医学统计学 实验设计精选ppt课件.ppt

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1、统计研究设计 调查研究 实验研究 临床试验 动物实验 单击此处编辑母版标题 样式 单击此处编辑母版副标题样式 2 实验研究设计 张菊英 主要内容 l实验研究设计的原则 l实验研究设计的内容 l常用的设计类型 l临床试验设计 统计研究设计 根据对研究对象是否进行干预分为 调查研究 客观地反映事物的实际情况 未加任何 干预措施 实验研究 根据研究目的主动加以干预措施 控制 非试验因素的干扰 回答研究假设所提出的问 题 实验研究设计 根据研究对象不同又可分为 动物实验研究 animal experiment design 以实验动物和实验样品为对象 临床试验 clinical trial desig

2、n 以患者为对象 现场试验 field trial 以自然人群为对象 实验设计的基本原则 l贯彻三原则是控制误差和偏倚的重要措施 对照原则 随机化原则 重复原则 设立对照 l控制实验中其它非实验影响因素和偏倚不可缺 少的重要手段 l根据研究目的设立恰当的对照 安慰剂对照 空白对照 实验对照 标准对照 自身对照 实例 l1976年某单位报告果胶驱铅的疗效观察 30 名铅中毒工人脱离现场后住院治疗 治疗铅测 得尿铅均数为0 116mg L 血铅均数为 1 81mg L 服用果胶20天后再测 尿铅均数 降为0 087mg L 血铅均数降为0 73mg L 说 明果胶有较好的驱铅作用 实例 l 樟柳碱

3、治疗偏头痛型血管性头痛的疗效观察 对4种类型 病程从0 5 32年不等的80例患 者 在头痛各期均只给樟柳碱治疗 但给药途 径和剂量不同 治疗发作期的63例患者中 显 效42例 有效16例 无效5例 间歇期的35例 患者种 显效19例 有效16例 对连续用药8 32天的24例患者随访 随访时间0 5 1年者 6例 1 1 5年者18例 结果 显效10例 有 效12例 无效2例 据此认为 樟柳碱不仅对 偏头痛各期均有效 且远期效果也较满意 随机化原则 是指采用随机的方式 使每个受试对象均有同 等的机会被抽取或分配到实验组和对照组 目的 随机纳入 减少偏倚干扰 排除分配误差 保 证可比性 方法 根

4、据不同试验的要求 可采用随机数字表 计 算机随机 配对随机 分层随机 区组随机 随机化 Randomization l随机抽样 l随机分配 l实验顺序随机 二者区别与联系 重复原则 l指在相同实验条件下进行多次实验或观察 l广义来讲 重复主要包括以下两方面 对多个受试对象进行实验 对同一受试对象进行重复观测 均衡的原则 l对非试验因素的条件加以控制 使试验组的非处 理因素和对照组的非处理因素均衡一致 l应尽量设立同期对照 concurrent control 或平行 对照 parallel control 1 交叉均衡 例 某医生欲观察某中药对慢性支气管炎的预防效 果 设计时在城市某工厂选择工

5、人100名服用该 中草药 在农村选择某乡农民100名作对照 不 服用此药 结果是城市慢性支气管炎患者明显较 少 而农村慢性支气管炎患者增加 由此得出该 中草药有防治慢性支气管炎的作用 修改 l将城市100名工人分成两组 50名服用中草药 50名不服用 l将农村100名农民分成两组 50名服用中草药 50名不服用 2 分层均衡 l欲进行4种处理后受试者皮肤温度变化的比较 修改后 实验设计的基本内容 实验设计的基本内容 l建立研究假设 l明确受试对象的范围和数量 l确立处理因素 l明确观察指标 l确定实验设计的类型 l控制误差和偏倚 建立研究假设 l根据研究目的确定研究假设 主要问题 primar

