2017年-实验研究设计演示文档

201801,.,医学科研设计 实验性研究设计,樊 霞2017.12,201801,.,主要内容,概述实验研究的基本要素 实验研究的基本原则实验研究常用的设计方案临床试验研究的评价,201801,.,实验研究：是指研究者根据研究目的人为地对受试对象（包括人或动物）施加处理因素，控制混杂因素，通过观察（随访）来评价处理因素效果的一种研究方法。实验设计：是对实验研究所做的周密计划，它包括实验研究的资料搜集、整理、分析全过程。,一、概述,201801,.,实验研究的特点研究对象必须是一个总体的抽样人群必须设立对照组研究对象分组必须遵循随机化原则干预措施是人为施加的属于前瞻性研究即由“因”及“果”,201801,.,临床试验,概念：是以特定人群（病人或健康志愿者）为研究对象，随机分为试验组与对照组，试验组给予新药或新疗法，对照组给予标准（经典）疗法或者安慰剂或不给予任何措施，追踪并比较试验组与对照组的结果来确定某项治疗或预防措施的效果与毒副作用的一种前瞻性研究。,201801,.,临床试验应特别注意：受试者的安全性和依从性,临床试验的意义：对已有治疗措施的临床疗效进行科学评价，发现不足或缺陷之处，提出新的有效的治疗设想。,201801,.,二、实验研究的基本要素,201801,.,降压药,高血压病人,血压降低的值,三要素：1.处理因素；2.受试对象；3.实验效应,其他因素,其他效应,医学实验设计,201801,.,1. 处理因素,是根据研究目的，研究者欲观察的施加给实验对象并能引起直接或间接效应的因素。 可以是外部施加的因素，也可以是本身的某些特征；可以是单因素，也可以是多因素。如：药剂、手术方法、护理措施、性别、年龄、职业等。,实验研究设计,201801,.,设置处理因素要注意：,抓住主要处理因素区分处理因素与非处理因素（又称混杂因素）处理因素必须标准化：保证处理因素在整个试验过程中保持不变（有统一的规定）。如处理因素的性质、强度、频率、持续时间及施加方法等相对固定。,201801,.,混杂因素是指影响实验效应并与处理因素同时存在的非处理因素。 找出研究中的非处理因素加以控制，在设计时可采取排除、平衡或标准化。,201801,.,处理因素要具备反应性和特异性反应性：处理因素的效应要能够客观而迅速地反映出来。特异性：指这种反应是该处理因素所特有的。,201801,.,2. 受试对象,是处理因素作用的客体或对象，是根据研究目的确定的研究总体中的有代表性的一部分。应同时满足两个条件： 须对处理因素有反应性，且反应须稳定。如要考核降压药效果，对于高血压间歇出现或血压值不太高的患者，不宜选为研究对象。期高血压患者 。,实验研究设计,201801,.,一般选择受试对象的原则,受试对象能从临床试验中受益（安全性）受试对象具有代表性受试对象具有依从性（合作性）可以是志愿者,201801,.,确定入选标准和排除标准应考虑,估计对处理因素比较敏感的人群作为入选对象；估计该处理可能有害于某些特殊病人的，应考虑为排除标准；病人已经采取了某种措施，该措施可能会对处理因素有影响的应考虑排除；病人的某些特殊情况、依从程度差等都应该考虑为排除标准。,201801,.,3 .实验效应,是处理因素作用于受试对象后出现的反应和结局，它通过指标的选择和指标的观察来体现。,实验研究设计,201801,.,效应指标的选择,客观性：首选客观指标，因为测量或检验的结果，一般为计量资料，比主观指标（一般为分类资料）更可靠。,201801,.,灵敏性,概念：处理因素的作用水平发生微小变化时，指标效应也能发生相应变化；或一项诊断试验能将实际有病的人正确诊断为病人的能力，说明试验对疾病的检出能力。灵敏度高，能减少假阴性发生率。,精确性,准确度(accuracy)或真实性（validity） ：观察值与真值的接近程度，说明观察有无系统误差。