13-醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計(jì)學(xué)設(shè)計(jì)

1、第十三章 醫(yī)學(xué)研究的統(tǒng)計(jì)學(xué)設(shè)計(jì),郭 艷2013-1-8,1.掌握醫(yī)學(xué)研究設(shè)計(jì)的原則、要素2.掌握常用的隨機(jī)概率抽樣方法及其應(yīng)用3.掌握調(diào)查表的制定與評(píng)價(jià)4.掌握樣本含量的估計(jì)及其影響因素5.熟悉調(diào)查設(shè)計(jì)的基本步驟、常用的調(diào)查方法6.了解調(diào)查研究的分類,目的和要求,統(tǒng)計(jì)工作有四個(gè)基本步驟: 統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)、收集資料、整理和分析資料。,統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)：包括對(duì)資料收集、整理和分析全過(guò)程總的統(tǒng)計(jì)設(shè)想和科學(xué)安排?？晒?jié)省人力、物力

2、和時(shí)間；可控制實(shí)驗(yàn)誤差；可提高實(shí)驗(yàn)效率。 科研設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)觀察過(guò)程的依據(jù)，是對(duì)數(shù)據(jù)處理的前提，也是提高科研成果質(zhì)量的一個(gè)重要保證。,根據(jù)觀察者是否主動(dòng)施加干預(yù)而分為實(shí)驗(yàn)與調(diào)查兩類：,實(shí)驗(yàn)、試驗(yàn)（Experiment，trial）：指由研究者主動(dòng)地決定給予部分實(shí)驗(yàn)對(duì)象某種處理，給予另部分對(duì)象某種對(duì)照處理的研究設(shè)計(jì)形式，這種處理的分配常常是隨機(jī)的。調(diào)查(Survey)：指對(duì)特定對(duì)象群體進(jìn)行調(diào)查，影響被調(diào)查者的因素是客觀存在的

3、，研究者只能被動(dòng)地觀察和如實(shí)記錄。,研究假說(shuō) （Hypothesis),對(duì)研究的現(xiàn)象或規(guī)律做出假定性的說(shuō)明或推斷。形成假說(shuō)的方法：求同法差異法共變法類推法剩余法,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三要素,研究對(duì)象（實(shí)驗(yàn)單位）,,,,處理因素,,實(shí)驗(yàn)效應(yīng),研究對(duì)象人（試驗(yàn)，trial）動(dòng)物(實(shí)驗(yàn)， experiment),器官，組織有明確的納入標(biāo)準(zhǔn)和排除標(biāo)準(zhǔn)處理因素處理效應(yīng),實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三要素,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三要素,處理因素（treatm

4、ent)人為控制的，根據(jù)研究目的施加于研究對(duì)象的外界干預(yù)，是主要的研究因素。多水平標(biāo)準(zhǔn)化（藥物的性質(zhì)、成分、批號(hào)、劑型、劑量、用法）非研究因素（用對(duì)照、隨機(jī)等方法加以控制）協(xié)變量混雜變量,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三要素,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三要素,實(shí)驗(yàn)效應(yīng)（outcome)結(jié)局指標(biāo)（measurement)主觀客觀精確（準(zhǔn)確度，精確度）靈敏（sensitive),實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三要素,調(diào)查設(shè)計(jì)是統(tǒng)計(jì)研究設(shè)計(jì)的很重

5、要組成部分,是醫(yī)學(xué)科學(xué)研究重要手段,它的主要特點(diǎn)：1) 研究過(guò)程中沒(méi)有人為施加干預(yù)措施,而是客觀地觀察記錄的某些現(xiàn)象的現(xiàn)狀的相關(guān)特征.這里的研究因素是客觀存在的;2) 有些混雜因素不能通過(guò)隨機(jī)分組的方法來(lái)平衡,如擬了解和比較甲、乙兩地環(huán)境條件對(duì)食管癌死亡率水平的影響。 將具有這些特點(diǎn)的研究統(tǒng)稱為調(diào)查研究。,調(diào)查問(wèn)卷的評(píng)價(jià),效度（validity)：是指問(wèn)卷所能反映調(diào)查對(duì)象真實(shí)情況的程度，又稱為準(zhǔn)確度或真實(shí)性。信度(re

