淺談研究設計之選擇所需權衡的要素
文 張玉君博士/研究教學與流病中心 研究員
為了使研究能夠順利進行，並獲致可靠而正確的研究結果，事先制訂一個嚴謹而完善的研究設計方案是不可或缺的；然而怎樣的研究設計才是一個好的研究設計呢？尤其是在人力、預算和時間都有限制的情況下，什麼樣的研究設計，才能達到經濟有效率而又可靠無偏差的研究結果與結論呢？除了要符合科學以外，還有哪些因素在研究設計之初也要審慎考量呢？
一般來講，一個研究包含三個核心內容：（一）研究對象：是根據研究目的而選擇的具有同質性的個體（如：高血壓患者），以做為研究的樣本；（二）研究的試驗或控制因素：可以是人為施加的干預措施（如：不同成分的降血壓藥物），也可以是客觀存在的某種因素（如：是否失眠）；（三）研究觀測的指標：用以檢測研究對象在試驗因素的影響之下，所觀察的指標是否有不同的結果或反應（如：早晨8點鐘的血壓值）。
此外，嚴謹的研究設計還要遵循四個原則：（一）對照原則：除了實驗組外還要設立對照組做為比較，才能對照鑑別，使結論更具說服力；（二）均衡原則：要求除了研究的試驗因素有差異以外，組別之間其他因素應保持相同的分布情況，以確保研究的結果不會受非研究因素的干擾；（三）隨機化原則：研究族群中任何一個個體都要有相同的機會被抽取進入研究樣本，而研究樣本中的任何一個個體也都要有相同的機會被分派到不同的組別中；（四）再現性原則：要有足夠的樣本數量，在相同的條件下進行一樣的試驗或觀察，看是否也都能有相同的結果，才不會把偶然發生的現象，推論成群體普遍的結果。做研究最主要的目的之一，便是想透過樣本所提供的訊息，準確推論出群體實際的情況。
醫學研究設計的類型有很多種，如果根據上面提到的幾項原則來看，隨機對照的臨床試驗設計無疑是最符合要求的，既有實驗組也有對照組，且二組都是經由隨機分派的方式決定研究對象的組別，因此除了研究的試驗因素（介入方式）不同外，二組在其他方面也較能保持均衡，具有良好的可比較性。在醫學臨床試驗的研究中，實驗組有治療（有吃藥），對照組沒治療（或吃安慰劑），然後去比較有治療跟沒治療的差別，這是最常見的研究方式了，很清楚就可看出此治療的成效。不過，若是對於嚴重疾病的患者，一組有治療一組卻沒治療，顯然違反一般的醫療倫理，因此基於倫理道德的考量，我們可以把研究設計改成實驗組採新的治療方式，對照組則採標準或傳統的治療方式，這樣所有的患者都能接受治療，又能比較出新的治療方法是否優於傳統的治療方法，如果有差異的話，那麼療效又是差多少。
在動物實驗中，研究者可任意操控試驗因素，將研究對象隨機分組做試驗；不過人並不是動物，有些情況並不適合隨機分組，比如抽不抽菸，我們無法強迫受試者隨機分配一組去抽菸，一組不用抽菸，再去做比較，這樣也是違反道德良知的；因此在這種情況下，我們就不做介入性的實驗，而改採觀察型的世代追蹤的研究方式，即根據目前納入的研究對象的實際情況，有抽菸的一組，而沒抽菸的一組，先評估目前的各項觀測指標的情況，再去追蹤觀察這兩組人日後各自會有什麼變化和差異。不過因為兩組人並未隨機分配，因此二組人的基本屬性與其他因素方面可能也不太一致，必須藉由統計方法，在二組做比較時調整及排除干擾因素的影響，才能正確推估出兩組真正的差異。
此外，若時間緊迫或預算有限，無法做長期的追蹤，我們也可利用現成的資料庫或病歷資料，根據過去已收集的紀錄，選定研究的期間，將研究對象分組，仍可觀察到二組人隨時間的變化情況，只是礙於資料都只能截取自目前已有的資料，而這些資料通常並非為研究而收集的，因此很容易有缺漏，或想控制調整某因素卻無紀錄，因此難免會影響到資料推估的正確性。但此研究方式可紀錄觀察疾病自然發展的全部過程，且因為無人為的干預，其研究結果更符合實際常規臨床醫療的情況；再者，因果時序性清楚，可計算發生率及相對危險性，對於稀有的致病因素或是多重疾病的研究也都適用。
不過，有些疾病非常罕見或是潛伏期很長，要追蹤到有足夠數量的患者發病，相當耗時費力，這時我們可以改用病例對照的研究設計，也是利用現成的資料庫或病歷資料，將目前已經有病的一組，沒有病的一組，再去回溯探查（或是請研究對象回憶）比較他們在更早期以前的情況，看看有病的族群是否較多人有特定的情況，進而找出可能的致病因子。這樣的分析方式，可以很迅速看出特定因子與疾病的相關性；但是由於缺乏整個母群體的資料，無法算出疾病的發生率；資料的紀錄也可能有錯誤或缺漏，或是測量的不準確，或是患者的回憶有偏差，甚至是診斷錯誤的情況，而導致分析的結果不正確；此外，納入研究的樣本也可能條件很不相當（比如二組的年齡差異很大或性別分佈很不一樣），也容易產生研究結果的偏誤，這些都不是研究中想探討的，但卻可能對研究結果產生重大的影響，因此在分析時應該要謹慎排除干擾因子的影響，審慎解讀統計分析的結果並估計可能的偏誤。
上述幾種研究設計都牽涉到時間先後的觀測和比較，但還有一種很常見的設計是橫斷面的研究，即僅在某一特定時間點，同時對某一族群收集其健康狀態（有病或沒病）以及是否暴露於危險因子（暴露程度），再分析疾病與危險因子的關聯性。問卷調查就是一個很典型的橫斷面設計的研究，此外，也很適用於疫情爆發或突發的意外事件；當疾病的發生、自然史或致病因素還未明時，應先做描述型的流行病學調查，估計族群內疾病的分布情況，探查可能的致病因素，之後再建立假說，以分析型的研究確定因果關係是否存在。這類型的研究也常執行於某特定區域，以調查某疾病的盛行率或趨勢，做為健康服務計畫的一部份。這種研究執行的時間較快、成本較低；缺點是疾病週期短的事件不容易被發現，抽樣必須有代表性，資料收集也需非常謹慎（有些人可能選擇性不回答），不可做時序性的因果推論（疾病與可能的危險因子都是同時間收集到的，無法分辨何者先發生），只能提供病因線索，不能確定病因，只能估計盛行率，不能確知發生率。
研究設計適當與否以及資料分析方法是否正確，是研究能否成功以及結果是否可採信的重要因素；然綜上所述，任何一種研究設計都有它的優缺點，也都有它的侷限性，我們很難決斷的說哪一種研究設計是最好的，只能根據研究的目的、時間經費和能收納的研究對象等實際因素做考量，盡量達到統計檢定力的要求，並兼顧倫理與道德的規範。研究的過程，從設計、執行、數據的收集、整理、分析到結論，也須嚴格遵循科學的程序並反覆驗證，才能獲得可靠而無偏差的研究結果。
資料來源：張玉君. (2020). 淺談研究設計之選擇所需權衡的要素. 彰基醫療健康防治季刊， 40， 29-31.
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