统计设计方法讲解

13 0.521409254 先B后A
14 0.171153402 先A后B
15 0.001100119 先A后B
16 0.252267902 先A后B
17 0.476195848 先B后A
18 0.33431678 先A后B
二、对照原则
1. 对照的形式： • 空白对照、实验对照、标准对照、自身对
1 0.092919
1
2 0.373374
6
3 0.478907
8
4 0.767174
10
5 0.98825
11
6 0.16218
4
7 0.131871
3
8 0.411285
7
9 0.575607
9
10 0.990747
12
11 0.130586
2
12 0.193939
5
【例2】
将【例1】中的12头动物用随机 方法分配到甲、乙、丙三组中去。
2
1 0.244509 对照组
2
2 0.942799 实验组
3
1 0.676174 对照组
3
2 0.746367 实验组
4
1 0.414228 对照组
4
2 0.839808 实验组
5
1 0.480219 对照组
5
2 0.779181 实验组
6
1 0.241587 对照组
6
2 0.801812 实验组
随机抽样：总体中每一个观察单位以机会 均等的可能性被抽取。
1.随机化的意义
（1）随机分组使两组样本在非处理因素 方面尽可能一致，使处理因素产生的效应 更加客观；
随机与随意
• 随机：random 机会均等， 客观性 • 随意：as will 随主观意愿，主观性
• 随机化分组，不仅能控制已知的混杂因素(非 研究因素)，而且还能控制未知的混杂因素。
（1）编号：将受试者分别编号为1、2、3、4、…、 17、18号。
（2）产生随机数字：由计算器（计算机）产生18 个随机数。
（3）归组：随机数字较小的一半患者先用A药后 用B药；较大的一半患者先用B药后用A药。
编号
随机数
分组
1 0.952933144 先B后A
2 0.975880269 先B后A
3 0.461997502 先A后B
医学研究的统计设计技术
泸州医学院公共卫生学院 贾红
jhong_lz@163.com
内容提要
一、医学研究设计的内容 二、研究设计的基本类型 三、研究设计的基本要素 四、实验设计的基本原则 五、研究设计的其他原则
一、医学研究设计的内容
二、研究设计的基本类型
1. 按照研究的形式分类
1）. 实验(Experiment)研究 (干预)
区组编号 区组内编号 随机数 区组内随机数排序
1
1 0.453554 甲
1
2 0.8047 乙
1
3 0.898712 丁
1
4 0.877637 丙
2
1 0.835792 丙
2
2 0.618386 甲
2
3 0.902116 丁
2
4 0.622575 乙
3
1 0.424272 丙
3
2 0.122364 甲
被动地观察、如实记录
两种研究类型的区别与联系
干预因素 研究类型 研究范围 研究地点 控制误差 相互关系
实验研究 施加
推断性 较小
实验室或现场 较好
对调查加以验证
观察性研究 不施加 描述性 大 现场 较差
为实验提供线索
二、研究设计的基本类型
2. 按照研究的时间关系分类
二、研究设计的基本类型
3. 按照对象分类 代表研究和推广的目标人群
（2）产生随机数字：对于每一组合编号，依次由计算器 （计算机）产生随机数（共20个）。
（3）归组（对子内两只小白鼠的随机） ：事先规定每个对 子内随机数字较小者分配到对照组；随机数字较大者分配到 实验组。
对子编号 对子内编号 随机数 随机数排序
1
1 0.003176 对照组
1
2 0.92026 实验组
（三）实验效应(experimental effect)
处理因素作用于受试对象的结果，通过 观察指标表达。观察指标应客观、精确。
1. 客观性：主观指标和客观指标。 2. 精确性： 准确度(accuracy)或真实性(validity)—— 观察值与真实值的接近程度，受系统误差的 影响。
准确度与精密度
7
1 0.815609 实验组
7
2 0.278857 对照组
8
