研究生实验设计课件.ppt
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- 研究生 实验设计 课件
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1、1Design of Experiment流行病与卫生统计学系流行病与卫生统计学系刘刘 沛沛21. 实验实验设计的意义设计的意义2. 实验研究基本要素实验研究基本要素3. 实验设计的基本原则实验设计的基本原则4. 常用的实验设计方案常用的实验设计方案5. 调查设计调查设计3 医学研究基本过程医学研究基本过程制定研究目的,建立专业假设制定研究目的,建立专业假设 查阅文献资料查阅文献资料制定实验设计制定实验设计进行实验,分析实验结果进行实验,分析实验结果发表研究成果,评价假设发表研究成果,评价假设4一、实验设计意义一、实验设计意义实验设计:实验设计: 在实验前对实验所作出的计划和安排在实验前对实验
2、所作出的计划和安排专业设计:选题,建立实验方法等专业设计:选题,建立实验方法等 先进性,实用性先进性,实用性统计设计:数据的收集整理和分析方法统计设计:数据的收集整理和分析方法 科学性,科学性, 经济性,可重复性经济性,可重复性意义:意义:用经济的人力、物力和时间得到可靠的结果用经济的人力、物力和时间得到可靠的结果减少实验误差,对误差大小作出估计减少实验误差,对误差大小作出估计5实验性研究与观察性研究实验性研究与观察性研究实验(实验(Experiment)在特定条件下施于人为干预)在特定条件下施于人为干预观察(观察(Observation): 在自然状态下不施加人为在自然状态下不施加人为干预干
3、预试验(试验(Trial): 以人为对象的实验以人为对象的实验go26二、二、 三个基本要素三个基本要素1. 受试对象:受试对象: 动物、人。同质性、代表性。动物、人。同质性、代表性。 两个基本条件两个基本条件 (敏感,稳定)敏感,稳定)2. 处理因素:处理因素: 外部施加,内部固有外部施加,内部固有 抓住主要因素抓住主要因素 分清非处理因素(混杂因素,分清非处理因素(混杂因素,Confunding) 必须标准化必须标准化3. 实验效应:实验效应: 指标选择指标选择客观性、精确性、特异性和灵敏性客观性、精确性、特异性和灵敏性go27三、三、 三项基本原则三项基本原则对照原则对照原则随机原则随机
4、原则重复原则重复原则8(一)、(一)、 对照原则对照原则实验组和对照组除了实验因素外,其它影响实验实验组和对照组除了实验因素外,其它影响实验效应的非处理因素均应基本相同效应的非处理因素均应基本相同Best的对照研究:的对照研究:X线照射脑垂体治疗高血压线照射脑垂体治疗高血压照射组:照射组: 25人人 17例下降例下降 占占68%对照组:对照组:25人人 19例下降占例下降占76% (双盲法)(双盲法)对照的关键在于保持对照的关键在于保持“均衡性均衡性”甲(甲(100)ADI()()乙(乙(100)ADI(-) ADI 50()甲 ADI 50 () ADI 50()乙 ADI 50 ()9对照
5、的种类对照的种类处理:处理: 空白对照(安慰剂),相互对照空白对照(安慰剂),相互对照对象:对象: 自身对照,实验对照自身对照,实验对照时间:时间: 历史对照,同期对照历史对照,同期对照数目:数目: 单个对照,双重对照单个对照,双重对照10双双 重重 对对 照照 某降压冲剂的双重对照某降压冲剂的双重对照 组别组别 n 用药前用药前 用药后用药后 差值差值 配对配对 t 降压冲剂降压冲剂 25 160 19 133 15 27 21 6.43 安慰剂安慰剂 20 168 24 154 22 14 28 2.24 两组两组 t 1.25 3.80 1.78sx go711(二)、随机化原则(二)、
6、随机化原则概念概念: 采用随机的方式,使每个观察单位有同等采用随机的方式,使每个观察单位有同等 的概率被抽取的概率被抽取作用作用: 避免主观因素的参与避免主观因素的参与 打破实验对象排列的系统性打破实验对象排列的系统性,控制系统误差控制系统误差 对意想不到的因素起平衡作用对意想不到的因素起平衡作用 统计推断的基础统计推断的基础12随机化应贯穿于实验设计和实施的全过程随机化应贯穿于实验设计和实施的全过程抽样的随机抽样的随机分组的随机分组的随机实验顺序的随机实验顺序的随机方法方法: 随机数字表随机数字表 随机排列表随机排列表 随机发生函数随机发生函数13常用的随机化方法常用的随机化方法完全随机化:
