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医学研究方法的详细分类,描述性 观察法 分析性 临床试验 实验法 现场试验 实验设计,病例报告 现况研究 生态学研究,病例对照研究 队列研究（定群研究),1,.,中国首医,1.实验设计的定义及重要性 2.实验设计的三个基本要素 3.实验设计的基本原则,一、实验性研究设计,2,中国首医,具体实施研究之前，对各种实验要素进行合理的安排与周密的计划。 用较少的人力、物力和时间，获得较为可靠的结果，使误差减少到最低限度，以达到研究高效。,1.实验设计的定义和意义,3,中国首医,Fisher在他的著作中多次强调，统计学家与科学研究者的合作应该在实验设计阶段，而不是在需要数据处理的时候。他精辟地指出：,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 experiment died of.,4,中国首医,2.实验设计的三个基本要素,实验研究的三个基本要素：处理因素、受试对象和实验效应。,5,中国首医,3.实验设计的基本原则,对照的原则 随机化原则 重复的原则 盲法的原则,6,中国首医,某研究者欲说明心理辅导的重要性，在校外旅游地区选取40人，其中20作用心理辅导，另20人未作；在校内有20人采用心理辅导。 有无问题？,7,1996年对我国4586篇论文统计（中华医学会系列杂志占6.9%），数据分析方法误用达55.7%。,从笔者多年来对医学科技杂志审稿的经历中，也证实了以上统计学专家的结论。,最近几年，军事医学科学院胡良平教授提及了一个令人触目惊心的数据：全国各类医学期刊中，有统计学错误的论著竟占到80%。,8,9,二、科研设计方面的问题,1.缺少对照组或对照组选择不恰当 2.未采用随机化方法或随机化方法不正确 3.样本缺乏代表性 4.样本量不足,10,1.缺少对照组或对照组不恰当,（1）缺少对照组 “中药止血粉治疗溃疡病出血 ”一文用中药止血粉结合其他治疗措施，治疗36例溃疡病出血，结果35例恢复，大便潜血试验平均6.1天转阴。作者认为以中药止血粉为主，治疗溃疡病出血36例，获得满意效果。,11,用大量碳酸钙片加次碳酸铋加维生素B6 治疗溃疡病。,不知哪种药有效，哪种药多余? 可能加重病人的身体负担，也可能造成浪费。,12,（2）对照组不恰当 主要有以下几种情况： -使用非同期对照或历史对照； -组间基础状况缺乏可比性； -对照组例数太少； -对照不全或多余对照； -配对设计，但两组例数不一致。,13,用盐酸可乐定注射液治疗期高血压病，甲组103例，用药剂量为0.15mg，有效率87.4；乙组15例，用药剂量为0.3mg，有效率100%, P0.05。 结论:乙组优于甲组，建议推广使用0.3mg。,两组例数相差太大，不具可比性。 应扩大乙组例数。,14,观察感染期患儿血浆皮质醇水平，设置全身感染组、局部感染组，以同期非感染组为对照。,对比不完善； 影响皮质醇水平的因素不只感染一项，应加设一个同龄健康儿童组。,15,下列特殊情况下，不可能或 不必设置对照组：,-罕见病，不易获得足够的病例数； -严重疾病，不允许病人不接受治疗； -特效药物，不给病人服用违反道德。,16,2、随机化方面的问题,随机化是科研设计的重要原则之一，是避免偏倚和混杂因素的最有效的方法。 随机化方面常见的问题有： -对照研究中未采用随机化分组方法。 -随机化方法错误，如奇偶数、单双日、入院顺序等 -论文中没有描述分组方法或随机化方法描述不充分（单纯、分层、系统及整群随机抽样法；随机数目表、计算机生成随机数字）。,17,3、样本缺乏代表性,论文中必须详细说明研究对象的来源、纳入和排除标准，讨论中也应说明研究本身的局限性，以便于读者判断该研究结果是否适合于自己的情况，避免误导。,18,4、样本量不足,样本量的大小与下列因素有关： -试验设计方法； -组间临床上有意义的最小差值； -I类和II类误差的大小； -资料类型和分析方法； -估计的应答率。,19,样本量方面的问题: 论文中对如何确定样本量没有进行说明，即没有对上述与样本量大小有关的信息进行描述。 对从小样本研究中得出的阴性结果（无统计学意义的结果）过于自信，没有进行客观的分析。,20,给出设计方法,描述研究对象（人或动物等）的来源、选 择方法、基本情况、有无随机分组(随机抽样)，必要时给出样本量估计的依据等。 随机化分组：应说明具体的随机化方法；非随机化分组：给出影响因素的均衡性分析； 临床试验 ：特别说明诊断标准、疗效评价标准、病例入选标准、病例剔除标准、有无失访(失访比例)、有无“知情同意”及评价疗效有无盲法等。