医学统计学实验设计ppt课件.ppt

实验设计 1 统计工作步骤 01 xx ChongqingMedicalUniversity 1 研究设计 2 3 4 收集资料 整理资料 分析资料 2 为什么要进行 设计 02 xx ChongqingMedicalUniversity 案例 目的 研究苦瓜制剂治疗糖尿病效果 观察对象 型糖尿病患者 分组方法 患者自愿选择进入组别 每组限制人数50人 治疗方案 实验组 服用苦瓜制剂对照组 注射胰岛素 观察指标 血糖 研究过程 两各组50人 但试验开始后有40名实验组的患者转入对照组 n1 10 n2 90 3 为什么要进行 设计 03 xx ChongqingMedicalUniversity 案例分析 分组方法 通过自愿的原则将研究者分为了实验组和对照组 研究过程 试验开始后有40名实验组的患者转入对照组 n1 10 n2 90 4 研究设计 04 xx ChongqingMedicalUniversity 先进性新颖性 研究设计 可行性可靠性 专业设计 统计设计 通过合理地安排实验 正确地考察实验效应 获得真实的实验结果 可靠性科学性有效性 5 统计设计 statisticalstudydesign 05 xx ChongqingMedicalUniversity 根据研究者是否主动安排处理因素 对观察对象施加干预 医学研究分为实验研究与调查研究二类 统计研究设计 实验研究设计 调查研究设计 6 统计设计 06 xx ChongqingMedicalUniversity 案例 观察A B两种饲料对小鼠增重的影响 从实验动物中心领回20只体重相当 雌雄各半的小鼠 将这20只小鼠随机分为两个组 分笼喂养 每一个笼子里边给予的饲料是一致的 房间里边温度湿度也是一样的 在这样的前提条件下 将两组小鼠分别饲以A饲料和B饲料 三周之后 我们来观察这两组小鼠它们体重增加的情况 7 统计设计 07 xx ChongqingMedicalUniversity 实验研究 指研究者能主动地安排实验因素 控制实验条件 排除非实验因素干扰的研究 8 统计设计 08 xx ChongqingMedicalUniversity 案例 研究吸烟与某一种呼吸系统疾病的关系问题 将18岁及以上 健康的 没有呼吸系统疾病的成年人随机分成两个组 其中一个组为实验组 让其每天吸一包烟 另外一个组为对照组 确保其一定不要吸烟 且不能被动吸烟 这项研究可行么 9 统计设计 09 xx ChongqingMedicalUniversity 调查研究 研究者被动地进行观察 希望尽可能减少或控制非实验因素干扰的研究 10 统计设计 10 xx ChongqingMedicalUniversity 调查研究常为实验研究提供线索 而实验研究成果又须回到现场实践中去验证 11 实验设计 experimentalstudydesign 11 xx ChongqingMedicalUniversity 完成实验全过程所依据的一系列规则 合理安排实验因素 控制误差 排除干扰 考察效应 以最少人力 物力 时间耗费达到实验目的 定义 目的 12 实验设计 experimentalstudydesign 12 xx ChongqingMedicalUniversity 完全随机设计 配对设计 拉丁方设计 正交设计 配伍组设计 交叉设计 裂区设计 析因设计 13 实验设计基本要素 13 xx ChongqingMedicalUniversity 处理因素 受试对象 实验效应 14 实验设计基本要素 处理因素 treatment 14 xx ChongqingMedicalUniversity 处理因素 treatment 指对受试对象给予的某种主动施加或客观存在的外部干预或措施 15 实验设计基本要素 处理因素 treatment 15 xx ChongqingMedicalUniversity 确定处理因素时应注意以下问题 处理因素的数目与水平 研究中同时观察几个因素 不仅节省时间 而且可分析几个因素间相互作用 如协同作用和拮抗作用 但一次研究中不能考察太多因素 1 处理因素的标准化 在整个研究过程中 处理因素必须相对固定 统一标准 2 控制非处理因素 考察处理因素的同时 应控制非处理因素 避免混杂效应 3 16 实验设计基本要素 处理因素 treatment 15 xx ChongqingMedicalUniversity 确定处理因素时应注意以下问题 例子1某研究者希望通过临床试验回答 松球对慢性气管炎有无疗效 设立了2个组 空白对照 松球 麻黄 地龙例子2根据实际情况 将某病的中重度患者用A方案治疗 轻度患者用B方案治疗问题 17 实验设计基本要素 处理因素 treatment 15 xx