6、liability)：是指在相同條件下對(duì)同一調(diào)查對(duì)象重復(fù)測(cè)量結(jié)果的一致程度，又稱為精密度或可靠性。可接受性(acceptability)：被訪者對(duì)調(diào)查表的接受程度(內(nèi)容、時(shí)間）。,調(diào)查問(wèn)卷的評(píng)價(jià),2024/3/20,公共衛(wèi)生學(xué)院 醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)與流行病學(xué)系,12,問(wèn)卷評(píng)價(jià),信度,效度,重測(cè)信度,測(cè)評(píng)者間一致性,內(nèi)部信度,表面效度,內(nèi)容效度,結(jié)構(gòu)效度,,,,,,,,,*標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)效度,*區(qū)分效度,2024/3/20,12,調(diào)查問(wèn)

7、卷的評(píng)價(jià),對(duì)照的形式,(一)空白對(duì)照 (二)實(shí)驗(yàn)對(duì)照 (三)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照(四)自身對(duì)照 (五) 相互對(duì)照,(一)對(duì)照 (二)均衡 (三)隨機(jī)(四)重復(fù),醫(yī)學(xué)研究設(shè)計(jì)的四原則,一、對(duì)照的原則,有比較才有鑒別。,對(duì)照的意義 ：,①指設(shè)立對(duì)照組以排除非處理因素而顯示出處理的效應(yīng)。,②消除和減少實(shí)驗(yàn)誤差 。,處理組：,對(duì)照組：,比較結(jié)果：,,(一)空白對(duì)照 (二)實(shí)驗(yàn)對(duì)照 (三)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照(四)自身對(duì)照 (五) 相互對(duì)照,對(duì)

8、照的形式,對(duì)照的形式,(一)空白對(duì)照（略）： 對(duì)照組不加任何處理因素。 例： 實(shí)驗(yàn)組兒童接種疫苗， 對(duì)照組兒童不接種疫苗。,特點(diǎn)： 簡(jiǎn)單易行，但容易引起心理差異，從而影響實(shí)驗(yàn)效應(yīng)的測(cè)定。,對(duì)照的形式,(二)實(shí)驗(yàn)對(duì)照（略）： 施加基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)條件（非處理因素）。,例：賴氨酸面包+非處理因素→賴氨酸效應(yīng) + 面包效應(yīng)+非處理因素效應(yīng),面包+非處理因素→

9、 面包效應(yīng)+非處理因素效應(yīng),賴氨酸 賴氨酸效應(yīng),,對(duì)照的形式,(三)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照： 以現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)或正常值作對(duì)照。,例 ①某種新的方法能否代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法的研究； ②某病患者與正常人同一項(xiàng)生理、生化指標(biāo)對(duì)照等。,注意：實(shí)驗(yàn)條件應(yīng)一致 。 標(biāo)準(zhǔn)組應(yīng)能代表當(dāng)時(shí)療法的水平。,對(duì)照的形式,(四)自身對(duì)照：在同一受試對(duì)象上進(jìn)行。 特點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行，使用

10、廣泛。但若試驗(yàn)前后某些環(huán)境或自身因素發(fā)生改變，并且會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果，就難以說(shuō)明問(wèn)題。,(五) 相互對(duì)照 ：幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組互相對(duì)照。例：比較幾種藥物治療同一疾病的療效。,二、均衡的原則,指實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的非處理因素均衡一致。即對(duì)照組除了處理因素外，其它條件應(yīng)與實(shí)驗(yàn)組完全一致和基本一致，即所謂保持實(shí)驗(yàn)條件的均衡或齊同原則(balance)。 均衡性越好越能顯示出處理因素的作用，消除非處理因素對(duì)結(jié)果的影響。,均衡的原則,例：試用A