7、直接对受试对象进行随机分组完全随机化:直接对受试对象进行随机分组编号编号 ,取随机数,取随机数, 确定组别确定组别2. 分层随机化:先将研究对象按某一特征分层,分层随机化:先将研究对象按某一特征分层,然后按每层内进行完全随机化然后按每层内进行完全随机化分层,分层, 编号,编号, 取随机数,取随机数, 确定组别确定组别go714(三)、重复原则(三)、重复原则1. 整个实验的重复:重现性,可靠性整个实验的重复:重现性,可靠性2. 多个受试对象的重复:样本含量多个受试对象的重复:样本含量3. 同一受试对象的重复观察:提高观察精度,分同一受试对象的重复观察:提高观察精度,分析变化趋势析变化趋势作用:
8、作用: 估计实验误差,降低实验误差估计实验误差,降低实验误差go215一、一、 完全随机化设计完全随机化设计概念概念: 将实验对象用随机的方法分配到处将实验对象用随机的方法分配到处 理组和理组和 对照组中,进行实验观察。对照组中,进行实验观察。方法方法: 随机数字表,随机排列表随机数字表,随机排列表优点优点: 简单灵活易理解简单灵活易理解缺点缺点: 实验误差大实验误差大,精确度低,只能研究一精确度低,只能研究一 个因素个因素16方法:方法:1)1)编号编号 2)2)查表查表 3)3)按随机数分组按随机数分组Sj table17二、二、 配对设计配对设计将实验对象按一定条件配成对子,随机分配入实
9、验组、对照组将实验对象按一定条件配成对子,随机分配入实验组、对照组 自身配对、非自身配对自身配对、非自身配对方法:方法:优点:抽样误差小,样本例数少,结果可靠优点:抽样误差小,样本例数少,结果可靠缺点:资料难以获得,自愈性疾病不适用缺点:资料难以获得,自愈性疾病不适用18三、随机区组设计(配伍组设计)三、随机区组设计(配伍组设计)概念:配对的扩大概念:配对的扩大 优缺点:同配对设计优缺点:同配对设计方法:区组,编号,查表,归组方法:区组,编号,查表,归组19四、四、 交叉设计交叉设计将、两种处理因素先后施于同一批试将、两种处理因素先后施于同一批试验对象,随机地使半数对象先接受处验对象,随机地使
10、半数对象先接受处理,后接受处理;另一半对象先接受理,后接受处理;另一半对象先接受处理,后接受处理。处理,后接受处理。优点:实验误差能得到有效控制,实验效优点:实验误差能得到有效控制,实验效率高率高缺点:缺点: 半衰期较长的药物不能使用,两种半衰期较长的药物不能使用,两种处理间不能有交互作用处理间不能有交互作用20例:例: 以、两种药物治疗支气管哮喘病人以、两种药物治疗支气管哮喘病人16例,用交叉设计比较其疗效例,用交叉设计比较其疗效 )编号)编号 ) 查随机排列表,随机指定第行,抄录查随机排列表,随机指定第行,抄录 0 - 15的随机数的随机数 )任意规定:单数到甲组试验顺序为)任意规定:单数
11、到甲组试验顺序为 ;双数到乙组顺序为;双数到乙组顺序为四、四、 交叉设计交叉设计 举例举例21患者编号患者编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 随机数随机数 9 10 3 15 0 11 2 1 5 8 13 6 12 4 7 149 10 3 15 0 11 2 1 5 8 13 6 12 4 7 14组别组别 甲甲 乙乙 甲甲 甲甲 乙乙 甲甲 乙乙 甲甲 甲甲 乙乙 甲甲 乙乙 乙乙 乙乙 甲甲 乙乙 用药顺序用药顺序 AB BA AB AB BA AB BA AB
12、 AB BA AB BA BA BA AB BAAB BA AB AB BA AB BA AB AB BA AB BA BA BA AB BA结果:甲组:结果:甲组:1 3 4 6 8 9 11 15 1 3 4 6 8 9 11 15 先后先后 乙组:乙组:2 5 7 1 0 12 13 14 16 2 5 7 1 0 12 13 14 16 先后先后附表22五、析因设计五、析因设计析因设计是一种多因素交叉分组设计,它不仅可以作每析因设计是一种多因素交叉分组设计,它不仅可以作每个因素各水平的比较,还可以进行交互作用的分析。个因素各水平的比较,还可以进行交互作用的分析。交互作用:协同、拮抗交互