ChongqingMedicalUniversity 确定处理因素时应注意以下问题 例子1建议 设置4个组空白对照松球疗效松球A麻黄 地龙疗效麻黄 地龙BA B协同作用松球 麻黄 地龙A B 18 实验设计基本要素 处理因素 treatment 15 xx ChongqingMedicalUniversity 确定处理因素时应注意以下问题 例子2建议 随机化分组不同 病情 混杂因素 患者在A B两组分布一致 19 实验设计基本要素 受试对象 studysubjects 16 xx ChongqingMedicalUniversity 受试对象 studysubjects 根据研究目的而确定的同质的观察目标总体 是处理因素作用的客体 可以是人 动物 生物组织等 临床试验中 注意纳入标准 排除标准 20 实验设计基本要素 实验效应 experimentaleffects 17 xx ChongqingMedicalUniversity 实验效应 experimentaleffects 处理因素作用于受试对象的反应 是研究结果以指标形式的最终体现 21 实验设计基本要素 实验效应 experimentaleffects 18 xx ChongqingMedicalUniversity 主观指标 如疼痛程度 选择精密度高 准确性好的指标 客观性 客观指标 如血糖值 在研究中尽量使用客观指标 不同程度不同剂量的处理因素施加于受试对象 会产生不同的效应 敏感性 不施加某一种处理 受试对象仍然会产生某一个效应 特异性 尽量使用敏感性好的指标 尽量使用特异性高的指标 精确性 22 实验误差 19 xx ChongqingMedicalUniversity 系统误差 随机误差 23 实验误差 20 xx ChongqingMedicalUniversity 系统误差 在一定条件下 由于某种偏因使得观测值出现倾向性的偏差 表现为恒定偏大或偏小 或周期性变化 来自 受试对象 研究者 实验条件 24 实验误差 21 xx ChongqingMedicalUniversity 随机误差 又称为偶然误差 在排除了系统误差后仍然存在 由一系列有关实验因素微小随机波动引起的方向不定又可相互抵偿的误差 一次测量中 随机误差的大小与方向不可预言 但大量重复测定中 随机误差的出现具有统计规律性 25 实验误差 22 xx ChongqingMedicalUniversity 实验误差的控制 根据误差产生的来源 控制实验误差 必须遵循实验设计的基本原则 26 实验设计的原则 23 xx ChongqingMedicalUniversity 对照 control 随机 randomization 重复 replication 盲法 blindness 27 实验设计的原则 对照原则 24 xx ChongqingMedicalUniversity 20世纪20 30年代 采用金制剂疗法治疗结核病长达15年之久 印度名医为此发表论文数以百计 并曾作为定论编入医学院的讲义 在沿用15年后 由于采用了有对照的临床试验 才对它作了否定的评价 28 实验设计的原则 对照原则 25 xx ChongqingMedicalUniversity 在确定接受处理因素的实验组时 要同时设立不施加处理的对照组 通过对照消除非处理因素对实验结果的影响 设置对照时应满足均衡原则 即对照组与实验组除处理因素不同外 其余影响实验效应的非处理因素应尽量均衡一致 29 常用对照形式 26 xx ChongqingMedicalUniversity 30 常用对照形式 标准对照 27 xx ChongqingMedicalUniversity 标准对照 不设立专门的对照组 以现有标准或正常值作对照 如 厂家生产出厂的药品的检验 31 常用对照形式 配对对照 28 xx ChongqingMedicalUniversity 配对对照 将受试对象按非处理因素条件一致的配成一对 然后采用随机分组方法将他 它 们分别置于实验组与对照组 32 常用对照形式 自身对照 29 xx ChongqingMedicalUniversity 自身对照 对照和处理在同一受试对象身上进行 33 常用对照形式 组间对照 30 xx ChongqingMedicalUniversity 组间对照 将受试对象随机分为两组或多组 并对各组进行不同的处理 34 常用对照形式 空白对照 31 xx ChongqingMedicalUniversity 空白对照 是指不给予任何处理的对照 这在动物实验以及实验室方法学研究中常采用 如空白管的设置 以评定测量方法的准确度 以及观察实验是否处于正常状态 35 常用对照形式 安慰剂对照 32 xx ChongqingMedicalUniversity 