医学统计学科研设计基础

1、医学研究设计基础第一节 医学研究设计医学科研的概念 医学科学研究是以正确的观点和方法探索与医学有关的未知事物或现象的本质和规律的一种认识和实践。 医学科研的基本任务及意义 医学科学研究的基本任务是认识疾病，揭示疾病的发生发展机制，掌握健康与疾病的转化规律，提出有效防治疾病措施，促进人类健康。一、医学科研的概念、任务及意义 二、医学研究的基本程序选题过程 实验过程 数据处理过程撰写研究报告（一）选题过程 1初始意念或提出问题 2文献查阅 3假说形成 4陈述问题（二）实验过程1实验设计（拟定研究方法、技术路线等）2实验观察3数据资料收集、积累（三）数据处理过程1数据整理2统计分析（四）撰写研究报告

2、1撰写研究报告2发表研究成果（五）医学科研工作的时间分配内容时间分配（%）选择与确立科研课题10搜集科研资料50整理与分析资料30撰写科研报告10三、医学研究设计的内容 1研究课题名称 2国内外有关本课题的研究进展情况 3研究本课题的目的、意义 4本课题的立题依据与可行性 5科研设计方案 6经费、设备等物质条件的解决办法 7预期进度及可能出现的问题 8预期成果 9其它（一）开题报告的主要内容（二）医学研究设计的意义1良好的研究设计是获得科学结论的重要保证。2周密的研究设计可以做到用较少的人力、物力、财力及时间，最大限度地减少误差，获得可靠的结果。 （三）医学研究设计的主要内容 1.科研题目的确

3、立 题目要明确具体 立题要有依据2.科研构思 提出解决问题，验证假说或设想的思路和方法3.处理因素4.受试对象5.实验效应6.实验方法7.医学科研中的对照8.研究对象的分组9.样本含量10.误差控制11.记录资料的方法12.统计处理方法13.研究步骤及顺序14.其它医学研究设计 专业设计 拟探索和解决的医学问题以及具体的目标 科学假说及其依据 设计方案和技术路线 必要的信息和条件保障等统计设计 确定设计类型 确定研究总体及样本 拟定观察指标及测量方法 资料的可靠性及质量控制 数据的管理及统计分析计划等 四、医学科研的分类 按是否施加干预 观察性研究（observational study） 实

4、验性研究（experimental study） 按研究的时限 前瞻性研究（prospective study） 回顾性研究（retrospective study） 横断面研究（cross-sectional study） 四、医学科研的分类 按研究对象 调查研究（survey study） 临床试验（clinical trial） 动物试验按研究目的 验证性研究（confirmatory study） 探索性研究（exploratory study） 1.观察性研究 例如，调查农村和城市小学生近视率。观察性研究又称调查研究（survey）研究者不需对研究对象采取什么干预措施（处理因素），只

5、是“被动”观察客观实际情况。研究的因素（处理因素）是客观存在的；不能用随机化分组的方法来平衡组间的混杂因素。2.实验性研究 研究者根据研究目的人为地对实验对象施加干预措施（处理因素），控制非干预措施的影响，通过对实验结果的分析，评价干预措施的效果。 例如，比较中小学生视力预防效果，将参与研究的中小学生随机分配到甲乙两组，甲组给予预防近视的健康教育，乙组每天按时做眼保健操，但不进行健康教育，观察一段时间后，比较两组视力下降情况。 研究者能人为设置干预因素（处理因素） 受试对象接受何种处理因素或水平是由随机分配而定的。 第二节 实验性研究统计设计概念实验设计(experimental study

6、design)实验设计: 完成实验全过程所依据的一系列规则，如实验设计基本要素（处理因素、受试对象、实验效应）与基本原则（对照、随机、重复）。目的: 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。常见实验设计方案包括：完全随机设计、配对设计、配伍组设计、交叉设计、析因设计、正交设计、拉丁方设计、裂区设计等。一、实验设计基本要素处理因素（treatment）研究对象（subject）实验效应（effect）1.处理因素（treatment）处理因素：根据研究目确定的欲施加或欲观察的、并能引起受试对象直接或间接效应的因素，称为处理因素或实验因素，简称处理。

