科研統(tǒng)計方法簡介

1、科研設計與統(tǒng)計分析方法簡介,《科研講座》,黃高明廣西醫(yī)科大學公共衛(wèi)生學院 教授廣西衛(wèi)生經(jīng)濟衛(wèi)生統(tǒng)計學會 會長電話：13878118862 Email:13878118862@163.com,第一部分 科研設計基本原理,主要內(nèi)容,第二部分 常用統(tǒng)計方法及應用,第三部分 論文寫作統(tǒng)計學應用評述,《科研講座》,按在研究過程中對研究對象是否進行干預分為： （1）實驗研究設計：有干涉 （2）調查研究設計：無干涉,科研設計的類

2、型,第一部分 科研設計基本原理,提出問題,收集資料,分析結果,,,科學研究的分類,,,干預,,觀察,調查,實驗,第一部分 科研設計基本原理,一、觀察性研究的意義與特點,（一）調查研究的特點,1、研究因素是客觀存在的2、不能用隨機化分組來平衡混雜因素對調查結果的影響。,（二）觀察性研究的目的,1、描述某客觀事物發(fā)生的水平及其分布規(guī)律,2、分析某事物各現(xiàn)象間的相關關系,例如：某地冠心病的患病水平如何？“三間”分布怎樣？（三間：人間、時間、

3、空間）,哪些因素影響冠心病的患病水平？,一、觀察性研究的意義與特點,二、觀察性研究常用的方法,一、根據(jù)研究范圍,全面調查（overall survey）,非全面調查（un-overall survey）,,二、根據(jù)研究時間,橫斷面調查（cross-section study）,縱向研究（longitudinal study）,,根據(jù)研究范圍,全面調查（overall survey）,非全面調查（un-overall survey）,,(

4、一)全面調查（overall survey）：普查(census),(二)非全面調查（un-overall survey）,1、重點調查2、典型調查3、抽樣調查：(1)非概率抽樣；(2)概率抽樣,二、觀察性研究常用的方法,將組成總體的所有觀察單位全部加以調查，稱為普查。理論上只有普查才能取得總體參數(shù)并且無抽樣誤差，但往往系統(tǒng)誤差和過失誤差較大。調查成本高，須花費大量的人力、物力、財力和時間。,(一)全面調查（overall surv

5、ey）：普查(census),優(yōu)點：沒有抽樣誤差,缺點：,(1)費時、費力、費錢；(2) 非抽樣誤差大,（結果不一定比抽樣研究準確）,二、觀察性研究常用的方法,(二)非全面調查（un-overall survey）,1、重點調查：重點人群調查2、典型調查：好的典型；差的典型3、抽樣調查：按隨機化原則，從總體中部分觀察單位進行觀察。,二、觀察性研究常用的方法,3、抽樣調查 (sampling survey),(1)非概率抽樣(non-

6、probability sampling),碰巧抽樣(accidental sampling),配額抽樣(quotal sampling),滾雪球抽樣(snowball sampling),二、觀察性研究常用的方法,3、抽樣調查,(2)概率抽樣(probability sampling),應用前提條件,(1)有明確的抽樣框,(2)對每一個被調查的觀察對象，事先能賦予一個被抽取的概率,(3)用隨機抽樣方法來抽取觀察對象,二、觀察性研究常用

7、的方法,概率隨機抽樣的優(yōu)點：,(1) 節(jié)約大量的人力、物力財力和時間,(2) 可估計抽樣誤差，進行統(tǒng)計推斷,(3) 可避免或減小人為干擾所產(chǎn)生的誤差,(4) 有利于保證和提高調查質量,(5) 應用范圍廣,二、觀察性研究常用的方法,根據(jù)研究范圍,全面調查（overall survey）,非全面調查（un-overall survey）,,根據(jù)研究時間,橫斷面調查（cross-section study）,縱向研究（longitudinal

