《医学统计概论》第27章 医学研究中的统计学设计基础课件

医学研究中的

统计学设计基础医学研究中的

统计学设计基础内容提要

一、研究设计的重要性二、研究设计的基本类型三、研究设计的基本要素四、实验设计的基本原则内容提要一、研究设计的重要性一、研究设计的重要性

专业设计：选题、查阅文献、假说、预试验统计设计：研究对象（分组、设置对照、样本含量）、处理因素、观察指标、数据的质量控制与管理、统计分析方法设计好：（1）既省又可靠（2）可估计和控制误差（3）获取多方面知识设计不好：（1）杂乱无章、虽多犹无 （2）只能罗列现象、无规律可言一、研究设计的重要性专业设计：选题、查阅文献、假说、预试验二、研究设计的基本类型

1.实验(Experiment)研究(干预)

受试对象：人——临床试验（clinicaltrial）

动物——动物实验（animalexperiment

）临床试验：治疗——临床疗效试验

预防——社区干预试验（communityinterventiontrial）2.调查(Survey)研究(无干预)

被动地观察、如实记录

二、研究设计的基本类型1.实验(Experiment)研三、研究设计的基本要素

（一）受试对象(subject)（二）处理因素(treatmentfactor)（三）实验效应(experimentaleffect)降压药高血压病人血压值处理因素受试对象实验效应干扰因素其他效应三、研究设计的基本要素（一）受试对象(subject)（一）受试对象(subject)

例：人、动物等1.受试对象的选入标准明确规定受试对象选入标准（eligibilitycriteria）：纳入标准（inclusioncriteria）、排除标准（exclusioncriteria）

2.受试对象的控制（1）受试对象的一致性人——年龄、性别、病情、病程等动物——种系、年龄、性别、体重等（2）受试对象影响因素的控制季节、温度、湿度、生活环境、嗜好、试验辅助措施等。（一）受试对象(subject)因素（factor)与水平(level)例：药剂、手术方法、毒物确定处理因素的注意事项:

（1）抓住实验中的主要因素

（2）明确处理因素和非处理因素病人对治疗的反应除了治疗因素外，还包括病人的心理状态、生产、生活条件及社会心理因素等。后者可称为非处理因素。

（3）处理因素须标准化处理因素在整个试验过程中保持不变例如，不同时期的药物批号，手术操作者熟练程度。（二）处理(treatment)因素（factor)与水平(level)（二）处理(tre（三）实验效应(experimentaleffect)

处理因素作用于受试对象的结果，通过观察指标表达。观察指标应客观、精确。

1.客观性：主观指标和客观指标。

2.精确性：

准确度(accuracy)或真实性(validity)——观察值与真实值的接近程度，受系统误差的影响。

常用指标：灵敏度、特异度

精密度(precision)或可靠性（reliabiliy）或重复性（repeatability）——重复观察时观察值与其均值的接近程度，受随机误差的影响。

（三）实验效应(experimentaleffect)准确度与精密度准确度与精密度四、实验设计的基本原则（一）随机化原则（randomization）（二）对照原则(control)（三）重复原则(replication)四、实验设计的基本原则（一）随机化原则（randomizat（一）对照原则1.对照的意义：①区分处理因素与非处理因素的效应，是比较的必要基础

药物治疗例:老年性慢性支气管炎气候转暖,自然缓解②消除和减少实验误差处理组：对照组：处理因素非处理因素+处理效应+非处理效应非处理因素非处理效应处理因素处理效应比较结果（一）对照原则1.对照的意义：①区分处理因素与非处理2.对照的形式

(1)空白对照(blankcontrol)：对照组不加任何处理因素。

例如：①实验组儿童接种疫苗，对照组儿童不接种疫苗。②试剂空白、血样空白、无酶解空白、底物空白等。特点：简单易行，但容易引起心理差异，从而影响实验效应的测定。

——

安慰剂对照(placebocontrol)包括：空白对照、实验对照、标准对照、自身对照、相互对照、历史对照2.对照的形式(1)空白对照(blankcontr(2)实验对照(experimentalcontrol)：施加基础实验条件（非处理因素，如面包、烟薰剂）。含赖氨酸面包+非处理因素→赖氨酸效应

