临床科研实验设计方法

临床科研实验设计方法第一页，共四十四页，编辑于2023年，星期四一、临床科研选题与立题的原则充分地掌握研究课题的最新、最佳信息研究的问题要明确具体研究的设计方案与方法要科学可行干预措施应有科学性和创新性要考虑研究对象的来源和数量的要求要预测研究的效果和效益医德经济支持第二页，共四十四页，编辑于2023年，星期四三、临床科研设计的原则

随机、对照、盲法

随机随机化的方法（单纯随机、分层随机、区组随机、系统随机、多级抽样）随机化分配的优缺点：研究结果有良好的可比性随机分配加盲法分析，其结论更加客观。随机分配可防止选择性偏移和人为的主观干预。缺点是，研究对象仅限于符合纳入标准的患者，故其代表性较局限。第三页，共四十四页，编辑于2023年，星期四对照同期随机对照自身对照历史性对照非随机同期对照配对对照无对照的前瞻性研究：接受某种干预措施的一组患者，观察该病的疗程与疗效，而不设对照组者，这种试验称为无对照研究。在下列两种情况下不必强调设立对照组：（1）某一预后险恶的疾病，观察该病的病程和疗效。（2）经临床应用，确已证明具有强大效力的药物。主要缺点：无法区分霍桑效应。第四页，共四十四页，编辑于2023年，星期四盲法盲法试验单盲双盲三盲非盲法试验适用范围多因素分析，不单是希望观察药物的疗效，同时也要评价影响药物疗效或发病的有关因素。研究者希望更安全、更周到的作出决策（例如患者是否需要继续治疗，药物是否需要增减），使医疗决策更灵活。第五页，共四十四页，编辑于2023年，星期四四、临床常用的设计方案与应用

参照加拿大McMaster大学的分类方法，对常用病因学、危险因素、疾病的预防与治疗及预后等方面研究的设计方案，依照它们的论证强度以及研究者能否主动控制试验因素为准，共分为四个等级。一级设计方案

为前瞻性随机研究设计方案，具有对照，研究者通过设计可主动控制试验干预措施或可能影响研究结果的有关偏移因素，因而论证强度佳。本级设计方案中，包括随机对照试验、半随机对照试验、交叉试验…二级设计方案属于前瞻性，有对照组，但研究者不能主动控制干预措施，亦不能有效控制若干偏移因素对研究观测结果的影响。本级设计方案中，包括队列研究设计以及前-后对照。三级设计方案

多设有对照组，不能主动控制干预措施，横端面研究、病例对照研究等。四级设计方案

为叙述性研究，临床系列病历分析，个案总结及专家评述等，科学论证强度通常是弱的

第六页，共四十四页，编辑于2023年，星期四

主要临床常用的设计方案随机对照试验交叉试验队列研究病例-对照研究第七页，共四十四页，编辑于2023年，星期四（一）随机对照试验随机对照试验（randomizedcontroltrail,RTC)采用随机分配的方法，将符合要求的研究对象(eligiblesubject)分别分配到试验组和对照组，然后接受相应的试验措施，在一致的条件下或环境里，同步进行观察研究和观察试验效应，并用客观的效应指标进行测量和效应评价。随机对照试验现已被公认为临床治疗试验的金标准。

由于RCT的成果越来越多，又因为大量的临床RCT试验不可能都是大样本的研究结果，因此，即使设计严谨，也不可避免地受样本数量和质量的限制，因此，获得的研究结论就有一定的局限和偏移。为了克服这种影响，英国著名的流行病学家及临床医学家(ArchCochran)首先倡导将全球的RCT研究成果广泛收集，将不同地区对同种疾病应用同一治疗方法的RCT进行整理综合并进行严格的系统评价（systematicreview)从而获得真实可靠的结论，并推广给临床医生采用。