7、是根据研究目的确定的主要因素，处理因素在整个实验中应始终要保持不变 非处理因素：与处理因素可能同时存在的能使受试对象产生效应的非研究因素。非处理因素干扰效应与所研究因素间关系的观察与分析，常常又称混杂因素(confounding factor)。 处理因素种类：生物性、化学性、物理性处理因素水平：每个因素在数量上或强度上可有不同。单水平：研究某药物对原发性高血压患者的降压作用；多水平：研究某药不同剂量的降血糖作用；1.处理因素（treatment）确定处理因素时应注意以下问题：（1）处理因素的数目与水平 -根据研究目的确定处理因素数目与水平 -一次研究中，可有一个或多个处理因素，通常1-2个

8、-每个处理因素的水平数不宜过多（2）处理因素的标准化 -研究过程中，处理因素必须相对固定，保持一致（3）控制非处理因素 -严格控制非处理因素，避免混杂效应，减少误差2. 研究对象（subject）是接受处理因素并作为实验观察对象的基本单位，又称为受试对象是处理因素作用的客体研究对象应作严格的规定，以保证其同质性和代表性 同质性：动物的种类、品系、年龄、性别、体重、窝别和营养状况等。人群的性别、年龄、民族、职业、文化程度和经济状况、病情和病程等 代表性：随机抽样2. 研究对象（subject）受试对象应满足两个基本条件： 一是对处理因素敏感 二是反应必须稳定 选择受试对象应明确其 纳入标准(in

9、clusion criteria) 排除标准(exclusion criteria)。3. 实验效应(effects)实验效应是处理因素作用于受试对象的反应(response)和结局( e)，通过观察指标(统计上称为变量)来体现所选观察指标应能反映处理因素的效应选择指标的依据： 客观性、有效性（特异性、敏感性）、准确性主要评价指标：1-2个，应少而精。客观性客观指标则是借助测量仪器和检验等手段来反映的观察结果，客观指标具有较好的真实性和可靠性。主观指标是受试对象的主观感觉、记忆、陈述或实验者的主观判断结果；主观指标具有随意性和偶然性。尽量选择客观的、定量指标来反映实验效应有效性包括灵敏度和特异

10、度两方面特异性（specificity）该指标能鉴别真阴性的能力，特异性高可以降低误诊率（假阳性率）灵敏性（sensitivity）该指标检出真阳性的能力。灵敏性高可以降低漏诊率（假阴性率）例如，对于原发性肝癌甲种胎儿球蛋白（AFP）就是比较特异的指标。例如，结核活动期血沉明显升高，属灵敏指标，但它在风湿病活跃期也发生改变，显然对研究结核病不具有高特异性，仅能作为辅助指标或次要指标。 准确性包括效度和信度两方面效度又称准确度观测值与真实值的接近程度，主要受系统误差影响信度又称精密度指重复观测时，观测值与平均值的接近程度，主要受随机误差影响等级化及复合指标对于不能客观定量的现象，尽量等级化评价，

11、将主观指标尽量客观化 例如，评价脑卒中患者的语言能力，划分为五个等级： 1=正常，2=基本可交谈但有表达困难 3=交谈费力，严重表达困难 4=只能回答是与不是 5=不能言语不能用一个指标全面评价的，可构造复合指标。医学上的量表通常是一种复合指标。 例如，焦虑评价量表、生活质量评价量表，脑卒中评分量表等二、实验中误差来源及其特点1、系统误差 影响试验的准确度2、随机误差 影响试验的精密度二、实验中误差来源及其特点 随机误差 （random error） 是由大量的偶然因素引起的不易控制的误差，具有随机性和规律性的特点。系统误差 （systematic error） 又称偏倚（bias）是由于对实

12、验因素或条件控制不严而发生的一种误差，其产生的原因往往是可知的或可能掌握的它使实验结果有倾向性地偏离真值这类误差没有规律，无法运用统计分析进行推断应设法控制或消除实验结果的偏倚。 系统误差 （偏倚 ）的来源测量偏倚（measurement bias） 发生在对研究结果进行观察时。由于仪器未校准、操作不规范、对结果判断伴有主观性等方面引进的偏倚。混杂偏倚（confounding bias） 简称混杂。由影响实验结果的非处理因素在各对比组中分配不均匀引起的偏倚。选择偏倚（selection bias） 发生在研究的初级阶段。由于实验对象的选择或分组不当，各对比组缺乏可比性，使研究结果发生偏倚。应力

