临床工程科研方法概论
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第二章 科研方法

第一节 临床工程研究中的通用方法

一、 调查问卷与量表

(一)调查问卷

调查问卷又称调查表或询问表,是以问题的形式系统地记载调查内容的一种印件。问卷可以是表格式、卡片式或笔记式。问卷调查是一种标准化的、书面性的、间接性的询访方式,它需要有完整的运作程序作为实施规范。问卷调查须按照如下程序具体实施:设计调查问卷、选择调查对象、分发调查问卷、回收整理问卷。
1.问卷的结构
问卷包括标题、卷首语、指导材料、主体、致谢语。

(1)标题:

标题应反映研究主题,增强答题者的兴趣和责任感。

(2)卷首语:

卷首语是对问卷的简单介绍,是为了提高调查对象参与调查的积极性,使他们愿意如实填写该问卷。卷首语应该包括以下内容:①调查者的身份;②调查的内容;③调查的目的;④如果需要,请调查对象填写一些自身的背景资料,如性别、年龄等;⑤调查对象的选取方式,即调查对象是如何被选中的;⑥问卷将以何种方式、在何时间被回收;⑦向调查对象表示感谢。

(3)指导材料:

在卷首语之后,应当有一段材料指导调查对象如何填写问卷。指导语应该简洁明了、无歧义。

(4)主体:

问题和答案是问卷的主体。这是研究主题的具体化,是问卷的核心部分。根据内容性质的不同,问题可以分为事实性问题、意见性问题、断定性问题、假设性问题和敏感性问题等。根据回答形式的不同,问题则可分为闭合式和开放式两种。闭合式问题由问卷提供答案选项,调查对象只能从中选择一个或几个作为答案。开放式问题不提供答案选项,调查对象可以自由回答问题而没有任何限制。开放式问题对调查对象的要求较高,其答案往往能够出现出人意料的、更丰富的材料,但对其答案进行归档和统计是比较麻烦的。另外,这种问题的回答费时、费力,因而其有效性也会有所降低。

(5)结束语:

向调查对象表示感谢。
2.问卷的类型
问卷的类型可以从不同角度进行划分。
(1)根据问题答案的形式不同,问卷可分为结构式、开放式、半结构式。
结构式问卷:也称为封闭式或闭口式问卷。答案在问卷上已经确定,由答卷者认真选择一个回答,画上圈或对钩即可。
开放式问卷:又称为开口式问卷。这种问卷不设置固定的答案,由答卷者自由发挥。
半结构式问卷:这种问卷介于结构式问卷和开放式问卷之间,在实际调查中运用广泛。问卷的答案既有固定的、标准的,也有让答卷者自由发挥的,吸取了两者的长处。
(2)根据调查方式不同,问卷可分为自填问卷和访问问卷。
自填问卷:是由被访者自己填写的问卷,又分为发送问卷和邮寄问卷两类。发送问卷是由调查员直接将问卷送到被访者手中,并由调查员直接回收的调查形式。邮寄问卷是由调查单位直接邮寄给被访者,被访者填答后,再邮寄回调查单位的调查形式。
访问问卷:是由访问员填答的问卷。访问员通过采访被访者获取答案。
(3)根据用途不同,问卷可分为甄别问卷、调查问卷和回访问卷。
甄别问卷:其内容为了保证被访者确实是调查的目标人群而设计的一组问题。
调查问卷:是问卷调查最基本的内容,也是研究的主体。任何调查,可以没有甄别问卷,也可以没有复核问卷,但是必须有调查问卷。它是分析的基础。
回访问卷:又称复核问卷,是指为了检查调查员是否按照访问要求进行调查而设计的一种监督式问卷。
3.问卷设计的原则

(1)有明确的主题:

根据调查目的,从实际出发拟题;问题目的明确、重点突出,没有可有可无的问题。

(2)结构合理、逻辑性强:

问题的排列应有一定逻辑顺序,符合填答者的思维程序,一般是先易后难、先简后繁、先具体后抽象。应避免前项提问对后项提问的回答产生特定影响;尽可能把调查对象容易拒绝回答的问题放在问卷的后面。

(3)通俗易懂:

问卷中语气要亲切,符合填答者的理解能力和认识能力。尽量采用口语,以适应文化层次不同的调查对象;尽量使用通用的语汇,避免专用语汇和缩写词;用语应当科学、明确,避免出现暧昧、多义的词语;对敏感性问题采取一定的技巧调查,使问卷具有合理性和可答性,避免主观性和暗示性,以免答案失真。

