醫學統計學第四章第一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二4.1研究設計的意義4.1.1醫學研究的基本過程合理的研究方案所要求的基本過程大致可分為以下六個階段

①

制定研究目的，建立專業假設←┐

↓∣②查閱文獻資料向↓更③制定實驗設施高↓的④實施實驗設計階↓段統計分析實驗結果│

↓∣發表研究成果，評價以上假設-┘

第二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二4.1.2研究設計的意義

醫學研究設計是根據特定的研究目的，對一項醫學科學研究的全過程，包括資料的搜集、整理和分析等，作科學地、有效地和周密地計劃和安排，從而保證研究工作順利地進行。第三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二研究設計包括：專業設計:完成課題的專業思路、技術路線與方法的確定

保證研究課題的科學性、先進性和實用性第四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二2.統計設計:保證研究課題的經濟性和可重復性

統計設計意義:用較少的人力、物力、時間等，得到較為可靠的結果；能合理地控制實驗誤差并對其進行估計，保證了實驗結果的可靠性和可重復性；能使多種實驗因素包括在很少的實驗之中，提高實驗的效率

.第五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二4.1.3實驗與調查醫學科學研究通常按照在研究過程中對研究對象是否進行干預分為兩大類：調查研究：不干預實驗研究：干預第六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二調查調查所觀察的個體只受許多環境條件的影響，它們處于沒有人為干預的自然狀態

如：調查某地7歲男孩的平均身高調查的目的：在于了解某一事物的實際狀況全面調查(普查)與抽樣調查第七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二實驗研究實驗研究:將一組隨機抽取的實驗對象隨機分配到兩種或多種處理組，觀察比較處理因素的效應（或結果）

如：要研究某強化食品對7歲男孩身高的影響在實際工作中，習慣上將以人為對象的實驗，稱為試驗，如臨床試驗、現場試驗等

第八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二4．2實驗研究的特點研究者能人為設置處理因素受試對象接受何種處理因素的水平是經隨機分配而定的實驗研究能使比較組間具有較好的均衡性實驗研究設計能使多種實驗因素包括在較少次數的實驗中，更有效地控制誤差，達到高效的目的第九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二4．3實驗研究中的基本要素實驗研究的基本要素是處理因素、受試對象和實驗效應

例如：“補陽還五湯對大白鼠血腦屏障影響的實驗研究”課題中，補陽還五湯是處理因素，大白鼠是受試對象，血腦屏障變化是實驗效應第十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二4.3.1處理因素處理因素:一般是指外加于受試對象，在實驗中需要觀察并闡明其處理效應的因素若一次實驗中只研究一個因素對實驗指標的影響，稱為單因素試驗

若一次實驗中要研究兩個或多個因素對實驗指標的影響，稱之為多因素試驗第十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二實驗設計時應注意：

1)抓住實驗中的主要因素

據研究目的確定幾個主要的，帶有關鍵性的因素

2)明確處理因素與非處理因素

非處理因素雖然不是研究因素，但由于其中有些會影響實驗結果，產生混雜效應，所以非處理因素又稱混雜因素（confounding）。

例如：兩種降壓藥治療高血壓病人的試驗，非處理因素有年齡、性別等。第十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二3)處理因素應標準化處理因素標準化就是保證處理因素在整個實驗過程中始終如一，保持不變

例如：若實驗因素是藥物，則應當在科研全過程使用同一批藥物，以防批間差異干擾實驗結果第十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二4.3.2受試對象受試對象:是指被處理因素作用的對象實驗研究按受試對象可分為動物實驗和人體試驗我國首批艾滋病疫苗人體實驗志愿者

第十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二1）動物選擇

研究課題不同對動物的要求也往往不同第十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二2）病例選擇

病例選擇最基本的要求是正確診斷、正確分期以及對病情的正確判斷。還要求病人知情同意，依從性好。第十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二4.3.3實驗效應（effect）實驗效應:是指受試對象接受實驗處理后所出現的實驗結果，通常由人或動物相應的各項指標來反映