1 0.987038 实验组
8
2 0.544396 对照组
9
1 0.447716 对照组
9
2 0.83546 实验组
10
1 0.510957 对照组
10
2 0.899394 实验组
随机区组实验设计
(randomized block experiment design)
1 0.092919
1
2 0.373374
6
3 0.478907
8
4 0.767174
10
5 0.98825
11
6 0.16218
4
7 0.131871
3
8 0.411285
7
9 0.575607
9
10 0.990747
12
11 0.130586
2
12 0.193939
5
配对实验设计
( paired experiment design) 配对实验设计的两种情况：
随机化分组
交叉设计
(cross-over experiment design)
例 某医院研究依那普利(A 药)治疗高血压的疗效，以传统的抗高血压药
卡托普利(B 药)作对照。经随机化将个体分为两组，一组先给 A 药后给 B
药，另一组先给 B 药后给 A 药。第一、二阶段均为一个月，一、二阶段之
间的间歇期为一周。结果见下表。
3
3 0.852039 丁
3
4 0.360423 乙
交叉设计
(cross-over experiment design)
每个受试者随机地在两个或多个不同试 验阶段分别接受指定的处理(试验药或对照 药)。
同源配对设计的扩展
优点：（1）控制个体间的差异， （2）减少受试者人数。
交叉设计
(cross-over experiment design)
在同源配对设计基础上发展的双因素设计。
它可在同一病人身上观察两种或多种处理的效应。
设计:配对分两组；1 组, 先 A
后 B 因素，
2 组， 先 B 后 A 因素。
（阶段Ⅰ）（阶段Ⅱ）
交叉设计的基本模式见图：
按纳入标准
阶段 I
阶段 II
确定病人 1组 A 处理(测量)
间 歇
2组 B 处理(测量)
期
B 处理(测量) A 处理(测量)
（5）计算器(计算机)产生随机数
几种不同设计类型的随机化分组：
（1）完全随机实验设计 （2）配对实验设计 （3）随机区组实验设计 （4）交叉设计
完全随机实验设计
（completely random experiment design）
• 将观察单位完全随机地分配到实验组与对 照组或几个对比组中去。
随机的三个含义
• 分组随机－均衡性 每个研究对象有同等机会被分配到各处理组
• 抽样随机－代表性 总体中每个观察个体有同等机会被抽取
• 实验顺序随机－平衡顺序或季节的影响 每个研究对象先后接受处理的机会相同。
2.随机化的方法
(1) 抛硬币法 “徽”与“字” (2) 掷骰子法 6面 1~6 点 (3) 抽签法 （捻阄） (4)随机数字表法（随机数字法）
1）以动物为基础的研究，主要用以阐明机制 Animal experiments
2）一般人群为基础的社区研究 Community based
3）以病人为基础的临床研究 Hospital based
二、研究设计的基本类型
4. 按照研究因素的多少
二、研究设计的基本类型
5. 按照研究内容分类
病因学研究 诊断试验的研究 临床疗效研究 疾病预后研究 临床决策分析 ……等
确定处理因素的注意事项:
（1）抓住实验中的主要因素 （2）明确处理因素和非处理因素
病人对治疗的反应除了治疗因素外，还包括病人的心理状态、 生产、生活条件及社会心理因素等。后者可称为非处理因素。 （3）处理因素须标准化
处理因素在整个试验过程中保持不变 例如，不同时期的药物批号，手术操作者熟练程度。
（二）受试对象( subject )
【例1】设有同性别的动物12头，要求用 随机方法将其分为甲、乙两组。
方法
（1）编号：按动物体重依次编号为
1,2,3,…,12号。 （2）产生随机数字：对于每一个编号，依次
由计算器（计算机）产生随机数（共12次）。 （3）归组：事先规定将较小随机数的6只动物
分入甲组，其他6只动物分入乙组。
编号 随机数 随机数排序