(4)问题不要脱离现实,不要做虚构想象式的提问;

不要做主观诱导式的提问,问题不带倾向性;问题简洁,不引起调查对象的反感;答案设置要尽可能涵盖所有情况,以免使调查对象觉得没有适合自己的答案;答案也不要太过复杂,以免调查对象难以回答;不使用调查对象记忆模糊的问题;在一个问项中不要出现询问性质相同的两个问题,也就是要避免双重提问。

(5)控制问卷的长度:

回答问卷的时间控制在20分钟左右。问卷中既不浪费一个问句,也不遗漏一个问句。

(6)便于资料的校验、整理和统计。 (二)量表

量表是指根据特定的法则,把数值分派到受试者、事物或行为上,以测量其特征标志的程度的数量化工具。
量表是一种测量工具,它试图确定主观的、概念的、定量化测量的,有时是抽象的程序。对事物的特性变量可以用不同的规则分配数字,形成不同测量水平的测量量表,又称为测量尺度。
1.量表的基本特征
描述性、比较性、程度和起点。

(1)描述性:

指用某一特定的词或标识来代表划分的等级。

(2)比较性:

指描述的相对规模。

(3)程度:

当比较了所有的不同点并且分级表示以后,量表还有另外的特征,即程度。

(4)起点:

如果某个量表有一特定的起点或零点,那么,我们就说它有起点这个特性。
量表的每个特征都是建立在前一个特征上的。如果一个量表有高一级的特性,那么,它一定有低一级的特性;反之则不成立。
2.量表的类型

(1)总加量表:

又称李克特量表,它是美国社会心理学家李克特于1932年在原有的总加量表基础上改进而成的。总加量表是最简单、使用最为广泛的量表,主要用来测量人们对某一事物的看法和态度。其主要形式是询问答卷者对某一陈述的判断,并以不同的等级顺序选择答案。该量表由一组陈述组成,每一陈述有“非常同意”、“同意”、“不一定”、“不同意”和“非常不同意”5种回答,分别记为1、2、3、4、5分。每个被调查者的态度总分(即其对各道题回答的分数总和)可说明其态度强势或在这一量表所述问题方面的不同状态。

(2)语义差异量表:

又称语义分化量表,广泛用于文化比较研究、个人及群体间差异比较研究,以及人们对周围环境或事物的态度、看法的研究等。

(3)鲍格达斯社会距离量表:

是美国社会心理学家鲍格达斯于1925年创用的,广泛用于测量人们对种族群体的态度。现在它主要用来测量人们相互交往的程序、相互关系的程度或对某一群体所持的态度及所保持的距离。

(4)古德曼量表:

又称累积量表,主要测量人们的态度倾向等级。

(三)调查问卷与量表的差异

调查问卷与量表都是研究者用来搜集数据,或者说是测量个人行为和态度的一种技术。二者的用处都在于度量,但在形式和使用等方面存在一些差异。
1.在编制架构上的差异
(1)量表需要理论的依据,调查问卷则只要符合主题即可。通常,量表是根据学者所提的理论来决定其编制架构的;而调查问卷的编制则是研究者确定研究主题,罗列出所要了解的问题后,依序编排即可。
(2)量表的各分量表都要有明确的定义,调查问卷则无此要求。在编制量表时,若没有分量表,编制者可直接说明此量表的定义;若包含若干个分量表,则各分量表的定义亦需界定清楚。这样,一方面可让编制者在编题时注意切合各个分量表的主题,另一方面可让阅读者能了解各个分量表的意义。
2.在计分上的差异
(1)量表以各个分量表为计分单位,问卷以各题为单位计次。假如一个量表有若干个分量表,其计分的方式是以各个分量表为单位。由于量表通常以点量尺的形式呈现,研究者只要将分量表中每一题的分数相加即可。调查问卷则和量表不同,它是以单题为计算单位,即以每一题的选项来计算次数。
(2)量表的计算单位是分数,而调查问卷的计算单位是次数。由于量表是将各题的分数相加而得到一个分数,因此所得的分数是属于连续变量。而调查问卷是以各题的选项来计次,所得的结果是各个选项的次数分配,属于间断变数。
3.在统计分析上的差异
量表在描述统计方面有平均数、标准差、积差相关;在推论统计方面有t验验、变异数分析、共变量分析、回归分析等。调查问卷在描述统计方面有次数分配、百分比;在推论统计方面有χ 2考验(如适合度考验、百分比同构型考验、独立性考验、改变的显著性考验等)。
二、 数据统计分析

