重复测量资料方差分析.pptx
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1、中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心重复测量设计方差分析重复测量设计方差分析中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心方方差差分分析析单因素:完全随机设计单因素:完全随机设计两因素:随机区组设计两因素:随机区组设计多因素:析因、拉丁方、正交设计多因素:析因、拉丁方、正交设计重复测量设计重复测量设计单组单组多组多组中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心第一节 重复测量资料数据特征第二节 重复测量资料的方差分析第三节 重复测量方差分析案例及SAS实现3中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心第一节 重复测量资料数据特征中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心重复测量的定义重复测量的定义 重重复
2、复测测量量(repeated measure)是是指指对对同同一一研研究究对对象象的的某某一一观观察察指指标标在在不不同同场场合合(occasion,如时间点)进行的多次测量。如时间点)进行的多次测量。中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心(1)随时间变化趋势,如生长发育模型)随时间变化趋势,如生长发育模型(2)时间上的稳定性)时间上的稳定性 分析,如环境监测中对同一地区分析,如环境监测中对同一地区 不同时间点的污染情况进行动态监测不同时间点的污染情况进行动态监测(3)结果变量的可重复性,如实验室中某仪器或实验的)结果变量的可重复性,如实验室中某仪器或实验的 准确性准确性 重复测量资料的研究
3、目的重复测量资料的研究目的中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心重复测量重复测量设计设计重复测量重复测量设计设计(repeated measurement design)受试者内设计(受试者内设计(within-subject design)是指同一观察对象的某观察指标在不同时间点上进行多次观是指同一观察对象的某观察指标在不同时间点上进行多次观察,医学研究中十分常见。察,医学研究中十分常见。如:儿童生长发育中多次测量如:儿童生长发育中多次测量 临床试验中患者接受治疗后在不同时间测量结果临床试验中患者接受治疗后在不同时间测量结果 流行病学研究中接受干预后多次随访观测结果流行病学研究中接受干预后
4、多次随访观测结果中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心重复测量资料重复测量资料重复测量资料,是重复测量设计中所获取的多次测量资料。重复测量资料,是重复测量设计中所获取的多次测量资料。不同称谓:不同称谓:纵向数据纵向数据(Longitudinal data),如在生长发育研究中如在生长发育研究中重复测量资料重复测量资料(Repeated measures data),如在临床试验研究中如在临床试验研究中面板数据面板数据(Panel data),如在社会学研究中如在社会学研究中中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心(1)平衡资料:如果每一个体重复测量的时间和次数相同,)平衡资料:如果每一个体重
5、复测量的时间和次数相同,称为平衡资料。称为平衡资料。(2)非平衡资料:不同个体重复测量的时间点不同,或重)非平衡资料:不同个体重复测量的时间点不同,或重复次数不同,称为非平衡资料。复次数不同,称为非平衡资料。重复测量资料重复测量资料中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心 同一受试对象的同一观察指标在不同时间点上进行多次测量所得的资料,常用来分析该观察指标在不同时间点上的变化。有时是从同一个体的不同部位(或组织)上重复测量获得的指标的观测值。目的:就是比较不同时间点动态变化趋势的特征目的:就是比较不同时间点动态变化趋势的特征重复重复测量测量资料资料中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心(1)
6、同一观察对象的重复测量值之间是非独立的,后一次测同一观察对象的重复测量值之间是非独立的,后一次测量的数据可能受前一次测量结果的影响。这不符合传统量的数据可能受前一次测量结果的影响。这不符合传统的统计分析方法中关于独立性的假设。的统计分析方法中关于独立性的假设。(2)观察指标在所测量的时间范围内可能成趋势性变化。观察指标在所测量的时间范围内可能成趋势性变化。(3)观察值的变异来源较多,有来自个体内的变异,个体间观察值的变异来源较多,有来自个体内的变异,个体间的变异,或更高水平上的变异;变异可能与时间有关,的变异,或更高水平上的变异;变异可能与时间有关,或其他协变量有关。或其他协变量有关。重复测量
7、资料的特点重复测量资料的特点中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心重复测量资料的数据特征重复测量资料的数据特征 当对同一受试对象在不同时间重复测量次数p3时,称为重复测量设计或重复测量数据。测测 量量 时时 间间 点点受试者受试者 1 2 p1 y11 y12 y1p2 y21 y22 y2p:n yn1 yn2 y n p中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心实例举例1每一根线代表每一根线代表1只兔子只兔子中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心实例举例2每一根线代表每一根线代表1位病人位病人中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心典型的重复测量资
8、料典型的重复测量资料研究对象研究对象时间点时间点1时间点时间点2时间点时间点m1y11y12y1m2y21y22y2m3y31y32y3mnyn1yn2ynm中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心典型的重复测量资料典型的重复测量资料分组因素分组因素研究对象研究对象时间点时间点1时间点时间点2时间点时间点m11y111y112y11m12y121y122y12m1n121y211y212y21m22y221y222y22m2n2p1yp11yp12yp1mp2yp21yp22yp2mpn3中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心实际中:重复测量资料比独立资料更多见实际中:重复测量资料比独立资料