,21,三、常用的实验设计类型,(kinds of experimental design),22,1 单因素K水平设计,K=1时称为单组设计（one sample)； K=2时，有： 配对设计(paired design) 成组设计(two-sample design)； K3时，叫单因素多水平设计 (completely random design)。,23,1.1 单因素设计的特点,单组设计 成组设计 单因素多水平设计 配对设计：按某些重要的非实验因素进行了 配对，即同一对数据所对应的个 体在所考察的条件上最接近。,仅考察一个实验因素， 对非实验因素未加控制。,24,【例1】已知正常人乙酰胆碱脂酶的平均值为1.44单位，现测得13例慢性气管炎患者的乙酰胆碱脂酶分别为： 1.50，2.19，2.32，2.41，2.11，2.54，2.20，2.36，1.42，2.17，1.84，1.96，2.39 问：慢性气管炎患者与正常人的平均乙酰胆碱脂酶之间的有无差别?,1.2 单组设计的实例,25,.,1.3 配对设计(paired design)的三种形式,自身配对设计 同源配对设计 条件相近者配对设计,26,【例2】从八窝大白鼠中分别选出同性别、体重相近的两只，喂以水解蛋白和酪蛋白的饲料，四周后测定其体重增加情况，结果如下： 窝 编 号 1 2 3 4 5 6 7 8 含酪蛋白组 82 66 74 78 82 76 73 90 含水解蛋白组 15 28 29 28 24 38 21 37 问：两种饲料对大白鼠体重增加量之间的差别的有无影响?,27,.,实验中仅涉及到一个具有两水平的因素。,1.4 成组设计(two-sample design/group design),28,.,【例3】今测得12名正常人和15名病毒性肝炎患者血清转铁蛋白含量，结果如下： 正 常 人 265.4 271.5 284.6 291.3 254.8 275.9 281.7 268.6 264.1 273.2 270.8 260.5 病毒性肝炎患者 235.9 215.4 251.8 224.7 228.3 231.1 253.0 218.8 233.8 230.9 240.7 221.7 256.9 260.7 224.4 问：患者和健康人的转铁蛋白之间的差别是否有统计学意义?,29,.,实验中仅涉及到一个具有K水平的因素。,1.5 单因素K水平 设计（K3）的特点,30,.,【例4】研究单味中药对小白鼠细胞免疫机能的影响，把40只小白鼠随机分为四组，每组10只，雌雄各半，用药15d后，进行E-玫瑰结形成率测定，结果如下： 对照组 14 10 12 16 13 14 12 10 13 9 党参组 21 24 18 17 22 19 18 23 20 18 黄芪组 24 20 22 18 17 21 18 22 19 23 淫羊藿组 35 27 33 29 31 40 35 30 28 36 试分析各组均数之间的差别有无统计学意义? 若P0.05，请作两两比较。,31,.,2. 随机区组设计,32,2.1 随机区组设计的特点,适合于安排一个实验因素、一个单独的或复合的重要非实验因素（区组因素）。,与单因素K水平设计的区别： 比单因素K水平设计多考察一个区组因素，当区组因素的作用接近于0时，它就退化成为单因素K水平设计了； 当K=2时，随机区组设计就是配对设计，当配对条件无法满足时，它就转变为成组设计了。,33,例5某研究所研制了三个降血脂中药复方制剂，现拟对三个复方与标准降脂药(安妥明)的疗效进行比较。取品种相同、健康的雄性家兔16只，按其体重大小分为四个配伍组，各药物组的动物均饲以同样高脂饮食，并每日分别灌以不同药物，第45天处死动物，观察其冠状动脉根部动脉粥样硬化斑块大小，资料见表2。 试比较不同药物是否对动脉粥样硬化斑块形成的面积大小的有影响?,随机区组设计实例1,34,.,表2 用四种降脂药物时动物的冠状动脉硬化斑块面积 配伍组 斑 块 面 积 (cm2) 药物：安妥明组 降脂甲方组 降脂乙方组 降脂丙方组 1 0.000 0.283 0.114 0.094 2 0.009 0.196 0.146 0.131 3 0.003 0.217 0.158 0.065 4 0.001 0.236 0.159 0.087 ,35,.,例6某脑电图室观察家兔注射AT3前后脑电图波形的变化，观测结果见表3，请分析注射AT3前后脑电图波形之间的差别有无统计学意义。,2. 随机区组设计实例,36,.,表3 注射AT3后不同时间点上家兔脑电图波形的变化率 家兔 变 化 率 （） 编号 注前 注射后小时 注射后小时 注射后小时 1 29 37 27 38 2 28 44 31 33 3 38 52 38 39 4 29 35 36 34 5 34 41 31 30 6 41 43 42 29 ,37,.,3.