医学统计学第三章实验设计课件

医学统计学第三章实验设计2019/8/162019/8/16学习目的和要求1、掌握实验实验研究的分类和特点、实验设计的三要素、医学实验设计的基本原则。2、熟悉实验设计的基本内容和步骤及常用的几种实验设计方法。2019/8/16将一组实验对象随机分配到两种或多种处理组，观察比较不同处理因素的效应是否有差别。说明处理因素是否对受试对象产生效应。一、实验研究的定义(重点）概述2019/8/161．研究者根据实验目的，预先制定实验设计，人为设置处理因素；2．能按随机化方法，将研究对象分为实验组和对照组，使各组具有相似的基本特征，提高了组间的可比性。※与调查研究相区别二、实验研究的特点※2019/8/16调查研究的特点1、研究因素是客观存在的。研究不能主动地施加处理因素只能“被动地观察客观存在的现象。这是与实验研究的一个重要区别。2、不能用随机化分组来平衡混杂因素对调查结果的影响。这是与实验研究的另一个重要区别。3、反映某个时点上事物或现象的现状以及与之某些相关的因素的关系，只能提供病因线索。2019/8/16按受试对象不同，分为三类三、实验研究分类动物实验动物临床试验病人社区干预试验健康人2019/8/161．动物实验优点：在许多方面可由实验者作任意的安排，使得研究设计更严密，组间可比性更强。缺点：（1）动物实验的结果不能直接解释人类的疾病现象。（2）不同种系的动物有不同的生物学特点，因此动物实验必须选择同一种系动物。2019/8/162．临床试验（1）临床试验的定义以病人为研究对象的实验研究，常用于评价药物或治疗方法的效果。在医院或其他医疗照顾环境下进行，研究对象以病人个体为单位随机化临床试验：长效心痛定—冠心病实验对象一般为病人2019/8/16（2）临床试验的特点与动物实验相比，临床试验外来影响因素更难于控制，因为人有社会属性，受精神因素、心理因素影响；同时临床试验必须在保证病人安全的前提下进行并要符合医学伦理要求。因此，临床试验要求高，实施难度大。A．以病人为研究对象2019/8/16B．必须设立对照C．治疗措施属人为的干预性措施D．临床试验是一种特殊的前瞻性研究。尽管它是给予治疗措施后，前瞻性观察治疗效应，但并不要求病人从同一时间开始随访。不过对随访的起点应有明确的定义。2019/8/163、现场试验：研究对象以未患病人群为单位；在社区或现场环境下进行，常用于评价某种预防措施的效果。基本单位是个体，如高危人群（乙肝疫苗—HBsAg阳性母亲所生婴儿）临床试验和现场试验的干预单位都是个体，干预措施具体分配到每个个体。2019/8/164．社区干预试验•实验对象：以社区人群作为一个整体进行实验观察。•社区干预试验一般不能实施随机分配原则。•目的：评价通过干预某些危险因素或施加的保护性措施在人群中的预防效果如评价碘化食盐对IDD的预防效果；饮水加氟对龋齿的预防效果等2019/8/16四、实验研究工作的基本步骤实验设计实验资料收集实验资料整理实验资料分析2019/8/16三大原则对照原则重复原则随机化原则第二节实验设计的基本原则2019/8/16三大要素观察对象处理因素实验效应2019/8/161．设立对照的重要意义（1）“有比较才能鉴别”。实验研究最终要回答的问题是干预措施的效果有或无、高或低。要回答这两个问题，只有通过合理的对比鉴别，才能确定干预措施是否有效以及有效程度。而对照是比较的基础。（2）对照的设置可以排除非研究因素对研究结果的影响。一、对照原则2019/8/16对照的必要性---没有比较就没有鉴别•疾病的自愈倾向–感冒、哮喘等100名感冒患者体温、鼻塞流涕情况1周后观察：体温下降和鼻塞流涕缓解状况服用感冒药A结论：该药能有效治疗感冒，改善鼻塞流涕状况2019/8/16感冒的例子200名感冒患者服用药物A1W后体温下降，症状缓解不服用药物A1W后体温下降，症状缓解随机服药组100人不服药组100人治疗前症状差别无统计学意义治疗1天时体温差别有统计学意义1天后体温降至正常3天后体温降至正常分析：设计：结论：2019/8/16•均衡性(1)对等除处理因素外，对照组具备与实验组对等的一切非处理因素。