医学科研设计课件

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1、第11章 医学科研设计,任何一项医学研究，在确定研究目的之后，首先应该考虑的问题就是怎样安排实验，或者说需要一份良好的研究计划。这一份良好的研究计划就是研究设计，它是使研究结果满足科学性的重要保证。,研究设计包括专业设计与统计设计两个部分，其中统计设计主要是依据研究目的，从研究的现有条件出发，规定研究因素、选择效应指标、确定研究对象的引入方式方法和规模，拟定实施的方法、以及数据收集、整理分析的模式，直至结果的解释。通过合理的、系统的安排，达到控制系统误差，以消耗最少的人力、物力和时间，而获得可靠的信息与结论。统计设计作为医学科学研究的重要组成部分，是科学研究成功的基础。,第一节 医学科研设计的

2、基本原则,科研设计的主要作用就是减小误差、提高实验的效率，因此根据误差产生的来源，在设计时必须遵守四个基本原则，即对照、随机、重复、均衡。,1对照（control） 在确定接受处理因素的实验组时，应同时设立对照组。因为只有正确的设立了对照，才能平衡非处理因素对实验结果的影响，从而把处理因素的效应充分显露出来。这是控制各种混杂因素的基本措施。 如1927年McDouyall用大鼠实验，把一代代大鼠加以训练，使之趋光，对每代大鼠测定趋光速度，他发现这种速度随世代而增加，于是认为这是获得性遗传效应的例证，可他并未采用对照组。到了1936年，Crew采用对照组（不予训练）与处理组（给予训练）同时观察，

3、发现这种遗传效应两组都是存在的。,常用的对照方法： 安慰剂对照（placebo control）常与盲法结合 空白对照（blank control）对照组不接受任何处理 实验对照（experimental control）对照组不施加处理因素，但施加某种与处理因素有关的实验因素 标准对照（standard control）用现有的标准方法或常规方法作为对照 自身对照（self control）对照与实验在同一受试对象进行。 历史对照（history control）以过去的研究结果作为对照,2随机（randomization） 包括三方面：随机抽样、随机分组、实验顺序随机 随机化分组是用随机的

4、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等。随机化分组是保证非处理因素均衡一致的一种重要手段。 例如评价A、B两种药物的疗效，若采用抛硬币来实施随机化，正面服A药，反面服B药，这样每个病人抛一次，就可保证每个病人服A、B两药的概率相同。,3重复 （replication） 在试验中，同一处理需设置的试验单位数，称为重复。一个受试者可以构成一个试验单位，有时一群观察对象构成一个观察单位，如一个家庭，一个班组等。两个或两个以上的试验单位称为有重复的试验，这个试验单位数也就是样本含量（sample size）。“重复”最主要的作用是估计试验误差。实验误差客观存在，只有多次重复测

5、定试验对象的某项指标，才能通过观测值的差异计算出误差大小，掌握该指标的变异规律。,设置重复的另一作用是降低实验误差，从而提高精密度。已知标准差与标准误的关系是 ，即当标准差固定的情况下随机误差的大小与重复次数（样本含量）的平方根成反比，也就是说重复的多，抽样误差就小。但若认为重复越多越好，也是不符合设计原则的。因为无限地增加样本含量，将加大实验规模，延长实验时间，浪费人力物力，反而增加系统误差出现的可能性。因此正确估计一个实验的观察例数，是实验设计的重要内容。,估计样本含量取决于以下4个条件，它们也是估计公式推导的理论依据： 1假设检验的第类错误概率，即检验水准。 2假设检验的第类错误概率。

6、3总体标准差。通常以样本的 S作为估计值，多由预实验、查阅文献、经验估计而获得。 4处理组间的差别（容许误差）：所比较的两个总体参数间的差别，如12或 12。若研究者无法得到总体参数的信息，可作预实验来估计，也可根据专业要求由研究者规定。,4.均衡 即齐同原则，指实验中要求实验对象除了处理因素外，其他非处理因素(混杂因素)应该尽可能相同，以消除非处理因素对实验结果的影响，避免偏性，减少误差，提高实验精确度。,第二节 实验设计,在医学研究中，根据观察者是否主动施加干预而分为实验研究与调查研究两类。 实验研究又称干预性研究，是指研究者根据研究目的人为地对受试对象（包括人或动物）设置干预措施，控制非

