1、1,第四章 研究設(shè)計基礎(chǔ),Design of Experiment 流行病與衛(wèi)生統(tǒng)計學(xué)系 劉 沛,1,2,1. 實驗設(shè)計的意義 2. 實驗研究基本要素 3. 實驗設(shè)計的基本原則 4. 常用的實驗設(shè)計方案 5. 調(diào)查設(shè)計,2,3,醫(yī)學(xué)研究基本過程,制定研究目的，建立專業(yè)假設(shè) 查閱文獻資料 制定實驗設(shè)計 進行實驗，分析實驗結(jié)果 發(fā)表研究成果，評價假設(shè),3,4,一、實驗設(shè)計意義,實驗設(shè)計： 在實驗前對實驗所作出的計劃和安排 專業(yè)設(shè)計：選題，建立實驗方法等 先進性，實用性 統(tǒng)計設(shè)計：數(shù)據(jù)的收集整理和分析方法 科學(xué)性， 經(jīng)濟性，可重復(fù)性 意義： 用經(jīng)濟的人力、物力和時間得到可靠的結(jié)果 減少實驗誤差，對誤

2、差大小作出估計,4,5,實驗性研究與觀察性研究,實驗（Experiment）在特定條件下施于人為干預(yù) 觀察（Observation）: 在自然狀態(tài)下不施加人為干預(yù) 試驗（Trial）: 以人為對象的實驗,go2,5,6,二、 三個基本要素,1. 受試對象： 動物、人。同質(zhì)性、代表性。 兩個基本條件 (敏感，穩(wěn)定） 2. 處理因素： 外部施加，內(nèi)部固有 抓住主要因素 分清非處理因素（混雜因素，Confunding） 必須標準化 3. 實驗效應(yīng)： 指標選擇 客觀性、精確性、特異性和靈敏性,go2,6,7,三、 三項基本原則,對照原則 隨機原則 重復(fù)原則,7,8,（一）、 對照原則,實驗組和對照組除

3、了實驗因素外，其它影響實驗效應(yīng)的非處理因素均應(yīng)基本相同 Best的對照研究：X線照射腦垂體治療高血壓 照射組： 25人 17例下降 占68% 對照組：25人 19例下降占76% （雙盲法） 對照的關(guān)鍵在于保持“均衡性” 甲（100）ADI（） 乙（100）ADI（-）,ADI 50（）甲 ADI 50 （） ADI 50（） 乙 ADI 50 （）,8,9,對照的種類,處理： 空白對照（安慰劑），相互對照 對象： 自身對照，實驗對照 時間： 歷史對照，同期對照 數(shù)目： 單個對照，雙重對照,9,10,雙 重 對 照,某降壓沖劑的雙重對照 組別 n 用藥前 用藥后 差值 配對 t 降壓沖劑 25

4、160 19 133 15 27 21 6.43 安慰劑 20 168 24 154 22 14 28 2.24 兩組 t 1.25 3.80 1.78,go7,10,11,（二）、隨機化原則,概念: 采用隨機的方式，使每個觀察單位有同等 的概率被抽取 作用: 避免主觀因素的參與 打破實驗對象排列的系統(tǒng)性,控制系統(tǒng)誤差 對意想不到的因素起平衡作用 統(tǒng)計推斷的基礎(chǔ),11,12,隨機化應(yīng)貫穿于實驗設(shè)計和實施的全過程,抽樣的隨機 分組的隨機 實驗順序的隨機 方法: 隨機數(shù)字表 隨機排列表 隨機發(fā)生函數(shù),12,13,常用的隨機化方法,完全隨機化：直接對受試對象進行隨機分組 編號 ，取隨機數(shù)， 確定組別

