医学科研的统计设计与数据处理

医学科研的统计设计与数据处理第1页，共50页，2023年，2月20日，星期五医学科学研究的基本程序与步骤

完整的医学研究课题设计，必须包括如下内容：拟探索和解决的医学问题以及明确而具体的目标；科学假说及其依据；设计方案和技术路线；必要的信息及条件保障。

从统计学角度来讲，研究设计的基本内容包括：确定设计类型，确定研究总体及样本，拟定观察指标及测量方法，资料的可靠性及质量控制，数据的管理及统计分析计划等。第2页，共50页，2023年，2月20日，星期五基本程序选题创新设计（研究方案）有理论与实际意义申报项目专业+统计学设计收集资料，整理、分析数据统计分析撰写研究报告、论文申报专利、成果第3页，共50页，2023年，2月20日，星期五医学、医学科研、统计学医学：自然科学和人文科学；数量和质量。生物学属性与社会属性；福如东海，寿比南山。健康与疾病：基础医学，临床医学，预防医学。医学科研：人，生物学属性与社会属性。医学模式：生物-心理-社会-生态。变异性。统计学：“对令人困惑费解的问题做出数学设想的艺术”（DavidFreedman）；“处理资料中的同质性和变异性的科学与艺术”（孙振球）。观察、对比、分析；偶然性与必然性。第4页，共50页，2023年，2月20日，星期五Asciencedealingwiththecollection,analysis,inter-pretation,andpresentationofmassesofnumericaldata------Webster’sInternationalDictionaryThescienceandartofdealingwithvariationindatathroughcollection,classificationandanalysisinsuchawayastoobtainreliableresults.------LastJM(Dictionaryofepidemiology)第5页，共50页，2023年，2月20日，星期五不明于计数而欲举大事，犹无舟楫而欲经于水，险也。举事必成，不知计数不可。-----管仲学者不能离开统计而研学，政治家不能离开统计而施政，事业家不能离开统计而执业。-----马寅初StatisticsaretheonlytoolsbywhichanopeningmaybecutthroughtheformidablethicketofdifficultiesthatbarsthepathofthosewhopursuetheScienceofMan.-----F.Galton第6页，共50页，2023年，2月20日，星期五Tocallinthestatisticianaftertheexperimentisdonemaybenomorethanaskinghimtoperformapostmortemexamination:hemaybeabletosaywhattheexperimentdiedof.-----R.A.Fisher“非常痛心地看到，因为数据分析的缺陷和错误，那么多好的生物研究工作面临着被葬送的危险”。

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F.Yates，M.J.R.Healy第7页，共50页，2023年，2月20日，星期五统计学在医学科研中的应用专业设计阶段：观察指标，影响因素统计设计阶段：分组因素，控制因素搜集数据阶段：统一采集标准，质量控制数据分析阶段：实验设计资料，观察性资料提出观点、结论和撰写论文阶段：p值的大小，p值的可靠性，统计结论与专业结论第8页，共50页，2023年，2月20日，星期五研究类型常用医学统计方法统计方法的选择统计方法综合运用实例医学科研的统计设计与数据处理

----常用医学统计方法

第9页，共50页，2023年，2月20日，星期五一、研究类型不同的分类标准有不同的类型：研究的目的：验证性研究，探索性研究；研究的形式：观察性研究，实验性研究；研究的指标：单因素研究，多因素研究；研究的时限：前瞻性研究，回顾性研究，横断面研究；研究的对象：社区研究临床研究，实验研究。