9、更多见临床研究中,需要观察病人在不同时间的某些生理、生化或病理指标的变化趋势,研究不同时间或疗程的治疗效果。流行病学研究中,观察队列人群在不同时间上的发病情况。研究不同职业、性别人群实施某种控制后,不同时间的多次效果考察。卫生学研究中,纵向观察儿童生长发育规律等,不同地区和环境营养状况。中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心p简单处理简单处理:对平衡的重复测量资料,分别在各时间点上进对平衡的重复测量资料,分别在各时间点上进行分析行分析 p集合分析集合分析:将各个体的几次不同观察值相加,得到该个体将各个体的几次不同观察值相加,得到该个体的一个综合值,再进行比较分析的一个综合值,再进行比较分析
10、p两阶段分析两阶段分析:为每个研究对象独立拟合时间函数,再对拟为每个研究对象独立拟合时间函数,再对拟合结果求均数。合结果求均数。重复测量资料的常见误用重复测量资料的常见误用中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心减少样本含量减少样本含量控制个体变异控制个体变异非实验因素(干扰因素)非实验因素(干扰因素)滞留效应(滞留效应(carry-over effectcarry-over effect)潜隐效应(潜隐效应(latent effectlatent effect)学习效应(学习效应(learning effectlearning effect)重复测量设计优缺点重复测量设计优缺点中国疾病预防控
11、制中心中国疾病预防控制中心21重复测量设计与配对设计的区别?重复测量设计与配对设计的区别?中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心1.随机区组设计要求每个区组内实验单位彼此独立区组号区组号 A营养素营养素 B营养素营养素 C营养素营养素 1 50.10 58.20 64.50 2 47.80 48.50 62.40 3 53.10 53.80 58.60 4 63.50 64.20 72.50 5 71.20 68.40 79.30 6 41.40 45.70 38.40 7 61.90 53.00 51.20 8 42.20 39.80 46.20 表表 A、B、C 3种营养素喂养种营养素喂
12、养 小白鼠所增体重(克)小白鼠所增体重(克)处理因素只能在区组内随机分配每个实验单位接受处理是不同的见右表:重复测量设计与随机区组设计的区别?重复测量设计与随机区组设计的区别?中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心2.重复测量设计区组内实验单位彼此不独立中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心同一受试的血样重复测量结果是高度相关提示:分析存在一定的复杂性。提示:分析存在一定的复杂性。中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心小结 重复测量资料p数据:对同一受试对象的某个观察指标进行连续观测所得数据:对同一受试对象的某个观察指标进行连续观测所得p至少有两个因素:处理因素、时间因素;至少有两个因素
13、:处理因素、时间因素;p重复测量的试验结果重复测量的试验结果按时间顺序按时间顺序固定排列,不能像随机区固定排列,不能像随机区组设计的处理那样随机排列。组设计的处理那样随机排列。观察指标在所测量的时间范围观察指标在所测量的时间范围内可能成趋势性变化;内可能成趋势性变化;p同一个体不同时间测量值之间同一个体不同时间测量值之间高度相关;高度相关;p观察值的变异来源较多,有来自个体内的变异,个体间的观察值的变异来源较多,有来自个体内的变异,个体间的变异,或更高水平上的变异;变异可能与时间有关,或其他变异,或更高水平上的变异;变异可能与时间有关,或其他协变量有关。协变量有关。中国疾病预防控制中心中国疾病
14、预防控制中心第二节 重复测量资料方差分析中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心想一想?想一想?同一观察单位具有多个观察值,而这些观察值来自同一受试对象的不同时点(部位等),这类数据间往往有相关性存在,违背了方差分析要求数据满足独立性基本条件。中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心将总变异总变异分解为:个体间(个体间(between subjects)变异)变异 个体内个体内(within subject)变异变异,其中个体内变异是与重复因素有关的变量。重复测量资料的方差分析总思想重复测量资料的方差分析总思想中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心平均值之间的多重比较 先采用配对t检验方法,
15、计算需比较的两两均数的t统计量,然后将这些样本统计量t值与Bonferroni临界t值进行比较。确定P值是否大于中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心重复测量资料重复测量资料多变量重复测量方差分析单变量重复测量方差分析重复测量资料分类repeated measurement data中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心多变量重复测量方差分析单变量重复测量方差分析重复测量资料分类重复测量资料分类repeated measurement data两组单组重复测量资料重复测量资料中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心重复测量方差分析模型重复测量方差分析模型 式中,为总均值,g表示第g个处理水
16、平的效应,j表示第j个测量时间点的效应,表示第g组第i个受试者的效应,该效应为随机效应,表示处理因素第g个水平在第j个测量时间点上的效应,也就是处理因素与时间点的交互效应,为随机误差。中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心单变量重复测量方差分析单变量重复测量方差分析1.单组重复测量 指同一组内(或接受同一种处理)的多个受试者,在多个时间点上的反应变量所作的测量,又称为单变量重复测量。测测 量量 时时 间间 点点受试者受试者 1 2 p1 y11 y12 y1p2 y21 y22 y2p:n yn1 yn2 y n p中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心2.多组重复测量(多组并不等于多因素
17、)指将受试者按处理的不同水平分为几个组,对这些组内的每一受试者,都在不同时间点对他们的反应变量进行测量。中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心p重复测量资料方差分析的条件:1 1.正态性正态性 处理因素的各处理水平的样本个体之间是相互处理因素的各处理水平的样本个体之间是相互独立独立的的随机随机样本,其样本,其总体均数服从总体均数服从正态正态分布;分布;2.2.方差齐性方差齐性 相互比较的各处理水平的总体方差相等,即具有方差齐同相互比较的各处理水平的总体方差相等,即具有方差齐同 3.3.各时间点组成的各时间点组成的协方差阵协方差阵(covariance matrix)(covariance m
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