8、 study）,,二、觀察性研究常用的方法,(一)橫斷面調查（cross-section study）,指在特定時點或相當短的時期內(nèi)(1周、3個月)，在一定人群中應用普查或抽樣調查方法，收集有關疾病或健康狀況資料的調查方法。目的是描述疾病或健康狀況的分布特征，探索影響疾病或健康相關因素。,現(xiàn)況調查：患病率調查,二、觀察性研究常用的方法,二、觀察性研究常用的方法,(二)縱向研究（longitudinal study）,縱向研究就是在比較長

9、的時間內(nèi)，對某一事物的發(fā)生、發(fā)展進行有系統(tǒng)的定期的研究，也叫做追蹤研究。,二、觀察性研究常用的方法,1、回顧性調查：由果推因的研究,(二)縱向研究（longitudinal study）,病例對照研究(case-control study),二、觀察性研究常用的方法,“反應?！笔录?1957年，德國，上市一種新藥非巴比妥類鎮(zhèn)靜藥---“反應?！保é?苯肽茂二酰亞胺，塞利多米）。廣泛用于妊娠反應，銷往46個國家，8000多例海豹肢畸形嬰兒

10、。,被美國科學雜志《月球》列為20世紀十大科學錯誤之一。,二、觀察性研究常用的方法,2、前瞻性調查,(二)縱向研究（longitudinal study）,也稱隊列研究(cohort study),二、觀察性研究常用的方法,(二)縱向研究（longitudinal study）,經(jīng)典例子：英國流行病學專家Doll-Hill研究吸煙與肺癌關系的研究。,Doll和Hill于1948年至1952年間，用回顧性配對調查方法研究了吸煙與肺癌的關系

11、，其結果說明肺癌患者比對照者吸煙多、吸煙量大，開始吸煙年齡早，吸煙時間長。他們又于1951年至1976年間，用前瞻性調查方法研究了吸煙與肺癌的關系達20余年，其結果亦說明吸煙者比不吸煙者發(fā)生肺癌多，吸煙量愈大、吸入肺部愈深，患肺癌的危險性愈大。他們還證明吸紙煙又比吸煙斗或雪茄患肺癌更危險。戒煙后可以減少患肺癌的危險性。Doll和Hill應用流行病學方法闡明了吸煙和肺癌的關系，為研究多種癌癥的病因和原因未明的疾病提供了一個典范。,二、觀察

12、性研究常用的方法,,統(tǒng)計設計：對資料搜集、整理和分析全過程總的設想和安排。是后續(xù)步驟的依據(jù)，是最關鍵的一環(huán)。,科研設計,專業(yè)設計,統(tǒng)計設計,,成果： 先進性 創(chuàng)新性 科學性和可行性,,,,,第一部分 科研設計基本原理,實驗設計的基本要素和原則,實驗設計主要內(nèi)容：,三要素，三原則,觀察對象,處理因素,實驗效應,對照原則,重復原則,隨機化原則,,,三要素,處理因素,受試對象,某種降壓藥,高血壓患者,服該藥前后血壓差,實驗效

13、應,,實例：擬給原發(fā)性高血壓病人服用某降壓藥A，觀察服藥前后舒張壓差值情況，研究該降壓藥是否有效？,實驗設計的基本要素和原則,1．設立對照的重要意義,（1）“有比較才能鑒別”。實驗研究最終要回答的問題是干預措施的效果有或無、高或低。要回答這兩個問題，只有通過合理的對比鑒別，才能確定干預措施是否有效以及有效程度。而對照是比較的基礎。（2）對照的設置可以排除非研究因素對研究結果的影響。,（一）對照原則,對照的必要性---沒有比較就沒有鑒

14、別,疾病的自愈傾向感冒、哮喘等,100名感冒患者體溫、鼻塞流涕情況,,1周后觀察：體溫下降和鼻塞流涕緩解狀況,服用感冒藥A,結論：該藥能有效治療感冒，改善鼻塞流涕狀況,錯誤的設計,,,（一）對照原則,感冒的例子,200名感冒患者,服用藥物A,1W后體溫下降，癥狀緩解,不服用藥物A,1W后體溫下降，癥狀緩解,,,,,,隨 機,服藥組100人,不服藥組100人,治療前癥狀差別無統(tǒng)計學意義,,治療1天時體溫差別有統(tǒng)計學意義,1天后體溫降