第八页，共四十四页，编辑于2023年，星期四举例Chalmer等对于急性心肌梗死，应用抗凝疗法的随机对照与非随机对照的32篇文献作了系统分析与评价，其中18篇为历史对照，含900例患者；8篇为非随机临床对照试验含3000例患者；6篇为随机临床对照试验，有3800例患者。18篇中的15篇历史对照试验和8篇中的5篇非随机临床对照试验证明抗凝疗法有很好的效果。综合非随机对照试验的结果，可降低心机梗死的病死率50%，而综合6篇随机对照试验的结果，可降低病死率为20%。显然是由于研究的设计和观察中的一系列偏倚，导致了脱离真实疗效的夸大结论。第九页，共四十四页，编辑于2023年，星期四随机对照试验应用范围主要用于临床治疗性或预防性的措施，借以探讨某一新药和新的治疗措施与传统的治疗或安慰剂比较。如欲在人群中，作心血管疾病的一级预防。在特定的条件下随机对照试验也可用于病因学因果效应的研究。应用的前提是：拟研究的可能致病因素，对人体尚无确切的危险性证据，但它又不能排除与疾病的发生有关。例如：妇产科为预防早产婴因缺氧带来的大脑损害和对今后智力发育不全的影响，曾对早产婴均实以高浓度的氧气疗法（导致晶体后纤维组织增生）。

第十页，共四十四页，编辑于2023年，星期四随机对照试验的特点可排除研究对象分组时选择性偏倚的干扰增强试验结果的可比性试验对象的特点试验的同步性，条件的一致性试验期间内的一致性研究结果于试验结果结束时方可获得增强研究结果的统计学分析效能。第十一页，共四十四页，编辑于2023年，星期四随机对照试验设计模式

研究的目标人群

（非随机抽样）（随机抽样）研究对象不合格的研究对象合格的研究对象拒绝加入研究的合格的研究对象自愿加入研究的合格的研究对象随机分配试验组对照组

试验效应时期阳性结果阴性结果阳性结果阴性结果

第十二页，共四十四页，编辑于2023年，星期四随机对照试验结果的分析模式

结果

+-合计试验组aba+b

对照组cdc+d

合计a+cb+dN第十三页，共四十四页，编辑于2023年，星期四随机对照试验设计中的重要因素研究目的与拟解决的主要研究问题应明确。试验治疗措施应有科学性、有效性和安全性，与对照疗效比较，有提高疗效的假设水平。对象的来源、诊断标准和纳入标准应该明确（注意纳入标准和排除标准的适度）。随机化抽样及随机化分组的方法要具体。试验组与对照组的基线情况要可比。试验干预的治疗方法要设计清楚。观测指标与终点指标要一致。试验观察期的确定要合理。依从性。依试验反应，研究的进程可调整。第十四页，共四十四页，编辑于2023年，星期四随机对照试验设计常用的统计分析方法病因、危险因素的RCT因果分析计算各自的发病率、病死率，两相比较，用卡方检验作显著性检验。计算相对危险度和归因危险度和它们的95％可信限。治疗性研究RCT的统计分析方法１、计数资料２、计量资料３、疗效的相关分析４、疗效的多因素分析５、时间－系列效应的观察分析（趋势分析）

第十五页，共四十四页，编辑于2023年，星期四随机对照试验设计的优缺点优点可比性好防止选择性偏倚好研究对象诊断确凿研究对象中标化的试验措施与指标缺点

费时，人力和财力支付较大。研究结果的代表性及外在的真实性有所局限。安慰剂不恰当的使用则会违背医德的原则。

第十六页，共四十四页，编辑于2023年，星期四（二）、交叉试验交叉试验（cross-overdesign)是对两组受试者使用两种不同的处理措施，然后将处理措施相互交换，最后将结果进行对比分析的设计方法。概述在临床治疗性试验中，常常都是选用两种病例，使用两种处理措施，然后在两组病例之间进行疗效比较。但是，在某种情况下，为了更确切地进行药物疗效的比较，又不增加样本含量，可对同一患者分别使用两种或两种以上的药物，让患者作自身的比较。应用范围本设计方案适用于慢性病的治疗效果的观察。第十七页，共四十四页，编辑于2023年，星期四交叉试验设计模式随机交叉试验