析因设计 Factorial design,析因设计也称为全因子实验设计，即全部实验条件（或组数）由全部实验因素的水平全面组合而成，各实验条件下至少重复两次或两次以上独立重复实验。,38,3.1 析因设计的特点,因素之间在专业上地位平等 。,做实验时，每次都涉及到全部因素，即因素是同时施加的；,在每个实验条件下至少要做2次独立重复实验；,因素的交互作用比较复杂且必须考虑；,实验中涉及到2-4个实验因素；,39,.,优点：可以用来分析全部主效应和因素之间的各级交互作用的大小；,3.2 析因设计的优点和缺点,缺点：所需要的实验次数很多，研究者常无法承受。,40,.,【例7】某医院用中药复方治疗高胆固醇血症，把12例高胆固醇患者随机分为四组，用不同疗法治疗。第一组用一般疗法，第二组在一般疗法上外加用甲药，第三组在一般疗法上外加用乙药，第四组在一般疗法上外加用甲药和乙药，一个月后观察胆固醇降低数(mg) 资料如下，问：甲、乙两药是否有降低胆固醇的作用?两药之间的无交互作用是否有统计学意义? 第1组 16，25，18 第2组 56，44，42 第3组 28，31，23 第4组 64，78，80,3.3 析因设计实例1,41,.,表8 甲、乙两药治疗高胆固醇血症的疗效 甲药使 胆固醇降低值（mg） 用与否 乙药使用与否：不用 用 不用 16 25 18 28 31 23 用 56 44 42 64 78 80 注：表10中的四个号码分别代表原题中的第一组至第四组,42,.,3.3 析因设计实例2 【例8某儿科观察白血病患儿的淋巴细胞转化率()与化疗期的病情是否处于缓解阶段有关，测得白血病患儿淋巴细胞转化率()如下，问：这个资料所对应的实验设计类型是什么？,43,.,完全缓解组： (1)化疗期 () 46 51 41 32 45 52 41 34 (2)化疗间隙() 56 36 46 47 63 56 54 39 未缓解组 ： (1)化疗期 () 39 28 26 33 31 35 37 50 (2)化疗间隙() 53 58 66 51 57 64 45 45,44,.,中国首医,典例1：某研究者欲说明心理辅导的重要性，在校外旅游地区选取40人，其中20作用心理辅导，另20人未作；在校内有20人采用心理辅导。 有无问题？,45,3.4 析因设计实例3 【例9】某医科大学病理生理学教研室研究三种因素“小鼠种别A、体重B和性别C”对皮下移植SRS瘤细胞生长特性影响的结果，A、B、C三因素各有两个水平。A分为A1：昆明种、A2：沪白1号；B分为B1：24-25克，B2：13-15克；C分为C1：雄性、C2：雌性。共选了24只小鼠，在接种后第8天测得肿瘤体积见表9，请问：这是一种什么设计类型?,46,.,表9 三因素影响下小鼠第8天肿瘤体积 因素 肿瘤体积 (cm3) C 因素A与B：A1(B1 B2) A2(B1 B2) C1 0.7069 1.0838 0.0628 0.4712 0.7854 0.9425 0.0942 0.0880 0.3581 0.3335 0.0471 0.1759 C2 0.0785 0.5027 0.0126 0.2246 0.1885 0.9550 0.0126 0.2513 0.3403 0.9215 0.0094 0.3676 0.2503 0.8514 0.0125 0.1327 ,47,.,(典例2)错误实质何在？,为了考察阿仑膦酸防治牙槽骨吸收的效果，有人设计了如下的实验：取34个月龄的SD大鼠45只，将45只大鼠随机分入六个组，其中第一组至第五组均为8只大鼠，第六组为5只大鼠。,48,全部大鼠均在第1周和第12周重复测体重，均在第12周结束实验时测三项生化指标、测量股骨和下颌骨的骨密度、测三项骨生物力学指标。各组含义见下页。 试分析该项实验研究中存在的主要错误。,49,组别 形成各组实验的条件,1 给大鼠去势、结扎、用药 2 给大鼠结扎、用药 3 给大鼠去势、结扎、不用药 4 给大鼠结扎、不用药 5 给大鼠去势、不用药 6 空白对照（即假手术）组,50,组别 形成各组实验的条件,1 给大鼠去势、结扎、用药 2 给大鼠结扎、用药 3 给大鼠去势、结扎、不用药 4 给大鼠结扎、不用药 5 给大鼠去势、不用药 6 空白对照（即假手术）组,51,1 给大鼠去势、结扎、用药 2 给大鼠结扎、用药 3 给大鼠去势、用药 4 给大鼠用药 5 给大鼠去势、结扎、不用药 6 给大鼠结扎、不用药 7 给大鼠去势、不用药 8 空白对照（即假手术）组,52,本实验设计 的“标准型”,结扎与否 去势与否 用药与否：用 不用 结扎 去势 A组 B组 不去势 C组 D组 不结扎 去势 X1 E组 不去势 X2 F组 由于原作者少设计了两组，导致一个非平衡的多因素设计的出现，组间可比性差，结论可靠性差！ 