醫(yī)學科研的統(tǒng)計設計與數(shù)據(jù)處理

1、醫(yī)學科研的統(tǒng)計設計與數(shù)據(jù)處理,醫(yī)學科學研究的基本程序,完整的醫(yī)學研究課題設計，必須包括如下內(nèi)容：擬探索和解決的醫(yī)學問題以及明確而具體的目標；科學假說及其依據(jù)；設計方案和技術路線；必要的信息及條件保障。 從統(tǒng)計學角度來講，研究設計的基本內(nèi)容包括：確定設計類型，確定研究總體及樣本，擬定觀察指標及測量方法，資料的可靠性及質量控制，數(shù)據(jù)的管理及統(tǒng)計分析計劃等。,基本程序,統(tǒng)計學在醫(yī)學科研中的應用,專業(yè)設計階段：觀察

2、指標，影響因素統(tǒng)計設計階段：分組因素，控制因素搜集數(shù)據(jù)階段：統(tǒng)一采集標準，質量控制數(shù)據(jù)分析階段：實驗設計資料，觀察性資料提出觀點、結論和撰寫論文階段：p值的大小， p值的可靠性，統(tǒng)計結論與專業(yè)結論,A science dealing with the collection,analysis,inter-pretation,and presentation of masses of numerical data------Webs

3、ter’s International Dictionary The science and art of dealing with variation in data through collection ,classification and analysis in such a way as to obtain reliable results. ------ Last JM (Dictionary of epidemiolo

4、gy),不明于計數(shù)而欲舉大事，猶無舟楫而欲經(jīng)于水，險也。舉事必成，不知計數(shù)不可。-----管仲學者不能離開統(tǒng)計而研學，政治家不能離開統(tǒng)計而施政，事業(yè)家不能離開統(tǒng)計而執(zhí)業(yè)。-----馬寅初Statistics are the only tools by which an opening may be cut through the formidable thicket of difficulties that bars the pat

5、h of those who pursue the Science of Man. -----F. Galton,To call in the statistician after the experiment is done may be no more than asking him to perform a postmortem examination: he may be able to say what the experim

6、ent died of. -----R.A.Fisher“非常痛心地看到，因為數(shù)據(jù)分析的缺陷和錯誤，那么多好的生物研究工作面臨著被葬送的危險” 。 ----- F. Yates，M.J.R. Healy,研究類型常用醫(yī)學統(tǒng)計方法統(tǒng)計方法的選擇統(tǒng)計方法綜合運用實例常見錯誤案例討論,醫(yī)學科研的統(tǒng)計設計與數(shù)據(jù)處理----常用醫(yī)學統(tǒng)計方法,一、研究類型,不同的分類標準有不同的類型：研究的目的：驗證性研究，探索性研究；研究的形式

7、：觀察性研究，實驗性研究；研究的指標：單因素研究，多因素研究；研究的時限：前瞻性研究，回顧性研究， 橫斷面研究；研究的對象：社區(qū)研究臨床研究，實驗研究。,Table 1. Classification of study designs.,Table2 A classification of biomedical research reports,醫(yī)學研究的研究類型分類示意圖

8、,分 類,是否施加干預（處理）,,否,是,,觀察性研究,實驗性研究,（一）實驗性研究,根據(jù)資料性質、分析目的、實驗設計類型可找到對應的統(tǒng)計方法,1.實驗設計基本原理,空白對照時分析處理因素效應T + S1 　E + e1O + S2　 O’+ e2 T 　E,,,,,,,,,處理因素單因素實驗多因素實驗非處理

9、因素可控制未知或不可控制實驗單位固定非固定實驗效應,實驗設計三要素,實驗設計三原則,實驗類型：根據(jù)處理因素，控制因素和實驗單位特征,,,數(shù)據(jù)結構：實驗單位：case觀察指標：dependent分組因素：factor控制因素：covariate,例1 研究三種抗癌藥物對小白鼠肉瘤抑瘤效果，將15只小白鼠按完全隨機分組方法等分到A、B、C三組，分別接受甲、乙、丙三種抗癌藥物。,例2 研究3種抗癌藥物對小白鼠肉瘤抑瘤效果，