5、 2. 分層隨機化：先將研究對象按某一特征分層，然后按每層內(nèi)進行完全隨機化 分層， 編號， 取隨機數(shù)， 確定組別,go7,13,14,（三）、重復(fù)原則,1. 整個實驗的重復(fù)：重現(xiàn)性，可靠性 2. 多個受試對象的重復(fù)：樣本含量 3. 同一受試對象的重復(fù)觀察：提高觀察精度，分析變化趨勢 作用： 估計實驗誤差，降低實驗誤差,go2,14,15,一、 完全隨機化設(shè)計,概念: 將實驗對象用隨機的方法分配到處 理組和 對照組中，進行實驗觀察。 方法: 隨機數(shù)字表，隨機排列表 優(yōu)點: 簡單靈活易理解 缺點: 實驗誤差大,精確度低，只能研究一 個因素,15,16,方法：1)編號 2)查表 3)按隨機數(shù)分組,S

6、j table,16,17,二、 配對設(shè)計,將實驗對象按一定條件配成對子，隨機分配入實驗組、對照組 自身配對、非自身配對 方法：配對，編號，查表，歸組 優(yōu)點：抽樣誤差小，樣本例數(shù)少，結(jié)果可靠 缺點：資料難以獲得，自愈性疾病不適用,17,18,三、隨機區(qū)組設(shè)計（配伍組設(shè)計）,概念：配對的擴大 優(yōu)缺點：同配對設(shè)計 方法：區(qū)組，編號，查表，歸組,18,19,四、 交叉設(shè)計,將、兩種處理因素先后施于同一批試驗對象，隨機地使半數(shù)對象先接受處理，后接受處理；另一半對象先接受處理，后接受處理。 優(yōu)點：實驗誤差能得到有效控制，實驗效率高 缺點： 半衰期較長的藥物不能使用，兩種處理間不能有交互作用,19,20,

7、例： 以、兩種藥物治療支氣管哮喘病人16例，用交叉設(shè)計比較其療效 ）編號 ） 查隨機排列表，隨機指定第行，抄錄 0 - 15的隨機數(shù) ）任意規(guī)定：單數(shù)到甲組試驗順序為 ；雙數(shù)到乙組順序為,四、 交叉設(shè)計 舉例,20,21,患者編號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 隨機數(shù) 9 10 3 15 0 11 2 1 5 8 13 6 12 4 7 14 組別 甲 乙 甲 甲 乙 甲 乙 甲 甲 乙 甲 乙 乙 乙 甲 乙 用藥順序 AB BA AB AB BA AB BA AB AB BA AB BA BA BA AB BA 結(jié)果：甲組：1 3 4 6 8

8、 9 11 15 先后 乙組：2 5 7 1 0 12 13 14 16 先后,附表,21,22,五、析因設(shè)計,析因設(shè)計是一種多因素交叉分組設(shè)計，它不僅可以作每個因素各水平的比較，還可以進行交互作用的分析。 交互作用：協(xié)同、拮抗 交叉分組：每個因素的所有水平都互相交叉 最常用的為： 2析因設(shè)計,a (吸煙因素） b(接塵因素) a1（吸煙） a2（不吸煙） b1 (接塵) a1b1 a2b1 b2 (不接塵) a1b2 a2b2,22,23,吸煙與接塵對 FEF25-75%的影響,對照組 接塵組 吸煙 不吸煙 吸煙 不吸煙 X 3.12 3.42 2.41 3.52 S 0.39 0.37 0

9、.34 0.32 n 16 14 18 12,方 差 分 析 SS n MS F P 總 變 異 19.2 59 接 塵 2.5 1 2.5 19.4 0.01 吸 煙 7.7 1 7.7 60.2 0.01 交互作用 1.9 1 1.9 14.5 0.01,23,24,四個均數(shù)間關(guān)系 吸煙 不吸煙 接 塵 2.41 0.05 ) .接塵可加重吸煙對FEF25-75%的影響 (P 0.01 ),24,25,析因設(shè)計優(yōu)缺點,優(yōu)點：可進行多因素研究，可分析交互作用 缺點： 水平數(shù)多時，分組數(shù)太大 22=4 24=16 44=256組,go2,25,26,樣本含量估計,在保證研究結(jié)論具有一定可靠性的

