统计学-课件16研究设计

Experimental

R.AFisher(1925)系统介绍近代TheStatisticalMethodsResearchRA1935年,Fisher系统介绍研究设TheDesignof研究设 实验研究中， 鼠喂食不同饲料，观察体重变临床试验(clinical医院中，对患者给予试验药物，观察临床现 社区中，对居民问 方式收集健康状况信研究设 研究设 研究设 合理安排试验因素，提高研究质量。析 息。6研究设计的形式（2种性质设计模式：先设定原因→经过实施→后评定结由因到果，有确证作用，说服力强设计模式：先确认结果→经过实施→后推断原由果到因，起探索作用，说服力弱研究设 研究设计的形式（2种类型 。试验研究的条件由研究者严格设定，如动物实验；实状态下依据需要进行选择，如选择某肿瘤发病的高危人群。空区间内进行，如临床试验；研究除设计中的特定项目（如服用某预防性药物）察而并不干预观察对象原来的生活以及社会活动。。试验研究的观察例数通常较少，如动物例至几百例；研究设 2种性质的设计与2种类型的设计的4前瞻性试验研前瞻 研回顾性试验研回顾 研研究设 研究设 前瞻 研如考虑一种地方病的发病可能与某微量元缺乏有关；最后分析投放该元素和安慰剂的二部分居民 一般而言，前瞻性研究的观察例数较多，观察时间先做预备性试点，尽量防止出现大的，避免研研究设 接受A疗接受B疗痊愈ab未愈cd组间优势比值，oddsratio研究设 回顾 研如对 病因子。由于是回顾性的，故研究设计往往反映研究者的观点，所选用的指标也有一定的倾向性，以至最后的结果亦难免含有分析的成分。所以单凭回顾性研究之结果难以确定发病原因，但仍不失为一研究设 (1948~1952年回 组合吸不吸P男病2对女病对前瞻性队列研究(确证关联性1951年~1976年：4次阶段小结吸烟者肺 率 风险比,riskratio(RR)研究设 观察某药物的降压效果,处理:服用试验药、对照药(一个处理因素,两个水平对象 性，轻、中度高血效应:收缩压、舒张压的下降研究设 与研究结果(效应)研究设 例：电针引研究设 例：电针引研究设 例：电针引研究设 例：电针引胎产妇状例成成功P已初经未初经研究设 、疾病史 史、伴发疾 、种系、体重、窝研究设 男男女女体重3 研究设 ①研究设 ② 研究设 研究设 客观指标是指观察对象之客观状态或经仪器测定之结果计算的统计指标，一般具有较好的真实性、可靠性，是研究设计中应着重选取的主要指标。 研究设 定量指标是由定量资料计算的统计定性指标是由定性资料计算的统计同一资料而言，定量指标一般优于定性指

心肌坏死面积（格子数研究设 组序： 段：0～3月～6月～1岁～3岁～7岁～14缺点6各组确 分布不规范总例数60名，而只得到了6研究设 重复研究设 基本原则之一：对照 处理效应+非处理效应对照 (无 非处理因 (无 非处理效比较结 处理因

研究设 对等除处理因素外，对照组具备与实验组对等 同步对照组与实验组设立之后，在整个研究进 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研究设 (1)(2)研究设 (3)将某个（或某组）。后者往往与研究组更加贴近，以衬托出研究 ①磁疗试验组：将经过磁性化处理的金属片置于观察对象处，通电流治②常规对照组：同样条件的观察对象，经常规治疗③试验对照组：所用金属 磁性化处理，其他所有条件与磁疗试验组相同此例金属片是磁性的载体，同时本身又包含若干混杂因素。①组之差别在于所用金属片曾否磁性化，而这正是研究，所以③组与①组之贴近程度超过其它组研究设 (4)空白对标准对照、试验对照、相互研究设 基本原则之二：随机客观抽样随机每一个符合条件的实验对象参加实验的机会相同，即总体中每个有相同的机会分组随机每个实验对象分配到不同处理组的机顺序随机每个实验对象接受处理先后的机会相研究设 随机 机会均等，客观随意：as 意愿 研究设 随机分随机排按混杂因素分层，在层内进行随机使得混杂因素在组间均衡分研究设