10、將小白鼠體重作為分層（區(qū)組）因素，將15只小白鼠按區(qū)組隨機化分組方法分到A、B、C三組，分別接受甲、乙、丙三種抗癌藥物。,（2）多因素實驗,析因設計：處理為全面組合 正交設計：處理為部分組合裂區(qū)設計：實驗單位分級 嵌套設計：處理因素分組,例3 比較甲、乙、丙、丁四種飼料對小白鼠體重的影響。實驗對象為8窩小白鼠，每窩4只，應采用何種實驗設計方法？如果四種飼料是由脂肪含量和蛋白含量兩個因素復合組成，研究目的是要分別分析脂肪含量高低、蛋

11、白含量高低對小鼠體重的影響，應采用何種實驗設計方法？,第一種情況：單處理因素實驗設計，為控制非處理因素小白鼠窩別影響，應采用隨機區(qū)組設計（配伍組設計）。其方差分析表的部分內(nèi)容如下：,第二種情況：為多處理因素實驗設計，根據(jù)研究目的，應采用隨機區(qū)組析因設計。其方差分析表的部分內(nèi)容如下：,例4 某眼科實驗，以家兔作為一級實驗單位，分別注射三種全身藥物a1，a2，a3 ；以每只兔的雙眼作為二級實驗單位，分別復制輕重不同的兩種損傷b1,b2；觀察

12、指標為兔眼房水中環(huán)核甘酸含量。試進行實驗設計。,例6 試驗甲、乙、丙三種催化劑在不同溫度下對某化合物的轉化作用。由于各催化劑所要求的溫度范圍不同，應如何設計？,兩因素嵌套設計（I=3,J=3,r=2),3.常用實驗設計模型,完全隨機設計,隨機區(qū)組設計,拉丁方設計,析因設計,嵌套設計,（二）觀察性研究,相應觀察研究的統(tǒng)計分析方法擬合較為復雜的統(tǒng)計模型,描述性研究：橫斷面研究 分析性研究 ： 病例對照研究，隊列研究,1.橫斷面研究,2

13、. 病例對照研究,,3.隊列研究,（三）臨床試驗研究,研究性質：實驗性研究 特點：患者的依從性 ，“失訪”，倫理學問題（《赫爾辛基宣言》：“尊重人，有利，公正”三條基本倫理原則 ，倫理委員會的批準或準許 ，知情同意。）,二、常用統(tǒng)計分析方法,常用統(tǒng)計分析方法,,統(tǒng)計描述—指標，圖，表,單變量資料計量資料 ：統(tǒng)計圖表，平均水平指標，離散程度指標計數(shù)資料與等級資料：統(tǒng)計圖表，相對數(shù)（比、比例、率 ）雙變量資料：散點圖，相關系數(shù)，

14、回歸系數(shù)多變量資料：相關系數(shù)矩陣，均數(shù)向量，方差協(xié)方差矩陣，距離（例如：Mahalanobis）；輪廓圖，聚類圖,隨訪資料：將事件發(fā)生的結果和隨訪時間兩個因素結合在一起的資料：生存曲線圖，壽命表 ，K年生存率角度資料或圓形分布資料：平均角，角離差，散布圖,參數(shù)估計,點估計（point estimation ）總體均數(shù)的點估計總體率的點估計 OR、RR的點估計 區(qū)間估計（interval estimation）總體均數(shù)的區(qū)間