15、至正常,3天后體溫降至正常,分析：,設計：,結論： 該藥有效。,正確的設計,,實驗組的研究因素T產(chǎn)生的效應為E，非研究因素S1產(chǎn)生的效應為e1 ；對照組的非研究因素S2產(chǎn)生的效應為 e2 如果S1 = S2 , 則 e1= e2 實驗組 T + S1 = E + e1— 對照組

16、S2 = e2 T = E,,設立對照的目的：使實驗效應單獨顯示出來。,（一）對照原則,(1)對等 除處理因素外，對照組具備與實驗組對等的一切非處理因素。(2)同步 對照組與實驗組設立之后，在整個研究進程中始終處于同一空間和同一時間。(3)專設 任何一個對照組都是為相應的實驗組專門設立的，不得借用文獻上的記載或以往

17、的結果或其它研究的資料作為本研究的對照,2．對照組設置的要求：均衡性,（一）對照原則,（二）隨機化原則,隨機化原則是指將研究對象隨機分配到各組，使每一個研究對象都有同等的機會被分配到各組去。隨機化分組方法：,●半隨機化：按就診（入院）順序、生日、住院號等；●簡單隨機化：投硬幣、抽簽、隨機數(shù)字●隨機區(qū)組:●分層隨機:,可靠性廣義的重復包括：(1)整個實驗的重復。 確保實驗的重現(xiàn)性，以提高實驗的可靠性；(2)用多

18、個實驗單位進行重復(樣本含量)。 避免把個別情況誤認為普遍情況，把偶然性或巧合的現(xiàn)象當作必然的規(guī)律，通過一定數(shù)量的重復，使結論可信；(3)同一實驗單位的重復觀察。 保證觀察結果的精度。,（三）重復原則,（三）重復原則,重復是指在相同實驗條件下進行多次觀察，結果的穩(wěn)定程度。從概率論知道，觀察次數(shù)愈多，從樣本計算出的統(tǒng)計量（如樣本均數(shù)、樣本率等）愈接近總體參數(shù)（如總體均數(shù)、總體率等）。但觀察次數(shù)也不

19、能太多，否則不僅造成浪費，而且難于控制實驗條件，造成實驗結果的可靠性差。因此，重復原則的意義是在保證實驗結果具有一定可靠性的前提下，確定最小的樣本含量。即作樣本含量的估計。,實驗設計中的重復(replication)是指各處理組與對照組要有適當?shù)臉颖竞?sample sizes)。,無限地增加樣本含量，將加大實驗規(guī)模，延長實驗時間，浪費人力物力，反而增加系統(tǒng)誤差出現(xiàn)的可能性。 樣本含量不足，檢驗效能（Power，1－β）偏低，導致

20、總體中本來具有的差異無法檢驗出來。,（三）重復原則,影響樣本含量的因素：,數(shù)據(jù)的種類：定量->等級->定性個體的變異：變異小，樣本含量少組間的差別：差別大，容易鑒別，n少指標間的相關程度：相關大，n少設計方法： 方法不同，則公式不同各組例數(shù)的分配： 均衡時，n少I型錯誤和II型錯誤： 小，n大研究的質量： 控制混雜好， n少,（三）重復原則,第二部分 常用統(tǒng)計方法及

21、應用,統(tǒng)計分析：統(tǒng)計描述和統(tǒng)計推斷,計量資料： 計數(shù)資料：率、構成比、相對比等級資料：構成比,,統(tǒng)計描述,統(tǒng)計推斷,,計量資料：t檢驗、方差分析 計數(shù)資料：卡方檢驗等級資料：秩和檢驗,關系研究：相關、回歸分析、logistic回歸分析,第二部分 常用統(tǒng)計方法及應用,一、基本概念,二、統(tǒng)計分析：統(tǒng)計描述和統(tǒng)計推斷,處理因素,受試對象,,實驗效應,,,,定量方法,,,定性方法,,,,,,,(測量),計量資料,無序