精密度(precision)或可靠性（reliabiliy）或重复性（repeatability） ：指重复测量或观察时，观察值与其均值的接近程度，说明随机误差的大小。,201801,.,指标的特异性,概念：所选择的检测指标应能特异性反映某一特定现象，且不易受其他因素干扰。例：糖尿病疗效研究中：？血糖比尿糖特异性高,201801,.,指标的关联性,概念：检测指标与实验目的应具有本质的关联性，能正确反映处理因素的效应。,指标的稳定性,指用此指标所观察到的数据波动幅度的大小，波动幅度小，稳定性好。,201801,.,指标的可行性,指标的设置明确易懂，指标数据易于采集、计算。获得检测指标的实验方法和各项指标的计算方法均须简便、科学、易于掌握。,201801,.,三、实验研究设计的基本原则,对照(control) 原则随机 (randomization)原则重复(replication)原则盲法(balance)原则,201801,.,（一）基本原则之一：对照原则,对照组的意义,处理组 处理因素+非处理因素 处理效应+非处理效应对照组 (无) 非处理因素 (无) 非处理效应,衬托处理因素的作用！,201801,.,设置对照的意义,排除疾病自然变化和非处理因素的干扰鉴定处理因素的作用和效果确定治疗措施的不良反应与安全性,201801,.,设置对照的基本要求,(1)对等 除处理因素外，对照组具备与实验组对等的非处理因素（一致性）；例数相等或相近（对照组实验组）；同等重视。(2)同步 对照组与实验组设立之后，在整个研究进程中始终处于同一空间和同一时间。(3)专设 任何一个对照组都是为相应的实验组专门设立的。不得借用文献上的记载或以往的结果或其它研究的资料作为本研究之对照。,201801,.,对照的形式,阴性对照：指不含研究中试验因素的对照，对照组应 是阴性结果。 空白对照 实验对照 安慰剂对照空白对照：指在不给予任何处理或干预措施的“空白”条件下进行观察的对照。临床上很少使用,多用于动物实验及实验室方法学研究中。 前提：不延误对照病人的诊断、治疗和康复。,201801,.,实验对照：在某种实验条件下（与实验组操作条件一致的前提下）进行观察的对照。例：观察雌激素水平降低对骨质密度的影响 凡是可能对实验结果产生影响的操作、溶媒、试剂等，均应设立实验对照。,阴性对照,201801,.,安慰剂对照：使用安慰剂代替受试药物，以排除精神心理等非药物因素的影响。安慰剂指不含有效成分，但外形、颜色、大小和味道与实验药物或制剂极为相近。通常用乳糖、淀粉、生理盐水等成分制成。,阴性对照,201801,.,安慰剂使用范围：仅在无其他治疗方法可供采用时，仅适于慢性疾病且病情稳定的患者。 对于危重病人、病情发展迅速的病人不得使用安慰剂。 对受精神因素影响较大慢性疾病，应尽量采用安慰剂对照。,安慰剂,201801,.,盲法对照：在安慰剂基础上发展起来。病人和判断疗效者都不知道谁是对照组，谁是试验组。是集对照和随机于一体，结果比较客观。,阴性对照,201801,.,对照的形式,阳性对照：采用已知疗效的处理方法做对照，其结果应是阳性。 标准阳性对照 配对对照法 相互对照,201801,.,标准阳性对照：用已知有效药物为标准对照组，与试验用药治疗组进行对照。 以常规或现行的最好的疗法（药物或手术）作为对照，适用于有肯定疗效治疗方法的疾病。 也指以现有标准值或正常值作为对照，以及在所谓标准的条件下进行观察的对照。,201801,.,配对对照（配对设计）：可节省样本量。抽样误差最小，其统计学效率最高。 自身对照：同一个体处理前后结果比较；左右两侧或器官（如眼睛、肢体）分别作为对照组和处理组。 有短期自愈倾向（如感冒）或有周期性发作倾向的疾病不可采用自身对照。,阳性对照,201801,.,异体配对对照：选择同窝，同性别、体重一致的动物，或相同疾病、性别、年龄、病情等相当的病人配对，在每对对子内部随机分为对照组和实验组，比较两组间差异。