醫(yī)學(xué)科研的統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理

1、醫(yī)學(xué)科研的統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理,醫(yī)學(xué)科學(xué)研究的基本程序,完整的醫(yī)學(xué)研究課題設(shè)計(jì)，必須包括如下內(nèi)容：擬探索和解決的醫(yī)學(xué)問題以及明確而具體的目標(biāo)；科學(xué)假說及其依據(jù)；設(shè)計(jì)方案和技術(shù)路線；必要的信息及條件保障。 從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度來講，研究設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容包括：確定設(shè)計(jì)類型，確定研究總體及樣本，擬定觀察指標(biāo)及測量方法，資料的可靠性及質(zhì)量控制，數(shù)據(jù)的管理及統(tǒng)計(jì)分析計(jì)劃等。,基本程序,統(tǒng)計(jì)學(xué)在醫(yī)學(xué)科研中的應(yīng)用,專業(yè)設(shè)計(jì)階段：觀察

2、指標(biāo)，影響因素統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)階段：分組因素，控制因素搜集數(shù)據(jù)階段：統(tǒng)一采集標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量控制數(shù)據(jù)分析階段：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)資料，觀察性資料提出觀點(diǎn)、結(jié)論和撰寫論文階段：p值的大小， p值的可靠性，統(tǒng)計(jì)結(jié)論與專業(yè)結(jié)論,A science dealing with the collection,analysis,inter-pretation,and presentation of masses of numerical data------Webs

3、ter’s International Dictionary The science and art of dealing with variation in data through collection ,classification and analysis in such a way as to obtain reliable results. ------ Last JM (Dictionary of epidemiolo

4、gy),不明于計(jì)數(shù)而欲舉大事，猶無舟楫而欲經(jīng)于水，險(xiǎn)也。舉事必成，不知計(jì)數(shù)不可。-----管仲學(xué)者不能離開統(tǒng)計(jì)而研學(xué)，政治家不能離開統(tǒng)計(jì)而施政，事業(yè)家不能離開統(tǒng)計(jì)而執(zhí)業(yè)。-----馬寅初Statistics are the only tools by which an opening may be cut through the formidable thicket of difficulties that bars the pat

5、h of those who pursue the Science of Man. -----F. Galton,To call in the statistician after the experiment is done may be no more than asking him to perform a postmortem examination: he may be able to say what the experim

6、ent died of. -----R.A.Fisher“非常痛心地看到，因?yàn)閿?shù)據(jù)分析的缺陷和錯(cuò)誤，那么多好的生物研究工作面臨著被葬送的危險(xiǎn)” 。 ----- F. Yates，M.J.R. Healy,研究類型常用醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法統(tǒng)計(jì)方法的選擇統(tǒng)計(jì)方法綜合運(yùn)用實(shí)例常見錯(cuò)誤案例討論,醫(yī)學(xué)科研的統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理----常用醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法,一、研究類型,不同的分類標(biāo)準(zhǔn)有不同的類型：研究的目的：驗(yàn)證性研究，探索性研究；研究的形式

7、：觀察性研究，實(shí)驗(yàn)性研究；研究的指標(biāo)：單因素研究，多因素研究；研究的時(shí)限：前瞻性研究，回顧性研究， 橫斷面研究；研究的對(duì)象：社區(qū)研究臨床研究，實(shí)驗(yàn)研究。,Table 1. Classification of study designs.,Table2 A classification of biomedical research reports,醫(yī)學(xué)研究的研究類型分類示意圖

8、,分 類,是否施加干預(yù)（處理）,,否,是,,觀察性研究,實(shí)驗(yàn)性研究,（一）實(shí)驗(yàn)性研究,根據(jù)資料性質(zhì)、分析目的、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類型可找到對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)方法,1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基本原理,空白對(duì)照時(shí)分析處理因素效應(yīng)T + S1 　E + e1O + S2　 O’+ e2 T 　E,,,,,,,,,處理因素單因素實(shí)驗(yàn)多因素實(shí)驗(yàn)非處理

9、因素可控制未知或不可控制實(shí)驗(yàn)單位固定非固定實(shí)驗(yàn)效應(yīng),實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三要素,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三原則,實(shí)驗(yàn)類型：根據(jù)處理因素，控制因素和實(shí)驗(yàn)單位特征,,,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：實(shí)驗(yàn)單位：case觀察指標(biāo)：dependent分組因素：factor控制因素：covariate,例1 研究三種抗癌藥物對(duì)小白鼠肉瘤抑瘤效果，將15只小白鼠按完全隨機(jī)分組方法等分到A、B、C三組，分別接受甲、乙、丙三種抗癌藥物。,例2 研究3種抗癌藥物對(duì)小白鼠肉瘤抑瘤效果，