安慰剂对照 对照组采用一种无药理作用的物质 但剂型或处置上不能为受试者识别 36 常用对照形式 安慰剂对照 33 xx ChongqingMedicalUniversity 安慰剂对照优点 使用安慰剂对照有助于防止对照组与实验组产生不同的心理作用 最大限度地减少受试者和研究者的主观期望效应和偏倚 消除疾病自然进程的影响 直接度量实验组与安慰剂组间的效应 安慰剂对照缺点 伦理问题 依从性差 37 常用对照形式 实验对照 34 xx ChongqingMedicalUniversity 实验对照 仅空白对照不能控制影响结果的全部因素 需设置不施加处理因素 但施加某种与处理因素有关的实验因素 例 赖氨酸添加实验中 实验组儿童的课间餐为加赖氨酸的面包 对照组为不加赖氨酸的面包 38 常用对照形式 历史对照 35 xx ChongqingMedicalUniversity 历史对照 潜在对照 以过去的研究结果作对照 仅适用于非处理因素对实验效应影响较小的研究中 一般不宜使用 用是特别注意资料的可比性 39 实验设计的原则 对照原则 24 xx ChongqingMedicalUniversity 对照设置具备条件 对等 除处理因素外 对照组具备与实验组对等的非处理因素同步 同一空间 同一时间专设 对照设置 40 实验设计的原则 对照原则 24 xx ChongqingMedicalUniversity 缺乏适当的对照某医生将本医院与其他国家不同年份的食管癌手术切除率进行统计学比较 并得出结论 违背了对等 同步 专设条件 常见问题 41 实验设计的原则 对照原则 24 xx ChongqingMedicalUniversity 假对照某研究人员研究药物治疗铅中毒后的驱铅效果 患者脱离现场住院治疗效果 血铅 mg L 治疗前治疗后0 18100290 0730 019与治疗前相比 P 0 01问题 自身前后对照无法回答研究问题 不治疗尿铅也会排出 建议 增加平行对照 常见问题 42 实验设计的原则 随机原则 36 xx ChongqingMedicalUniversity 将实验对象的实验顺序及分组进行随机分配 这是保证非处理因素均衡一致的另一重要手段 常用的随机化方法 抽签法 随机数字表 随机排列表 计算机产生伪随机数 43 实验设计的原则 随机原则 24 xx ChongqingMedicalUniversity 分组随机问题 根据病情与就诊先后顺序分组 组别间不具备均衡可比性实验顺序随机问题 可能出现混杂因素影响效应指标抽样的随机问题 样本缺乏代表性 44 实验设计的原则 重复原则 37 xx ChongqingMedicalUniversity 指处理组与对照组的受试者要有一定的数量 即样本含量 重复最主要的作用是估计实验误差 降低实验误差 从而提高精密度 注意 不是越多越好 45 实验设计的原则 重复原则 37 xx ChongqingMedicalUniversity 样本量估计软件 SAS StataPASS PowerAnalysisandSampleSize 网址为 nQueryAdvisor nTerim 网址为http www statistical solutions PowerandPrecision 网址为http www power G Power 网址为http www psycho uni duesseldorf de abteilungen aap gpower3 46 实验设计的原则 盲法原则 37 xx ChongqingMedicalUniversity 单盲与双盲第三方盲法 由不直接参与研究的人员 在盲态下对试验结果 化验或检查 进行判定减小由于知晓患者分组而可能对结果判读造成的主观影响 三盲 在对医师和患者设盲的基础上 统计人员在分析过程中也处于 盲态 避免在分析时可能有意选择对某一组更为有利的统计方法 47 研究设计方案 38 xx ChongqingMedicalUniversity 完全随机设计 配对设计 配伍组设计 析因设计 交叉设计 正交设计 48 研究设计方案 完全随机设计 39 xx ChongqingMedicalUniversity 各组间样本量可相等 也可不相等 将受试对象随机分到各处理组中进行实验观察 49 研究设计方案 完全随机设计 40 xx ChongqingMedicalUniversity 案例 将12头动物随机分配到A B两组 将12头动物编号为1 2 12号 在随机数字表内任意确定一个起始点和方向连续取12个随机数字 并依次抄录于动物编号下 本例取两位随机数字 将随机数字从小到大顺序排列后得序号R 并规定R为1 6者为A组 R为7 12者为B组 50 研究设计方案 完全随机设计 41 xx