(一)统计分析的内涵

统计,顾名思义即将信息统括起来进行计算的意思,它是对数据进行定量处理的理论与技术。统计分析常指对收集到的有关数据资料进行整理归类并解释的过程。凡是以数据形式呈现的资料,统计分析便必不可少。统计分析方法常与实验、观察、测量、调查所得结果相联系,为研究做出正确的结论提供科学的途径和方法,是研究者从事科学研究的必备工具之一。

(二)统计分析方法的特征

采用统计分析方法进行研究,是研究达到高水平的客观要求,应用统计分析方法进行科学研究有以下几个基本特征:
1.科学性
统计分析方法以数学为基础,具有严密的结构,需要遵循特定的程序和规范,从确立选题、提出假设、进行抽样、具体实施,一直到分析、解释数据,得出结论,都须符合一定的逻辑和标准。
2.直观性
现实世界是复杂多样的,其本质和规律难以直接把握。统计分析方法从现实情境中收集数据,通过分数、次序、频数等直观、浅显的量化数字及简明的图表表现出来,这些数据的处理,将研究与客观世界紧密相连,从而提示和洞悉现实世界的本质及其规律。
3.可重复性
这是衡量研究质量与水平高低的一个客观尺度。用统计分析方法进行的研究皆是可重复的。从课题的选取、抽样的设计,到数据的收集与处理,皆可在相同的条件下进行重复,并能对研究所得结果进行验证。

(三)统计分析方法的局限

统计分析方法有其自身的优势与局限,正确认识其优势和局限,二者同样重要。统计分析方法的局限,归结起来,主要有下列几点:
1.现实生活极其复杂,诸多因素常纠缠交错在一起,仅靠统计分析方法控制和解释这些因素及其相互关系,是不全面、不深刻的。
2.统计分析方法的运用是有条件的,它依赖于数据资料本身的性质、统计方法的适用程度和研究者对统计原理及统计技术的理解、掌握程度与应用水平。若方法选择不当,往往易得出错误的结论。
3.统计决断以概率为基础,既然是概率,就存在误差,可以说统计决断的结论并非绝对正确。例如,从样本统计量推断总体参数的信息时,由于推断建立在一定的概率基础上,研究者没有百分之百的把握认为推断是正确的。当在95%概率基础上比较两个总体平均数是否相等并认为它们之间存在或不存在显著差异时,从可靠度上看,决断错误的可能性尚有5%。

(四)统计分析方法的主要内容

根据不同的分类标准,统计分析方法可划分为不同的类别。常用的分类标准是功能标准,依此标准进行划分,统计分析可分为描述统计和推断统计。
1.描述统计
是将教育、研究中所得数据加以整理、归类、简化或绘制成图表,以此描述和归纳数据的特征及变量之间的关系的一种最基本的统计方法。描述统计主要涉及数据的集中趋势、离散程度和相关强度,最常用的指标有平均数、标准差、相关系数等。
2.推断统计
推断统计指用概率形式来判断数据之间是否存在某种关系及用样本统计值来推测总体特征的一种重要的统计方法。推断统计包括总体参数估计和假设检验,最常用的方法有Z检验、t检验、χ 2检验等。
描述统计和推断统计彼此联系,相辅相成,描述统计是推断统计的基础,推断统计是描述统计的升华。研究中是采用描述统计还是推断统计,应视具体的研究目的而定。如果研究目的是描述数据的特征,则需描述统计;若还需对多组数据进行比较或以样本信息来推断总体情况,则需用推断统计。