15、估計總體率的區(qū)間估計OR、RR的區(qū)間估計,假設檢驗,目的差別等效關系（互依關系，依存關系）基本步驟建立檢驗假設與備擇假設，確定檢驗水準計算檢驗統(tǒng)計量確定P值，統(tǒng)計推斷，專業(yè)推斷,三、統(tǒng)計方法的選擇,反應變量為單變量，雙變量，多變量反應變量類型：定量變量，定性變量，等級變量處理因素多少：單因素試驗，多因素試驗設計類型 ：完全隨機，隨機區(qū)組，拉丁方等處理的組別：單樣本、兩樣本或多樣本 檢驗方法的前提條件,單變量計

16、量資料的分析思路示意圖,單變量計數(shù)資料的分析思路示意圖,單變量等級資料的分析,單變量等級資料的分析思路示意圖,雙（多）變量資料的分析思路示意圖,1.若應變量Y為數(shù)值型隨機變量，且服從正態(tài)分布，自變量滿足多元正態(tài)分布，可選多元回歸分析或多元逐步回歸分析 ?；貧w方程形如Y = β0＋β1 X 1＋β2 X 2＋…＋βi X i＋…＋βm X m 2.若因變量Y為分類變量（二分類或多分類），且以判別分類為主要目的，自變量滿足多元正態(tài)分布，

17、可選判別分析或逐步判別分析。判別函數(shù)形如,Y 1=β10＋β11 X 1＋β12 X 2＋…＋β1i X i＋…＋β1m X m Y 2=β20＋β21 X 1＋β22 X 2＋…＋β2i X i＋…＋β2m Xm: : : : : : : :Y n=β10＋βn1 X 1＋βn2 X 2＋…＋βni X i＋…＋βnm X m3. 若因變量Y為生存時間，并含有截尾數(shù)據(jù)，可選Co

18、x模型做生存分析，風險函數(shù)形如ln[h(t)/h0(t)] =β1 X 1＋β2 X 2＋…＋βi X i＋…＋βm X m 4.若因變量Y為二分類變量或多分類變量，且以分析危險因素為主要目的，如果為配比設計，選條件Logistic回歸；如果無配比設計，選非條件Logistic回歸?；貧w模型形如ln[P/(1-P)] =β0＋β1 X 1＋β2 X 2＋…＋βi X i＋…＋βm X m,1.聚類分析：將變量或觀察單位劃分為性質相

19、近的k類2.主成分分析：尋找綜合指標3.因子分析：尋找潛變量4.典型相關分析：兩組變量之間的相關,影響假設檢驗方法選用的因素： ① 研究目的： 找差異；找關系；其它 ② 研究因素的多少： 單因素；兩因素；多因素 ③ 研究的組數(shù)（水平數(shù)）的多少：兩組；多組 ④ 效應變量的多少：單變量，雙變量，多變量； ⑤實驗設計類型成組；配對；配伍

20、組；析因設計； ⑥資料特征與分布： 檢驗統(tǒng)計量 ⑦樣本含量大小：,,,,,,,,,四、統(tǒng)計方法綜合運用實例,例1 根據(jù)2001年進行的大規(guī)模調查，已知某地健康青年男子身高均數(shù)為168.34cm，體重均數(shù)為57.20kg，同年在該地應征男性青年中隨機抽取120名男子，測得其身高、體重資料見表1，試對該資料進行統(tǒng)計分析？,1.本例的身高、體重頻數(shù)分布情況及Q-Q圖。,身高近似服從正態(tài)分

21、布,體重呈偏態(tài)分布,2. 計算基本統(tǒng)計量,3.統(tǒng)計分析身高：服從正態(tài)分布，描述分布：均數(shù)及標準差，參考值范圍估計（正態(tài)分布法）參數(shù)估計：總體均數(shù)的可信區(qū)間統(tǒng)計推斷 ：單樣本t檢驗 ，單樣本u檢驗,,體重 ：不服從正態(tài)分布，描述分布：中位數(shù)及四分位數(shù)間距 ，參考值范圍估計（百分位數(shù)法） 參數(shù)估計：總體均數(shù)的可信區(qū)間統(tǒng)計推斷 ：單樣本t檢驗 ，單樣本u檢驗，Wilcoxon符號秩檢驗 身高和體重兩變量間相關分析：Spearm