11、DI藥物預(yù)防腸道傳染病的效果觀察設(shè)計(jì)。,方案一： 甲幼兒園(100人) 服ADI，腸道傳染病↓ 乙幼兒園(100人) 不服ADI，腸道傳染病↑,分析：甲乙幼兒園的非處理因素（食堂衛(wèi)生條件、兒童衛(wèi)生習(xí)慣）如不相同，則不均衡。,均衡的原則,甲幼兒園（100人） 服ADI（50人） 不服ADI（50人） 乙幼兒園（100人） 服ADI（50人）

12、 不服ADI（50人）,方案二：,三、隨機(jī)的原則,在實(shí)驗(yàn)中，許多混雜因素是沒(méi)辦法完全達(dá)到均衡的，而且許多因素事先無(wú)法預(yù)知會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也就未能在設(shè)計(jì)時(shí)加以控制。這些因素在組間的均衡就依賴于隨機(jī)化來(lái)保障。,隨機(jī)化原則 (randomization)： 隨機(jī)≠“隨便”, 指每個(gè)受試對(duì)象以機(jī)會(huì)均等的原則隨機(jī)地分配到試驗(yàn)組和對(duì)照組。 目的：使各組非實(shí)驗(yàn)因素的條件均衡一致，以消除對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。,四、重

13、復(fù)的原則,重復(fù)(replication)：指各處理組與對(duì)照組的例數(shù)要有一定數(shù)量，表現(xiàn)為實(shí)驗(yàn)例數(shù)（樣本含量）的大小和重復(fù)次數(shù)的多少。可防止偶然性或巧合的現(xiàn)象。 要求：必須在保證實(shí)驗(yàn)具有一定的可靠性條件下，確定最少的試驗(yàn)例數(shù)。,常用隨機(jī)抽樣方法（概率抽樣）,概率抽樣方法主要包括： 單純隨機(jī)抽樣 系統(tǒng)抽樣 整群抽樣 分層抽樣,1.單純隨機(jī)抽樣（simple random sampling) 優(yōu)點(diǎn)：均數(shù)、率及其標(biāo)

14、準(zhǔn)誤計(jì)算簡(jiǎn)便。 簡(jiǎn)便易行，適用小樣本。 缺點(diǎn)：當(dāng)總體中例數(shù)多時(shí)，對(duì)觀察單位進(jìn)行編號(hào)不易操作，在實(shí)際工作中有時(shí)難以實(shí)現(xiàn)。 方法：抽簽，用隨機(jī)數(shù)字表和隨機(jī)排列表，用計(jì)算機(jī)。例14-5 抽樣參加夏令營(yíng)活動(dòng)，某班有學(xué)生100人，若抽取為10人參加夏令營(yíng)，試作單純隨機(jī)抽樣設(shè)計(jì)。,2.系統(tǒng)抽樣（systematic sampling) 例14.6 欲調(diào)查某社區(qū)貧血患

15、病情況,該社區(qū)有居民1000人,試按系統(tǒng)抽樣方法,抽取例數(shù)為100的樣本. 先將1000名居民按某一特征的順序編號(hào),N為1000,n=100,抽樣間隔1000/100=10,在1~10之間隨機(jī)確定一個(gè)數(shù)字,譬如7,每間隔10個(gè)觀察單位抽取一個(gè),即7、17、27、… 、997組成樣本。,系統(tǒng)抽樣的優(yōu)點(diǎn)：1）易于理解，簡(jiǎn)便易行； 2）容易得到一個(gè)按比例分配的樣本； 3）樣本觀察單位在總體中分布均勻，其抽樣

16、誤差一般小于單純隨機(jī)抽機(jī)抽樣。缺點(diǎn)：1）當(dāng)總體的觀察單位按順序有周期趨勢(shì)或單調(diào)增（減）趨勢(shì)時(shí)，容易產(chǎn)生明顯的系統(tǒng)誤差（偏倚）；2）在實(shí)際工作中，一般按單純隨機(jī)抽樣方法估計(jì)其抽樣誤差，但系統(tǒng)抽樣抽取各個(gè)觀察單位并不是彼此獨(dú)立的，因此抽樣誤差的估計(jì)只是近似的。,3.整群抽樣（cluster sampling) 先將總體按照某種與研究無(wú)關(guān)的特征劃分為K個(gè)“群”組，每個(gè)群組包括若干觀察單位，然后抽取k個(gè)“群”，抽取的各個(gè)群的