10、條件下，確定最少的樣本例數(shù)。 樣本含量過小：抽樣誤差大，結(jié)果不穩(wěn)定，檢驗功效低，應(yīng)有的差別不能顯示。 樣本含量過多：費時、費力，非抽樣誤差增大。,26,27,誤差來源,抽樣誤差： 由抽樣引起的樣本統(tǒng)計量和總體參數(shù)間的差別 客觀存在，不可避免，但可以控制并可估計大小 非抽樣誤差： 由各種人為因素和偶然因素所造成 過失誤差:result from the mistakes during the recording, calculation, gathering and understanding process. 偏倚/系統(tǒng)誤差:due to the imprecise design plan a

11、nd inaccurate measurement. Selection bias; measurement bias; confounding bias,27,28,誤差控制方法,Quality control for three stages: 1.Design: 嚴密設(shè)計研究的總體方案；明確定義研究對象，正確劃分觀察范圍；正確選擇觀察指標； 選擇恰當?shù)挠^察方式；預(yù)研究； 2.Data collection：研究人員的選擇與培訓(xùn)；盲法觀察結(jié)果；定期檢查研究記錄；檢查研究對象的依從性情況。 單盲和雙盲：結(jié)果更可靠。 3.Data analysis：分層分析以及多因素分析,28,29,案例討論

12、 Discussion of Cases,案例13-1 某市教育局2010年對小學(xué)生體質(zhì)進行了一次抽樣 調(diào)查，以了解學(xué)生身體發(fā)育狀況，為加強學(xué)校體育與健康教 育提供基線資料。城市有30個學(xué)校，在校生約50000人，農(nóng) 村有18個學(xué)校，學(xué)生約10000人。在48個學(xué)校中，隨機抽取 10個班，以抽中班級的所有學(xué)生為調(diào)查對象，每班約50名學(xué) 生，共調(diào)查500名學(xué)生。請討論： （1）該調(diào)查是否隨機抽樣？樣本的代表性如何？ （2）你認為應(yīng)當如何抽樣？,29,30,案例13-2 某學(xué)者研究某制劑對某基因突變影響的隨機化臨 床試驗，作者按照就診對象的先后順序分別將研究對象分為 試驗組（50例）和對照組（10

13、例）研究結(jié)果顯示試驗組的基 因突變率為9.8%6.70%；對照組的基因突變率為 74.88%12.12%，通過卡方檢驗，發(fā)現(xiàn)兩組的基因突變率 差異有統(tǒng)計學(xué)意義，結(jié)論為試驗組的制劑能夠抑制該基因突 變。 （1）該研究實質(zhì)應(yīng)為何種研究方法？作者在設(shè)計方面有無問題？ （2）統(tǒng)計分析方法是否正確，結(jié)論是否恰當？ （3）你認為該課題應(yīng)該如何設(shè)計和分析？,30,31,案例13-3 某研究者研究某藥物治療鉛中毒療效時，采用治 療前后血鉛和尿鉛值為觀察指標，共治療鉛中毒患者50名， 測得結(jié)果為：治療前血鉛、尿鉛分別為（0.190.028） mg/L、（0.120.009）mg/L，治療后血鉛、尿鉛分別為 （0

14、.080.014）mg/L、（0.070.008）mg/L，血鉛、尿鉛 治療前后比較P值均小于0.05，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義，結(jié)論 為該藥對鉛中毒具有良好的治療作用。 （1）該研究設(shè)計存在哪些問題？ （2）統(tǒng)計表達是否正確？ （3）你認為該研應(yīng)該如何設(shè)計？資料應(yīng)如何表達？,31,32,案例13-4 某醫(yī)師觀察某新藥治療急性支氣管炎的療效，用 氨芐西林作為對照。按照患者入院時的體溫進行分組，即體 溫39以下者分入實驗組，體溫39及以上者分入對照組， 結(jié)論是新藥療效優(yōu)于氨芐西林。 （1）該醫(yī)師結(jié)論是否正確？ （2）研究設(shè)計存在什么問題? （3）應(yīng)該如何正確設(shè)計？,GO,32,33,調(diào)查設(shè)計及電子化調(diào)