第十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二對觀察指標的要求為：1)關聯性:實驗所選用的指標應與研究目的有本質的聯系，這種聯系即指標的關聯性。如不能以心電圖作為心臟收縮力的指標；若欲了解心臟泵血功能，應該選擇心排血量（L/min）或心臟指數（L/(min.m2)）作為指標第十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二2)客觀性

指標數據是由儀表指示的叫做客觀指標；如心電圖，血壓，血細胞自動計數等。第十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二指標數據是由觀察者或受試對象根據主觀感受程度判定的稱為主觀指標。

例如中醫的望、聞、問、切是靠受試者的回答和觀察者的感受加以判斷第二十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二3)靈敏性

指標的靈敏性是增強實驗效應的一個重要方面

指標的靈敏性通常是由該指標能正確反映的最小數量級或水平來確定4)精確性指標的精確性是指指標的準確度和精密度第二十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二混雜因素（簡稱混雜，confounding）

常見的控制方法將混雜因素作為一個實驗條件來控制，即把它控制在不起作用的水平上或使各組處于同一水平上平衡法

混雜因素對試驗組和對照組的影響是平等的3.轉為實驗因素

有時將明顯的混雜因素就作為一個實驗因素來對待

第二十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二4．4實驗設計中的基本原則實驗設計應遵循的基本原則:對照原則、隨機化原則和重復原則這三個原則最早由英國統計學家R.A.Fisher于1935年提出

第二十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二4．4．1對照（control）原則有比較才有鑒別，對照是比較的基礎，是基本原則中的首要原則吃黃金搭檔一年，小孩長高了5CM，起效了？第二十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二設立對照組是控制各種混雜因素的基本措施，只有設立對照才能將處理因素的效應充分現露出來設計對照組的過程中應考慮以下幾方面與處理組之間均衡1）受試對象條件要一致2）實驗條件要一致3）研究者或操作者對各組的觀察、操作要求應一致，最好是同一人員4）實驗的時間和順序應一致第二十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二合理的對照還要求對照組與實驗組的樣本含量盡可能相等或接近，這樣實驗的效率最高第二十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二盲法：（1）單盲(singleblind)法：受試對象不知道自己分到哪一組第二十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二（2）雙盲（doubleblind）法：在臨床試驗中為避免病人心理影響或醫生評估處理效應的主觀偏性，而采用“雙盲法”，即受試對象和結果判定人員（實驗執行者）都不知道研究對象屬處理組還是對照組。

第二十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二（3）三盲(tripleblind)法受試對象、實驗執行者和統計分析人員均不知道受試對象分在哪一組第二十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二對照的種類按時間來分，對照可分為歷史對照和同期對照

歷史對照:是以本人過去的研究或他人的研究結果作為對照

標準對照：是指以標準值或正常值作對照，而不專門設對照組

第三十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二2.按實驗對象來分，可分為自身對照和實驗對照

自身對照:是指對照和處理在同一對象身上進行

實驗對照:是指對照組和處理組的對象在某種有關的實驗條件下進行觀察

3.按對照組接受的處理不同來分，又可分為空白對照和相互對照

空白對照:是指不施加任何處理的“空白”條件下觀察的對照相互對照:則指各實驗組間互為對照，即對照組也施加了某種處理第三十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二4．4．2隨機化原則什么是隨機化？

在抽樣研究中是指總體中每個個體都有相等的機會被研究者抽取為樣本；在實驗研究中是指每種處理都有相等的機會分配給某個實驗對象以及各比較組的實驗順序要無人為因素的影響。隨機化是保證非處理因素組間均衡一致的另一重要手段

第三十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二實驗設計中隨機化所起的作用為：避免主觀因素的參與；打破原來實驗對象排列的系統性，以控制系統誤差；對于實驗中一些意想不到的因素起平衡作用；它是統計推斷的基礎隨機化的工具與隨機化方法，常用的隨機化工具有硬幣、賭具（如骰子），隨機數字表，隨機排列表以及計算機（器）偽隨機數發生函數等第三十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二4．4．3重復原則重復的兩層含義