10、將小白鼠體重作為分層（區(qū)組）因素，將15只小白鼠按區(qū)組隨機(jī)化分組方法分到A、B、C三組，分別接受甲、乙、丙三種抗癌藥物。,（2）多因素實(shí)驗(yàn),析因設(shè)計(jì)：處理為全面組合 正交設(shè)計(jì)：處理為部分組合裂區(qū)設(shè)計(jì)：實(shí)驗(yàn)單位分級(jí) 嵌套設(shè)計(jì)：處理因素分組,例3 比較甲、乙、丙、丁四種飼料對(duì)小白鼠體重的影響。實(shí)驗(yàn)對(duì)象為8窩小白鼠，每窩4只，應(yīng)采用何種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法？如果四種飼料是由脂肪含量和蛋白含量兩個(gè)因素復(fù)合組成，研究目的是要分別分析脂肪含量高低、蛋

11、白含量高低對(duì)小鼠體重的影響，應(yīng)采用何種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法？,第一種情況：單處理因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，為控制非處理因素小白鼠窩別影響，應(yīng)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)（配伍組設(shè)計(jì)）。其方差分析表的部分內(nèi)容如下：,第二種情況：為多處理因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，根據(jù)研究目的，應(yīng)采用隨機(jī)區(qū)組析因設(shè)計(jì)。其方差分析表的部分內(nèi)容如下：,例4 某眼科實(shí)驗(yàn)，以家兔作為一級(jí)實(shí)驗(yàn)單位，分別注射三種全身藥物a1，a2，a3 ；以每只兔的雙眼作為二級(jí)實(shí)驗(yàn)單位，分別復(fù)制輕重不同的兩種損傷b1,b2；觀察

12、指標(biāo)為兔眼房水中環(huán)核甘酸含量。試進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。,例6 試驗(yàn)甲、乙、丙三種催化劑在不同溫度下對(duì)某化合物的轉(zhuǎn)化作用。由于各催化劑所要求的溫度范圍不同，應(yīng)如何設(shè)計(jì)？,兩因素嵌套設(shè)計(jì)（I=3,J=3,r=2),3.常用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模型,完全隨機(jī)設(shè)計(jì),隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),拉丁方設(shè)計(jì),析因設(shè)計(jì),嵌套設(shè)計(jì),（二）觀察性研究,相應(yīng)觀察研究的統(tǒng)計(jì)分析方法擬合較為復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)模型,描述性研究：橫斷面研究 分析性研究 ： 病例對(duì)照研究，隊(duì)列研究,1.橫斷面研究,2

13、. 病例對(duì)照研究,,3.隊(duì)列研究,（三）臨床試驗(yàn)研究,研究性質(zhì)：實(shí)驗(yàn)性研究 特點(diǎn)：患者的依從性 ，“失訪”，倫理學(xué)問題（《赫爾辛基宣言》：“尊重人，有利，公正”三條基本倫理原則 ，倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)或準(zhǔn)許 ，知情同意。）,二、常用統(tǒng)計(jì)分析方法,常用統(tǒng)計(jì)分析方法,,統(tǒng)計(jì)描述—指標(biāo)，圖，表,單變量資料計(jì)量資料 ：統(tǒng)計(jì)圖表，平均水平指標(biāo)，離散程度指標(biāo)計(jì)數(shù)資料與等級(jí)資料：統(tǒng)計(jì)圖表，相對(duì)數(shù)（比、比例、率 ）雙變量資料：散點(diǎn)圖，相關(guān)系數(shù)，

14、回歸系數(shù)多變量資料：相關(guān)系數(shù)矩陣，均數(shù)向量，方差協(xié)方差矩陣，距離（例如：Mahalanobis）；輪廓圖，聚類圖,隨訪資料：將事件發(fā)生的結(jié)果和隨訪時(shí)間兩個(gè)因素結(jié)合在一起的資料：生存曲線圖，壽命表 ，K年生存率角度資料或圓形分布資料：平均角，角離差，散布圖,參數(shù)估計(jì),點(diǎn)估計(jì)（point estimation ）總體均數(shù)的點(diǎn)估計(jì)總體率的點(diǎn)估計(jì) OR、RR的點(diǎn)估計(jì) 區(qū)間估計(jì)（interval estimation）總體均數(shù)的區(qū)間