+面包效应+非处理因素效应

面包+非处理因素→面包效应+非处理因素效应赖氨酸赖氨酸效应中草药+烟薰剂与单纯烟薰剂——-空气灭菌2.对照的形式

(2)实验对照(experimentalcontrol)：

(3)标准对照(standardcontrol)：以现有的标准或正常值作对照。

例①新方法与传统方法②患者生理、生化指标与正常人生理、生化指标

——实验室应用较多2.对照的形式

(3)标准对照(standardcontro

(4)

自身对照（self-control）：实验在同一受试对象上进行（同源配对设计、交叉设计）特点：简单易行，使用广泛。假定试验前后某些环境或自身因素保持不变。

2.对照的形式

(4)自身对照（self-control）：实验在同一(5)相互对照（inter-control）：几个实验组互相作为对照例如：比较几种药物治疗同一疾病的疗效2.对照的形式

(5)相互对照（inter-control）：几个实验组(3)

历史对照：以过去的研究结果作对照。与本人或他人过去的研究结果作比较——不好！！！！！！2.对照的形式

(3)历史对照：以过去的研究结果作对照。与本人或他人过去3.设立对照应注意的事项

(1)均衡对照组与实验组除研究因素外，其他因素应尽可能相同。(2)同步对照组与实验组应处于同一空间和同一时间3.设立对照应注意的事项(1)均衡4.设立对照存在的问题

(1)缺乏对照

(2)缺乏适当的对照:历史对照（时间不同步）和中外对照

（空间不同步）

(3)对照不全

(4)对照多余

4.设立对照存在的问题(1)缺乏对照（二）随机化原则随机分组：每个受试对象以机会均等的原则被随机地分配到各个处理组中。随机抽样：总体中每一个观察单位以机会均等的可能性被抽取。1.随机化的意义

（1）随机分组使两组样本在非处理因素方面尽可能一致，使处理因素产生的效应更加客观；（2）随机抽样使抽取的样本具有代表（总体）性，减少误差；（3）抽样研究理论和统计分析方法的需要。（二）随机化原则随机分组：每个受试对象以机会均等的原则被随机随机与随意随机：random机会均等，客观性随意：aswill随主观意愿，主观性随机化分组，不仅能控制已知的混杂因素(非研究因素)，而且还能控制未知的混杂因素。随机与随意随机：random机会均等，客观性随机的三个含义分组随机－均衡性每个研究对象有同等机会被分配到各处理组抽样随机－代表性总体中每个观察个体有同等机会被抽取实验顺序随机－平衡顺序或季节的影响每个研究对象先后接受处理的机会相同。随机的三个含义分组随机－均衡性2.随机化的方法

(1)

抛硬币法“徽”与“字”

(2)

掷骰子法6面1~6点

(3)

抽签法（捻阄）

(4)随机数字表法（随机数字法）（5）计算器(计算机)产生随机数

2.随机化的方法随机数字表分组例试将10头动物应用随机数字表分配到甲、乙两组。⑴按动物体重编号⑵从附表3的第22行，第1列查10个随机数⑶定双号为甲组，单号为乙组

⑷调整(使得两组样本含量相等)：再接着查一个“6”以内的随机数(或除6后取余数)，以决定乙组中哪一号拨到甲组。本例查得随机数为71，除6后余5，即将甲组第5个（7号）调到甲组。编号12345678910随机数74572565765929976860组别甲乙乙乙甲乙乙乙甲甲随机数字表分组例试将10头动物应用随机数字表分配到甲、乙(三)重复原则

重复(replication)是指各处理组与对照组要有一定样本含量(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，总体参数之间原本有差异也无法检验出来。(三)重复原则重复(replication影响样本含量大小的因素：1.资料的性质：计量—少，计数—多2.误差的大小：小—少，大—多3.均衡性的好坏：好—少，坏—多4.实验效应的强弱：强—少，弱—多5.干扰因素的多少：少—少，多—多样本含量的估计时，以上很多因素无法定量，所以通常是由犯I类错误的概率α、检验出实际差异的把握度1－β、个体值间的离散程度s、以及容许误差d来确定样本含量。影响样本含量大小的因素：五、抽样方法常用的抽样方法

1.