(1)是指各處理組及對照組的例數（或實驗次數）要有一定的數量，即要求有一定的樣本含量

(2)實驗結果的可靠性應經得起重復實驗的考驗

因為實驗對象之間的變異總是存在的.是不是重復越多越好呢?確定樣本含量在事先給出一些參考值下，可通過公式計算或查表法確定第三十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二4．5研究設計的常見類型4．5．1完全隨機化設計

基本概念:將實驗對象完全用隨機的方法分配到各個處理組或對照組中，以進行實驗觀察；或分別從不同的總體中隨機抽樣進行對比觀察的一種設計方法，稱之為完全隨機化實驗設計

隨機化分組的方法:較為常用的是查隨機排列表

第三十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二【例4.1】設有小白鼠15只，試用隨機排列表將它們分成3組。動物編號123456789101112131415隨機數字32611381409115410712歸組AABACBCABCBACBC第三十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二完全隨機化設計的優缺點優點：本設計方法簡單、靈活、易理解，處理數以及重復數都不受限制，這樣可以充分利用全部試驗單元；統計分析也較簡單；樣本例數的估計較簡單；如果某個實驗對象發生意外，信息損失小于其它設計，對數據的處理影響不大缺點：實驗誤差往往偏高，精確度較低。所以該設計一般只用于實驗對象同質性較好的試驗。第三十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二4．5．2配對設計概念將那些個體之間的差異較小的研究對象配成若干對子，每對中的兩個對象用隨機的辦法分配給相應的處理組和對照組配對設計保證了非處理因素對處理組和對照組的干擾盡可能相同或相近第三十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二動物實驗：常將同種屬、同窩別、同性別等組成對子臨床試驗中，常將性別相同，年齡、職業相近，病情、病型（期）等相同或相近的兩個病人配成對子第三十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二2.隨機化分組方法【例4.2】若有16只大白兔，已按性別相同，體重相近等要求配成8對，試將這8對兔子隨機分至甲乙兩組之中。表4.28對大白兔隨機分入甲乙兩組

兔子編號1.11.22.12.23.13.24.14.25.15.26.16.27.17.28.18.2

隨機數字12037456

歸

組

甲

乙

乙

甲

乙

甲

甲

乙

甲

乙

乙

甲

甲

乙

乙

甲

第四十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二3.優缺點降低實驗誤差，提高實驗的精確度外，它還可以擴展到空間、時間諸方面配對條件不能過多、過嚴配對設計常見的幾種類型：（1）異體配對：將條件相同或相近的實驗對象配成對子，然后采用隨機化方法將對子分配到各組（2）前后配對：同一對象實驗前后（或治療前后）進行比較（3）自身配對：同一樣品采用不同的方法處理（4）左右配對：同一個體左右兩側的器官或組織，一側施加處理因素，一側給予對照物第四十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二4．5．3隨機區組設計

本設計首先是在農業試驗中提出來的，認為小麥的產量不僅受其品種（處理）的影響，還受田塊（區組）的影響。因此，將每個田塊再分成幾個單元，每個單元所接受的處理（如不同品種的小麥）是隨機的，這樣的設計既可分析處理的作用，也可分析田塊的影響，提高了試驗效率。

第四十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二４個小麥品種（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）比較試驗的隨機區組設計田間試驗排列

第四十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二概念：將相同或相近特征的實驗對象按處理數的多少（比如是k個）歸為一個區組。至于同一區組內每個實驗對象接受何種處理，則是隨機的?？梢?，本設計是配對設計的一種擴展，當k為2時，本設計就是配對設計.第四十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二設計方法：首先設置“區組”，將性質相同或相近的實驗對象歸為一個區組，每個區組的例數就是處理組數；再將區組隨機化，即各區組內的實驗對象用隨機化的方法，決定它們被分到哪一個處理組中。第四十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二【例4．3】

現假設已按動物的基本特征設置好了6個區組，每個區組各有4個動物，如何進行隨機化分組？表4.324頭動物區組內隨機化分配結果動物編號123456789101112131415161718192021222324

隨機數字143212432143324132143214

處理ADCBABDCBADCCBDACBADCBAD第四十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二3.優缺點:誤差減低，均衡性好，可以提高效率，統計分析也較簡易不能分析交互作用;區組內的觀察對象發生意外，整個區組只好放棄或者不得已而采取缺項估計