7、干预措施的影响，总结干预因素的效果。,调查研究又称观察性研究，是指对特定对象群体进行调查，影响被调查者的因素是客观存在的，研究者只能被动地观察和如实记录。 实验与调查虽然在设计上有区别，但实际研究工作中常结合应用，某些现场调查可为实验提供线索，而实验结果还需要通过调查加以证实。,一、实验设计的特点与分类,特点 人为设置处理因素 随机分配受试对象 控制误差,分类 动物实验 临床试验 社区干预试验,二、实验设计的基本要素,实验设计包括三个基本要素，即处理因素、受试对象和实验效应。 例如观察某降压药的效果，那么某降压药就是处理因素，高血压患者为受试对象，被测的血压值则是实验效应，这三部分内容就构成了

8、完整的实验基本要素，缺一不可。因此任何一项实验研究在进行设计时，首先应明确这三个要素，再根据它来制订详细的研究计划。,1处理因素 研究者根据研究目的欲施加或欲观察的能作用于受试对象并引起直接或间接效应的因素，称为处理因素（study factor，treatment）。处理因素可以是主动施加的某种外部干预（或措施），如某种药物等；也可以是客观存在的，如观察培养基在空气中的污染程度与季节的关系，“不同季节”就是该实验的“处理因素”，而“季节”这个处理又不是人为实施的，而是客观存在的，也可称为固有的。,与“处理因素”相对应（同时出现）也能使受试对象产生效应的因素属于“非处理因素”，例如不同季节制作

9、培养基的条件，培养基放置的位置和时间等。这些因素均可影响污染程度，它们混杂于“季节”这一处理因素之中，起了干扰作用，故又称为混杂因素（confounding factor）。因此在确定处理因素的同时，根据专业知识与实验条件，找出重要的非处理因素，以便进行控制。,2受试对象 受试对象（subject）是处理因素作用的客体。医学研究的对象一般分为人和动物两类，在实验进行前必须对研究对象的条件作严格的规定，即明确的纳人标准（inclusion criteria）与排除标准（exclusion criteria）以保证他（它）们的同质性。首先受试对象应满足两个基本条件：对处理因素敏感；反应必须稳定。,

10、例如观察某药物对高血压的疗效，一般情况期高血压患者对药物不够敏感，而期患者本身血压波动较大，因此宜选择期高血压患者为受试对象。同时受试对象还应具有明确的标准，例如，动物实验时，要求受试动物均为同种属、同性别、同体重或同窝者，因为这些条件可能影响试验结果，必须控制一致。,3实验效应 实验效应（experimental effect）是处理因素作用于受试对象的客观反应和结果，它通过观察指标来表达。如果指标选择不当，未能准确的反应处理因素的作用，那么获得的研究结果就缺乏科学性，因此选择好观察指标是关系研究成败的重要环节。选择指标的依据是：指标应满足实验设计所要求的有效性、精确性和敏感性。,观察指标有

11、主观指标与客观指标之分，主观指标是由病人回答或医生定性判断来描述观察结果；而客观指标则是借助仪器等手段进行测量来反映观察结果。特别是在临床试验中，主观指标易受研究者和受试对象心理因素影响，例如“疼痛程度”这个指标虽然可用阈值表达，但它因医生抚慰而减轻，亦可随病人耐受性降低而加重。因此应尽量选用客观的、定量的指标。,三、常用的几种实验设计方案,一、完全随机设计 完全随机设计（Completely randomization design）又称简单随机设计，是一种考查单因素 M水平或多水平设计方案，它将同质的观察对象不加任何条件限制，采用随机数字表或随机排列表，随机的分配到各处理水平组去（见图 2

