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’sInternationalDictionaryThescienceandartofdealingwithvariationindatathroughcollection,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.Galton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”。-----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+S1E+e1O+S2O’+e2TE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。15只小白鼠完全随机分组结果动物编号123456789101112131415随机数885653275933357267477734554570排序序号159711024131161438512分组结果CBBABAACCBCABAC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。15个小白鼠区组随机分组结果区组号12345动物编号123456789101112131415随机数683526009953936128527005483456序号321132321231213分组结果CBAACBCBABCABAC处理丙乙甲甲丙乙丙乙甲乙丙甲乙甲丙（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：随机区组设计的方差分析表变异来源dfSSMSF总变异处理间区组间误差第二种情况：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：随机区组析因设计的方差分析表变异来源dfSSMSF总变异ABAB区组间误差例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。完全随机3×2裂区设计实验举例B因素（局部损伤）（随机分配）A因素（全身药物）家兔编号（随机分配）b1（左眼）b2（右眼）1a1b1a1b2a14a1b1a1b22a2b1a2b2a25a2b1a2b23a3b1a3b2a36a3b1a3b2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？催化剂ABC温度（℃）7080905565759095100试验829185656256717585结果（X）848883615960677889两因素嵌套设计（I=3,J=3,r=2)3.常用实验设计模型ijijijyeijkijkijkyeijiijyaeijkijijijkye完全随机设计随机区组设计拉丁方设计析因设计()ijkijiijkye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、常用统计分析方法观察指标资料类型统计描述统计推断单变量分析计量资料图表：直方图、频数表总体均数区间估计：/2,XXtS基本统计量：,,XGM,,,XRPSCV总体均数间比较：配对t检验，成组t检验，u检验，相应实验设计类型的方差分析计数资料图表：条图、百分条图、圆图、线图，列联表总体率区间估计：1.96PPS基本统计量：率、构成比、相对比总体率或构成比比较：四格表2x检验，R×C表的2x检验，u检验，等级资料图表：条图、百分条图、圆图、线图，频数表基本统计量：秩和，平均秩次总体分布比较：Wilcoxon符号秩检验、Wilcoxon秩和检验、Kruskal-WallisH检验、Friedman检验多变量分析图表：两变量的散点图基本统计量：person积矩相关系数、spearman等级相关系数、person列联系数、kendall列联系数、回归系数、均数向量、相关矩阵、协方差矩阵、离差矩阵、距离、相似系数均数向量比较：多元方差分析关联分析：相关系数检验、2x检验、线形趋势检验回归分析：