6、y question 一项研究所要解决的问题 也就是实验的目的 次要问题 secondary question 用于补充说明及完善研究问题 l主要问题 塞克硝唑胶囊治疗牙周炎是否有效及安全性如何 l次要问题 对于不同年龄段患者的疗效是否不同 受试对象的依从性如何 现以塞克硝唑胶囊治疗牙周炎为例 明确受试对象范围和数量 规定适宜进入试验的研究对象的标准 纳入标准 inclusion criteria 排除标准 exclusion criteria 受试对象应满足的两个基本条件 对处理因素敏感 反应必须稳定 其次 为使研究结果具有普遍性和推广价值 须 保证受试对象的同质性 homogeneity

7、和代表性 应注意纳入那些对处理因素的效应反映灵敏的 患者 排除无反应对象的干扰 应排除可能受到处理措施损害的特殊人群 纳入标准和排除标准应当用条文明确规定 成 为书面形式 并让所有参与研究的医务工作者 都知道 以便认真执行 确定选入标准应注意的问题 实例 剔 除 标 准 在试验开始或进行过程中 若发现不适合纳入 标准或应当排除的病例 则应剔除 否则将会影响 今后的统计分析 实际上是排除标准的完善与补充 如在试验开始后发现化验结果 某种特殊检查 结果不符合纳入标准等 明确受试对象的数量 l就是估计样本含量 一般根据主要观测指标来 确定 样本含量过小 统计推断效能低 样本含量过大 增加研究成本 确

8、立处理因素 l处理因素又称受试因素 是研究者根据研究 目的而施加给受试对象的特定实验措施 如 试验中给予的某种试验药物 实行某种手术 等 l非处理因素 如 混杂因素 confounder 分清处理因素和非处理因素 处理因素应当标准化 使处理因素在整个试验 过程中应始终如一 保持不变 确定处理因素时应当注意以下几点 明确观察指标 指标的选择应当注意以下几点 客观性较强 准确度和精密度 灵敏度和特异度 控制误差和偏倚 l任何实验研究结果均可能受两种因素的影响 真正由于处理因素作用的影响 各种误差和偏倚 bias 的干扰 误差 error l概念 试验中的原始数据与真实值之差 误差的分类 l非随机误

9、差 l随机误差 非随机误差 l非随机误差又可分为两种 非系统误差 在试验过程中研究者由于偶然的失 误造成的误差 这种误差亦称为过失误差 系统误差 系统误差的值是恒定不变的 或者是 按一定的规律变化 随机误差 l概念 是无规律性 不恒定的随机性变化的 误差 亦称偶然误差 抽样误差就是其中的 一种随机误差不可避免可为正或负 无一定 规律性 l有些随机误差可能被认识而加以控制 偏倚 bias l概念 偏倚是指在临床试验中由于某些非试验因 素的干扰所形成的系统误差 并歪曲了处理因素 的真实效果 l偏倚是一种系统误差 l偏倚只能进行控制而不可能完全避免 实验中可能出现的偏倚 根据偏倚所来源的实验阶段 可

10、将其分为 选择性偏倚 selection bias 测量性偏倚 measurement bias 混杂性偏倚 confounding bias 选择性偏倚 l概念 由于纳入观察对象的方法不正确 而产生的偏倚 l防止选择性偏倚的措施 正确拟定观察对象的纳入和排除标准 采用分层分配的方法 正确设立对照 贯彻随机化原则 测量性偏倚 l概念 在实验过程中对研究对象进行观察或测量时产 生的偏倚 常见的测量性偏倚 占染 contamination 干扰 co intervention 依从 compliance 和非依从 noncompliance 失访 lost to follow up 检查和诊断结果

11、的不一致 disagreement 观察记录的失误 防止测量偏倚的措施 l盲法 blind method l签定临床试验合同 l检查试验对象的依从性 l注意医德 l定期检查研究记录 l评价判断的一致性 混杂性偏倚 confounding bias l 在数据分析阶段 由于某些非试验因素与试 验因素同时并存影响到实验结果 这种由非 处理因素造成的偏倚 即混杂偏倚 简称混 杂 防止混杂偏倚的措施 l分层 l贯彻随机化原则 l配伍组设计 l标准化法 l Mantel Haenszel卡方检验 l协方差分析 常用的设计方法 常用的实验设计类型 l完全随机设计 completely randomized