第10页，共50页，2023年，2月20日，星期五Table1.Classificationofstudydesigns.Ⅰ.ObservationalstudiesA.Descriptiveorcase-seriesB.Case-controlstudies(retrospective)1.Causesandincidenceofdisease2.IdentificationofriskfactorsC.Cross-sectionalstudies,surverys(prevalence)1.Diseasedescription2.Diagnosisandstaging3.DiseaseprocessesmechanismsD.Cohortstudies(prospective)1.Causesandincidenceofdisease2.Naturalhistory,prognosis3.IdentificationofriskfactorsE.HistoricalcohortstudiesⅡ.ExperimentalstudiesA.Controlledtrials1.Parallelorconcurrentcontrolsa.Randomizedb.Notrandomized2.Sequentialcontrolsa.Self-controlledb.Crossover3.Externalcontrols(includinghistorical)B.StudieswithnocontrolsⅢ.Meta-analyses第11页，共50页，2023年，2月20日，星期五Table2AclassificationofbiomedicalresearchreportsⅠ.LongitudinalstudiesA.Prospectivestudies1.Deliberateinterventionsa.randomizedb.non-randomized2.ObservationalstudiesB.Retrospectivestudies1.Deliberateintervention2.ObservationalstudiesⅡ.Cross-sectionalstudiesA.DiseasedescriptionB.Diagnosisandstaging1.Abnormalranges2.DiseaseseverityC.Diseaseprocesses第12页，共50页，2023年，2月20日，星期五观察性研究实验性研究医学研究类型纵向研究前瞻性干预研究队列研究队列研究随机对照试验现场试验回顾性病例对照横断面研究疾病诊断和危重度分级探索危险因素疾病描述非干预研究医学研究的研究类型分类示意图第13页，共50页，2023年，2月20日，星期五分类是否施加干预（处理）否是观察性研究实验性研究第14页，共50页，2023年，2月20日，星期五实验性研究Experimentalstudy社区干预试验以动物为对象动物实验研究以人为对象临床试验一般临床试验新药临床试验ⅠⅡⅢⅣ诊断方法评估试验第15页，共50页，2023年，2月20日，星期五观察性研究（调查研究）Observationalstudy横断面研究（cross-sectionalstudy）：描述某现象水平与分布指定时间点或时期由果推因病例对照研究（case－controlstudy）：已知有病与无病组，研究疾病发生前的暴露，寻找可能的危险因素。计算OR。又称为回顾性研究（retrospectivestudy）由因索果向前随访队列研究（cohortstudy）：已知暴露进行随访现象结局是否发生，病因学研究。计算RR值。又称前瞻性研究（prospectivestudy）向后回顾第16页，共50页，2023年，2月20日，星期五（一）实验性研究根据资料性质、分析目的、实验设计类型可找到对应的统计方法第17页，共50页，2023年，2月20日，星期五1.实验设计基本原理

空白对照时分析处理因素效应T+S1

E+e1O+S2

O’+e2T

E第18页，共50页，2023年，2月20日，星期五处理因素单因素实验多因素实验非处理因素可控制未知或不可控制实验单位固定非固定实验效应实验设计三要素实验设计三原则实验类型：根据处理因素，控制因素和实验单位特征数据结构：实验单位：case观察指标：dependent分组因素：factor控制因素：covariate第19页，共50页，2023年，2月20日，星期五3.常用实验设计模型完全随机设计随机区组设计拉丁方设计析因设计嵌套设计第20页，共50页，2023年，2月20日，星期五（二）观察性研究相应观察研究的统计分析方法拟合较为复杂的统计模型描述性研究：横断面研究分析性研究：病例对照研究，队列研究

第21页，共50页，2023年，2月20日，星期五目标人群（targetpopulation）研究样本(studysample)疾病状态（diseasestatus）暴露状态(exposurestatus)随机抽样调查调查1.横断面研究第22页，共50页，2023年，2月20日，星期五暴露未暴露暴露未暴露病例对照调查方向研究开始2.病例对照研究第23页，共50页，2023年，2月20日，星期五暴露组非暴露组疾病非疾病疾病非疾病调查方向合格对象研究开始3.队列研究第24页，共50页，2023年，2月20日，星期五（三）临床试验研究

研究性质：实验性研究特点：患者的依从性，“失访”，伦理学问题（《赫尔辛基宣言》：“尊重人，有利，公正”三条基本伦理原则，伦理委员会的批准或准许，知情同意。）

第25页，共50页，2023年，2月20日，星期五二、常用统计分析方法第26页，共50页，2023年，2月20日，星期五常用统计分析方法第27页，共50页，2023年，2月20日，星期五统计描述—

