方积乾《卫生统计学》2观察性研究的设计与实施

第十六章观察性研究的设计与分析方积乾中山大学公共卫生学院2013.9观察性研究(observational

study)不对研究对象施加任何干预措施的情况下，通过观察或访问的方法，客观地记录被研究事物的状况。也称非实验研究(non-experimental

study)描述疾病或治疗模式的现状评估某种暴露对健康的影响监测某种转归（如药物不良反应）探索病因和预防措施观察性研究描述性研究（descriptive

study）最常见：横断面研究分析性研究（analytical

study）病例-对照研究（case-control

study）----回顾性队列研究（cohort

study）----前瞻性第二节横断面研究的实施与分析（一）单纯随机抽样调查资料的分析例16-1从某中学5400名学生中抽取270人作为样本进行近视眼情况调查，以估计该中学学生的平均视力及患近视眼学生的比例。均数的区间估计概率的区间估计一、单纯随机抽样调查的实施与分析表16-1总体类型标准误单纯随机抽样标准误及区间估计计算公式总体均数

总体概率区间估计

标准误

区间估计无限总体SX

S

nXX

t

/

2,

n

1SS

PP(1

P

)n

1P

Z

/

2

SP有限总体nXN

1

N

n

S

S

XX

t

/

2,

n

1SS

P

N

n

P(1

P

)

N

1 n

1

/

2

PP

Z

S注：有限总体校正因子

N

n

N

1n

较大时，可用Z

/2

代替t

/2,n

1二、分层抽样调查的实施与分析等比例分配(proportional

allocation)大层多抽，小层少抽；各层抽取的比例与该层在总体中所占比例相同ni

Nin

N非等比例分配(non-proportional

allocation)各层抽取相同数目的个体最优分配分层随机抽样（optimum

allocation）大层多抽，小层少抽；变异大多抽，变异小少抽分层抽样资料分析方法：加权平均！第三节病例-对照研究的实施与分析一、病例-对照研究的类型成组设计：比较两组的暴露史病例组

对照组分层成组设计：病例组

层1

层2

…

…

层k对照组

层1匹配设计病例:对照=1:1;层2

…

…

层k病例:对照=1:m病例与对照在非处理因素方面具有可比性二、病例-对照研究资料的分析（一）成组设计病例-对照研究资料的分析1．单个四格表资料的分析例16-7

食管癌与饮酒的病例-对照研究

每日饮酒量(g/天)

组别

合计80+

0-79病例组对照组96

(a)109

(c)104

(b)666

(d)200

(a+b)775

(c+d)合计205

(a+c)770

(b+d)975(1)

优势比的估计

ad

96

666

5.64bc 104

109

OR暴露，2水平（2）优势比的假设检验H

0

：OR＝1，

H1

：OR

1检验统计量

110.14200

775

205

770

(975

1)(96

666

104

109)2(a

b)(a

c)(b

d)(c

d)(N

1)(ad

bc)2

2

注：检验统计量分子上:（N-1)，而以前所学Pearson

2

统计量的分子上：NN

较大时，两者等价（3）优势比的区间估计①Woolf

法a

b

c

d

Var

(ln

OR)

1

1

1

1

ln

OR

1.96

Var

(ln

OR)

ORe

1.96

Var

(ln

OR)lnOR：OR：例16-7

0.0307

1

1

1

1 200

775

205

770

Var（ln

OR）

OR：0.0307

(4.00,7.95)

5.64e

1.96ORe

1.96 Var(ln

OR)②Miettinen

法OR：

21

1.96

OR

OR

5.64

2

110.14,例16-7OR：1.96110.14

(4.08,7.79)

5.64

1

1

1.96

2OR2．分层四格表资料的分析例16-8

食管癌与饮酒关系病例-对照研究年龄组（岁）每日饮酒量25～4445～5455～6465+合计(g/天)病对病对病对病对病对例照例照例照例照例照80+535252942272418961090～79