15、查表制作,流行病與衛(wèi)生統(tǒng)計學(xué)系 劉 沛,33,調(diào)查設(shè)計及電子化調(diào)查表,1. 調(diào)查研究概念 2. 調(diào)查設(shè)計方法 3. 調(diào)查表結(jié)構(gòu) 4. 電子化調(diào)查表制作,34,35,調(diào)查研究,概念： 對研究對象進行客觀真實的觀察，并對觀察結(jié)果進行描述和對比分析。 特點： 被動觀察,往往不能施加處理因素 常常不能完全隨機分組 應(yīng)用： 了解現(xiàn)狀，探討關(guān)系,35,36,調(diào)查研究分類,調(diào)查對象 全面調(diào)查, 抽樣調(diào)查, 典型調(diào)查 調(diào)查時間 橫斷面：現(xiàn)況調(diào)查 縱向調(diào)查：病例對照研究，隊列研究 樣本抽取方式 概率抽樣：簡單，系統(tǒng)，分層，整群 非概率抽樣：偶遇，判斷、定額、雪球,GO2,36,37,常用的隨機抽樣方法,1) 單

16、純隨機抽樣（simple random sampling） 2) 系統(tǒng)抽樣（systematic sampling） 3) 分層抽樣（stratified sampling） 4) 整群抽樣（cluster sampling） 5) 多階段抽樣（multi-stage sampling）,37,38,單純隨機抽樣,抽樣方法： 將總體內(nèi)的全部觀察單位編號，再用隨機化工具無放回地選出進入樣本的號碼，直至達到預(yù)定的樣本例數(shù)為止。（等概率） 優(yōu)缺點： 當總體內(nèi)觀察單位數(shù)不大時比較容易實施 在總體含量過大而不易得到總體的完全列表時，可行性差。當個體變異大而樣本量小時，樣本的代表性差。 適用范圍： 適用于

17、總體內(nèi)個體差異較小的小型調(diào)查和實驗室研究。,38,39,系統(tǒng)抽樣,抽樣方法： 將總體內(nèi)的觀察單位依次編號，確定抽樣比，即確定從每多少個單元中抽一個單元進入樣本。至于究竟抽其中第幾個，則必須用隨機化的方法決定。 優(yōu)缺點： 簡單，快速，方便，容易得到一個按比例分配的樣本。 當總體內(nèi)觀察單位按順序有周期性或單調(diào)遞增（或遞減）趨勢時，系統(tǒng)抽樣可導(dǎo)致偏倚。 適用范圍： 事先對總體內(nèi)的個體分布有所了解，能識別可能存在的周期性。,39,40,分層抽樣,抽樣方法： 在抽樣過程中，將總體按某種特征劃分為若干個組別、層次，從每層內(nèi)獨立抽取隨機樣本。每層具體抽樣方法可用單純隨機抽樣或系統(tǒng)抽樣法。分層的原則是分層后層

18、內(nèi)變異盡可能小，而層間變異盡可能大。,40,41,分層抽樣,比例分配 最優(yōu)分配,41,42,整群抽樣,方法 以自然存在的集體單位或人為劃分的群體（例如家庭、街道、鄉(xiāng)、村等）作為抽樣單元。從中用隨機化的方法抽取k個群，對抽中的k個群體內(nèi)所有個體全部加以調(diào)查。 優(yōu)缺點 簡單，快捷，易于得到樣本，節(jié)省抽樣費用。 抽樣誤差較大，獲得樣本的代表性較差。 適用范圍 適用于群內(nèi)變異大而群間變異小的總體。,42,43,多階段抽樣,方法 從總體中先抽取范圍較大的單元，稱為一級單元（例如縣、區(qū)），再從每個抽中的一級單元中抽取范圍較小的單元，稱為二級單元（例如鄉(xiāng)、街道），還可以從抽中二級單元中再抽取范圍更小的三級單

