研究生实验设计

1第四章研究设计基础DesignofExperiment流行病与卫生统计学系刘沛21.实验设计的意义2.实验研究基本要素3.实验设计的基本原则4.常用的实验设计方案5.调查设计3医学研究基本过程制定研究目的，建立专业假设查阅文献资料制定实验设计进行实验，分析实验结果发表研究成果，评价假设4一、实验设计意义实验设计：在实验前对实验所作出的计划和安排专业设计：选题，建立实验方法等先进性，实用性统计设计：数据的收集整理和分析方法科学性，经济性，可重复性意义：用经济的人力、物力和时间得到可靠的结果减少实验误差，对误差大小作出估计5实验性研究与观察性研究实验（Experiment）在特定条件下施于人为干预观察（Observation）:在自然状态下不施加人为干预试验（Trial）:以人为对象的实验go26二、三个基本要素1.受试对象：动物、人。同质性、代表性。两个基本条件(敏感，稳定）2.处理因素：外部施加，内部固有抓住主要因素分清非处理因素（混杂因素，Confunding）必须标准化3.实验效应：指标选择客观性、精确性、特异性和灵敏性go27三、三项基本原则对照原则随机原则重复原则8（一）、对照原则实验组和对照组除了实验因素外，其它影响实验效应的非处理因素均应基本相同Best的对照研究：X线照射脑垂体治疗高血压照射组：25人17例下降占68%对照组：25人19例下降占76%（双盲法）对照的关键在于保持“均衡性”甲（100）ADI（＋）乙（100）ADI（--）ADI50（＋）甲ADI50（—）ADI50（＋）乙ADI50（—）9对照的种类处理：空白对照（安慰剂），相互对照对象：自身对照，实验对照时间：历史对照，同期对照数目：单个对照，双重对照10双重对照某降压冲剂的双重对照组别n用药前用药后差值配对t降压冲剂25160191331527216.43安慰剂20168241542214282.24两组t1.253.801.78sxgo711（二）、随机化原则概念:采用随机的方式，使每个观察单位有同等的概率被抽取作用:避免主观因素的参与打破实验对象排列的系统性,控制系统误差对意想不到的因素起平衡作用统计推断的基础12随机化应贯穿于实验设计和实施的全过程1.抽样的随机2.分组的随机3.实验顺序的随机方法:随机数字表随机排列表随机发生函数13常用的随机化方法1.完全随机化：直接对受试对象进行随机分组①编号，②取随机数，③确定组别2.分层随机化：先将研究对象按某一特征分层，然后按每层内进行完全随机化①分层，②编号，③取随机数，④确定组别go714（三）、重复原则1.整个实验的重复：重现性，可靠性2.多个受试对象的重复：样本含量3.同一受试对象的重复观察：提高观察精度，分析变化趋势作用：估计实验误差，降低实验误差go215一、完全随机化设计概念:将实验对象用随机的方法分配到处理组和对照组中，进行实验观察。方法:随机数字表，随机排列表优点:简单灵活易理解缺点:实验误差大,精确度低，只能研究一个因素16方法：1)编号2)查表3)按随机数分组Sjtable17二、配对设计将实验对象按一定条件配成对子，随机分配入实验组、对照组自身配对、非自身配对方法：配对，编号，查表，归组优点：抽样误差小，样本例数少，结果可靠缺点：资料难以获得，自愈性疾病不适用18三、随机区组设计（配伍组设计）概念：配对的扩大优缺点：同配对设计方法：区组，编号，查表，归组19四、交叉设计将Ａ、Ｂ两种处理因素先后施于同一批试验对象，随机地使半数对象先接受Ａ处理，后接受Ｂ处理；另一半对象先接受Ｂ处理，后接受Ａ处理。