ORhah

dh

nh5

270

21

138 34

13944

119

104

6667.71

5.67

6.363.61

5.644.285716.197224.124013.931758.5386bhch

hh0.55562.85923.79343.863411.0716Th1.269811.662021.669413.931748.5329Vh1.07686.857610.67017.439226.0437（1）公共优势比h

hah

dhb

cnh

OR

nh

58.5386

5.2911.0716H

h

1H

h

1对象分层（2）对公共优势比OR

的假设检验H

0

：OR＝1，H1

：OR

≠

1检验统计量HH

Hh

hMH2(

a

T

)

2

h

1

h

1

Vhh

1Th：对应于ah

的理论频数Vh：对应于ah

的方差hhhn3V

n1h

n0

h

m1h

m0

h

n例16-8MHh

2

h

h

86.51

V

26.0437(

a

T

)2

（96

48.5329）2Miettinen

法估计：MH（3）公共优势比OR

的95%置信区间

1.96

1

2

OR

例16-8OR：MH

1.96

1

2

OR

86.511.96

1

=

5.29

=

(3.72

,

7.51)3．多个暴露水平的剂量-反应关系例

16-9

食管癌与饮酒关系病例-对照研究每日饮酒量(g/天)0-3940-7980-119120+合计Xk0123病例数ak

(Tk)29(85.13)75(72.82)51(28.31)45(13.74)200(

n1)对照数bk3862808722775(n0)合计人数mk41535513867975(n)

优势比OR1.0

3.57

7.80

27.23检验统计量2221

0H0:不存在剂量-反应线性关系；H1:存在剂量-反应线性关系Kk

k

kK

Kk

kk

kn

n

[nm

X

)

]

k

0

T

)]2

(n3

n)

m

X

([

X

(a

k

0

k

0=152.99df=1暴露分多个水平（二）匹配设计资料的分析*1．1:1配对设计资料的分析例

16-10

子宫内膜癌与服用雌激素关系的病例-对照研究正常(对照)合计服用雌激素未服子宫内膜癌服用雌激素27对29对56对(病例)未服3对4对7对合

计30对33对63对2．1:m

匹配设计资料的分析例

16-11

子宫内膜癌与服用雌激素关系的

1:4

病例-对照研究正常(对照) 服用雌激素 未服

合计12340子宫内膜癌服用雌激素17

组16

组15

组5

组3

组56

组(病例)未服4

组1

组1

组1

组0

组7

组63

组病例：63

名（其中

56名服用雌激素）；对照：63×4

=

252

名匹配组：63

个暴露分2个水平;1:4小组中服用人数不同第四节队列研究的实施与分析一、队列研究暴露Exposure暴露人群Cohort危险因素Risk

factor暴露结局Outcome对照人群Cohort危险因素Risk

factor对照结局Outcome二、队列研究数据的统计分析1.单个四格表的分析例16-15

为研究鼻咽癌与EB病毒关系，某市进行了EB病毒抽样调查，共检查25-70岁居民41471人，其中38550人EB病毒抗体阴性，2921人阳性。以

EB病毒抗体阴性和阳性者形成两个组，进行了为期12年的队列研究。随访人群发病数暴露人年数人年发病率（/10

万）抗体阳性5720477278.36抗体阴性5443757912.34合计11145805624.2312.34

278.36

22.56

RR

人年资料暴露组随访人群发病人数观察人年数暴露组d1T1非暴露组d

0T0合计DTH0

：

RR

=1，H1

：

RR1Mantel-Haenszel

2

统计量1

0MHT

DT

2(d

T

T

D)2

1

1

H

0

成立时，近似地服从自由度为

1

的

分布2人年资料：22

1

1

1

0MHT

DT

(d

T

T

D)