最理想的是同卵双胎；纯系小鼠（遗传基因完全相同，生活环境一致）。,201801,.,相互对照：几种实验组互为对照，比较几种处理因素的实验效应的强弱。历史对照：用过去的研究结果作对照。,201801,.,强化练习,1.某医师研究某外用新药对皮肤的毒性刺激作用，将小白鼠按出生体重配成15对，一组为对照组，不施加任何处理；一组为外用药使用组。为何种对照？2.为研究某新药治疗原发性高血压的疗效，某医院将300例原发性高血压患者随机分为三组，分别给予新药、复方降压片、利血平进行治疗。服药2个星期后比较三组的治疗效果。为何种对照？3.某学者研究安眠药对失眠的改善作用，对20名失眠患者用药1周前后的睡眠时间进行比较。为何种对照？,201801,.,设立对照时的常见错误,未设对照对照不当对照不足配对过头对照重叠多余对照,201801,.,对照不当,例：观察依那普利的降压效果，试验组年龄4675岁，对照组年龄3145岁，得出降压效果优的结论。与实验组在非实验因素上未达到齐同，以至非实验因素干扰了实验因素的作用。,201801,.,对照不足,例：设计某农药对粮食污染的动物实验，观察污染因素对某些指标是否有不利影响，设计分为3组：污染米饲料组、污染糠饲料组、非污染米饲料。 已设对照，但不足以说明问题。,201801,.,对照不足,例：中草药治疗急性阑尾炎60例与用某抗生素治疗阑尾炎4例作对照。结果中草药组治愈率70%（42/60）、抗生素组为75%（3/4），得出两组间无显著性差异的结论。,对照组样本太小,201801,.,配对过头,例：为探讨高血压病因，有人检测已确诊高血压病人24h尿钠排出量。为了齐同，把对照组健康人群的性别、年龄、工龄、工作环境、生活环境等均控制在住院条件下，结果发现两组间24h尿钠排出量无任何差异。？ 均在住院条件下检测，与平时饮食习惯不同。,201801,.,设置了接触毒物前后的自身对照以及非接触工人（其他车间工人）的对照。,对照重叠,201801,.,多余对照,例：已知甲、乙两种降压药物皆有效，现欲比较二者疗效的大小。？ 相互对照即可，若再设无处理对照组即属多余对照。,201801,.,201801,.,（二）基本原则之二：随机原则,意义：避免随主观意愿对实验对象分组，导致组间的不均衡，进而影响实验结果真实性。具体体现： 抽样随机 分组随机 实验顺序随机,201801,., 抽样随机 每一个符合条件的实验对象参加实验的机会相同，即总体中每个个体有相同的机会被抽到样本中来。 分组随机 每个实验对象分配到不同处理组的机会相同。 实验顺序随机 每个实验对象接受处理先后的机会相同。,201801,.,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。,201801,.,随机化的方法, 单纯随机 抽签（摸球、拈阄） 随机数字表法：查随机数字表 均衡随机 首先将易于控制的主要影响因素人为地使实验组、对照组达到均衡一致，而一些次要因素则按随机处理。如将病情、性别作为主要因素达到均衡处理的方法。,强化练习,为评价某种国产抗菌新药的疗效，某医师抽取患有某种疾病且符合入选条件的60例患者，按患者经济条件分为两组，每组30人。经济条件差的为试验组服用该新药，有效18例；经济条件好的为对照组服用同类公认有效的进口药，有效25例。经四格表卡方检验得P值大于0.05，差异无统计学意义，故认为两药疗效基本相同。问题 该临床试验为何种对照？ 该医师的结论是否可靠？为什么？,201801,.,随机化中常见的问题,随便分组未作均衡检查,201801,.,（三）基本原则之三：重复原则,重复是指研究样本要有一定的数量，在相同实验条件下要有足够的重复观察次数，以避免实验结果的偶然性，突出表现其必然规律。任何实验结果的可靠性应经得起独立实验重复的考验，重复实验是检查实验结果可靠性的唯一方法。