(五)统计分析的基本步骤

统计分析大致可分为如下3个步骤:
1.收集数据
是进行统计分析的前提和基础。收集数据的途径众多,可通过实验、观察、测量、调查等获得直接资料,也可通过文献检索、阅读等来获得间接资料。收集数据的过程中除了要注意资料的真实性和可靠性外,还要特别注意区分两类不同性质的资料:一是连续数据,也叫计量资料,指通过实际测量得到的数据;二是间断数据,也叫计数资料,指通过对事物类别、等级等属性点计所得到的数据。
2.整理数据
就是按一定的标准对收集到的数据进行归类汇总的过程。由于收集到的数据大多是无序、零散、不系统的,在进行统计运算前,需要按照研究目的和要求对数据进行核实,剔除其中不真实的部分,再分组汇总或列表,从而使原始资料简单化、形象化、系统化,并能初步反映数据的分布特征。
3.分析数据
指在整理数据的基础上,通过统计运算,得出结论的过程。它是统计分析的核心和关键。数据分析通常可分为两个层次:第一个层次是用描述统计的方法计算出反映数据集中趋势、离散程度和相关强度的具有外在代表性的指标;第二个层次是在描述统计基础上,用推断统计的方法对数据进行处理,以样本信息推断总体情况,并分析和推测总体特征和规律。
三、 循证医学
循证医学(evidence-based medicine,EBM)意为“遵循证据的医学”,又称实证医学、证据医学。其核心思想是医疗决策(即患者的处理、治疗指南和医疗政策的制订等)应在现有的最好的临床研究依据基础上做出,同时也重视结合个人的临床经验。
循证医学不同于传统医学。传统医学是以经验医学为主,即根据非实验性的临床经验、临床资料和对疾病基础知识的理解来诊治患者。循证医学并非要取代临床技能、临床经验、临床资料和医学专业知识,它只是强调任何医疗决策应建立在最佳科学研究证据的基础上。

(一)循证医学的目的

循证医学的目的是解决临床问题,包括发病与危险因素;疾病的早期诊断;疾病的正确、合理治疗;疾病预后的判断,提高生存质量;合理用药和促进卫生管理及决策科学化。

(二)循证医学的核心

循证医学的核心思想是在医疗决策中将临床证据、个人经验与患者的实际状况和意愿三者相结合。临床证据主要来自大样本的随机对照临床试验(randomized controlled trial,RCT)和系统性评价或荟萃分析(Meta分析)。

(三)循证医学与经验医学的区别

1.评价指标不同
经验医学的主要观察指标为适度疗效指标(指用症状的改善、实验室结果等指标的变化来评价治疗效果);循证医学的主要观察指标是满意的终点指标(指重要事件的临床发生率、病死率、致死率、生存质量等医生和患者最关心的治疗结果,更具客观性和可靠性)。
2.证据来源不同
经验医学的证据来源于个人经验,包括高年资医生的指导以及教科书和各种临床报告;循证医学的证据来源于RCT、Meta分析,并结合个人经验。RCT大多为多中心、大规模、前瞻性、随机、双盲试验,需要对患者随访3~5年甚至更长时间。
3.对研究方法的要求不同
经验医学对疗效的研究多属于局部小样本,不可避免临床变异性;循证医学要求用科学可靠的方法尽可能规范临床研究,尽可能将各种偏倚控制在最小范围。
4.对样本量的要求不同
经验医学常由一个或少数几个医院或医生完成,样本量较小;循证医学要求证据要经过临床实践的考验,样本量较大。

(四)循证医学中证据的质量分级

证据是循证医学的基石,遵循证据是循证医学的本质所在。临床研究者和应用者尽可能提供和应用当前最可靠的临床研究证据是循证医学的关键。循证医学中的证据主要指临床人体研究的证据,包括病因、诊断、预防、治疗、康复和预后等方面的研究。
其中,治疗研究证据按质量和可靠程度大体可分为以下5级(可靠性依次降低):
一级:按照特定病种的特定疗法收集所有质量可靠的随机对照试验后所做的系统评价或Meta分析结果。
二级:单个样本量足够的随机对照试验结果。
三级:设有对照组但未用随机方法分组的研究结果。
四级:无对照的系列病例观察结果。
五级:专家意见。
在没有金标准的情况下,可依此使用其他级别的证据作为参考依据,但应明确其可靠性依此降低,当以后出现更高级别的证据时就应尽快使用。
非治疗性研究证据(病因、诊断和预后等)则不一定强调随机对照试验。

