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

医学科学研究的基本程序

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。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Asciencedealingwiththecollection,analysis,inter-pretation,andpresentationofmassesofnumericaldata------Webster’sInternationalDictionaryThescienceandartofdealingwithvariationindatathroughcollection,classificationandanalysisinsuchawayastoobtainreliableresults.------LastJM(Dictionaryofepidemiology)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.GaltonTocallinthestatisticianaftertheexperimentisdonemaybenomorethanaskinghimtoperformapostmortemexamination: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常见错误案例讨论医学科研的统计设计与数据处理

----常用医学统计方法

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。

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-analysesTable2AclassificationofbiomedicalresearchreportsⅠ.LongitudinalstudiesA.Prospectivestudies1.Deliberateinterventionsa.randomizedb.non-randomized2.ObservationalstudiesB.Retrospectivestudies1.Deliberateintervention2.ObservationalstudiesⅡ.Cross-sectionalstudiesA.DiseasedescriptionB.Diagnosisandstaging1.Abnormalranges2.DiseaseseverityC.Diseaseprocesses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分类是否施加干预（处理）否是观察性研究实验性研究

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

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（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

例1研究三种抗癌药物对小白鼠肉瘤抑瘤效果，将15只小白鼠按完全随机分组方法等分到A、B、C三组，分别接受甲、乙、丙三种抗癌药物。

例2研究3种抗癌药物对小白鼠肉瘤抑瘤效果，将小白鼠体重作为分层（区组）因素，将15只小白鼠按区组随机化分组方法分到A、B、C三组，分别接受甲、乙、丙三种抗癌药物。（2）多因素实验析因设计：处理为全面组合正交设计：处理为部分组合裂区设计：实验单位分级嵌套设计：处理因素分组

例3比较甲、乙、丙、丁四种饲料对小白鼠体重的影响。实验对象为8窝小白鼠，每窝4只，应采用何种实验设计方法？如果四种饲料是由脂肪含量和蛋白含量两个因素复合组成，研究目的是要分别分析脂肪含量高低、蛋白含量高低对小鼠体重的影响，应采用何种实验设计方法？

第一种情况：单处理因素实验设计，为控制非处理因素小白鼠窝别影响，应采用随机区组设计（配伍组设计）。其方差分析表的部分内容如下：

第二种情况：为多处理因素实验设计，根据研究目的，应采用随机区组析因设计。其方差分析表的部分内容如下：

例4某眼科实验，以家兔作为一级实验单位，分别注射三种全身药物a1，a2，a3；以每只兔的双眼作为二级实验单位，分别复制轻重不同的两种损伤b1,b2；观察指标为兔眼房水中环核甘酸含量。试进行实验设计。

例6试验甲、乙、丙三种催化剂在不同温度下对某化合物的转化作用。由于各催化剂所要求的温度范围不同，应如何设计？两因素嵌套设计（I=3,J=3,r=2)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（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

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（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。）

二、常用统计分析方法常用统计分析方法统计描述—

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

单变量计量资料的分析思路示意图

单变量计数资料的分析思路示意图

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

双（多）变量资料的分析思路示意图

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

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

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

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