研究设 基本原则之三：重复研究设 实例《产同时放置节育器735例的初步观察》将施行产手术1562例中的735例作为实验组，在产的同时放置节育器。比较两组被观察对象的术后、恶露干净时间和术后副反应规定实验组适应症为：破膜和总产 不超过24小时， (无阳性体征，血常规正常)以及第一胎产后本人 另将筛选剩下的827例作为对照组，不放 节育器中华妇产科杂志，1985；20(1)：49～50研究设 实例 险因素的研究》研究采用病例－对照方法 607对病例与对照，配对的条件是 相仿，上下不超过5岁。原文在未 设检验的情况下，认 367中华流行病学杂志 研究设 实例对治疗炎症的某注射液作临床试验，以另一注射液 对照组：30例生殖 ，30例口开放组：外 疾病28例 炎15例开放组为了增多试验组病例，研究者将试验组和研究设 研究设 讨论欲观察丹栀逍遥散治疗混合性焦虑抑郁的《丹栀逍遥散治疗混合性焦虑抑 研究设 讨论研究设 讨论通过回顾分析某院1990年1月至1998年3月期间28 的结果，发现人流 更容易、安全， 痛苦且可避免并发症的发生。两组的分组方法为：所有病例按就诊先后顺序分组，95年10月以后为A组，995年10月以前为B组。A组(米索组)于术前3小时顿服米索0g或术前1小时后穹窿放置米索20μg，然后进行人工吸宫术，共14例；B组(对照组)单纯采用常规术机械扩张宫颈后吸宫。作者认为该法“符合随机分配法则”。请讨论：对照组的设置是否《单宫颈 分析》(中国实用妇科与产科杂 年月第卷第 页研究设 讨论16例昼夜均异常，例单纯白天异常，例单纯夜里异常。18例胸痛与酸 相关。得出食管pH监测是请讨论：该文结果是《用24小时食管pH监测 食管原性胸痛》(中华外科杂志1995年33卷第2期第69页研究设 研究设 3(samplesize是指承受研究实施的样本所包究设计的另外一个要素。研究设 (u )2n

2 1/2 ：I类误差，常取：II类误差，常取1-：把握度，对应：标准差 变： 能接受的组间均数的最小差研究设 3 1- 界值nnnn 研究设 3nnnn /2 (u1

u1

n )n

(u 2n 1/2 2

1/2 (

研究设

)2 nn

1/2 nnn＝212 /2 )2研究设 3每组的样本量(z

)2

n2 1

2 90%把握度的含义研究设 例：两个率比较时样本含量的估 )2p(1pnn

/2 (

p 研究设 u 2n

1/ 1 ln1 1 研究设 相关系n87SampleSampleSize,00

研究设 I型错误和II型错研究设 研究设 分辨开来，所需n )2n2 /2 研究设 影响样本含量的因素 变变异度由标准差反映出来。若及其他条件不变，/越小，所需n越小 )2n2 /2 研究设 u 2n

1/2 ln1 1 研究设 研究设 =20mg/L；1-1-=90%N 1-(%) 研究设 n1n2增加时，Power=20mg/L； r

n1固定，n2增加时，Power的变化趋(r=n2:n11:4~研究设 固定总样本量时，组间1:1研究设 影响样本含量的因素：、水 )2n2 /2 研究设 单因 多因不控 完全随机设 析因设正交设单向区组控 配对设 不完全设 正交设平衡不完全区组设 不完全交叉设不完全拉丁方均匀设研究设 研究设计(1):完全随机设计 yrandom研究设 四种饲料喂养大白鼠后的肝重比值 SSj

(Xi1

SSj

(Xi1

SSj

(Xi1

均 标准

组间变异SSSumofsquaresbetweenX1 X2 X3 X3 X

X

X

n3(

X

X n(

X研究设 变异来FP总变组3组Bartlett的方差齐性检验2=4.069,研究设 两两比较：qDCBBA 研究设 方差分析(ANOVA)及SNK两两比较结果表明，重比值比喂养C、D者低(P<0.05)，而A与B间、研究设 完全随机设计例高粘综合症患者的血沉较快，某大夫观察A、B两个降粘药物对血沉(mm/h)的影响，结果如1234567894869889B123456789研究设 疗疗差A药B药研究设 研究设 疗前两组比较可以认为两组具有可比性A组疗前疗后比较可以认为A药治疗后血沉减慢B组疗前疗后比较可以认为B药治疗后血沉减慢两组治疗前后差值相互比较可以认为B药降低血沉的效果优于A药研究设 统计分析结果表明，两组疗前具有可比性(t=1.2721,P=0.2195)；无论是A药还是B药，治疗后均使血沉减慢(td=11.9594,P<0.0001;td=14.9556,P<0.0001)，B药降低血沉的效果优于A药(t=6.0419,P<0.0001)。研究设 完全随机设计例研究中药骨碎补对高脂血症的治疗和预防作用。取家兔44只，随机分成四组，每组1只。每间隔5周测定胆固醇一次，共测四次（包括给药前一次），整个实验期为15周。各组处理如下研究设 实验0实验实验0实验51015研究设 051234研究设 各组各时点平 研究设 研究设 给药前四组的比方差： 说明4研究设 造型是否成功以实验时间为X（周X： ˆ