19、元（如村、居委會），甚至更小的單元，最后一級抽樣單元可以是個體或者是群。各級抽樣可結(jié)合使用不同的抽樣方法，最簡單的情形是二階段抽樣（two-stage sampling）。 優(yōu)缺點 可以結(jié)合不同抽樣方法方便地得到樣本，以保證樣本的代表性和控制抽樣誤差。統(tǒng)計分析較為復(fù)雜。 適用范圍 大規(guī)模調(diào)查常采用多階段抽樣。,43,44,調(diào)查表結(jié)構(gòu),調(diào)查表的基本結(jié)構(gòu)包括調(diào)查表的名稱、編號、一般項目如姓名、性別、出生日期、出生地、民族等。 調(diào)查研究項目如疾病史、職業(yè)暴露史、家族遺傳史等。 結(jié)束部分如調(diào)查員簽字、調(diào)查日期等。,44,45,調(diào)查表結(jié)構(gòu),調(diào)查表的格式可分為一覽表和一人一表式，一覽表每張可填寫多個觀察單

20、位, 適用于項目較少的調(diào)查。一人一表式每張只填一個觀察單位，適用于調(diào)查項目較多時。調(diào)查表的填寫應(yīng)力求簡單清楚，多用選擇、填空以及簡單的符號或數(shù)字，少用文字回答。必要時應(yīng)編制填寫說明。,45,46,調(diào)查表結(jié)構(gòu),調(diào)查項目 項目要精選，需要的項目一個也不可少，不需要的項目不應(yīng)出現(xiàn)。 問題的類型： 封閉式,即針對某一問題同時列出兩個或多個固定的答案供調(diào)查時選擇填寫。 開放式，適用于較復(fù)雜的情況。它不限制答案的范圍，讓調(diào)查對象盡情應(yīng)答。,46,47,小學(xué)生營養(yǎng)改進行動調(diào)查表,學(xué)校、班級編號、 入組序號 性別 (1-男 2-女)、家庭人口 父親職業(yè) (1-工人 2-干部 3-農(nóng)民 4-無業(yè) 5-商人 6-

21、其他） 母親職業(yè) (1-工人 2-干部 3-農(nóng)民 4-無業(yè) 5-商人 6-其他） 父親文化 (1-小學(xué) 2-初中 3-高中 4-大學(xué)及以上） 母親文化 (1-小學(xué) 2-初中 3-高中 4-大學(xué)及以上）,47,48,你知道嗎,1、鈣是我國居民膳食缺乏最明顯的營養(yǎng)素，青少年尤為嚴重 2、缺鈣，會影響青少年骨骼、牙齒的發(fā)育 3、奶類是膳食中鈣的最好來源，而且吸收率高 4、經(jīng)常飲用牛奶，將有利于兒童的生長發(fā)育，使人終生受益 5、豆類及其制品、蝦皮等食物含鈣也很多 6、戶外活動，曬太陽，有利于鈣的吸收 7、酸牛奶的營養(yǎng)價值比鮮牛奶的營養(yǎng)價值高 8、喝牛奶肚子不舒服，是因為乳糖不耐受，可以喝酸牛奶 9、您

22、知道中國居民膳食指南的內(nèi)容嗎,48,49,調(diào)查表設(shè)計中應(yīng)注意的問題,調(diào)查問題的多少 應(yīng)根據(jù)具體的研究目的，設(shè)置適當?shù)膯栴}數(shù)量。設(shè)計的問題過少，可能不足以得到所需信息， 而設(shè)計問題過多，可能會導(dǎo)致研究對象反感，導(dǎo)致在最初幾個問題之后，出現(xiàn)漏答和不準確答案。,49,50,調(diào)查表設(shè)計中應(yīng)注意的問題,調(diào)查問題的順序 許多調(diào)查表往往以比較輕松的問題開始詢問，可能的話，以研究對象感興趣的問題開頭。敏感的問題一般跟在相關(guān)的但不太敏感的問題之后。這樣一方面可以通過比較輕松的問題在調(diào)查員與調(diào)查對象之間建立一種互信關(guān)系，另一方面避免因問題敏感而使調(diào)查對象不能很好合作。,50,51,調(diào)查表設(shè)計中應(yīng)注意的問題,調(diào)查問