13、作用:协同、拮抗交叉分组:每个因素的所有水平都互相交叉交叉分组:每个因素的所有水平都互相交叉最常用的为:最常用的为: 2析因设计析因设计 23吸烟与接尘对吸烟与接尘对 FEF25-75%的影响的影响 对照组对照组 接尘组接尘组 吸烟吸烟 不吸烟不吸烟 吸烟吸烟 不吸烟不吸烟 X 3.12 3.42 2.41 3.52 S 0.39 0.37 0.34 0.32 n 16 14 18 12方方 差差 分分 析析 SS n MS F P 总总 变变 异异 19.2 59 接接 尘尘 2.5 1 2.5 19.4 0.01 吸吸 烟烟 7.7 1 7.7 60.2 0.01 交互作用交互作用 1.9
14、 1 1.9 14.5 0.0124四个均数间关系四个均数间关系 吸烟吸烟 不吸烟不吸烟 接接 尘尘 2.41 3.52 不接尘不接尘 3.12 3.42结论结论. 吸烟有降低吸烟有降低 FEF25-75%的作用的作用 (P 0.05 ).接尘可加重吸烟对接尘可加重吸烟对FEF25-75%的影响的影响 (P 0.01 )25析因设计优缺点析因设计优缺点优点:可进行多因素研究,可分析交互作用优点:可进行多因素研究,可分析交互作用缺点:缺点: 水平数多时,分组数太大水平数多时,分组数太大 22=4 24=16 44=256组组go226样本含量估计样本含量估计在保证研究结论具有一定可靠性的条件下,
15、确定在保证研究结论具有一定可靠性的条件下,确定最少的样本例数。最少的样本例数。样本含量过小:抽样误差大,结果不稳定,检验样本含量过小:抽样误差大,结果不稳定,检验功效低,应有的差别不能显示。功效低,应有的差别不能显示。样本含量过多:费时、费力,非抽样误差增大。样本含量过多:费时、费力,非抽样误差增大。nSSX 27误差来源误差来源抽样误差:抽样误差:由抽样引起的样本统计量和总体参数间的差别由抽样引起的样本统计量和总体参数间的差别客观存在,不可避免,但可以控制并可估计大小客观存在,不可避免,但可以控制并可估计大小非抽样误差:非抽样误差:由各种人为因素和偶然因素所造成由各种人为因素和偶然因素所造成
16、过失误差过失误差:result from the mistakes during the recording, calculation, gathering and understanding process. 偏倚偏倚/系统误差系统误差:due to the imprecise design plan and inaccurate measurement. Selection bias; measurement bias; confounding bias28误差控制方法误差控制方法Quality control for three stages:1.Design: 严密设计研究的总体方案;
17、明确定义研究对严密设计研究的总体方案;明确定义研究对象,正确划分观察范围;正确选择观察指标;象,正确划分观察范围;正确选择观察指标; 选择选择恰当的观察方式;预研究;恰当的观察方式;预研究;2.Data collection:研究人员的选择与培训;盲法观察:研究人员的选择与培训;盲法观察结果;定期检查研究记录;检查研究对象的依从性结果;定期检查研究记录;检查研究对象的依从性情况。情况。 单盲和双盲:结果更可靠。单盲和双盲:结果更可靠。3.Data analysis:分层分析以及多因素分析:分层分析以及多因素分析29案例讨论案例讨论 Discussion of Cases案例13-1 某市教育局
18、某市教育局2010年对小学生体质进行了一次抽样年对小学生体质进行了一次抽样调查,以了解学生身体发育状况,为加强学校体育与健康教调查,以了解学生身体发育状况,为加强学校体育与健康教育提供基线资料。城市有育提供基线资料。城市有30个学校,在校生约个学校,在校生约50000人,农人,农村有村有18个学校,学生约个学校,学生约10000人。在人。在48个学校中,随机抽取个学校中,随机抽取10个班,以抽中班级的所有学生为调查对象,每班约个班,以抽中班级的所有学生为调查对象,每班约50名学名学生,共调查生,共调查500名学生。请讨论:名学生。请讨论:(1)该调查是否随机抽样?样本的代表性如何?)该调查是否