优点：实验误差能得到有效控制，实验效率高缺点：半衰期较长的药物不能使用，两种处理间不能有交互作用20例：以Ａ、Ｂ两种药物治疗支气管哮喘病人16例，用交叉设计比较其疗效１）编号２）查随机排列表，随机指定第９行，抄录0-15的随机数３）任意规定：单数到甲组试验顺序为ＡＢ；双数到乙组顺序为ＢＡ四、交叉设计举例21患者编号12345678910111213141516随机数9103150112158136124714组别甲乙甲甲乙甲乙甲甲乙甲乙乙乙甲乙用药顺序ABBAABABBAABBAABABBAABBABABAABBA结果：甲组：1346891115先Ａ后Ｂ乙组：2571012131416先Ｂ后Ａ附表２22五、析因设计析因设计是一种多因素交叉分组设计，它不仅可以作每个因素各水平的比较，还可以进行交互作用的分析。交互作用：协同、拮抗交叉分组：每个因素的所有水平都互相交叉最常用的为：2×２析因设计a(吸烟因素）b(接尘因素)a1（吸烟）a2（不吸烟）b1(接尘)a1b1a2b1b2(不接尘)a1b2a2b223吸烟与接尘对FEF25-75%的影响对照组接尘组吸烟不吸烟吸烟不吸烟X3.123.422.413.52S0.390.370.340.32n16141812方差分析SSn’MSFP总变异19.259接尘2.512.519.40.01吸烟7.717.760.20.01交互作用1.911.914.50.0124四个均数间关系吸烟不吸烟接尘2.413.52不接尘3.123.42结论１.吸烟有降低FEF25-75%的作用(P0.01)２.单独接尘FEF25-75%未见变化(P0.05)３.接尘可加重吸烟对FEF25-75%的影响(P0.01)25析因设计优缺点优点：可进行多因素研究，可分析交互作用缺点：水平数多时，分组数太大22=424=1644=256组go226样本含量估计在保证研究结论具有一定可靠性的条件下，确定最少的样本例数。样本含量过小：抽样误差大，结果不稳定，检验功效低，应有的差别不能显示。样本含量过多：费时、费力，非抽样误差增大。nSSX27误差来源抽样误差：由抽样引起的样本统计量和总体参数间的差别客观存在，不可避免，但可以控制并可估计大小非抽样误差：由各种人为因素和偶然因素所造成过失误差:resultfromthemistakesduringtherecording,calculation,gatheringandunderstandingprocess.偏倚/系统误差:duetotheimprecisedesignplanandinaccuratemeasurement.Selectionbias;measurementbias;confoundingbias28误差控制方法Qualitycontrolforthreestages:1.Design:严密设计研究的总体方案；明确定义研究对象，正确划分观察范围；正确选择观察指标；选择恰当的观察方式；预研究；2.Datacollection：研究人员的选择与培训；盲法观察结果；定期检查研究记录；检查研究对象的依从性情况。单盲和双盲：结果更可靠。3.Dataanalysis：分层分析以及多因素分析29案例讨论DiscussionofCases案例13-1某市教育局2010年对小学生体质进行了一次抽样调查，以了解学生身体发育状况，为加强学校体育与健康教育提供基线资料。城市有30个学校，在校生约50000人，农村有18个学校，学生约10000人。在48个学校中，随机抽取10个班，以抽中班级的所有学生为调查对象，每班约50名学生，共调查500名学生。请讨论：（1）该调查是否随机抽样？样本的代表性如何？（2）你认为应当如何抽样？30案例13-2某学者研究某制剂对某基因突变影响的随机化临床试验，作者按照就诊对象的先后顺序分别将研究对象分为试验组（50例）和对照组（10例）研究结果显示试验组的基因突变率为9.8%±6.70%；对照组的基因突变率为74.88%±12.12%，通过卡方检验，发现两组的基因突变率差异有统计学意义，结论为试验组的制剂能够抑制该基因突变。（1）该研究实质应为何种研究方法？作者在设计方面有无问题？（2）统计分析方法是否正确，结论是否恰当？（3）你认为该课题应该如何设计和分析？