(2)同步对照组与实验组设立之后，在整个研究进程中始终处于同一空间和同一时间。(3)专设任何一个对照组都是为相应的实验组专门设立的。不得借用文献上的记载或以往的结果或其它研究的资料作为本研究之对照。2．对照组设置的要求2019/8/162．对照组设置的要求除实验组接受的研究因素外，实验组和对照组在其他方面都必须尽可能相同。例如，动物实验，实验组和对照组间动物的种系、性别、年龄、体重、窝别、毛色等尽可能一致；临床试验，实验组和对照组间病人的性别、年龄、体质、病情（期、型）等尽可能相同。2019/8/163．对照形式对照组不施加任何处理因素。空白对照在动物实验和干预试验中简单易行，但在临床试验中一般不设空白对照，原因：一是容易引起实验组和对照组在心理上的差异；二是存在医德问题。仅在某些病情较轻或长期稳定无任何危险的疾病，如慢性关节炎、HbsAg携带者、近视等可以设置空白对照。（1）空白对照（重点掌握）2019/8/16（2）安慰剂对照对照组采用一种无药理作用的“假药”，如淀粉、生理盐水等，经加工后，其外形、大小、味道等与试验药物极为相似，不被受试者识别。使用安慰剂对照可以避免对照组病人产生与实验组不同的心理作用。安慰剂虽对人体无害但亦无疗效。因此，必须注意其使用范围。只用在研究的疾病尚无有效治疗方法或使用安慰剂后该病的病情、临床经过、预后等影响小或无影响时使用2019/8/16（3）实验对照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。例如实验组加赖氨酸的面包课间餐对照组面包2019/8/16（4）标准对照用现有标准方法或常规方法做对照。这是临床试验最常用的对照方法。因为很多情况下不给病人任何治疗是不符合医德的。在临床试验中，标准对照适用于已知有肯定治疗方法的疾病。牙周炎病人实验组塞克硝唑胶囊对照组替硝唑胶囊2019/8/16（5）自身对照对照和实验在同一受试对象进行。如以病人用药前后的血压值作对比。此对照简单易行，在临床试验中广泛应用。但其有两个缺陷：一是实验中总是把处理前作为对照，这不符合随机分配原则；二是实验前后某些环境因素或自身因素发生了改变，可能影响实验结果。2019/8/16•相同实验条件下进行多次实验或观察提高实验的可靠性广义的重复包括：(1)整个实验的重复。确保实验的重现性，以提高实验的可靠性；(2)用多个实验单位进行重复(样本含量)。避免把个别情况误认为普遍情况，把偶然性或巧合的现象当作必然的规律，通过一定数量的重复，使结论可信；(3)同一实验单位的重复观察。保证观察结果的精度。二、重复原则2019/8/16二、重复原则重复是指在相同实验条件下进行多次观察，结果的稳定程度。从概率论知道，观察次数愈多，从样本计算出的统计量（如样本均数、样本率等）愈接近总体参数（如总体均数、总体率等）。但观察次数也不能太多，否则不仅造成浪费，而且难于控制实验条件，造成实验结果的可靠性差。因此，重复原则的意义是在保证实验结果具有一定可靠性的前提下，确定最小的样本含量。即作样本含量的估计。(详见第十九章)2019/8/16•实验设计中的重复(replication)是指各处理组与对照组要有适当的样本含量(samplesizes)。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。样本含量不足，检验效能（Power，1－β）偏低，导致总体中本来具有的差异无法检验出来。2019/8/16三、随机化原则随机化原则：3层含义•随机抽样：是从将符合条件的研究对象中随机抽取一定数量的个体做为受试对象。每个符合条件的研究对象被抽取的机会相等。•随机分配：将纳入实验的受试对象随机分配到各组。使每一个研究对象都有同等的机会被分配到各组去。