DD

甲组：方案AND方案AND

N-NeRDD

乙组：方案BND方案BND

随机分组治疗期洗脱期第十八页，共四十四页，编辑于2023年，星期四交叉试验结果分析

配对卡方四格表

方案B

有效无效合计有效aba+b方案A

无效cdc+d

合计a+cb+dN第十九页，共四十四页，编辑于2023年，星期四交叉试验统计分析方法

定性资料的分析配对卡方

2=(|b-c|-1)2/(b-c)定量资料分析交叉试验所得的数据很多时候是定量数据，如血压改变，血糖变化等。可用差值t检验，交叉试验的方差分析和交叉试验的秩和检验进行比较。第二十页，共四十四页，编辑于2023年，星期四（三）、队列研究队列研究(cohortstudy)又称定群研究，属于二级设计方案，研究者对暴露因素不能控制，分组自然形成，并有同期对照，是群体研究中常用的方法。应用范围凡在群体中研究某种可能的致病因素或某项措施对固定人群的影响，均可以使用队列研究。本研究常用于病因研究、治疗性研究、预防性研究或预后研究。设计方案

DENDNNe(?)

NEDND

第二十一页，共四十四页，编辑于2023年，星期四队列研究结果分析

队列研究结果分析表

结果有（+）无（-）是ab接触可能致病因素否cd

观察结果的指向第二十二页，共四十四页，编辑于2023年，星期四队列研究的统计分析方法因果关系在前瞻性队列研究中，应计算RR，当RR2时，表明有一定的因果关系；当RR4时，表明有肯定的因果关系，并应计算95%的可信区间。暴露因素的数量化被观察者在群体中暴露于可能致病因素的时间长短不同，为减少这种差异的影响，应将暴露因素作到数量化。在暴露时间较常的研究中，应使用人年（subject-year)计算发生率或标化死亡率（SMR).如有可能，暴露强度也可分等级计算，并用Mentel-Haenszel方法作卡方检验进行两组比较。Poisson分布回归模式

在一定人群中，某种发生率较低的疾病，其病例数或死亡数的分布，属于Poisson分布，其统计处理可计算Poisson分布概率与95%可信区间，也可建立回归模型计算。第二十三页，共四十四页，编辑于2023年，星期四队列研究的优缺点优点病因研究中可行性最好的经典研究方法，能直接反映因果关系。此外，对预后探讨也确有实际意义。属前瞻性研究，因此纳入标准、处理措施与结果评定，均可作到标准化。进行同期对照，两组所受影响一致。对结果有影响的因素，如暴露因素的强度、年龄等，可通过分层随访或配对法分别纳入两组。缺点观察时间长，费时、费人力、财力。分组自然形成，很难保持两组平衡。对发病因素较多的疾病，难以保证所有可能致病因素都能明确分在暴露组与对照组。对发病率低的疾病，为达到统计学意义，要扩大人群数量和延长观察时间，有时甚至不可能进行。第二十四页，共四十四页，编辑于2023年，星期四（四）、病例-对照研究概述病例——对照研究（casecontrolstudy)属三级设计方案，它是一种回顾性具有对照的调查研究方法，是分析性研究中常用的一种设计方法。为病因学研究、防治研究和预后研究提供重要信息，但它不能确切地论证病因学因——果关系。特点：回顾性。不能主动控制危险因素的暴露，因为暴露是否已成为事实，是从果到因的调查。应用范围对于疾病致病因素或危险因素的研究，常是从临床医师的经验中或回顾性叙述研究中获得线索，并据此形成假设。用于药物有害作用的研究（如：某研究曾发现口服避孕药易导致血栓形成，雌激素易导致阴道癌，妊娠期使用庆大霉素导致新生儿耳聋。第二十五页，共四十四页，编辑于2023年，星期四病例-对照研究设计模式