22、,有序,計數(shù)資料,等級資料,,,科研流程示意圖,第二部分 常用統(tǒng)計方法及應用,統(tǒng)計描述,統(tǒng)計推斷,,,統(tǒng)計分析的兩大方面,,,資料的統(tǒng)計描述指標,一、計量資料：,正態(tài)分布：均數(shù)±標準差,偏態(tài)分布：中位數(shù)±四分位數(shù)間距,對數(shù)正態(tài)分布：幾何均數(shù)±標準差,二、計數(shù)資料：率、構成比、相對比,三、等級資料：構成比,,（平均值為代表，標準差反映代表性）,第二部分 常用統(tǒng)計方法及應用,A組：均數(shù)=1710.5 標準差=1

23、40.5 中位數(shù)=1750B組：均數(shù)=2370.5 標準差=2975.9 中位數(shù)=1750,人大代表步入會場,AB兩組人群收入情況調查,平均數(shù)代表性分析,平均數(shù)代表性分析,某山區(qū)10名健康兒童的頭發(fā)中與血中硒的含量如下，用何指標進行描述？,編號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,發(fā)硒 74 66 88

24、 69 91 73 66 96 58 73血硒 13 10 13 11 16 9 7 14 5 10,經(jīng)計算：,,,第二部分 常用統(tǒng)計方法及應用,某單位研究膽囊腺癌、腺瘤的P53基因表達，對同期手術切除的膽囊腺癌、腺瘤標本各10份，用免疫組化法檢測P53基因，資料見表。,只能計算：陽性率,資料的統(tǒng)計描述,某醫(yī)院比較急性黃疸型

25、肝炎與正常人在超聲波波型上的表現(xiàn)，見下表。（只能計算構成比）,資料的統(tǒng)計描述,(一)計量資料的統(tǒng)計推斷（t檢驗和方差分析）,1、單樣本比較：樣本均數(shù)與總體均數(shù)的比較（t檢驗）2、兩樣本比較：配對設計：配對t檢驗 非配對設計：完全隨機設計t檢驗3、多樣本比較：配伍組設計：配伍設計方差分析 非配伍設計：完全隨機設計方差分析,,,某醫(yī)生測量了36名從事鉛作業(yè)男性工人的血紅蛋白含量

26、，算得其均數(shù)為130.83g/L，標準差為25.74g/L。問從事鉛作業(yè)工人的血紅蛋白是否不同于正常成年男性平均值140g/L？,單樣本比較,(一)計量資料的統(tǒng)計推斷（t檢驗和方差分析）,為比較兩種方法對乳酸飲料中脂肪含量測定結果是否不同，某人隨機抽取了10份乳酸飲料制品，分別用脂肪酸水解法和哥特里－羅紫法測定其結果。,配對設計（自身對照）,,(一)計量資料的統(tǒng)計推斷（t檢驗和方差分析）,為研究國產(chǎn)四類新藥阿卡波糖膠囊的降血糖效果，某醫(yī)

27、院用40名II型糖尿病病人進行同期隨機對照試驗。試驗者將這些病人隨機等分到試驗組(用阿卡波糖膠囊)和對照組(用拜唐蘋膠囊)，分別測得試驗開始前和8周后的空腹血糖，算得空腹血糖下降值見表3-4，能否認為該國產(chǎn)四類新藥阿卡波糖膠囊與拜唐蘋膠囊對空腹血糖的降糖效果不同？,完全隨機設計(非配對設計)兩樣本比較：,(一)計量資料的統(tǒng)計推斷（t檢驗和方差分析）,某醫(yī)生為了研究一種降血脂新藥的臨床療效，按統(tǒng)一納入標準選擇120名高血脂患者，采用完全隨