第四十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二4.6常見的抽樣方法抽樣調查的四個優點：費用較少;2.速度較快;3.覆蓋面較大;4.正確性較高

第四十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二4．6．1單純隨機抽樣若總體內每個單元被選為樣本的概率相等的抽樣稱為單純隨機抽樣抽樣方法

:將總體內的全部觀察單位編上號碼，再用隨機數字表、電子計算器隨機數字鍵等隨機化工具選出進入樣本的號碼，已經入選的號碼不能再次列入，直至達到預定的樣本例數為止第四十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二【例4.4】欲了解某鄉村居民鉤蟲感染率情況，該村共有居民2000人，試用單純隨機抽樣方法抽取樣本例數100人作為樣本。

(1)編號：1－2000（2）查隨機數字表：隨意確定一起點和走向，譬如說第6行第一個數字開始，依橫向抄錄100組隨機數字，每組為4個數字，凡后面出現與前面有相同的數字者棄去，它們是1622，7794，3949，…，8845。凡首位數字≥8者減8，≥6而＜8者減6，≥4而＜6者減4，≥2而＜4者減2，＜2者不變第五十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二2.優缺點:優點：是當總體內觀察單位數與樣本例數都不大時比較容易實施，均數（或率）及其標準誤的計算也較簡便。缺點:在總體含量較大時，實際上難以采用;在總體內各單元的變異大而樣本又小時，樣本的代表性較差3.適用范圍:只適用于總體內個體間差異均勻的小型調查和實驗室研究第五十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二4．6．2系統抽樣(間隔抽樣、機械抽樣)1）抽樣方法:首先必須確定總體的范圍和樣本例數，將總體內的觀察單位依次編號；然后確定抽樣比，即確定從每多少個單元（設為k個，k=總體中所有個體數/樣本例數）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。具體做法是在1至k個數中，隨機選出一個數，把它做為起點，以后依次用相等的間隔，機械地從每k個單元中抽一個觀察單位，組成樣本第五十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二【例4．5】欲了解某小學學生腸道蛔蟲感染情況，要求檢查學生大便蛔蟲卵試驗的陽性率，該樣有學生1200人，試按系統抽樣法抽取一例數為120人的樣本。此例中總體例數為N=1200，樣本例數n=120，抽樣間隔k=N/n=10，先將該校所有學生依次編號為1到1200，再在1－10之間確定一個隨機數，比如為6，于是，以學生編號為6，16，26，…，1196者組成樣本。

第五十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二（2）優缺點優點：易于理解，簡便易行，容易得到一個按比例分配的樣本。其抽樣誤差一般小于單純隨機抽樣。缺點：當總體內觀察單位按順序有周期性或單調遞增（或遞減）趨勢時，系統抽樣將產生明顯的偏性；目前，尚無可靠的統計方法來估計其抽樣誤差，在實際工作中，一般可按單純隨機抽樣來處理。第五十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二【例】若一個班50人，學號是按照其入學成績從高到低排列的。為研究入學平均成績，從中抽取5人。若抽取的是學號為1，11，21，31，41的同學，顯然其平均成績會高于全班平均成績；若抽取的是學號為9，19，29，39，49的同學，顯然其平均成績會低于全班平均成績。第五十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二（3）適用范圍事先對總體內的個體分布有所了解，并且該分布就是隨機的，這樣才能最恰當地應用系統抽樣；在多階段抽樣（見其他統計專著）中，用于后階段抽樣；在分層抽樣中，每層可獨立使用系統抽樣。第五十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二4．6．3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、類型或區域等次級總體（統計中稱之為“層”），先從每層內獨立抽取一個隨機樣本，再合成為總體的一個樣本，這種方法稱之為分層隨機抽樣

每層具體抽樣方法可以不同第五十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二【例】研究人群的人均消費。先將人群按收入高低分層，然后分別從各層中獨立抽取。中等收入N2n1n2n3高收入N1低收入N3第五十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二3.各層中抽樣數的確定（1）各層采用相同的抽樣比比例分配:ni=n(Ni/N)（2）各層采用不同的抽樣比最優分配一般原則:從內部變異小的層少抽