暴露病例组未暴露研究的对象暴露对照组未暴露

第二十六页，共四十四页，编辑于2023年，星期四病例对照研究的结果分析

病例-对照研究的四格表结果病例组对照组合计是aba+b暴露于某因素史否cdc+d

合计a+cb+dN

观察结果的指向第二十七页，共四十四页，编辑于2023年，星期四病例与对照的选择病例的选择如果研究某病的发病因素，对于该病均有统一的、公认的诊断标准。对照组的选择对照组的选择非常重要。常易因选择方法不当造成结论夸大或否定的结论。从理论上讲，设立对照组的目的是提供一个作比较用的暴露率，如病例组和对照组对某可疑危险因素的暴露率相同，表明该可疑危险因素与某病的发病无关。病例与对照的来源（详细见流行病学教材）病例的确诊手段与对照确诊手段的同一性在一种疾病的诊断中不同诊断方法具有不同的敏感性和特异性；如果确定病例和对照的诊断方法或手段不同，则有可能在对照组中混入轻型病例，而影响所检测的暴露率。病例组与对照组应有统一的纳入标准和排除标准如在研究肺癌与吸烟的联系时，两组中都最好排除慢性支气管炎的病人，因为后者与吸烟的关系密切。第二十八页，共四十四页，编辑于2023年，星期四病例对照的统计分析方法（1）不配对资料的分析将每一暴露因素都列出2*2表，计算它们的联系强度（OR)。病例组对照组合计暴露于有aba+b某因素史无cdc+d

合计a+cb+dNRR=ad/bc用卡方检验测定样本具有的显著性

2=(|ad-bc|-N/2)2N/(a+b)(c+d)(a+c)(b+d)第二十九页，共四十四页，编辑于2023年，星期四病例对照的统计分析方法（2）

配对资料的分析

r,t,s,u均为对子数对照

+-

病例+rs-tuOR=s/t

用卡方检验测定样本具有的显著性

2=(|s-t|-1)2/(s+1)第三十页，共四十四页，编辑于2023年，星期四病例对照的统计分析方法（3）Mantel-Heanszel法（分层分析法）剂量反应梯度的显著性检验研究暴露因素与疾病的联系，除应用上述OR的计算来表示是否有统计学的联系以及联系的强度外，还可以看有无剂量反应关系（dose-responserelationship),即是否随着暴露计量的增加，其OR值也逐渐增高，呈剂量反应的梯度关系，这也是病因研究中非常重要的证据。剂量反应关系有否统计学意义可作趋势检验。多变量分析logistic回归已成为现代流行病学危险因素研究的首选方法。在病因和发病因素的研究中，危险因素和疾病的关系是非常复杂的，各种危险因素之间可以相互影响，它们对结果的影响大小也不同。logistic回归能在复杂关系中平衡多种混杂因素的作用，进一步筛选出主要的危险因素，及其在决定病因和发病因素中的相对比重。第三十一页，共四十四页，编辑于2023年，星期四五、研究对象选择的原则与方法样本的来源样本的抽样方法诊断标准纳入与排除标准样本对总体代表性的影响因素样本含量随机原则无应答和失访（为能够反映总体的特征，应答率>80%，失访率<10%）。选择偏倚第三十二页，共四十四页，编辑于2023年，星期四六、研究对象样本含量的估算方法（1）样本含量(samplesize)是临床科学研究中一个重要内容！样本含量的估计方法（1）仅考虑情况(singlesignificant)，常用于估计总体率、总体均数，亦有学者用于假设检验时样本含量的估计(对于u分布、t分布，均可认为=0.5)；（2）同时考虑，情况（doublesignificant）,一般用于假设检验样本含量的估计。

样本含量估计的基本条件（1）第一类错误的概率一般取0.05。（2）检验效能，即1-，是说明备择假设H1

正确的能力，一般取=0.1

或=0.2，值越大，检验效能越低，样本数量也越小。（3）容许误差或差值，一般根据需要与科研要求由试验者规定。（4）总体标准或总体率，一般是查阅文献或作预试验所得，也可作合理的假设。