=(57

458056

20477

111)220477

111

437579=571.25拒绝零假设，可以认为，RR≠1置信区间MHRR

21

Z

/

2

AR

的（1-α）置信区间：

/

2

MHZAR

1

2

相对危险度RR=风险之比归因危险度AR=风险之差RR

的（1-α）置信区间：571.47

1

1.96

22.56MH

21

Z

/

2RR

的95%置信区间：RRAR

的95%置信区间：)571.471.96

266.02(1

MH

AR

1

2Z

/

2随访人群发病人数未发病人数总人数暴露组aca+c非暴露组bdb+d频率资料：MH

2(N

1)(ad

bc)2

(a

b)(a

c)(c

d)(b

d

)2.分层资料的分析例16-16

按年龄分层的人时资料Thb

TTh

RRH

h

1h

1hH

h

1ahT0

h22

18250

/

64399

95

48814

/

6871228

46149

/

64399

785

19898

/

68712=

=3.36指标<50

危险因素

有(1)

无(0)按年龄分层≥50

危险因素

小计有

无小计未按年龄分层

危险因素

小计有

无发病人数28(a)22(b)50(m)78595880813122935观察人年数18250(T1)46149(T0)64399(T)4881419898687126706466047133111RR3.223.386.56（1）RR

的估计每层有一个四格表

按年龄分层

<50

≥50未按年龄分层

危险因素

危险因素

指标有(1)

无(0)

有

无小计

小计

危险因素

有

无小计发病人数28(a)22(b)50(m1)78595880813122935观察人年数18250(T1)46149(T0)64399(T)4881419898687126706466047133111RR3.223.386.56（2）RR

的检验

H0：RR=1Mantel-Haenszel

2

统计量(64399

68712643992

6871222

)50

18250

46149

880

48814

19898

156.64

880

48814

250

18250

(28

785)

(

)

2HHh

11h 1h

H

h

1MH

h

1

Thm1hT1hT0hThm

T

ah

2H1：RR

1理论频数理论频数实际频数（3）RR

的95%置信区间（Miettinen法）

MHRR

3.36

21

Z

/

21

1.96

156.64

=（2.74，4.10）注：频数资料的分层分析第h

层四格表一般形式

危险发病与否有因素

无小计发病

ahbhm1h未发病

chdhm0h小计

n1hn0hnhhHnb

na

n

RR

H

h

1h

1h

h

1

h 0

h

nh

h

hHMHn

n

m

mnh

ah

dh

bhch

H

h

11h 0

h

1h 0

hh

1

2n2

(n

1)

23.多个暴露水平的剂量-反应关系例

16-17

某冶炼厂工人的砷暴露年份与呼吸系统肿瘤死亡关系的资料指标

砷暴露年份

0

1

1

5

5

15

15

合计

呼吸系统肿瘤的死亡数51171334115观察人年数561057696722311616

82640

H

0

：事件的发生率与剂量不相关，H1

：事件的发生率与剂量相关线性趋势检验（trend

2

tes暴t）露不是有或无，而是有几个剂量暴露因素水平取

值E0

E1

…

EKX0

X1

…

XK合计出现结局事件的人数d0d1…dKD观察人年数T0T1…TKT线性趋势检验（trend

2

test）H

0

：事件的发生率与剂量不相关，H1

：事件的发生率与剂量相关222)K

Kk

kKKX

T

D

k

k

T2T

2k

0k

0

k

0

( X

T

)

]T (T

1)(

X

d

i

0D(T

D)[T

Xk

k

k

k2(1)~

本例，

30.50115

82525

(82640

141132

569902

)

82640

82639

(145

115

/

82640

56990)2

2

2P<0.01，拒绝H0，可以认为砷暴露年限与呼吸系统肿瘤死亡率存在剂量-反应关系。小结观察性研究(observational

study)：不对研究对象施加任何干预措施的情况下，通过观察或访问的方法，客观地记录被研究事物的状况。也称非实验研究（non-experimental

study）最常见的观察性