本实验设计的“标准型”叫做三因素析因设计。,53,(典例3)错误实质何在？,A组：pCIA-P股四头肌注射； B组：pCIA-P颌下腺周围区域皮下注射； C组：pCIA-P颊粘膜下注射； D组：pCI股四头肌注射； E组：生理盐水股四头肌注射。 以上是问题的“表现型”。,54,错误实质,组间“对照不全”，混杂因素干扰严重，违背实验设计的“对照和均衡原则”； 后果：结论不可信！,55,基本情况梳理,实验涉及以下两个因素： 其一，作用物不同。 pCIA-P、pCI、生理盐水； 其二，作用部位不同。 “股四头肌”、“颌下腺周围区域皮下”、“颊粘膜下”。,56,问题的原型和标准型,作用物 部位：A B C pCIA-P X X X pCI X X X 生理盐水 X X X,57,此设计具有一个明显的特点，即在不同条件下，从同一个受试对象身上观测到K个数据（K2）。如果“不同条件”仅与一个因素有关，就叫做“具有一个重复测量的M因素设计”；如果“不同条件”与两个因素的水平组合有关，就叫做“具有两个重复测量的M因素设计”；这里，M指实验中所涉及到的全部实验因素的个数，包括与重复测量有关的实验因素。,4. 重复测量设计的特点,58,.,【例10】将15只家兔随机地均分成3个组（处理因素A），即A1（适应组）、A2（平原组）、A3（急性缺氧组）。让全部家兔处于缺氧状态，对接受各种处理的每组家兔中的每一只，分别在缺氧的不同时间点（时间因素T，h）上观测血浆K+含量（ppm），即T1（缺氧前）、T2（缺氧0.5h）、T3（缺氧1h）、T4（缺氧2h）。设计格式和资料见表21，试判断此资料所取自的实验设计类型，并对资料作相应的统计分析。,重复测量设计例1,59,.,表21 接受不同处理的家兔血浆中K+含量的测定结果 处理组 家兔 血浆中K+含量 （ppm） (因素A) 编号 缺氧时间T(h）： T1（0） T2（0.5） T3（1） T4（2） A1（适应组） 1 154.5 129.8 122.7 171.7 2 173.0 124.0 170.4 168.6 3 186.0 131.0 137.0 138.0 4 161.0 154.0 178.0 128.0 5 187.0 158.0 162.0 152.0 A2（平原组） 6 144.4 135.5 149.9 129.1 7 147.1 134.2 138.3 146.1 8 183.6 189.3 190.5 227.3 9 181.7 160.3 163.3 163.3 10 166.7 136.8 134.6 142.5 A3（急性缺 11 173.3 231.4 293.7 401.4 氧组） 12 155.1 199.6 191.8 203.4 13 177.9 153.6 158.7 240.3 14 158.2 146.7 135.2 228.7 15 180.4 170.8 226.2 267.7 ,60,.,重复测量设计例2 【例11】某研究者为了探讨两种不同处理（因素A）和不同剂量（因素B）作用下不同时间点（因素T）上NFS-60细胞凋亡情况，将全部样品随机地均分为6个组，每组含3个样品。对各组中的每个样品在处理后5个不同时间点上观测200个细胞，数出凋亡细胞个数。因素A分为：即A1（单纯照射）、A2（照射+过钒酸钠(Perv)），各处理组的照射剂量(因素B，Gy)又分为0、3、10。设计格式和资料见表22，试判断此资料所取自的实验设计类型。,61,.,表22 不同处理和不同剂量作用下不同时间点上NFS-60细胞凋亡情况 处理组 照射剂量 样品 200个细胞中凋亡细胞数 (因素A) (Gy) 编号 时间T(h）： T1(12) T2(24) T3(36) T4(48) T5(60) A1（照射） 0 1 3 7 7 10 17 2 5 3 5 7 18 3 5 6 8 14 14 3 1 4 7 10 20 33 2 3 4 14 22 37 3 3 5 9 19 31 10 1 6 18 38 83 101 2 4 16 42 91 120 3 5 18 45 92 117 A2（加Perv） 0 1 4 6 4 12 14 2 2 4 6 14 17 3 3 7 3 11 19 3 1 5 7 7 14 17 2 3 5 9 12 19 3 7 6 6 15 16 10 1 5 10 16 33 49 2 4 12 12 37 44 3 3 9 14 36 52 ,62,.,四、医学科技论文实验设计方法选择的错误辨析,63,典例4 在“乳癌相关肽及肠三叶因子在应激胃粘膜损伤的早期修