指标，图，表单变量资料计量资料：统计图表，平均水平指标，离散程度指标计数资料与等级资料：统计图表，相对数（比、比例、率）双变量资料：散点图，相关系数，回归系数多变量资料：相关系数矩阵，均数向量，方差协方差矩阵，距离（例如：Mahalanobis）；轮廓图，聚类图第28页，共50页，2023年，2月20日，星期五随访资料：将事件发生的结果和随访时间两个因素结合在一起的资料：生存曲线图，寿命表，K年生存率角度资料或圆形分布资料：平均角，角离差，散布图第29页，共50页，2023年，2月20日，星期五第30页，共50页，2023年，2月20日，星期五参数估计点估计（pointestimation）总体均数的点估计总体率的点估计

OR、RR的点估计

区间估计（intervalestimation）总体均数的区间估计总体率的区间估计OR、RR的区间估计第31页，共50页，2023年，2月20日，星期五假设检验目的差别等效关系（互依关系，依存关系）基本步骤建立检验假设与备择假设，确定检验水准计算检验统计量确定P值，统计推断，专业推断第32页，共50页，2023年，2月20日，星期五三、统计方法的选择

反应变量为单变量，双变量，多变量反应变量类型：定量变量，定性变量，等级变量处理因素多少：单因素试验，多因素试验设计类型：完全随机，随机区组，拉丁方等处理的组别：单样本、两样本或多样本

检验方法的前提条件

第33页，共50页，2023年，2月20日，星期五单变量计量资料的分析思路示意图

第34页，共50页，2023年，2月20日，星期五单变量计数资料的分析思路示意图

第35页，共50页，2023年，2月20日，星期五单变量等级资料的分析

单变量等级资料的分析思路示意图

第36页，共50页，2023年，2月20日，星期五

双（多）变量资料的分析思路示意图

第37页，共50页，2023年，2月20日，星期五1.若应变量Y为数值型随机变量，且服从正态分布，自变量满足多元正态分布，可选多元回归分析或多元逐步回归分析。回归方程形如Y=β0＋β1X

1＋β2X

2＋…＋βiXi＋…＋βmXm

2.若因变量Y为分类变量（二分类或多分类），且以判别分类为主要目的，自变量满足多元正态分布，可选判别分析或逐步判别分析。判别函数形如

第38页，共50页，2023年，2月20日，星期五Y1=β10＋β11X1＋β12X2＋…＋β1iX

i＋…＋β1mX

m

Y2=β20＋β21X1＋β22X2＋…＋β2iX

i＋…＋β2mXm:::::

:

:

:Y

n=β10＋βn1X1＋βn2X2＋…＋βniXi＋…＋βnmXm3.若因变量Y为生存时间，并含有截尾数据，可选Cox模型做生存分析，风险函数形如ln[h(t)/h0(t)]=β1X1＋β2X2＋…＋βiXi＋…＋βmXm

4.若因变量Y为二分类变量或多分类变量，且以分析危险因素为主要目的，如果为配比设计，选条件Logistic回归；如果无配比设计，选非条件Logistic回归。回归模型形如ln[P/(1-P)]=β0＋β1X1＋β2X2＋…＋βiXi＋…＋βmXm

第39页，共50页，2023年，2月20日，星期五1.聚类分析：将变量或观察单位划分为性质相近的k类2.主成分分析：寻找综合指标3.因子分析：寻找潜变量4.典型相关分析：两组变量之间的相关第40页，共50页，2023年，2月20日，星期五

影响假设检验方法选用的因素：

①研究目的：找差异；找关系；其它②研究因素的多少：单因素；两因素；多因素③研究的组数（水平数）的多少：两组；多组④效应变量的多少：单变量，双变量，多变量；⑤实验设计类型成组；配对；配伍组；析因设计；⑥资料特征与分布：检验统计量⑦样本含量大小：第41页，共50页，2023年，2月20日，星期五四、统计方法综合运用实例

例1

根据2001年进行的大规模调查，已知某地健康青年男子身高均数为168.34cm，体重均数为57.20kg，同年在该地应征男性青年中随机抽取120名男子，测得其身高、体重资料见表1，试对该资料进行统计分析？

第42页，共50页，2023年，2月20日，星期五1.本例的身高、体重频数分布情况及Q-Q图。

身高近似服从正态分布

体重呈偏态分布

第43页，共50页，2023年，2月20日，星期五2.计算基本统计量3.统计分析身高：服从正态分布，描述分布：均数及标准差，参考值范围估计（正态分布法）参数估计：总体