12、 design l配对设计 paired design l随机区组设计 randomized block design l交叉设计 cross over design l析因设计 factorial design l序贯试验 sequential trial 完全随机设计 l平衡设计 balanced design l非平衡设计 unbalanced design 完全随机设计方案示意图 纳入标准 排除标准 研究总体 随机化 受试对象 实验组 对照组 完全随机化分组三大步骤 l编号 l取随机数 l确定组别 随机分配表 l必须利用随机化的工具 随机分配表 利用计算机软件产生随机分配表 最常用也

13、符合要求的理想方法 例 将体重相近的15只雌性小白鼠随机等分到 A B C三组 l先将小白鼠按体重从1 15编号 l再从随机数字表 附表1 中任一行 如第20行最 左端开始横向连续取15个两位数字 l按随机数从小到大的顺序编序号 如果随机数 相同 则先出现的为小 l事先设定规则 序号1 5对应的小白鼠分为A组 序号6 10对应的小白鼠分为B组 序号11 15 对应的小白鼠分为C组 分组结果 第1 3 10 12 15号小白鼠分到A组 第 2 4 9 13 14号小白鼠分到B组 第5 6 7 8 11号小白 鼠分到C组 配对设计 paired design l将受试对象按一定条件配成对子 再将每

14、对中 的两个受试对象随机分配到两个不同的处理组 l配对的因素应为可能影响实验结果的主要混杂 因素 配对设计的应用 l将两个条件相同或相近的受试对象配成对子 两个体分别随机接受两种不同的处理 l同一受试对象的两个部分配成对子 分别随机 接受两种不同的处理 l同一受试对象接受两种不同的处理 l自身前后配对 即将同一受试对象 接受某种 处理之前和接受该处理之后视为配对 例 将符合实验要求的14只小鼠 按照月龄和体 重相近的原则配成7对 试进行随机化分组 先将7对小鼠按体重从小到大的顺序编号 再从随机数 字表 附表1 中任一行 如第11行最左端开始横向连续 取14个两位数字 事先规定 每一对中 随机数

15、较小者 序号为1 对应于A组 随机数较大者序号为2 对应于 B组 分配结果如下 随机区组设计 randomized block design l亦称配伍组设计 通常做法是将受试对象按性 质 如动物的性别 体重 患者的性别 年龄 病情等非处理因素 相同或相近分为b个区组 或称配伍组 然后将每个区组中的k个受试 对象随机分配到k个处理组 l可见 随机区组设计实际上是配对设计的扩 展 配对设计中每对是两个受试对象 而随 机区组设计中每个区组是两个以上的受试对 象 l设计时应遵循 区组内差别越小越好 区组 间差别越大越好 的原则 例 16只大鼠 根据分层因素将其分为4个区组 每组4 只大鼠 分别接受A

16、 B C D四种处理 l先将16只大鼠按某种顺序编号 再从随机数字表 附表1 中任一行 如第36行最左端开始横向连续 取16个两位数字 l再将每一区组内的四个随机数字由小到大排序 l事先规定 序号1 2 3 4分别对应于A B C D四个处理组 l由下表可知 对于区组1 编号为1 1 1 2 1 3 1 4号的大鼠分别对应于A D B C四个处理组 余类推 随机区组设计的16只大鼠随机分组的结果 交叉设计 cross over design l 交叉设计是一种特殊的自身对照设计 它按 事先设计好的实验次序 在各个时期对受试对 象先后实施各种处理 以比较处理组间的差异 交义设计的方法 l首先将条件相近的观察对象配对 再随机分配 决定其中之一先采用处理方式A或B 另一对 象则先用B再用A 结果使一半对象先接受A 再接受B 另一半则相反 两种处理方式交叉 进行 处理方式AB 同一对 1号对象 2号对象 先 A 先 B 后 A 后 B l交叉设计的基本前提是各种处理方式不能相互影 响 即受试对象在接受第二种处理时 不能有前 一种处理的剩余效应 carry over effects 交叉设计的优