例：人、动物 1. 受试对象的选入标准 明确规定受试对象选入标准（eligibility criteria）：纳入标准（inclusion criteria）、排除
标准（exclusion criteria） 2. 受试对象的控制 （1）受试对象的一致性
人——年龄、性别、病情、病程等 动物——种系、年龄、性别、体重等 （2）受试对象影响因素的控制 季节、温度、湿度、生活环境、嗜好、 试验辅助措施等。
1.同源配对：同一受试对象用两种不同的实验方法； 受试对象自身实验前后的对比 。
2.非同源配对：将具有相同条件的实验对象配成对 子。
百度文库
非同源配对随机化分组
【例3】将已按近似条件配好的10对小白鼠，用随机方法分配到实验组
和对照组。
方法
（1）编号：对小白鼠进行对子编号，同时每个对子内的二 只小白鼠也分别编号。
三、研究设计的基本要素
（一）处理因素( treatment factor ) （二）受试对象( subject ) （三）实验效应( experimental effect )
其他因素
处理因素
降压药
受试对象
高血压病人
其他效应
实验效应
血压值
（一）处理因素( treatment factor )
例：药剂、手术方法、毒物
4 0.587329259 先B后A
5 0.091805521 先A后B
6 0.895852174 先B后A
7 0.087670352 先A后B
8 0.079729898 先A后B
9 0.953320309 先B后A
10 0.860025371 先B后A
11 0.192581737 先A后B
12 0.588365124 先B后A
受试对象：人——临床试验（clinical trial） 动物——动物实验（ animal experiment ）
临床试验：治疗——临床疗效实验 预防——社区干预实验（community intervention trial）
2）. 观察性研究（Observational studies） (无干预)
照、相互对照 、历史对照
2.设立对照应注意的事项
(1)均衡
对照组与实验组 除研究因素外，其他因素应 尽可能相同
(2)同步(平衡）
对照组与实验组 应处于同一空间和同一时间
3. 设立对照存在的问题
(1)缺乏对照 (2)缺乏适当的对照: 历史对照 （时间不
（1）将多方面条件相近的受试对象配成一组，称作一 个区组（block）。
（2）每个区组的受试对象个数 取决于 对比组组数。 (3) 每个区组的受试对象被随机地分配到各对比组
中。
配对设计的扩展，故又称配伍组设计
【例4】将【例1】中的12头动物设计分为 三个区组，进行四种处理的比较。
方法 （1）编号：对12头动物进行区组编号，同时每个区组内的 四头动物也分别编号。 （2）产生随机数字：对于每一组合编号，依次由计算器 （计算机）产生随机数（共12个）。 （3）归组（区组内四头动物的随机） ：事先规定每一个区 组内随机数字由小到大对应动物分别分配到甲、乙、丙、丁 处理组。
方法
（1）编号：按动物体重依次编号为1,2,3,…,12号。
（2）产生随机数字：对于每一个编号，依次由计算器（计 算机）产生随机数（共12次）。
以上两点与分成两组完全相同。 （3）归组：事先规定将较小随机数的4只动物分入甲
组，将较大随机数的4只动物分入丙组，其他4只动物 分入乙组。
编号 随机数 随机数排序
准确度和精密度都好
准确度差、精密度好
准确度？、精密度差
准确度和精密度都差
四、实验设计的基本原则
（一）随机化原则（randomization） （二）对照原则 (control) （三）重复原则 (replication)
（一）随机化原则
随机分组：每个受试对象以机会均等的原 则被随机地分配到各个处理组中。
表 两种药物A治药疗高1组血压 B 的 药临床交叉试验
病例号 第一阶 第二阶
病例号
段
段
1
102
104
16
2
108
106
17
。。。 。。。 。。。
．。。
2组
B药
A药
第一阶 第二阶
段
段
108
100
110
94
。。。
。。。
【例5】某研究者拟采用交叉设计观察A、B两 种药物治疗18例高血压病患者的疗效。
1. 随机数字法