t=15.855,P 研究设 对照组是否稳定以实验时间为X（周X： ˆ

t=0.487,P> 研究设 第5周时四组均数的比造型组治疗组预防 对照均数 F=5.45,研究设 第10周时四组均数的比造型 治疗 预防 对照均数 F=9.78,第10周时治疗组与造型组的均数间差别有统计学意义，与预防组、对照组差别无统计学意研究设 第15周时四组均数的比 均数 F=9.78,结论同第10研究设 对家兔肌注骨碎补液，预防组于用药第5周时已见防止胆固醇升高的作用，直至第15周仍保持与对照组接近的水平。治疗组于用药第5周(即实验期第10周)时已见胆固醇下降，至用药第10周(即实验期第15周)时降至与对照组接近的水平。说明骨碎补对家兔具有预防和治研究设 完全随机设计是最常用的一种设计方法，不各组样本含量可以相等，也可以不等，但在总样本含量不变的情况下，各组样本含量相 间同质性要求较高。在 同质性较研究设 析因设计(factorialdesign)：研究设 例1：2×2例2：2×2研究设 2×2析因设计观察两种药物对大白 兴奋的作用A药：0剂量 B药：0剂量 观察指标

第一组A药0B药0第二组A药0B药1mg第三组A药0.1mgB药0第四组A药0.1mgB药1mg

收缩描记高度AB0ba

A 0

变异来FPA1B11

的影党参党参 党参考的松 考的松 考的松 考的松X))

＋—＋＋—＋—

考的松

用党

两者均用考的 用党参，用考的不用党

用党

方差不齐2=10.9357，P0.012作对数变换[log(x)]后，方差到达齐性2=1.6353，P=0.651

2×2析因设计的方差分析(对数变换值变异来vFPA1B11

ATP 单独用党参可增加ATP酶；但

A种类(2水平兔胎B度(2水平C础液(3水平缓冲液蒸馏水自来D生素(2水平加维生素，不加维生

A(种类B=5%浓B=8%浓C=缓冲C=蒸馏C=自来C=缓冲C=蒸馏C=自来D加加加加加兔

2×2×3×2析因试钩端螺旋体计数各水平组合之均(种×浓度C×D(基础液×维生素加加加兔兔

胎

不

不 不

2×2×3×2析因试

变异来FPA1B1C2D112121221222

种类用 浓度用 浓度培养优于用 浓度

③ 种类 用 培养时，8％的浓度优于5％的浓度 ④C×D(缓冲液×维生素用缓冲液或自来水作基础液时，加维生素培养优于不加维生素；而用蒸馏水作基础液时，不加维生素培养优于加维生素。

⑤ 种类

①8％浓度 ，用蒸馏水作基础液，不加维生素②8％浓度 ，用缓冲液作基础液，加维生素③8％浓度 ，用自来水作基础液，加维生素

析因设计各处理组间在均衡性方面的要求与完全随机设计一致，各处理组样本含量应尽可能相同；析因设计对各因素不同水平的析因设计可以提供面的重要信息：析因设计比一次只考虑一个因素的实验效率高，比如，2×2析因设计是一次考虑一个因素实验的1.5倍。从得到的信息来看，它节析因设计的优点之一是可以考虑交互作用，但有时高阶交互作用