17、全部觀察單位組成樣本。,優(yōu)點(diǎn)： 便于組織、節(jié)省經(jīng)費(fèi)，容易控制調(diào)查質(zhì)量。缺點(diǎn)：當(dāng)樣本含量一定時(shí)，其抽樣誤差一般大于單純隨機(jī)抽樣，這是因?yàn)闃颖居^察單位不是均勻散布在總體中。 為降低抽樣誤差，可采用增加抽取的“群”數(shù)，減少“群”內(nèi)觀察單位數(shù)的方法進(jìn)行抽樣，即重新劃分“群”，使每個(gè)“群”更小。,4.分層抽樣（stratified sampling),先按對(duì)觀察指標(biāo)影響較大的某種特征，將總體分為若干類別，再?gòu)拿恳粚觾?nèi)

18、隨機(jī)抽取一定數(shù)量的觀察單位，合起來(lái)組成樣本。,分層抽樣的優(yōu)點(diǎn)：A：抽樣誤差小于前三種，樣本的代表性好B：便于對(duì)不同層采用不同的抽樣方法C：便于對(duì)各層獨(dú)立進(jìn)行分析,在實(shí)際調(diào)查研究中常常將兩種或幾種抽樣方法結(jié)合起來(lái)使用。 各抽樣方法的抽樣誤差一般是：整群抽樣?單純隨機(jī)抽樣?系統(tǒng)抽樣?分層抽樣 樣本含量的估計(jì)的目的是在保證一定精度和檢驗(yàn)效能的前提下，確定最少的觀察單位數(shù)（下章具體討論）。

19、,在實(shí)際調(diào)查研究中常常將兩種或幾種抽樣方法結(jié)合起來(lái)使用。 各抽樣方法的抽樣誤差一般是：整群抽樣?單純隨機(jī)抽樣?系統(tǒng)抽樣?分層抽樣 樣本含量的估計(jì)的目的是在保證一定精度和檢驗(yàn)效能的前提下，確定最少的觀察單位數(shù)（下章具體討論）。,,從抽取樣本的方式分,概率抽樣(單純隨機(jī)抽樣、系統(tǒng)抽樣、分層抽樣、整群抽樣)非概率抽樣(偶遇抽樣、判斷抽樣、定額抽樣、雪球抽樣),決定樣本含量的四要素：,第一類

20、錯(cuò)誤的概率?，即檢驗(yàn)水準(zhǔn)。檢驗(yàn)效能1-?。容許誤差??？傮w變異度?。,樣本含量估計(jì)的要素,⑴第一類錯(cuò)誤的概率?，即檢驗(yàn)水準(zhǔn)。 ?越小，所需樣本含量越多。 一般取?=0.05，還應(yīng)明確單雙側(cè)。,⑵檢驗(yàn)效能1-?。 ?為第二類錯(cuò)誤的概率，即H0為假，但錯(cuò)誤接受它的概率（假陰性）。1-?表示在特定的?水準(zhǔn)下，H1為真時(shí)檢驗(yàn)?zāi)苷_發(fā)現(xiàn)的能力。 1-?越大，所需樣本含量越多。通常取?=0.1或0.2，即1-?