12、6-1），观察水平数 k2时，适用 t检验对两组均数进行比较。k2时，适用单因素方差分析。 完全随机设计的优点是设计简单，易于实施，出现缺失数据时仍可进行统计分析；但与随机区组设计相比，在小样本试验时，各样本随机误差较大，检验效能较低。,二、随机区组设计,随机区组设计（ randomized block design）又称为配伍组设计，该设计属单因素两水平或多水平的设计方案，当水平数 k2时，即为配对设计（paired design）。它要求各观察对象按一定条件组成一个区组（配伍组），区组内各受试者条件相同，如同性别、年龄、职业、病情等。采用随机方法将他们分配到各处理水平组去。这样保证了各组内

13、受试对象的齐同可比，即减少组间误差，提高检验效率，但由于配伍要求严格，执行有一定难度，研究时间可能延长。对于获得的实验数据，属数值变量者可用随机区组方差分析或秩和检验处理，属分类变量可用2检验。包括配对2检验。随机区组设计方案示意图见图 26-3。,三、交叉设计,交叉设计（cross-over design）是在自身配对设计基础上发展的双因素设计。它可在同一病人身上观察两种或多种处理的效应，这样能够消除病人之间的变异，减少误差，提高检验效率。该设计安排是首先将一组同质个体随机的分为两组；然后分别将 A因素施与组，同时 B因素施与组，待第一阶段实验结束后再进行交换，此时将 A因素施与组而 B因素

14、施与组，进行第二阶段实验。实际上每个受试对象都接受了两种处理，同时AB两种处理在两个时间阶段上都进行实验，这样使 AB两种因素先后实验的机会均等，平衡了试验顺序的影响。可见交叉设计是在同源配对设计基础上增加了一个观察因素，即“阶段”因素。这种设计适用于不易控制个体差异的受试者，计量数据用方差分析处理。,1设计要求 该设计要求受试对象在接受第二种处理前，应留有一个间隔期以消除前一种处理的剩余效应（ carry-over effects）或残留效应。试验期间不宜时间过长，患者病情应处于稳定状态。 交叉设计的基本模式见图 26-4。 例26-5 某医院研究依那普利（ A药）治疗高血压的疗效，以传统的

15、抗高血压药卡托普利（ B药）作对照，经随机化分为两组，一组先给 A药后给B药，另一组给B药后给A药。第一、二阶段均为一个月，一、二阶段之间的间歇期为一周。结果见表 26-4。,第三节 调查设计,调查设计是对调查研究工作全过程的总设想和科学安排，是调查研究工作的先导和依据，也是调查研究结果准确可靠的保证。,调查时研究条件难以控制，一般只有通过合理分组、设置对照等手段尽可能地减少干扰。 例如研究某县高山、平原与丘陵三类地区儿童血红蛋白水平，已知血红蛋白与营养有一定关系，因此三个人群按经济收人、饮食习惯分层。确定各层样本含量进行随机抽样，以达到减少营养状况对调查结果干扰的目的。,一、调查计划的内容,

16、明确调查目的和指标； 确定调查对象和观察单位； 确定调查项目和设计调查表； 选择调查方法； 确定资料的收集方法； 制定调查组织计划以及各阶段的质量控制措施。,二、调查方法,调查研究的具体方法有多种，常根据研究目的和具体的调查研究项目来选择正确的调查方法。,调查方法,普查 抽样调查 简单随机抽样 系统抽样 整群抽样 分层抽样,典型调查 病例对照研究 队列研究,三、调查表的设计,依据选定的调查指标确定调查项目，把调查项目有机地组合在一起，并附调查说明，即形成完整的调查表（又称问卷）。,调查项目包括分析项目和备查项目： 备查项目，一般不用于直接的分析，而是为了保证分析项目填写的完整、正确，便于核查、补填或更正，如表5.1列出的调查对象的姓名、住址； 分析项目，指直接用来分析计算的调查指标，其中包括分析时为排除混杂因素影响需要的内容。如表5.1中的性别、死时实足年龄、诊断结果等。此外需向有关机构搜集该地