•实验顺序随机：受试对象有相同的机会接受不同的实验顺序2019/8/16随机化原则随机化的目的：–通过随机，均衡干扰因素的影响，使试验组和对照组具有可比性，避免主观安排带来的偏性；–随机化是统计分析的基础2019/8/16（一）随机化抽样•总体的每一个观察单位都有同等的机会被选入样本中来，并有同等的机会进行分组。（这里的总体是符合根据假设规定的入选标准的有限总体）•随机≠随便–病人的选择性：对医院、治疗医生、药物–医生的选择性：对病人分组–其他：疾病自身的规律、病人的年龄、性别等–后果：影响疗效的判断；由于不随机，各组差异不符合概率论和统计学原理，使统计学检验结果无效2019/8/16（二）实验设计的随机化分组方法●半随机化：按就诊（入院）顺序、生日、住院号等；●简单随机化：投硬币、抽签、随机数字●随机区组●分层随机由上往下，效果越好！2019/8/16第三节实验设计的基本内容和步骤科研设计的步骤:①建立研究假设;②明确研究范围;③确立处理因素;④明确观察指标;⑤确定实验设计的类型⑥控制误差和偏差2019/8/16一、建立研究假设医学科研的选题或立题就是确定所要研究的题目。选题是科研的起点，也是关系到科研成败的关键性问题。（1）准备工作：查阅大量的参考文献，认真收集、阅读与本课题有关的研究资料。（2）选题原则：一个优秀的课题，必须遵循创新性、先进性、科学性和可行性（人、物（设备、经费）、时间）四项基本原则。（3）研究条件和优势：预试验结果及以往的研究基础对中标均有不同程度的影响，选择有研究基础形成优势的领域进行深入探讨，不失为明智之举。2019/8/16选题的范围一般包括如下方面：①有关病因或致病因素的探讨；②对临床稀有的病例或对新发现疾病的报道；③诊断试验的评价；④一般临床评价；⑤对疾病的预后与自然史研究；⑥有关疾病在人群中分布的定量研究。2019/8/16选题中应注意下述问题①现实性：选择临床实际工作中迫切需要解决的问题，这是选题的原则。临床研究的主要任务，就是解决在临床实际工作中经常遇到的问题，包括研究发病原因、诱因、机理，影响诊断和治疗的因素，造成病死率高的主要原因，或者是常见病、多发病的诊断和防治措施等问题。2019/8/16②创新性：临床科研题目要有所创新，这一点充分体现选题者的创新思想，具有创新性是科研选题工作的重要特点，也是科研题目得以成立的基本条件和价值所在。既是在前人工作基础上提出来的问题，又是在其基础上的继续发展，突破和创新。无论在技术理论上，科学研究方法上，以至在科学研究结果的解释上都应有所发展和前进。2019/8/16③可行性：选题时还应注意量力而行。选题中最容易产生的偏向是题目太大和太复杂，结果往往因为如病例不够，工作量太大或技术上难以实现而半途而废。解决办法是“看菜吃饭”，利用现有设备做现实可能做的研究；另外，也可以把大题目分成若干小题目，然后从一个个小题目着手研究，即“饭一口一口吃”。2019/8/16选题的基本方法大致如下：①从招标范围中选题国家基金委员会与各级科研管理部门定期公布的《项目指南》，在指南中不仅列出了招标范围，还指出了鼓励研究的领域。研究者可根据自己已有的工作基础，尤其是个人专长、科室与单位优势、实践经验与设备条件，自由地申请具有竞争力的课题。2019/8/16②从碰到的问题中选题日常科研工作中务必注意观察以往没有观察到的现象，发现以往没有发现的问题，外部现象的差异往往是事物内部矛盾的表现。及时抓住这些偶然出现的现象和问题，经过不断细心分析比较，就可能产生重要的原始意念。有了原始意念，就有可能发展成为科研课题，甚至可能是另一种研究的效应结果。2019/8/16③从文献的空白点选题研究者可根据自己的特长与已掌握专业的发展趋势,进一步查阅近20～30年本专业国内外文献,从中吸取精华，获得启发，寻找空白点。填补国内外专业领域的空白点作为自己的选题，这类课题具有先进性和生命力，有可能在前人或他人研究的基础上提出新观点、新论点和新方法。2019/8/16④从已有课题延伸中选题延伸性选题可根据已完成课题的范围和层次，再次