(五)循证医学研究的实施步骤

1.提出明确的临床问题。
2.系统检索相关文献,全面收集证据。
3.严格评价,找出最佳证据。
4.应用最佳证据指导临床实践。
5.后效评价循证实践和结果。

(六)循证医学证据的来源和产生

近年来,循证医学的网络资源越来越丰富。由Cochrane协作网创建的Cochrane Library已成为获取循证医学资源的重要数据库,其高质量的系统综述被誉为提供科学证据的最佳来源。由于计算机、现代通讯技术和生物医学信息学的飞速发展,许多著名的生物医学数据库,如MEDLINE、EMBASE、BIOSIS、科学引文索引(science citation index,SCI)、中国生物医学数据库等纷纷由光盘转向网络,使广大医学专业人员可在网上进行全面、无偏倚的文献检索,进而获取有关某一临床具体问题的摘要。但是,文摘的内容并不能完全满足循证医学系统综述的信息需求。随着网络期刊的大量涌现,信息服务机构和出版商开始提供从关键词查询到文摘和原文阅览的一体化服务,为医学专业人员在网上直接获取原文提供了机会,如提供循证医学资源的著名全文库数据库OVID、中国最大的全文库中国期刊网等。此外,随着循证医学的兴起,相关网站也日趋完善,几乎囊括了循证医学的各个方面:系统综述数据库、临床实践指南数据库、循证医学期刊、Meta分析软件、循证医学教学资源和导航等,其中许多资源可免费获取,一些已成为临床医生查阅循证医学资源的重要网站。
四、 分类模型
下面以ROC曲线为例来讲解。
受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic curve,ROC曲线)又称感受性曲线。得此名的原因在于曲线上各点反映着相同的感受性,它们都是对同一信号刺激的反应,只不过是在几种不同的判定标准下所得的结果而已。
ROC曲线是根据一系列不同的二分类方式(分界值或决定阈),以真阳性率(灵敏度)为纵坐标,假阳性率为横坐标绘制而成,是在灵敏度和特异性的基础上,将单一的临界平衡值,改为描画该系统的系列临界平衡值,分别计算不同临界值的灵敏度和特异性,并标记反映灵敏度和特异性的曲线。

(一)主要作用

1.ROC曲线能很容易地查出任意界限值时对疾病的识别能力。
2.选择最佳的诊断界限值。ROC曲线越靠近左上角,试验的准确性就越高。最靠近左上角的ROC曲线的点是错误最少的最好阈值,其假阳性和假阴性的总数最少。
3.2种或2种以上不同诊断试验对疾病识别能力的比较。在对同一种疾病的2种或2种以上诊断方法进行比较时,可将各试验的ROC曲线绘制到同一坐标中,以直观地鉴别优劣,靠近左上角的ROC曲线所代表的受试者工作最准确。亦可通过分别计算各个试验的ROC曲线下的面积(area under curve,AUC)进行比较,AUC最大的试验的诊断价值最佳。

(二)分析步骤

1.ROC曲线绘制
依据专业知识,对疾病组和参照组的测定结果进行分析,确定测定值的上下限、组距以及截断点,按选择的组距间隔列出累积频数分布表,分别计算出所有截断点的敏感性、特异性和假阳性率(1-特异性)。以敏感性为纵坐标,代表真阳性率,“1-特异性”为横坐标,代表假阳性率,绘成ROC曲线。
2.ROC曲线评价统计量计算
ROC曲线下的面积值在0.5~1.0。AUC>0.5时,AUC越接近1,说明诊断效果越好。AUC在0.5~0.7,表示有较低准确性;AUC在0.7~0.9,表示有一定准确性;AUC在0.9以上,表示有较高准确性;AUC=0.5时,说明诊断方法完全不起作用,无诊断价值;AUC<0.5,不符合真实情况,极少出现。
3.两种诊断方法的统计学比较
两种诊断方法比较时,根据不同的试验设计可采用以下两种方法:
(1)两种诊断方法分别用于不同受试者时,采用成组比较法。
(2)两种诊断方法用于同一受试者时,采用配对比较法。

(三)优点

该方法简单、直观,通过图示观察分析方法的临床准确性,并可用肉眼直接做出判断。ROC曲线将灵敏度与特异性以图示方法结合在一起,可准确反映某分析方法特异性和敏感性的关系,是试验准确性的综合评价指标。ROC曲线不固定分类界值,允许中间状态存在,利于使用者结合专业知识,权衡漏诊与误诊的影响,选择一个更佳截断点作为诊断参考值,提供不同试验在共同标尺下的直观的比较(ROC曲线越凸、越接近左上角,表明其诊断价值越大),利于不同指标间的比较。