单纯随机抽样2.系统抽样

3.分层抽样4.整群抽样五、抽样方法常用的抽样方法1.单纯随机抽样(simplerandomsampling)

先将总体的全部观察对象编号，再利用抽签或随机数字表的方法随机抽取观察对象组成样本。最基本的抽样方法,是其他抽样方法的基础

优点：计算误差比较简便；缺点：对象较多时，甚为复杂。1.单纯随机抽样(simplerandomsampl抽样步骤：（1）先将全校学生按点名册编号，即编号为1、2、…、499、500；（2）对每个编号产生一个随机数字（共500个随机数）（3）事先规定随机数较大（小）的50人组成样本。例，调查某中学学生的血红蛋白含量，在全体500名学生中，随机抽取10%，即抽取50人。抽样步骤：例，调查某中学学生的血红蛋白含量，在全体500名学2.系统抽样(systematicsampling)

按照一定的顺序，机械地每隔若干个单位抽取一个单位的方法。又称间隔抽样，机械抽样如按门牌号，每个10个号抽取用户，。。。

优点：节省抽样时间和费用。缺点：在某些特殊情况下存在偏性。2.系统抽样(systematicsampling例：欲从15000名儿童中，抽取750名组成样本。（1）求抽样间隔15000÷750＝20/1，即每间隔20人抽取1个人；（2）抽样编号，确定在1~20号之间从何编号开始。然后每加上20抽取1名儿童。例如起始数字为8，则第8，28，48，68，……号儿童即构成所抽取的样本。例：欲从15000名儿童中，抽取750名组成样本。（1）求抽3.分层抽样(stratifiedsampling)

先按某种特征将总体分为若干组别、类型或区域等（统称为“层”），再用随机抽样的方法从每个子总体中抽取样本。要求“层内齐同，层间不同”。比例分层法，最优分层法优点：抽样误差小，不同层可采用不同抽样方法，各层可独立进行分析，各层间可进行比较分析。缺点：分层较多时，调查和分析较麻烦。3.分层抽样(stratifiedsampling)

4.整群抽样(clustersampling)

按群体而不是按个体抽取观察单位的抽样方法。优点：在大规模调查中，易于组织，节省人力物力。缺点：抽样误差大。各种抽样方法的抽样误差顺序：分层≤系统≤单纯≤整群

4.整群抽样(clustersampling)

按六、盲法及其作用

（一）盲法的定义和分类定义：研究中使一方或多方不知道受试者治疗分配的方法。分类：1.单盲(simpleblind)—受试者不知道己接受何种措施；

2.双盲(doubleblind)—受试者和观察者均不知道受试者接受何种措施。六、盲法及其作用（一）盲法的定义和分类（二）盲法的作用及注意事项

作用：消除非处理因素引起的误差。

注意事项：

1.双盲法的实施较为复杂，要有一套严格的管理和监督措施。

2.对于危急和重症病人不能采用盲法。

（二）盲法的作用及注意事项总结一、研究设计的重要性二、研究设计的基本类型：实验设计，调查设计三、研究设计的基本要素—三要素受试对象，处理因素，试验效应.(注意：干扰因素）四、实验设计的基本原则—三原则对照原则，随机化原则，重复原则总结一、研究设计的重要性Homework:有18只小白鼠,请按随机化方法将其:1.分为A、B二个组进行实验；2.分为A、B、C三个组进行实验；Homework:有18只小白鼠,请按随机化方法将其:医学研究中的

统计学设计基础医学研究中的

统计学设计基础内容提要

一、研究设计的重要性二、研究设计的基本类型三、研究设计的基本要素四、实验设计的基本原则内容提要一、研究设计的重要性一、研究设计的重要性

专业设计：选题、查阅文献、假说、预试验统计设计：研究对象（分组、设置对照、样本含量）、处理因素、观察指标、数据的质量控制与管理、统计分析方法设计好：（1）既省又可靠（2）可估计和控制误差（3）获取多方面知识设计不好：（1）杂乱无章、虽多犹无 （2）只能罗列现象、无规律可言一、研究设计的重要性专业设计：选题、查阅文献、假说、预试验二、研究设计的基本类型

1.实验(Experiment)研究(干预)