ChongqingMedicalUniversity 12动物完全随机分两组结果 采用随机数字表 51 研究设计方案 完全随机设计 42 xx ChongqingMedicalUniversity 案例 将15头动物随机分成三组 将动物编号如1 2 15号 在随机数字表内从某行某列起向某方向读取15个随机数字 取两位随机数字 依次抄录于动物编号下 将随机数字从小到大顺序排列后得序号R 规定R为1 5者为A组 R为6 10者为B组 R为11 15者为C组 52 研究设计方案 完全随机设计 43 xx ChongqingMedicalUniversity 53 研究设计方案 完全随机设计 44 xx ChongqingMedicalUniversity 优点 缺点 设计及统计分析简单 试验效率不高 只能分析单因素 54 研究设计方案 完全随机设计 42 xx ChongqingMedicalUniversity 统计假设检验方法 定量变量资料 t检验 方差分析或秩和检验等 定性变量资料 卡方检验等 55 研究设计方案 配对设计 45 xx ChongqingMedicalUniversity 配对设计 将研究对象按某些特征或条件配成对子 然后分别把每对中的两个受试对象随机分配到实验组和对照组 再给予每对中的个体以不同处理 56 研究设计方案 配对设计 46 xx ChongqingMedicalUniversity 配对的特征或条件 动物实验 常以种属 品系 性别相同 年龄 体重相近的两只动物配成对子 临床疗效观察 常将病种 病型 族别 性别 年龄 生活习惯 工作环境等相似的病人配成对子 57 研究设计方案 配对设计 47 xx ChongqingMedicalUniversity 进行配对设计时应注意不要 配对过头 记录实验数据应保持每对的一一对应关系 不能错乱或缺失 58 研究设计方案 配对设计 48 xx ChongqingMedicalUniversity 案例 取20只小白鼠 按性别 体重 窝别配成10对 试将其分配到实验组与对照组中去 先按配对条件配对 并将对子编号 如1 1 1 2 2 1 2 2 10 1 10 2 在随机数字表上 任意指定行列及查找方向 将随机数字依次抄写在 对子号 下 事先规定 遇单数定为AB顺序 遇双数定为BA顺序 59 研究设计方案 配对设计 49 xx ChongqingMedicalUniversity 配对设计可做到严格控制非处理因素对试验结果的影响 同时使受试对象间的均衡性增大 可提高试验效率 所需样本含量较少 配对设计优点 60 研究设计方案 配对设计 42 xx ChongqingMedicalUniversity 统计假设检验方法 定量变量资料 配对t检验 配对符号检验 wilcoxon符号秩检验等 定性变量资料 卡方检验 一致性检验等 61 研究设计方案 随机区组设计 50 xx ChongqingMedicalUniversity 随机区组设计 将几个条件相似的受试对象配成一个区组 如同种属 同窝别 同性别的动物 批号相同试剂 体重相近的受试者等 然后在各区组内按随机原则分组 每组分别予以不同的处理 62 研究设计方案 随机区组设计 51 xx ChongqingMedicalUniversity 案例 将16头动物按体重配伍随机分为4组 将16头动物称重后 按体重由小到大依次为1 2 16号 把体重相近的4头动物作为一个区组 即等分成4个区组 从随机数字表中任意一行一列作起点顺序取4个随机数字 对应于第一个区组的4个动物 然后将随机数字由小到大顺序排列后得序号 R 再按序号的大小依次排列组别 63 研究设计方案 随机区组设计 52 xx ChongqingMedicalUniversity 案例 16头动物随机区组设计 64 研究设计方案 随机区组设计 53 xx ChongqingMedicalUniversity 把条件一致的研究对象编入同一区组并分配于各研究组 使各研究组之间的可比性更强 能改善组间均衡性 既缩小了误差 又可分析出处理组间和配伍组间两因素的影响 试验效率较高 随机区组设计优点 65 研究设计方案 随机区组设计 42 xx ChongqingMedicalUniversity 统计假设检验方法 方差分析 非参数检验方法等 66 研究设计方案 析因设计 45 xx ChongqingMedicalUniversity 析因设计 一种多因素的交叉分组设计 是对各因素各水平的所有组合都进行实验的设计方法 它即可分析各因素的主效应 又可分析各因素的交互作用 interaction 是一种高效的实验设计理 67 析因设计 15 xx ChongqingMedicalUniversity 松球对慢性气管炎有无疗效研究设置4个组空白对照松球疗效松球A麻黄 