15、估計(jì)總體率的區(qū)間估計(jì)OR、RR的區(qū)間估計(jì),假設(shè)檢驗(yàn),目的差別等效關(guān)系（互依關(guān)系，依存關(guān)系）基本步驟建立檢驗(yàn)假設(shè)與備擇假設(shè)，確定檢驗(yàn)水準(zhǔn)計(jì)算檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量確定P值，統(tǒng)計(jì)推斷，專業(yè)推斷,三、統(tǒng)計(jì)方法的選擇,反應(yīng)變量為單變量，雙變量，多變量反應(yīng)變量類型：定量變量，定性變量，等級(jí)變量處理因素多少：單因素試驗(yàn)，多因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)類型 ：完全隨機(jī)，隨機(jī)區(qū)組，拉丁方等處理的組別：單樣本、兩樣本或多樣本 檢驗(yàn)方法的前提條件,單變量計(jì)

16、量資料的分析思路示意圖,單變量計(jì)數(shù)資料的分析思路示意圖,單變量等級(jí)資料的分析,單變量等級(jí)資料的分析思路示意圖,雙（多）變量資料的分析思路示意圖,1.若應(yīng)變量Y為數(shù)值型隨機(jī)變量，且服從正態(tài)分布，自變量滿足多元正態(tài)分布，可選多元回歸分析或多元逐步回歸分析 ?；貧w方程形如Y = β0＋β1 X 1＋β2 X 2＋…＋βi X i＋…＋βm X m 2.若因變量Y為分類變量（二分類或多分類），且以判別分類為主要目的，自變量滿足多元正態(tài)分布，

17、可選判別分析或逐步判別分析。判別函數(shù)形如,Y 1=β10＋β11 X 1＋β12 X 2＋…＋β1i X i＋…＋β1m X m Y 2=β20＋β21 X 1＋β22 X 2＋…＋β2i X i＋…＋β2m Xm: : : : : : : :Y n=β10＋βn1 X 1＋βn2 X 2＋…＋βni X i＋…＋βnm X m3. 若因變量Y為生存時(shí)間，并含有截尾數(shù)據(jù)，可選Co

18、x模型做生存分析，風(fēng)險(xiǎn)函數(shù)形如ln[h(t)/h0(t)] =β1 X 1＋β2 X 2＋…＋βi X i＋…＋βm X m 4.若因變量Y為二分類變量或多分類變量，且以分析危險(xiǎn)因素為主要目的，如果為配比設(shè)計(jì)，選條件Logistic回歸；如果無配比設(shè)計(jì)，選非條件Logistic回歸?；貧w模型形如ln[P/(1-P)] =β0＋β1 X 1＋β2 X 2＋…＋βi X i＋…＋βm X m,1.聚類分析：將變量或觀察單位劃分為性質(zhì)相

19、近的k類2.主成分分析：尋找綜合指標(biāo)3.因子分析：尋找潛變量4.典型相關(guān)分析：兩組變量之間的相關(guān),影響假設(shè)檢驗(yàn)方法選用的因素： ① 研究目的： 找差異；找關(guān)系；其它 ② 研究因素的多少： 單因素；兩因素；多因素 ③ 研究的組數(shù)（水平數(shù)）的多少：兩組；多組 ④ 效應(yīng)變量的多少：單變量，雙變量，多變量； ⑤實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類型成組；配對(duì)；配伍

20、組；析因設(shè)計(jì)； ⑥資料特征與分布： 檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量 ⑦樣本含量大?。?,,,,,,,,四、統(tǒng)計(jì)方法綜合運(yùn)用實(shí)例,例1 根據(jù)2001年進(jìn)行的大規(guī)模調(diào)查，已知某地健康青年男子身高均數(shù)為168.34cm，體重均數(shù)為57.20kg，同年在該地應(yīng)征男性青年中隨機(jī)抽取120名男子，測得其身高、體重資料見表1，試對(duì)該資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析？,1.本例的身高、體重頻數(shù)分布情況及Q-Q圖。,身高近似服從正態(tài)分

21、布,體重呈偏態(tài)分布,2. 計(jì)算基本統(tǒng)計(jì)量,3.統(tǒng)計(jì)分析身高：服從正態(tài)分布，描述分布：均數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)差，參考值范圍估計(jì)（正態(tài)分布法）參數(shù)估計(jì)：總體均數(shù)的可信區(qū)間統(tǒng)計(jì)推斷 ：單樣本t檢驗(yàn) ，單樣本u檢驗(yàn),,體重 ：不服從正態(tài)分布，描述分布：中位數(shù)及四分位數(shù)間距 ，參考值范圍估計(jì)（百分位數(shù)法） 參數(shù)估計(jì)：總體均數(shù)的可信區(qū)間統(tǒng)計(jì)推斷 ：單樣本t檢驗(yàn) ，單樣本u檢驗(yàn)，Wilcoxon符號(hào)秩檢驗(yàn) 身高和體重兩變量間相關(guān)分析：Spearm