第三十三页，共四十四页，编辑于2023年，星期四六、研究对象样本含量的估算方法（2）样本含量估计的注意事项（1）多组设计时，一般要求各组间的样本含量相等。（2）由于估算样本含量是最少需要量，在受试者中可能有不合作者、中途失访、意外死亡等都会减少有效观察对象，故进行检验时须增加10%-15%。（3）提高试验效果的一般方法，一般设法缩小总体范围，减少个体变异。第三十四页，共四十四页，编辑于2023年，星期四研究对象样本含量的估算举例（1）总体均数的估计

n=(u2

2)/2

为总体标准差，一般用样本标准差s估计，为容许误差，即样本均数与总体均数的容许差值。

例：某医院拟用抽样调查评价本地区健康成人白细胞数的水平，要求误差不超过0.2109/L。据文献报道，健康成人白细胞数的标准差为1.5109/L，问需要调查多少人？本例双侧u0.05=1.96,=0.2109/L,s=1.5109/L

则：n=(1.96)2(1.5)2/(0.2)2=216.1

故本次需调查217名健康成人的白细胞。

第三十五页，共四十四页，编辑于2023年，星期四研究对象样本含量的估算举例（2）样本均数与总体均数的比较

n=(u+u

)22/2

例：某院普查市区2-6岁幼儿体格发育情况，其中体重未达标的幼儿，血红蛋白平均为100g/L,标准差25g/L。现欲使用抗贫血药物，如果治疗前后血红蛋白上升20g/L为有效，而上升低于10g/L为无效。假设单侧=0.05，=0.1时，试问应治疗多少人，可以认为该药是有效的？本例使用单侧检验，=20-10=10（g/L）,s=25g/L.n=(1.6449+1.2816

)2(25)2/(10)2=53.5

故可认为需要治疗56例，如该药确实有效，则有90%的把握可得到差别有显著性结论。第三十六页，共四十四页，编辑于2023年，星期四临床科研中正确抉择统计学方法概述：医学统计学或卫生统计学是以数理统计方法和概率论为基础的应用学科，因此，在科研工作中，若要作到正确地使用统计方法，就必须遵从数理统计的理论，用理论指导科研的结果分析。

1、分析目的

2、资料类型

3、设计方法

4、数理统计条件第三十七页，共四十四页，编辑于2023年，星期四常用假设检验方法（1）

常用计量资料假设检验方法比较目的应用条件统计方法样本与总体的比较例数(n)较大,(任意分布）u检验例数(n)较小（样本来自正态分布t检验两组资料的比较例数(n)较大,(任意分布）u检验（完全随机设计）例数(n)较小，来自正态且方差齐成组设计的t检验例数(n)较小且非正态或方差不齐成组设计的秩和和t检验配对资料的比较例数(n)较大,(任意分布）u检验（配对设计）例数(n)较小，差值来自正态配对设计的t检验例数(n)较小，差值来自非正态配对设计的秩和检验多组资料的比较各组均数来自正态且方差齐成组设计的方差分析（完全随机设计）各组为非正态且方差不齐成组设计的秩和检验配伍组资料的比较各组均数来自正态且方差齐配伍组设计的方差分析（配伍组设计）各组为非正态且方差不齐配伍组设计的秩和检验第三十八页，共四十四页，编辑于2023年，星期四常用假设检验方法（2）

计数资料的假设检验方法比较目的应用条件统计方法

样本率与总体率的比较n较小时二项分布的直接法

np>5&Nq>5二项分布的u检验两个率或构成比的比较np>5&Nq>5二项分布的u检验（完全随机设计）n>40&T>5四格表的2

检验

n>40&1<T<5校正四格表的2

检验

n<40orT<1四格表的确切概率法

配对四格表的比较b+c>40配对2检验（配对设计）b+c<40校正配对2检验

多个率或构成比资料的比较全部格子T>5or少于1/5行*列表2检验（完全随机设计）的格子1<1<T<5（列联表2检验）

若有格子T>5或多于1/5行*列表的确切概率的格子1<T<5（列联表的确切概率法）第三十九页，共四十四页，编辑于2023年，星期四常用假设检验方法（3）

等级资料的假设检验

比较目的统计方法两组比较（完全随机设计）两组比较的秩和检验多组比较（完全随机设计）多组比较的秩和检验配对设计