受試者接受何種處理。,盲法設(shè)計（blindness design）,安慰劑常與雙盲法配合使用，它是清除安慰作用的一種有效方法。 保密是盲法的關(guān)鍵。,資料的統(tǒng)計分析,資料整理與分析階段質(zhì)量控制統(tǒng)計分析前進行（1）問卷核對（2）雙機錄入數(shù)

24、據(jù)統(tǒng)計分析（3）分層分析、多因素分析（調(diào)整和控制混雜因素）,資料的統(tǒng)計分析,數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制（1）核查（人工，計算機邏輯性核查）（2）異常值(outlier)的處理 有無法糾正的邏輯性錯誤，刪除該數(shù)據(jù)。 剔除、包含異常值各做一次分析，比較結(jié)果，如果結(jié)果不互相矛盾，則可不剔除該數(shù)據(jù)。（3）缺失值（missing value) 缺失比例不能太大，否則數(shù)據(jù)不完整，質(zhì)量不可靠。 填補缺失值。,統(tǒng)計分析方法：

25、定量資料：兩組---t 檢驗、秩和檢驗 多組---方差分析或秩和檢驗無序分類資料：兩組--- χ2檢驗或Fisher’s exact test 多組--- χ2檢驗或Fisher’s exact test有序分類(等級)資料： --- 秩和檢驗,,總體的定義,,,,明確研究總體和調(diào)查對象,,確定抽樣方法,,確定觀測指標(biāo)和調(diào)查項目,,選擇調(diào)查方式,,,制

26、定調(diào)查組織計劃,,,制定整理、分析計劃,統(tǒng)計結(jié)論+專業(yè)結(jié)論,,根據(jù)研究目的,,,,,預(yù)調(diào)查修改調(diào)查表,,,總結(jié),（1）實驗設(shè)計的三要素研究對象、處理因素、處理效應(yīng)（2）研究設(shè)計的四原則對照、隨機、均衡、重復(fù)（3）常用的隨機抽樣方法及應(yīng)用單純隨機抽樣、系統(tǒng)抽樣、整群抽樣、分層抽樣抽樣誤差排序：整群抽樣?單純隨機抽樣?系統(tǒng)抽樣?分層抽樣,總結(jié),（4）誤差來源非抽樣誤差、抽樣誤差（5）影響樣本量估計的四個要素第一類