受试对象：人——临床试验（clinicaltrial）

动物——动物实验（animalexperiment

）临床试验：治疗——临床疗效试验

预防——社区干预试验（communityinterventiontrial）2.调查(Survey)研究(无干预)

被动地观察、如实记录

二、研究设计的基本类型1.实验(Experiment)研三、研究设计的基本要素

（一）受试对象(subject)（二）处理因素(treatmentfactor)（三）实验效应(experimentaleffect)降压药高血压病人血压值处理因素受试对象实验效应干扰因素其他效应三、研究设计的基本要素（一）受试对象(subject)（一）受试对象(subject)

例：人、动物等1.受试对象的选入标准明确规定受试对象选入标准（eligibilitycriteria）：纳入标准（inclusioncriteria）、排除标准（exclusioncriteria）

2.受试对象的控制（1）受试对象的一致性人——年龄、性别、病情、病程等动物——种系、年龄、性别、体重等（2）受试对象影响因素的控制季节、温度、湿度、生活环境、嗜好、试验辅助措施等。（一）受试对象(subject)因素（factor)与水平(level)例：药剂、手术方法、毒物确定处理因素的注意事项:

（1）抓住实验中的主要因素

（2）明确处理因素和非处理因素病人对治疗的反应除了治疗因素外，还包括病人的心理状态、生产、生活条件及社会心理因素等。后者可称为非处理因素。

（3）处理因素须标准化处理因素在整个试验过程中保持不变例如，不同时期的药物批号，手术操作者熟练程度。（二）处理(treatment)因素（factor)与水平(level)（二）处理(tre（三）实验效应(experimentaleffect)

处理因素作用于受试对象的结果，通过观察指标表达。观察指标应客观、精确。

1.客观性：主观指标和客观指标。

2.精确性：

准确度(accuracy)或真实性(validity)——观察值与真实值的接近程度，受系统误差的影响。

常用指标：灵敏度、特异度

精密度(precision)或可靠性（reliabiliy）或重复性（repeatability）——重复观察时观察值与其均值的接近程度，受随机误差的影响。

（三）实验效应(experimentaleffect)准确度与精密度准确度与精密度四、实验设计的基本原则（一）随机化原则（randomization）（二）对照原则(control)（三）重复原则(replication)四、实验设计的基本原则（一）随机化原则（randomizat（一）对照原则1.对照的意义：①区分处理因素与非处理因素的效应，是比较的必要基础

药物治疗例:老年性慢性支气管炎气候转暖,自然缓解②消除和减少实验误差处理组：对照组：处理因素非处理因素+处理效应+非处理效应非处理因素非处理效应处理因素处理效应比较结果（一）对照原则1.对照的意义：①区分处理因素与非处理2.对照的形式

(1)空白对照(blankcontrol)：对照组不加任何处理因素。

例如：①实验组儿童接种疫苗，对照组儿童不接种疫苗。②试剂空白、血样空白、无酶解空白、底物空白等。特点：简单易行，但容易引起心理差异，从而影响实验效应的测定。

——

安慰剂对照(placebocontrol)包括：空白对照、实验对照、标准对照、自身对照、相互对照、历史对照2.对照的形式(1)空白对照(blankcontr(2)实验对照(experimentalcontrol)：施加基础实验条件（非处理因素，如面包、烟薰剂）。含赖氨酸面包+非处理因素→赖氨酸效应

+面包效应+非处理因素效应

面包+非处理因素→面包效应+非处理因素效应赖氨酸赖氨酸效应中草药+烟薰剂与单纯烟薰剂——-空气灭菌2.对照的形式

(2)实验对照(experimentalcontrol)：

(3)标准对照(standardcontrol)：以现有的标准或正常值作对照。

例①新方法与传统方法②患者生理、生化指标与正常人生理、生化指标

——实验室应用较多2.对照的形式

(3)标准对照(standardcontro

(4)

自身对照（self-control）：实验在同一受试对象上进行（同源配对设计、交叉设计）特点：简单易行，使用广泛。假定试验前后某些环境或自身因素保持不变。

2.对照的形式

(4)自身对照（self-control）：实验在同一(5)相互对照（inter-control）：几个实验组互相作为对照例如：比较几种药物治疗同一疾病的疗效2.对照的形式