,201801,.,重复的三种情形,重复实验重复取样重复测量,201801,.,临床研究实施重复原则的常用措施,严格按照研究目的规定研究对象的性质与范围保证临床研究足够的样本含量,201801,.,样本量的估计,数据的种类个体的变异组间的差别指标间的相关程度设计方法I型错误和II型错误研究的质量,影响样本含量的因素,201801,.case control study,例：两均数比较时的样本含量估计(两组相等),：I 类误差，常取0.05：II 类误差，常取0.20，0.101- ：把握度：标准差，个体变异：临床上能接受的最小差别,201801,.,估计样本大小简便方法,一般慢性疾病计数资料要100300例，如是多指标的计量资料（分组），每组需3050例新药（中药）临床研究，不少于300例。 公认难治疾病（如恶性肿瘤）的临床研究5-10例。特殊情况下，个案报告也有价值。危重疾病（如休克、心衰等）的临床研究，一般计数资料每组3050例，计量资料每组1030例 避孕药物要求不少于1000例，每例观察时间不少于12个月经周期,201801,.,例如：,苏格兰外科医生亨特故意让自己染上淋病，以观察淋病是否是一种与梅毒有显著区别的疾病。但是他用以接种的物质同时含有梅毒菌，致使他感染了两种疾病，从而长时间内形成一种错误概念：二者是同一疾病的表象。,201801,.,如何避免类似错误的发生？须独立地重复相同的实验，以排除偶然因素的影响。,201801,.,强化练习,某医师应用一种新的手术方法治疗了4例肺癌患者，病人全部痊愈，该医师由此报道新的手术方法痊愈率为100%，以前的手术方法痊愈率为80%，故得出新的手术方法优于以前的手术方法。问题 该医师遵循的原则是否合理？为什么？,某研究者欲评价佳加学生钙治疗儿童轻度缺钙的疗效，在实验幼儿园抽取80名确诊为轻度缺钙的儿童，服用佳加学生钙为试验组；在该地机关幼儿园抽取80名确诊为轻度缺钙的儿童，未服用佳加学生钙为对照组，观察指标是头发中钙的含量。结果试验组实验幼儿园的儿童发钙均值明显上升，机关幼儿园的观察对象发钙略有提高，但比试验组低，故认为佳加学生钙有补钙作用，能有效治疗儿童缺钙。问题 该研究的混杂因素是什么？ 应该怎样正确设计？,交叉均衡法,201801,.,分析,违背了均衡原则。因为影响发钙含量的因素除药物外，还有儿童的饮食营养条件，两所幼儿园儿童的饮食营养条件是否相同或相近？混杂因素是饮食习惯和营养条件等。应该交叉均衡设计。,201801,.,完全随机设计,配对设计,随机区组设计,盲法设计,四、常用的几种实验研究设计,201801,.,你看有几个头？,1.完全随机设计(completely random design),201801,.,例：某医生为了研究一种新降血脂药的临床疗效，按统一纳入和排除标准选择了120名高血脂患者，采用完全随机设计方法将患者等分为4组，进行双盲试验。6周后测得低密度脂蛋白作为试验结果，见表4-3。,4个处理组低密度脂蛋白测量值(mmol/L),201801,.,完全随机设计方差分析表,201801,.,例：某社区随机抽取糖尿病患者、IGT异常和正常人共30人进行载脂蛋白测定，结果如下，问3种人的载脂蛋白有无差别？,糖耐量受损（IGT），指的是口服定量葡萄糖后，血糖水平超过正常范围，但未达到糖尿病诊断标准。长期随访表明，IGT患者1/3可发展为2型糖尿病，1/3维持在IGT状态，另外1/3则可转变为正常糖耐量。,201801,.,201801,.,资料要用秩和检验 H检验如得P0.05还要进行两两比较,201801,.,正确应用完全随机设计,完全随机设计不受组数的限制，是最常用的设计方法；各组样本含量可以相等，也可以不等，但在总样本含量不变的情况下，各组样本含量相等时设计效率最高；对照组可以不止一个；各组应达到均衡一致；各处理组应同期平行进行；对个体间同质性要求较高。