22、an等級(jí)相關(guān)分析,例2 某研究所為研究某藥物的抑癌作用，使一批小白鼠致癌后，將一批致癌小白鼠40只按完全隨機(jī)設(shè)計(jì)的方法分為四組，A、B、C三個(gè)試驗(yàn)組和一個(gè)對(duì)照組，分別接受不同的處理。A、B、C三個(gè)試驗(yàn)組，分別注射0.5m1、1.0m1和1.5m1 30%的注射液，對(duì)照組不用藥。經(jīng)一定時(shí)間以后，測定四組小白鼠的腫瘤重量(g)，測量結(jié)果見表2。試進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。,表2 某藥物對(duì)小白鼠抑癌作用(腫瘤重量，g)的試驗(yàn)結(jié)果,1. 單因素方差分

23、析2.Dunnett-t 檢驗(yàn),例3 為研究三種飼料對(duì)增加大白鼠體重的影響，有人按隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)將初始體重相近的36只大白鼠分成12個(gè)區(qū)組，再將每個(gè)區(qū)組的3只大白鼠隨機(jī)分入A、B、C三種飼料組，但在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)未對(duì)大白鼠的進(jìn)食量加以限制。三組大白鼠的進(jìn)食量（X）和所增體重（Y）的原始資料見表。問扣除進(jìn)食量因素的影響后，三種飼料對(duì)增加大白鼠體重有無差別？,統(tǒng)計(jì)分析方法：隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)單變量協(xié)方差分析,,,,,UNIANOVA y B

24、Y block treat WITH x /METHOD = SSTYPE(3) /INTERCEPT = INCLUDE /EMMEANS = TABLES(treat) WITH(x=MEAN) COMPARE ADJ(LSD) /CRITERIA = ALPHA(.05) /DESIGN = block treat x,,,,,例4 某研究者收集103例冠心病患者和100例正常對(duì)照者的多項(xiàng)指標(biāo)，部分資料見下

25、表。其中G為組別，X1為性別，X2為年齡，X3為患高血壓史，X4為吸煙史，X5為膽固醇含量，X6為甘油三酯含量，X7為低密度脂蛋白含量，x8為高密度脂蛋白含量，x9為脂蛋白含量，X10為載脂蛋白含量，X11為載脂蛋白含量，X12為基因EcoRⅠ型。,冠心病患者和正常對(duì)照者多項(xiàng)指標(biāo)的部分觀測結(jié)果,研究目的和擬采用的統(tǒng)計(jì)分析方法,常見錯(cuò)誤--實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的常見錯(cuò)誤,設(shè)計(jì)類型：隨機(jī)：違背隨機(jī)原則對(duì)照：對(duì)照不全重復(fù)：均衡：,運(yùn)用相對(duì)數(shù)時(shí)，

26、計(jì)算相對(duì)數(shù)的分母太小率（或構(gòu)成比）不具有可比性率（或構(gòu)成比）不具有可比性分析時(shí)構(gòu)成比與率混淆，或?yàn)E用率統(tǒng)計(jì)表繪制和表達(dá)中常見的錯(cuò)誤 統(tǒng)計(jì)圖繪制和表達(dá)中常見的錯(cuò)誤,常見錯(cuò)誤—統(tǒng)計(jì)描述中的常見錯(cuò)誤,缺少統(tǒng)計(jì)學(xué)分析或未說明應(yīng)用的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。統(tǒng)計(jì)方法選擇不當(dāng)：忽視配對(duì)資料特性 ，忽視重復(fù)測量特性 ，誤用t檢驗(yàn)代替方差分析,常見錯(cuò)誤—統(tǒng)計(jì)推斷中的常見錯(cuò)誤,案例討論,例1 某醫(yī)師對(duì)口腔門診不同年齡齲齒患病情況（表1）進(jìn)行了分析，得

27、出40~49歲組患病率高，0~9歲組和70歲及以上組患病率低的錯(cuò)誤結(jié)論。,例2 兩種療法的治愈率比較如表2。,例3 將手術(shù)要求基本相同的15名患者隨機(jī)分3組，在手術(shù)過程中分別采用A，B，C三種麻醉誘導(dǎo)方法，在T0（誘導(dǎo)前）、T1、T2、T3，T4 五個(gè)時(shí)相測量患者的收縮壓，數(shù)據(jù)記錄見表3。試進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。,,,例4 某地區(qū)1950年---1966年傷寒與結(jié)核病死亡率資料繪制的普通線圖和半對(duì)數(shù)線圖,例5 某醫(yī)師欲比較胞磷膽堿與神經(jīng)