(5)相互对照（inter-control）：几个实验组(3)

历史对照：以过去的研究结果作对照。与本人或他人过去的研究结果作比较——不好！！！！！！2.对照的形式

(3)历史对照：以过去的研究结果作对照。与本人或他人过去3.设立对照应注意的事项

(1)均衡对照组与实验组除研究因素外，其他因素应尽可能相同。(2)同步对照组与实验组应处于同一空间和同一时间3.设立对照应注意的事项(1)均衡4.设立对照存在的问题

(1)缺乏对照

(2)缺乏适当的对照:历史对照（时间不同步）和中外对照

（空间不同步）

(3)对照不全

(4)对照多余

4.设立对照存在的问题(1)缺乏对照（二）随机化原则随机分组：每个受试对象以机会均等的原则被随机地分配到各个处理组中。随机抽样：总体中每一个观察单位以机会均等的可能性被抽取。1.随机化的意义

（1）随机分组使两组样本在非处理因素方面尽可能一致，使处理因素产生的效应更加客观；（2）随机抽样使抽取的样本具有代表（总体）性，减少误差；（3）抽样研究理论和统计分析方法的需要。（二）随机化原则随机分组：每个受试对象以机会均等的原则被随机随机与随意随机：random机会均等，客观性随意：aswill随主观意愿，主观性随机化分组，不仅能控制已知的混杂因素(非研究因素)，而且还能控制未知的混杂因素。随机与随意随机：random机会均等，客观性随机的三个含义分组随机－均衡性每个研究对象有同等机会被分配到各处理组抽样随机－代表性总体中每个观察个体有同等机会被抽取实验顺序随机－平衡顺序或季节的影响每个研究对象先后接受处理的机会相同。随机的三个含义分组随机－均衡性2.随机化的方法

(1)

抛硬币法“徽”与“字”

(2)

掷骰子法6面1~6点

(3)

抽签法（捻阄）

(4)随机数字表法（随机数字法）（5）计算器(计算机)产生随机数

2.随机化的方法随机数字表分组例试将10头动物应用随机数字表分配到甲、乙两组。⑴按动物体重编号⑵从附表3的第22行，第1列查10个随机数⑶定双号为甲组，单号为乙组

⑷调整(使得两组样本含量相等)：再接着查一个“6”以内的随机数(或除6后取余数)，以决定乙组中哪一号拨到甲组。本例查得随机数为71，除6后余5，即将甲组第5个（7号）调到甲组。编号12345678910随机数74572565765929976860组别甲乙乙乙甲乙乙乙甲甲随机数字表分组例试将10头动物应用随机数字表分配到甲、乙(三)重复原则

重复(replication)是指各处理组与对照组要有一定样本含量(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，总体参数之间原本有差异也无法检验出来。(三)重复原则重复(replication影响样本含量大小的因素：1.资料的性质：计量—少，计数—多2.误差的大小：小—少，大—多3.均衡性的好坏：好—少，坏—多4.实验效应的强弱：强—少，弱—多5.干扰因素的多少：少—少，多—多样本含量的估计时，以上很多因素无法定量，所以通常是由犯I类错误的概率α、检验出实际差异的把握度1－β、个体值间的离散程度s、以及容许误差d来确定样本含量。影响样本含量大小的因素：五、抽样方法常用的抽样方法

1.

单纯随机抽样2.系统抽样

3.分层抽样4.整群抽样五、抽样方法常用的抽样方法1.单纯随机抽样(simplerandomsampling)

先将总体的全部观察对象编号，再利用抽签或随机数字表的方法随机抽取观察对象组成样本。最基本的抽样方法,是其他抽样方法的基础

优点：计算误差比较简便；缺点：对象较多时，甚为复杂。1.单纯随机抽样(simplerandomsampl抽样步骤：（1）先将全校学生按点名册编号，即编号为1、2、…、499、500；（2）对每个编号产生一个随机数字（共500个随机数）（3）事先规定随机数较大（小）的50人组成样本。例，调查某中学学生的血红蛋白含量，在全体500名学生中，随机抽取10%，即抽取50人。抽样步骤：例，调查某中学学生的血红蛋白含量，在全体500名学2.系统抽样(systematicsamplin