地龙疗效麻黄 地龙BA B协同作用松球 麻黄 地龙A B 68 39 xx ChongqingMedicalUniversity 各组间样本量可相等 也可不相等 析因设计 2 2析因设计 69 筛选研究对象 剔除不合格者 合格的研究对象 随机分组 xx ChongqingMedicalUniversity 析因设计 70 研究设计方案 析因设计 51 xx ChongqingMedicalUniversity 案例 71 研究设计方案 析因设计 42 xx ChongqingMedicalUniversity 单独效应 是指其它因素水平固定在一个水平时 某一因素不同水平之间均数的差别 主效应 某一因素各个水平间的平均差别 交互作用 各因素所产生的效应之间的相互影响情况协同作用 一种因素可增强另一因素或多种因素的效应 拮抗作用 一种因素可减弱另一因素或多种因素的效应 72 研究设计方案 析因设计 53 xx ChongqingMedicalUniversity 优点 高效率的试验方法每个因素各水平间的比较各因素间交互作用的分析节约样本含量缺点 因素及水平数均不宜过多否则实验量太大 而且对比分析过于繁琐 析因设计优缺点 73 研究设计方案 析因设计 42 xx ChongqingMedicalUniversity 统计假设检验方法 析因设计方差分析 其他多因素方法等 74 研究设计方案 析因设计 42 xx ChongqingMedicalUniversity 统计假设检验方法 75 研究设计方案 析因设计 42 xx ChongqingMedicalUniversity 统计假设检验方法 76 研究设计方案 析因设计 42 xx ChongqingMedicalUniversity 统计假设检验方法 结论 A B两因素各水平间差别有统计学意义 P均小于 0001A B间有交互作用 从A1B1 0 8 A1B2 1 0 A2B1 1 2 A2B2 2 1 各自均值的关系可知 A B间有协同作用 77 39 xx ChongqingMedicalUniversity 各组间样本量可相等 也可不相等 一种特殊的自身对照设计 每个受试者随机地在两个或多个不同试验阶段分别接受指定的处理 可以控制个体间的差异 同时减少受试者人数 常用的几种试验设计类型 交叉设计 78 39 xx ChongqingMedicalUniversity 各组间样本量可相等 也可不相等 一种特殊的自身对照设计 每个受试者随机地在两个或多个不同试验阶段分别接受指定的处理 可以控制体间的差异 同时减少受试者人数 常用的几种试验设计类型 交叉设计 特点可同时分析处理效应 阶段效应 延滞效应效率高 节省受试者 伦理和经济上均有利间歇期的长短视处理因素的半衰期而定 一般至少为5 6个半衰期 79 筛选研究对象 剔除不合格者 合格的研究对象 随机分组 第一阶段 第二阶段 xx ChongqingMedicalUniversity 交叉设计 80 39 xx ChongqingMedicalUniversity 各组间样本量可相等 也可不相等 常用的几种试验设计类型 正交设计 它是从全搭配中应用均衡抽样的原理 选出具有代表性的试验来做 而不需要象析因设计 设计全搭配 因此能节省财力 实验效率很高 81 39 xx ChongqingMedicalUniversity 各组间样本量可相等 也可不相等 一种特殊的自身对照设计 每个受试者随机地在两个或多个不同试验阶段分别接受指定的处理 可以控制体间的差异 同时减少受试者人数 常用的几种试验设计类型 正交设计 82 39 xx ChongqingMedicalUniversity 一种特殊的自身对照设计 每个受试者随机地在两个或多个不同试验阶段分别接受指定的处理 可以控制体间的差异 同时减少受试者人数 常用的几种试验设计类型 正交设计 三个因素 A 3 B 3 C 3 全搭配 析因设计 3 3 3 27 只要做9次试验 83 正交表 只要求做9种搭配 84 设计矩阵 8 128 6 25 工作量 正交设计的试验次数是水平数平方的整数倍 85 研究设计方案 正交设计 42 xx ChongqingMedicalUniversity 方案制定 制定因素及水平表 设计试验方案选择合适的正交表表头设计 开展实验 86 研究设计方案 正交设计 42 xx ChongqingMedicalUniversity 方案制定 步骤1 制定因素及水平表根据研究目的和条件 文献研究 实际经验 从专业上全面分析和考虑试验大概涉及哪些因素 主要因素和次要因素 和水平数 87 研究设计方案 正交设计 42 xx ChongqingMedicalUniversity 方案制定 步骤