23、題的用語 調(diào)查表的類型確定后, 調(diào)查員在擬定調(diào)查問題時, 調(diào)查用語問題特別重要, 應(yīng)使用調(diào)查對象熟悉和容易理解的詞語，在一些特殊人群中對某些現(xiàn)象常有特定的慣用語，需要通過深入訪談或預(yù)調(diào)查獲得。,51,52,調(diào)查表設(shè)計中應(yīng)注意的問題,4調(diào)查持續(xù)時間 每份調(diào)查所需的時間與調(diào)查表設(shè)計的問題是密切相關(guān)的。一般情況下，面訪30-90分鐘；電話訪問10-30分鐘；信訪10-20分鐘，在實踐中是可以被調(diào)查員和研究對象接受的。時間太長, 研究對象難以堅持到訪問結(jié)束，且隨著訪問時間的延長，調(diào)查員和調(diào)查對象的注意力難以集中，應(yīng)答的質(zhì)量會有明顯下降。 一份理想的調(diào)查表往往要經(jīng)過預(yù)調(diào)查和在正式調(diào)查過程中反復(fù)予以修改完

24、善而得到。,52,53,電子化調(diào)查表的制作,EpiData基本情況 調(diào)查表生成與數(shù)據(jù)管理 EpiData使用流程,53,54,EpiData基本情況,建立快捷的電子調(diào)查表和選擇合適的數(shù)據(jù)管理軟件是保證研究質(zhì)量的重要措施 參照EpiInfo 6.0免費軟件,丹麥學(xué)者Lauritsen JM等人發(fā)起, Bruus M編寫程序而完成,目前為3.2版。 安裝時不受計算機設(shè)置的影響。無需安裝或替換任何的DLL文件或系統(tǒng)文件,54,55,EpiData基本情況,能快速建立調(diào)查表，方便地進行數(shù)據(jù)錄入，可校驗錄入、雙份比較 建立的數(shù)據(jù)庫可轉(zhuǎn)變成dBase、Excel文件以及SAS、SPSS和Stata統(tǒng)計分析

25、軟件的數(shù)據(jù)格式 為數(shù)據(jù)管理軟件，基本不具有統(tǒng)計分析功能。,55,56,EpiData基本情況,局限性1：是單用戶程序，無網(wǎng)絡(luò)版 局限性2：記錄數(shù)限制20萬條左右 局限性3：字段數(shù)限制999行內(nèi)寫完 ,56,57,EpiData的三種文件類型,QES文件(調(diào)查表文件)：定義調(diào)查表（問卷）的結(jié)構(gòu) ； REC文件(數(shù)據(jù)文件)：存放數(shù)據(jù)以及已經(jīng)定義好的編碼； CHK文件(核查文件)：定義了數(shù)據(jù)輸入時字段的有效性規(guī)則。,GO22,57,58,EpiData使用流程圖,進入,58,59,建立調(diào)查表,建立數(shù)據(jù)定義是一基礎(chǔ)性工作，也是關(guān)鍵性的工作 在EpiData表現(xiàn)為建成QES文件,59,60,QES文件字

26、段定義,字符型：用下劃線 數(shù)字型：用#號，每位一#，#.# 邏輯型：用Y或N,、 日期型： 字段名框在 之中,60,61,id (automatic id number) V1 Sex # V2 Heighy (meter) #.# V3 Weight (kilo) #.# bmi Body Mass Index #.# V4 Date of birth V5 Age today # V6 Country of Residnece _,QES文件字段定義舉例,61,62,生成字段名設(shè)置選項,62,63,生成字段名-幾條規(guī)則,文本中優(yōu)先選擇用花括號括進的文本 通用常見單詞不作為字段名組成部分 字

27、段前為空，字段名就取前一個字段名再加上一個數(shù)字。如果不存在前一個字段名則使用隱含字段名FIELD1 首字符為數(shù)字，則在首字符前插N 大小寫取決于“文件”菜單中“選項”,63,64,- 問題 產(chǎn)生的字段名 使用規(guī)則 - State your nationality NATION Rule 1 All you like is icecream LICE Rule 1 What is your name ISYOURNA Rule 2 3.question: N3QUESTI Rule 4 -,經(jīng)驗：實際工作中，對以中文為語言的調(diào)查表，最好用花括號直接指定英文字段名。,64,65,變量標記,又稱變量標簽（variab