配对设计(paired自身配对(前后对照，左右对照

XYXY123456789X 对一组胃癌先后用两种泌酸刺激剂，然后分别测定(mEq/h)，以分析配对td

, 差值的ˆ

回归系数的95％CI：0.88~0.93

50 五肽胃泌素与加大组织胺的最大排酸量的线性回

大组织胺的90％(95%CI:88%~93%)。

当实验对象的同质性欠佳时，采用配对设计可以提高处理组间的可比性和均衡性；配对设计的成败取决于配对的条件，只有当两组观察值间的相关大于0时，配对才是成功的，且能提高检当采用左右配对设计时，实验因素的效应必须是局部的，不可以通过神经、体液等途径影响对侧；采用自身前后配对设计时，应考虑到环境、气候或疾病的自然进展等引起的效应改变；配对设计的资料结合相关或回归分析，有时能得到更丰富的结论。

随机区组设计(randomizedblock

水平 水平 水平 水平123456

配伍组设计例分4种(0,45,90,135分钟)，取八个健康人的血液，各分成4份，0放置时 合12345678—

变异来FP37放置时间0血糖浓度lg(103-Y)=

家种(5家种(5234

FP63两两比较结果 血糖浓 147.5130.0

Y=166.8929－7.732143t＋0.2064286t血 家兔的血糖浓度随室温(℃)的变

低点在18.73℃；由20℃至30℃阶段，血糖浓度又逐渐上升，并接近5℃～10℃时的水平；从30℃升至35℃期间，继续加快上升，而在

配伍组设计是配对设计的扩展，在同质性较差时，采用配伍设计可以提高各处理组间的可比性和均衡性；同一区组内的应达到同当处理因素是温度、时间、浓度、剂量、H值等连续性指标时，结合回归分析可以提取更丰富的信息。此时处理组应在组以上；实际上配伍设计是两因素多水平的试验，由于每种组合只作一次试验，故不能分析交互作用；采用配伍设计时，要尽可能使观察值不缺失，虽然有估计缺失值的统计方法，但缺失时信息的损失是较大

常用的研究设计拉丁方设计(Latinsquare

行区列区ABCDEBCDEACDEABDEABCEABCD

拉丁方的随机(1、4行交 2、4列交换试验日受试甲乙丙丁戊1DBAEC2BEDCA3CAEDB4ADCBE5ECBAD

为研究5种防护服对脉搏的影响，考虑到处理的水平为名受试者，在验按拉丁方设计。甲乙丙丁戊1DBAEC2BEDCA3CAEDB4ADCBE5ECBAD

变异来FP处理4间4日期4总变结论：五种防护服对脉搏的影响是相同

Fisher在Rothamste

纪念Fisher的拉丁方窗户

动1234561BCADFE2EDBCAF3CFEABD4AECFDB5FBDECA6DAFBEC

变异来FP55处理5总

――三向区组，三向的区组控IV1ABC 2 3 4 5

正确应用拉丁方、希腊拉丁方设计拉丁方设计是双向的区组化技术，可以安排三个区组设计(包括拉丁方、希腊拉丁方设计)资料不可分析交互作用，如需分析交互作用，则每个试

正确应用拉丁方、希腊拉丁方设计在使用区组化技术时，如果区组的数少于采用区组化设计技术时，由于所需样本含量较少，由此，要求观察指标的变异不太大(相对于处理效应)。如不能满足这个要求，则每个试验单元必须重复，增加样本含量，降低

常用的研究设计交叉设计(cross-over重复的拉丁方设(run(run

处理时期处理

(wash期(wash

处理时期处理

研究高剂量(A)和低剂量(B)的阿司匹林 的影响， 随机分为两组，一组用药顺序为AB，另一组用药顺序为BA，每个 用药某剂量阿司匹林一周，休息一周后，再给予另一剂量的阿司匹林一周。12123456789

AB顺序 BA顺序 第一阶段 第二阶段

2×2交叉试验设计的方差分FP顺1(顺序)处1时1残总变

FSPSPFPFSPSPFPFFPSSFPPS

次时期患1231次时期患123148692次时期患1233573×3交叉试验结A:FSPB:SPFC:PFSFPSSFPPSF2453.3

FP522Carryover2 2252.6667

单中心随机双盲双模拟交叉口服给药4阶段试验。A:进口罗格列酮 B:国产罗格列酮 C:进口罗格列酮 D:国产罗格列酮

ADBBACCBDDCA

各因素各水平的均数444A:7.6220.145B:7.5780.144C:D:ADBC:7.2630.389BACD:7.2080.380CBDA:DCAB:

FP33111

A(进口

(国产

(进口

(国产

两个处理因素必须没有蓄积作用(延滞作用)，应。间歇期的长短视处理因素的半衰期而定，用的特点，如阿司匹林的半衰期为0