28、機設計方法將患者等分為4組，進行雙盲試驗。6周后測定低密度脂蛋白結果。,完全隨機設計(非配伍設計)多組比較,某研究者采用隨機區(qū)組設計進行實驗，比較三種抗癌藥物對小白鼠肉瘤抑瘤效果，先將15只染有肉瘤小白鼠按體重大小配成5個區(qū)組，每個區(qū)組內(nèi)3只小白鼠隨機接受三種抗癌藥物（具體分配結果見例4-3），以肉瘤的重量為指標，試驗結果見表4-9。問三種不同的藥物的抑瘤效果有無差別？,配伍設計三樣本比較,(二）計數(shù)資料的統(tǒng)計推斷（卡方檢驗）,1、只要

29、是率、構成比（百分率）指標比較，用卡方檢驗即可。2、卡方檢驗方法：分配對設計和非配對設計（無論組別多少）3、兩組率比較時注意事項：(校正條件）4、單向有序資料比較，只能用秩和檢驗（檢驗效果有無差別）,●非配對卡方檢驗：,,,1. 當n≥40， T ≥ 5時，用(Pearson Chi-Square)2. 當n≥40，而1≤T＜5時，用(Continuity Correction)3. 當n＜40或T＜1時，用Fisher精

30、確檢驗 (Fisher’s Exact test ),●配對卡方檢驗：b+c>40,否則需要校正,(二）計數(shù)資料的統(tǒng)計推斷（卡方檢驗）,秩和檢驗應用范圍： 1、等級資料 2、不能用t檢驗或方差分析的計量資料（偏態(tài)分布：2倍標準差大于均數(shù)；開口資料）,(三）等級資料的統(tǒng)計推斷（秩和檢驗）,某年某地一次傷寒爆發(fā)潛伏期頻數(shù)表 潛伏期 發(fā)病人數(shù)

31、 ≤3 3 5- 24 7- 20 9- 17 11- 14 13- 7

32、 15- 6 17- 2 19- 1 ≥21 2,,,,明顯偏態(tài),開口資料,用某藥治療不同病情的老慢支病人，療效見下表，試比較兩種病情的療效有無差別？ ────────────

33、────── 療效 單純性 單純性合并肺氣腫 合計 ────────────────── 控制 65 42 107 顯效 18 6 24 有效 30 23 53 無效 13 11 24 ─

34、───────────────── 合計 126 82 208 ──────────────────,等級資料,(三）等級資料的統(tǒng)計推斷（秩和檢驗）,(四）常用的統(tǒng)計軟件,統(tǒng)計軟件：中文：PEMS 3.0 for Windows 英文：SAS 8.0 SPSS 19.0,Statist

35、ical Analysis System,Statistical Product and Service Solutions,第三部分 論文寫作統(tǒng)計學表達,,,論著的一般格式（溫哥華格式）,論文題目,,,作者,中文摘要,關鍵詞（中文）,英文摘要,關鍵詞（英文）,,,,導言,對象與方法,結果,討論,,,,,文題,,正文,,,參考文獻,,,,1、文題：簡明、具體、確切，能概括論文的特定內(nèi)容。如果應用了先進的設計或統(tǒng)計分析模型可在標題中體現(xiàn)。

36、,例如：中老年人牙齒楔狀缺損相關因素的logistic回歸分析。,一、科研論文的結構,2、 論文摘要(Abstract)：,我國國家級醫(yī)學期刊一般簡化為：目的(objective) 、方法(methods) 、結果(results) 、結論(conclusion)四個部分,摘要是論文內(nèi)容不加注釋和評論的簡短陳述。作用是不閱讀全文即能獲得必要的信息。,一、科研論文的結構,目的(objective)：簡要說明研究的目的、意義及其重要性。

37、方法(methods)： 簡述本研究的設計方法、研究對象（材料）、實驗（試驗）方法、研究的范圍及觀察的指標、資料的收集處理以及統(tǒng)計分析方法等。,一、科研論文的結構,結果(results)：簡要列出主要的、有意義的、或新發(fā)現(xiàn)的研究結果，主要統(tǒng)計量的數(shù)值及假設檢驗結果（P值）。,一、科研論文的結構,肯定經(jīng)過科學分析的研究結果及其獲得的某些結論或論點。一般不涉及統(tǒng)計學。,結論(conclusion)：,一、科研論文的結構,4、關鍵詞(key