在个体同质性较差时，完全随机设计并不是最佳设计。,201801,.,总体同质性差，按某种条件配对，对内随机。,自身配对：试验前后比较；左右侧比较； 异体配对：同窝动物；病情、年龄等相同人， 步骤：配对；同一对的两个体随机分到两组中。,2.配对设计 (paired design),201801,.,配对的原则,条件相近,对内同质,优点：减少了个体差异对比较的影响； 样本量可以少一些。缺点：有时配对有困难,201801,.,例：为了验证肾上腺素有无降低呼吸道阻力的作用，以豚鼠12只进行支气管灌流实验，在注入定量肾上腺素前后测定每分钟灌流滴数，结果见表。,201801,.,豚鼠注入上腺素前后每分钟灌流滴数,201801,.,今t=2.653t0.05/2,11，p 0.05，按=0.05水准,拒绝HO而接受H1，差异有统计学意义； 可以认为注入肾上腺素后每分钟灌流滴数比注射前要多。,201801,.,例：临床某医生研究白癜风病人的白介素IL-6水平(u/ml)在白斑部位与正常部位有无差异，调查的资料见下表，问白介素IL-6水平在白斑部位与正常部位有无差异？,201801,.case control study,白癜风病人的不同部位白介素IL-6指标(u/ml),201801,.,又称随机区组设计。相当于配对的扩展，即将几个受试对象按一定条件配成区组，再将每一区组的受试对象随机分配到各个处理组中。,3.配伍组设计(randomized block design),A 接受甲处理实验对象配成区组随机分配区组中 B 接受乙处理 C 接受丙处理 D 接受丁处理,201801,.,随机区组设计,区组内同质、随机,201801,.,统计分析方法 方差分析；秩和检验,201801,.,例：某研究者采用随机区组设计进行实验，比较三种抗癌药物对小白鼠肉瘤抑瘤效果，先将15只染有肉瘤小白鼠按体重大小配成5个区组，每个区组内3只小白鼠随机接受三种抗癌药物，以肉瘤的重量为指标，试验结果见表。问三种不同的药物的抑瘤效果有无差别？,201801,.,不同药物作用后小白鼠肉瘤重量（g）,小计,小计,201801,.,201801,.,表15 多个均数两两比较值,重复测量设计,将人的血滤液放置不同时间，测定其血糖浓度。放置时间分4种(0,45,90,135分钟)，取八个健康人的血液，各分成4份，按配伍组设计，结果见下表。,201801,.,方差分析,201801,.,结 论：,人血滤液中的血糖浓度在放置0135分钟期间，随时间的延长而下降，起初下降不明显，而后逐渐加快，成指数下降。,201801,.,在临床试验中，研究者或受试者均可给实验效应带来影响，造成偏倚（bias） 。,4.盲法设计（blindness design）,单盲法是让受试者不知道自已接受何种处理；双盲法是受试者和实验者都不知受试者接受何种处理。,安慰剂常与双盲法配合使用，它是清除安慰作用的一种有效方法。保密是盲法的关键。,实验设计,201801,.,五、临床试验研究的评价,1. 研究对象是否有严格的诊断标准、纳入标准和排除标准2. 是否详细介绍研究对象的情况3. 样本含量是否足够4. 疗效判定指标的客观性、真实性和可靠性如何5. 临床观察是否采用盲法,201801,.,6. 结果是否来自同期随机对照试验7. 下结论是否包括全部研究对象8. 是否报道了临床上全部有关结果9. 是否同时考虑临床意义与统计学意义10.是否介绍了防治措施的实用性,201801,.,谢谢！,201801,.,谢谢大家！,谢谢大家！,201801,.,2018/7/5,延安大学医学院 计数资料的统计推断,96,练习：某医院肿瘤科3年来共治疗乳腺癌患者n=131例，每例均观察满5年，其中单纯手术治疗组观察n1=84例，存活x1=57例，存活率p1=67.9，联合治疗(手术+术后化疗)组观察n2=47例，存活x2=39例，存活p2=83.0，问：两组存活率有无差别？