21、=0.9或0.8，一般1-?不能低于0.75。,⑶容許誤差 ?：相比較的兩個(gè)總體間某參數(shù)的差別所允許的限度，如?=μ1-μ2，或?=π1-π2。 ?越小，所需樣本含量越多。 一般用希望發(fā)現(xiàn)或需控制的樣本和總體間或兩個(gè)樣本間某統(tǒng)計(jì)量的差別所代替。 ?的確定：可作預(yù)實(shí)驗(yàn)或用專業(yè)上有意義的差值代替。,⑷總體變異度?。 ?越大，所需樣本含量越多。 通常根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)、查閱文獻(xiàn)和專業(yè)知識(shí)判斷。,誤差來(lái)源及其控制

22、方法,誤差來(lái)源（1）非抽樣誤差（人為因素）過(guò)失誤差（記錄，計(jì)算，理解，隱瞞誤差或錯(cuò)誤）系統(tǒng)誤差（選擇偏倚，測(cè)量偏倚，混雜偏倚）（2）抽樣誤差抽樣誤差不可避免，但可控制。,誤差來(lái)源及其控制方法,控制誤差的方法（1）設(shè)計(jì)階段質(zhì)量控制利用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則：均衡、隨機(jī)，比如采取配對(duì)或隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)減少混雜偏倚。（2）資料收集階段質(zhì)量控制研究人員的選擇和培訓(xùn)，盲法觀察，定期檢查研究記錄，檢查研究對(duì)象的依從性（3）資料整理與分析階段

23、質(zhì)量控制,在臨床試驗(yàn)中，研究者或受試者均可給實(shí)驗(yàn)效應(yīng)帶來(lái)影響，造成偏倚（bias） 。 盲法設(shè)計(jì)分單盲和雙盲法。單盲法是讓受試者不知道自已接受何種處理；雙盲法是受試者和實(shí)驗(yàn)者都不知受試者接受何種處理。,盲法設(shè)計(jì)（blindness design）,安慰劑常與雙盲法配合使用，它是清除安慰作用的一種有效方法。 保密是盲法的關(guān)鍵。,資料的統(tǒng)計(jì)分析,資料整理與分析階段質(zhì)量控制統(tǒng)計(jì)分析前進(jìn)行（1）問(wèn)卷核對(duì)（2）雙機(jī)錄入數(shù)

24、據(jù)統(tǒng)計(jì)分析（3）分層分析、多因素分析（調(diào)整和控制混雜因素）,資料的統(tǒng)計(jì)分析,數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制（1）核查（人工，計(jì)算機(jī)邏輯性核查）（2）異常值(outlier)的處理 有無(wú)法糾正的邏輯性錯(cuò)誤，刪除該數(shù)據(jù)。 剔除、包含異常值各做一次分析，比較結(jié)果，如果結(jié)果不互相矛盾，則可不剔除該數(shù)據(jù)。（3）缺失值（missing value) 缺失比例不能太大，否則數(shù)據(jù)不完整，質(zhì)量不可靠。 填補(bǔ)缺失值。,統(tǒng)計(jì)分析方法：

25、定量資料：兩組---t 檢驗(yàn)、秩和檢驗(yàn) 多組---方差分析或秩和檢驗(yàn)無(wú)序分類資料：兩組--- χ2檢驗(yàn)或Fisher’s exact test 多組--- χ2檢驗(yàn)或Fisher’s exact test有序分類(等級(jí))資料： --- 秩和檢驗(yàn),,總體的定義,,,,明確研究總體和調(diào)查對(duì)象,,確定抽樣方法,,確定觀測(cè)指標(biāo)和調(diào)查項(xiàng)目,,選擇調(diào)查方式,,,制

26、定調(diào)查組織計(jì)劃,,,制定整理、分析計(jì)劃,統(tǒng)計(jì)結(jié)論+專業(yè)結(jié)論,,根據(jù)研究目的,,,,,預(yù)調(diào)查修改調(diào)查表,,,總結(jié),（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的三要素研究對(duì)象、處理因素、處理效應(yīng)（2）研究設(shè)計(jì)的四原則對(duì)照、隨機(jī)、均衡、重復(fù)（3）常用的隨機(jī)抽樣方法及應(yīng)用單純隨機(jī)抽樣、系統(tǒng)抽樣、整群抽樣、分層抽樣抽樣誤差排序：整群抽樣?單純隨機(jī)抽樣?系統(tǒng)抽樣?分層抽樣,總結(jié),（4）誤差來(lái)源非抽樣誤差、抽樣誤差（5）影響樣本量估計(jì)的四個(gè)要素第一類