22、an等級相關分析,例2 某研究所為研究某藥物的抑癌作用，使一批小白鼠致癌后，將一批致癌小白鼠40只按完全隨機設計的方法分為四組，A、B、C三個試驗組和一個對照組，分別接受不同的處理。A、B、C三個試驗組，分別注射0.5m1、1.0m1和1.5m1 30%的注射液，對照組不用藥。經(jīng)一定時間以后，測定四組小白鼠的腫瘤重量(g)，測量結果見表2。試進行統(tǒng)計分析。,表2 某藥物對小白鼠抑癌作用(腫瘤重量，g)的試驗結果,1. 單因素方差分

23、析2.Dunnett-t 檢驗,例3 為研究三種飼料對增加大白鼠體重的影響，有人按隨機區(qū)組設計將初始體重相近的36只大白鼠分成12個區(qū)組，再將每個區(qū)組的3只大白鼠隨機分入A、B、C三種飼料組，但在實驗設計時未對大白鼠的進食量加以限制。三組大白鼠的進食量（X）和所增體重（Y）的原始資料見表。問扣除進食量因素的影響后，三種飼料對增加大白鼠體重有無差別？,統(tǒng)計分析方法：隨機區(qū)組設計單變量協(xié)方差分析,,,,,UNIANOVA y B

24、Y block treat WITH x /METHOD = SSTYPE(3) /INTERCEPT = INCLUDE /EMMEANS = TABLES(treat) WITH(x=MEAN) COMPARE ADJ(LSD) /CRITERIA = ALPHA(.05) /DESIGN = block treat x,,,,,例4 某研究者收集103例冠心病患者和100例正常對照者的多項指標，部分資料見下

25、表。其中G為組別，X1為性別，X2為年齡，X3為患高血壓史，X4為吸煙史，X5為膽固醇含量，X6為甘油三酯含量，X7為低密度脂蛋白含量，x8為高密度脂蛋白含量，x9為脂蛋白含量，X10為載脂蛋白含量，X11為載脂蛋白含量，X12為基因EcoRⅠ型。,冠心病患者和正常對照者多項指標的部分觀測結果,研究目的和擬采用的統(tǒng)計分析方法,常見錯誤--實驗設計中的常見錯誤,設計類型：隨機：違背隨機原則對照：對照不全重復：均衡：,運用相對數(shù)時，

26、計算相對數(shù)的分母太小率（或構成比）不具有可比性率（或構成比）不具有可比性分析時構成比與率混淆，或濫用率統(tǒng)計表繪制和表達中常見的錯誤 統(tǒng)計圖繪制和表達中常見的錯誤,常見錯誤—統(tǒng)計描述中的常見錯誤,缺少統(tǒng)計學分析或未說明應用的統(tǒng)計學方法。統(tǒng)計方法選擇不當：忽視配對資料特性 ，忽視重復測量特性 ，誤用t檢驗代替方差分析,常見錯誤—統(tǒng)計推斷中的常見錯誤,案例討論,例1 某醫(yī)師對口腔門診不同年齡齲齒患病情況（表1）進行了分析，得

27、出40~49歲組患病率高，0~9歲組和70歲及以上組患病率低的錯誤結論。,例2 兩種療法的治愈率比較如表2。,例3 將手術要求基本相同的15名患者隨機分3組，在手術過程中分別采用A，B，C三種麻醉誘導方法，在T0（誘導前）、T1、T2、T3，T4 五個時相測量患者的收縮壓，數(shù)據(jù)記錄見表3。試進行統(tǒng)計分析。,,,例4 某地區(qū)1950年---1966年傷寒與結核病死亡率資料繪制的普通線圖和半對數(shù)線圖,例5 某醫(yī)師欲比較胞磷膽堿與神經(jīng)