13、求通过周密的实验设计和严格的技术措施加以消除或控制。 三、实验设计的基本原则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。目的及意义 （1）衬托（显露）处理因素的效应； （2）控制混杂因素和偏倚，消除和减少实验误差1、对照原则 设置对照的意义 处理组：对照组：比较结果处理因素非处理因素 +处理效应 +非处理效应非处理因素非处理效应处理因素处理效应 设置对照需具备三个条件： 对等；同步；专设 常用对照形式(1)空白对照(blank control) (2)实验对照(experimental control) (3)标准对照(standard control)(4)潜在对照（pote

14、ntial control）(5)相互对照（mutual control）(6)安慰剂对照(placebo control)(7)自身对照(self control) （1） 空白对照（blank control） ：在不施加任何处理的“空白”条件下进行观察的对照。在动物实验以及实验室方法学研究中常采用例如：实验组儿童接种疫苗，对照组儿童不接种疫苗。 试剂空白、血样空白、无酶解空白、底物空白等。特点： 简单易行，但易引起心理差异，从而影响实验效应的测定。 （2）实验对照（experimental control）在某种与处理因素有关的实验条件下进行观察的对照。 含赖氨酸面包+非处理因素赖氨酸效

15、应 + 面包效应+非处理因素效应 面包+非处理因素 面包效应+非处理因素效应赖氨酸 赖氨酸效应 非处理因素 +非处理因素效应（3）标准对照（standard control）对照组采用的处理采用现有标准方法或常规方法。或以标准值或正常值作为对照。例某种新的方法能否代替传统方法的研究； 某病患者与正常人同一项生理、生化指标对照等。 （4）潜在对照（potential control）不专门设立对照组，而以过去的研究结果作为对照，又称历史对照（historical control）。 例如 断手再植第一次成功的报告 （5）相互对照（mutual control）指不专门设立对照组，各实验组间互为对

16、照。 例如 几种镇咳药物疗效观察，事先已知这几种药物均有效果，目的是比较其疗效的高低、快慢或持续时间长短的差别。 （6）安慰剂对照（placebo control）指对照组采用一种无药理作用的物质，但其剂型或处置上不能为受试者识别，这种物质称为安慰剂。使用安慰剂的目的在于防止对照组病人产生与实验组病人不同的心理作用，最大限度地减少受试者和研究者的主观期望效应和偏倚。 缺点：伦理问题；依从性差（7）自身对照（self control） 指实验与对照在同一对象上进行，即不另设对照组。 如自身前后对比，自身不同部位对比2、随机化原则（Randomization)目的：使不可控因素在实验组与对照组中的

17、影响较为均匀，是在试验中排除非试验因素干扰的重要手段。是用随机的方式将处理分配给受试对象，使每个对象分到实验组与对照组的机会相同，这是实验设计中的一项重要原则。2、随机化原则（Randomization)随机化主要体现在以下三方面：（1）抽样随机（2）分组随机（3）实验顺序随机常用的随机化方法：抽签法、随机数字表、随机排列表、计算机产生伪随机数3、重复原则（replication) 重复(replication)指实验组与对照组的受试者应具有一定的数量，即要求有一定的样本含量（sample size）。表现为实验例数（样本含量）的大小和重复次数的多少。重复的意义在于：避免将个别情况误认为普遍情

18、况 。估计和控制实验误差。必须在保证实验具有一定的可靠性条件下，确定较少的样本含量。四、随机化分组方法(1) 编号：将N个实验单位从1到N编号。动物可按体重大小，患者可按就诊顺序。(2) 取随机数：每个实验单位分配一个随机数字。(3) 分组：有随机数余数分组法、随机数分段分组法、随机数排序分组法等。(4) 调整：假如共有n例，需要从中抽取1例，续抄一个随机数，再行分配。 （一）完全随机分组方法 例现有年龄、体重接近的30兔子，试作完全随机分为三组。1、编号 将30只兔子从1到30编号。2、取随机数 给每只兔子取一个二位随机数，从随机数字表的第11行第11列向下取随机数，跳过重复的随机数。3、分组 规定随机数0033者为甲组，3466者为乙组，6799者为丙组。分组结果见下表。甲组12只，由3、4、6、8、10、17、20、22、23、27、28、29号组成；乙组8只，由5、9、11、15、19、21、25、30号组成；丙组10只，由1、2、7、12、13、14、16、18、24、26号组成。 30只兔子完全随机分组结果 .调整此时若要求各组例数相等均为10只，应将甲组中的两只调整到