19、随机抽样?样本的代表性如何?(2)你认为应当如何抽样?)你认为应当如何抽样?30案例13-2 某学者研究某制剂对某基因突变影响的随机化临某学者研究某制剂对某基因突变影响的随机化临床试验,作者按照就诊对象的先后顺序分别将研究对象分为床试验,作者按照就诊对象的先后顺序分别将研究对象分为试验组(试验组(50例)和对照组(例)和对照组(10例)研究结果显示试验组的基例)研究结果显示试验组的基因突变率为因突变率为9.8%6.70%;对照组的基因突变率为;对照组的基因突变率为74.88%12.12%,通过卡方检验,发现两组的基因突变率,通过卡方检验,发现两组的基因突变率差异有统计学意义,结论为试验组的制剂
20、能够抑制该基因突差异有统计学意义,结论为试验组的制剂能够抑制该基因突变。变。(1)该研究实质应为何种研究方法?作者在设计方面有无)该研究实质应为何种研究方法?作者在设计方面有无问题?问题?(2)统计分析方法是否正确,结论是否恰当?)统计分析方法是否正确,结论是否恰当?(3)你认为该课题应该如何设计和分析?)你认为该课题应该如何设计和分析?31案例13-3 某研究者研究某药物治疗铅中毒疗效时,采用治某研究者研究某药物治疗铅中毒疗效时,采用治疗前后血铅和尿铅值为观察指标,共治疗铅中毒患者疗前后血铅和尿铅值为观察指标,共治疗铅中毒患者50名,名,测得结果为:治疗前血铅、尿铅分别为(测得结果为:治疗前
21、血铅、尿铅分别为(0.190.028)mg/L、(、(0.120.009)mg/L,治疗后血铅、尿铅分别为,治疗后血铅、尿铅分别为(0.080.014)mg/L、(、(0.070.008)mg/L,血铅、尿铅,血铅、尿铅治疗前后比较治疗前后比较P值均小于值均小于0.05,差异具有统计学意义,结论,差异具有统计学意义,结论为该药对铅中毒具有良好的治疗作用。为该药对铅中毒具有良好的治疗作用。(1)该研究设计存在哪些问题?)该研究设计存在哪些问题?(2)统计表达是否正确?)统计表达是否正确?(3)你认为该研应该如何设计?资料应如何表达?)你认为该研应该如何设计?资料应如何表达?32案例13-4 某医
22、师观察某新药治疗急性支气管炎的疗效,用某医师观察某新药治疗急性支气管炎的疗效,用氨苄西林作为对照。按照患者入院时的体温进行分组,即体氨苄西林作为对照。按照患者入院时的体温进行分组,即体温温39以下者分入实验组,体温以下者分入实验组,体温39及以上者分入对照组,及以上者分入对照组,结论是新药疗效优于氨苄西林。结论是新药疗效优于氨苄西林。(1)该医师结论是否正确?)该医师结论是否正确?(2)研究设计存在什么问题)研究设计存在什么问题?(3)应该如何正确设计?)应该如何正确设计?GO33调查设计及电子化调查表制作调查设计及电子化调查表制作流行病与卫生统计学系流行病与卫生统计学系刘刘 沛沛调查设计及电
23、子化调查表调查设计及电子化调查表1. 调查研究概念调查研究概念2. 调查设计方法调查设计方法3. 调查表结构调查表结构4. 电子化调查表制作电子化调查表制作35调查研究调查研究概念:概念:对研究对象进行客观真实的观察,并对观察结果进行描述和对研究对象进行客观真实的观察,并对观察结果进行描述和对比分析。对比分析。特点:特点:被动观察被动观察,往往不能施加处理因素往往不能施加处理因素常常不能完全随机分组常常不能完全随机分组应用:应用:了解现状,探讨关系了解现状,探讨关系36调查研究分类调查研究分类调查对象调查对象全面调查全面调查, 抽样调查抽样调查, 典型调查典型调查调查时间调查时间横断面:现况调
24、查横断面:现况调查纵向调查:病例对照研究,队列研究纵向调查:病例对照研究,队列研究样本抽取方式样本抽取方式概率抽样:简单,系统,分层,整群概率抽样:简单,系统,分层,整群非概率抽样:偶遇,判断、定额、雪球非概率抽样:偶遇,判断、定额、雪球GO237常用的随机抽样方法常用的随机抽样方法1) 单纯随机抽样(单纯随机抽样(simple random sampling)2) 系统抽样(系统抽样(systematic sampling)3) 分层抽样(分层抽样(stratified sampling)4) 整群抽样(整群抽样(cluster sampling)5) 多阶段抽样(多阶段抽样(multi-s
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