31案例13-3某研究者研究某药物治疗铅中毒疗效时，采用治疗前后血铅和尿铅值为观察指标，共治疗铅中毒患者50名，测得结果为：治疗前血铅、尿铅分别为（0.19±0.028）mg/L、（0.12±0.009）mg/L，治疗后血铅、尿铅分别为（0.08±0.014）mg/L、（0.07±0.008）mg/L，血铅、尿铅治疗前后比较P值均小于0.05，差异具有统计学意义，结论为该药对铅中毒具有良好的治疗作用。（1）该研究设计存在哪些问题？（2）统计表达是否正确？（3）你认为该研应该如何设计？资料应如何表达？32案例13-4某医师观察某新药治疗急性支气管炎的疗效，用氨苄西林作为对照。按照患者入院时的体温进行分组，即体温39℃以下者分入实验组，体温39℃及以上者分入对照组，结论是新药疗效优于氨苄西林。（1）该医师结论是否正确？（2）研究设计存在什么问题?（3）应该如何正确设计？GO33调查设计及电子化调查表制作流行病与卫生统计学系刘沛调查设计及电子化调查表1.调查研究概念2.调查设计方法3.调查表结构4.电子化调查表制作35调查研究概念：对研究对象进行客观真实的观察，并对观察结果进行描述和对比分析。特点：被动观察,往往不能施加处理因素常常不能完全随机分组应用：了解现状，探讨关系36调查研究分类调查对象全面调查,抽样调查,典型调查调查时间横断面：现况调查纵向调查：病例对照研究，队列研究样本抽取方式概率抽样：简单，系统，分层，整群非概率抽样：偶遇，判断、定额、雪球GO237常用的随机抽样方法1)单纯随机抽样（simplerandomsampling）2)系统抽样（systematicsampling）3)分层抽样（stratifiedsampling）4)整群抽样（clustersampling）5)多阶段抽样（multi-stagesampling）38单纯随机抽样抽样方法：将总体内的全部观察单位编号，再用随机化工具无放回地选出进入样本的号码，直至达到预定的样本例数为止。（等概率）优缺点：当总体内观察单位数不大时比较容易实施在总体含量过大而不易得到总体的完全列表时，可行性差。当个体变异大而样本量小时，样本的代表性差。适用范围：适用于总体内个体差异较小的小型调查和实验室研究。39系统抽样抽样方法：将总体内的观察单位依次编号，确定抽样比，即确定从每多少个单元中抽一个单元进入样本。至于究竟抽其中第几个，则必须用随机化的方法决定。优缺点：简单，快速，方便，容易得到一个按比例分配的样本。当总体内观察单位按顺序有周期性或单调递增（或递减）趋势时，系统抽样可导致偏倚。适用范围：事先对总体内的个体分布有所了解，能识别可能存在的周期性。40分层抽样抽样方法：在抽样过程中，将总体按某种特征划分为若干个组别、层次，从每层内独立抽取随机样本。每层具体抽样方法可用单纯随机抽样或系统抽样法。分层的原则是分层后层内变异尽可能小，而层间变异尽可能大。41分层抽样比例分配最优分配NiNnniiiiiNNnnNiNnniiiiiNNnn)(N)(Nnniiiiiii1142整群抽样方法以自然存在的集体单位或人为划分的群体（例如家庭、街道、乡、村等）作为抽样单元。从中用随机化的方法抽取k个群，对抽中的k个群体内所有个体全部加以调查。优缺点简单，快捷，易于得到样本，节省抽样费用。抽样误差较大，获得样本的代表性较差。适用范围适用于群内变异大而群间变异小的总体。43多阶段抽样方法从总体中先抽取范围较大的单元，称为一级单元（例如县、区），再从每个抽中的一级单元中抽取范围较小的单元，称为二级单元（例如乡、街道），还可以从抽中二级单元中再抽取范围更小的三级单元（如村、居委会），甚至更小的单元，最后一级抽样单元可以是个体或者是群。各级抽样可结合使用不同的抽样方法，最简单的情形是二阶段抽样（two-stagesampling）。优缺点可以结合不同抽样方法方便地得到样本，以保证样本的代表性和控制抽样误差。统计