,201801,.,2018/7/5,延安大学医学院 计数资料的统计推断,97,201801,.,2018/7/5,延安大学医学院 计数资料的统计推断,98,例：单用甘磷酰芥(单纯化疗组)与复合使用争光霉素、环磷酰胺等药(复合化疗组)对淋巴系统肿瘤的疗效，问两组患者总体的完全缓解率有无差别？,201801,.case control study,2018/7/5,延安大学医学院 计数资料的统计推断,99,例某医师研究妇女乳腺癌血型构成是否不同，随机抽取住院乳腺癌患者140例作为研究对象，同时抽取性别和年龄相同的门诊健康体检人群125例作为对照，两组血型构成分布如表，问两组人群的血型构成分布有无差异？,乳腺癌患者与健康人血型构成分布比较,201801,.,2018/7/5,延安大学医学院 计数资料的统计推断,100,检验步骤1.建立检验假设，确定检验水准H0： ：两组人群的血型构成分布相同H1：两组人群的血型构成分布不同=0.052.计算检验统计量2值,201801,.,2018/7/5,延安大学医学院 计数资料的统计推断,101,3.确定P值，做出统计推断 =(2-1)(4-1)=3 查2界值表， 得20.05，3 =7.82， 因2 20.05，3 得P0.05，按 =0.05水准，不拒绝H0，差异无统计学意义。故可以认为两组人群的血型构成分布相同，即患乳腺癌与血型无关。,201801,.case control study,2018/7/5,延安大学医学院 计数资料的统计推断,102,例 某医师在研究伤风停胶囊治疗风寒感冒中，以感冒胶囊作为对照，随机抽取伤风感冒403例，随机分为试验组和对照组，试验组用伤风停胶囊治疗302例，对照组用感冒胶囊治疗101例，结果见表，该医师对此结果进行了2检验，得2 =6.582，P=0.086，差异无统计学意义，故认为两种药物治疗风寒感冒的疗效相同。,201801,.,2018/7/5,延安大学医学院 计数资料的统计推断,103,问题 该研究是什么设计？ 统计分析的目的是什么？统计方法是否正确？,201801,.,抽样方法 单纯随机抽样（simple random sampling） 系统抽样（systematic sampling） 分层抽样（stratified sampling） 整群抽样（cluster sampling） 多级抽样（multi-stage sampling）,抽样调查,201801,.,总体与样本示意图,抽样方法：,201801,.,系统抽样示意图,抽样方法：,201801,.,整群抽样示意图,抽样方法：,201801,.,分层抽样示意图,抽样方法：,201801,.,201801,.,Many Thanks!,201801,.,201801,.,201801,.,谢谢！,201801,.,201801,.,流行病学,谢谢！,201801,.,1. 明确实验目的2. 确定研究对象3. 设置可比的实验组和对照组4. 确定把受试对象分配到各处理组中的原则5. 估计样本含量6. 精选观察指标7. 控制误差和偏倚,实验设计的基本步骤,201801,.,指标的观察,设计时应采用盲法：指按试验方案的规定，在试验结束前，研究者或有关人员或受试者不知道受试者分在何组，接受何种处理。 单盲 双盲,201801,.,正确应用随机区组设计,配伍组设计是配对设计的扩展，在个体同质性较差时，采用配伍设计可以提高各处理组间的可比性和均衡性。同一区组内的个体应达到同质。当处理因素是温度、时间、浓度、剂量、pH值等连续性指标时，结合回归分析可以提取更丰富的信息。此时处理组应在4组以上。实际上配伍组设计是两因素多水平的试验，由于每种组合只作一次试验，故不能分析交互作用；采用配伍设计时，要尽可能使观察值不缺失，虽然有估计缺失值的统计方法，但缺失时信息的损失是较大的，缺失后的信息是无法弥补的。,