38、wards)：,除非是特殊的統(tǒng)計模型，否則，不用提及統(tǒng)計學術語。,關鍵詞3—5個。主要是反映論文中的關鍵性專業(yè)術語，以便檢索。,3、作者,一、科研論文的結構,導言或引言部分主要是表明研究目的、意義，以及本文所要解決的問題。為了說明本研究的意義，還要概括地敘述一下該研究問題的進展和焦點，進而指出本研究的創(chuàng)新點及其新意。前言部分是要高度概括，畫龍點睛，字數(shù)不宜太長，少則可在百字內(nèi)，多則也不要超過500字。,5、導言（introduction

39、）,一、科研論文的結構,,,6、對象與方法（材料與方法 material and methods）：,統(tǒng)計描述：描述研究材料的可靠性,專業(yè)描述：介紹實驗方法，便于別人模仿和重復,,,一、科研論文的結構,6、對象與方法(1)實驗性研究：體現(xiàn)試驗設計的“三要素，三原則”。包括以下4個部分：◆資料來源：介紹研究對象及其可靠性 （對象的選擇和診斷及鑒別診斷？有無可比性？）◆實驗方法：具體的實驗過程◆效果評

40、價方法和指標：如何判定結果◆統(tǒng)計分析方法：軟件及統(tǒng)計學方法,一、科研論文的結構,統(tǒng)計分析方法,要包含四層意思：（1）所使用的統(tǒng)計軟件（2）數(shù)據(jù)描述的指標（3）所采用的統(tǒng)計分析方法（4）檢驗水準,一、科研論文的結構,科研論著的主要結構,一、材料與方法二、結果三、討論,,,,6、對象與方法(2)觀察性研究：◆調查對象：介紹研究對象及其可靠性◆調查方法：具體的檢測過程及質量控制◆結果評價方法和指標：如何判定結果◆統(tǒng)計分

41、析方法：軟件及方法,一、科研論文的結構,7、結果（results）,主要用統(tǒng)計圖表來表示，加上一些分析。,結果是論文的核心部分，需將觀察結果或試驗結果實事求是地撰寫清楚。,一、科研論文的結構,討論（discussion）是全篇文章的精華，是從理論上對實驗和觀察結果進行分析和綜合，為文章的結論提供理論依據(jù)。,8、討論（discussion）,一、科研論文的結構,作者要引用統(tǒng)計結果作為支持其新發(fā)現(xiàn)、新結果、新觀點的依據(jù)。如果對統(tǒng)計結果理解和

42、解釋出現(xiàn)偏差，可能導致結論的錯誤。,8、討論（discussion）,一、科研論文的結構,正確理解差別有無顯著性的統(tǒng)計意義,是否拒絕H0，取決于： 1、被研究的事物有無本質的差異 2、抽樣誤差大?。?）個體差異大小 2）樣本例數(shù)多少 3、檢驗水準α的高低,8、討論（discussion）,,甲組(n=18) 乙組(n=12) P值

43、 X±S X±S甲指標 3.48±1.65 4.76±2.52 0.10乙指標 5.23±1.12 6.38±1.21 0.01,兩均數(shù)相差1.28,兩均數(shù)相差1.15,,,,,8、討論（discussion）,解釋,差值大小,抽樣誤差大小,變異度,例

44、數(shù)多少,8、討論（discussion）,8、討論（discussion）,結論不能絕對化,即 拒絕H0， 犯Ⅰ型錯誤； 不拒絕H0 ，犯Ⅱ型錯誤。,無論是否拒絕H0，都可能犯錯誤！,8、討論（discussion）,8、討論（discussion）,Ⅰ型錯誤與Ⅱ型錯誤,Ⅰ型錯誤：拒絕實際上是成立的H0， 這類“棄真”的錯誤稱Ⅰ型錯誤或第一類錯誤。其概率大小用α表示。,Ⅱ型錯誤：不拒絕（接受）實際上是不成立