實(shí)驗(yàn)科研設(shè)計(jì)

1、實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì),實(shí)驗(yàn)研究特點(diǎn),能夠較好地控制非處理因素的影響，避免,人為造成的偏倚，使比較組間具有均衡性和可,比性；,但小樣本時(shí)，不能保證非處理因素在組間有,較好的均衡性和可比性。若所采用的處理對(duì)人,群有害或不利，隨機(jī)分組會(huì)導(dǎo)致倫理學(xué)問(wèn)題。,一、實(shí)驗(yàn)研究的基本要素,實(shí)驗(yàn)研究目的：,就是要闡明某種或某些處理因素,對(duì)研究對(duì)象產(chǎn)生的效應(yīng)。,三要素：處理因素,受試對(duì)象,實(shí)驗(yàn)效應(yīng),如某降糖新藥對(duì),II,型糖尿病病人的降糖效果的研究，其三,要素？,任何一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先明確這三個(gè)要素，,再根據(jù)它來(lái)制定詳細(xì)的研究計(jì)劃。,處理因素,(study factor,，,treatment),是指外部施加

2、的因素，即研究者采用某種方法或手段對(duì)研究,對(duì)象的處理。如藥物、手術(shù)方法、染毒等。,（,1,）抓住主要處理因素：,單因素、多因素、二水平、多水平等；,（,2,）區(qū)分處理與非處理因素：,非處理因素常常干擾了處理因素,與效應(yīng)間關(guān)系的觀察與分析。需結(jié)合專業(yè)、一定的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷；,（,3,）處理因素必須標(biāo)準(zhǔn)化：,如強(qiáng)度、頻率、持續(xù)時(shí)間和施加方,法等；臨床上，藥品的性質(zhì)、成分、批號(hào)、保存方法等；手術(shù),或操作的熟練程度等。,受試對(duì)象,(study subjects),對(duì)受試對(duì)象必須有嚴(yán)格的規(guī)定，即明確其納入標(biāo)準(zhǔn)和排除標(biāo),準(zhǔn)，以保證其同質(zhì)性和代表性，使研究結(jié)果具有普遍性和推廣價(jià),值。,選擇受試對(duì)象應(yīng)滿足兩個(gè)基本

3、條件：一是對(duì)處理因素敏感；,二是反應(yīng)必須穩(wěn)定。,動(dòng)物實(shí)驗(yàn)：動(dòng)物。,應(yīng)注意種類、品系、年齡、性別、體重、,窩別和營(yíng)養(yǎng)狀況等；,臨床試驗(yàn)：患者。,明確診斷，依從性好,；,現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)：正常人群。,明確同質(zhì)范圍。,實(shí)驗(yàn)效應(yīng),(experimental effect),處理因素作用于受試對(duì)象的結(jié)果，通過(guò)觀察指標(biāo)表達(dá)。觀,察指標(biāo)應(yīng)客觀、精確、靈敏、特異。,客觀性：,主觀指標(biāo)和客觀指標(biāo)衡量。主觀指標(biāo)具有隨意性和,偶然性；而客觀指標(biāo)具有較好的真實(shí)性和可靠性。應(yīng)盡量選,用客觀、定量的指標(biāo)。,精確性：,準(zhǔn)確度,(accuracy),或真實(shí)性（,validity,）：觀察值與真,值的接近程度，受系統(tǒng)誤差的影響；,精確

4、度,(precision),或可靠,性（,reliabiliy,）或重復(fù)性（,repeatability,）：重復(fù)觀察時(shí)觀察,值與其均值的接近程度，受隨機(jī)誤差的影響。,特異性和靈敏性：,特異度,（,specificity,）,表示該指標(biāo)能鑒別,真陰性的能力，特異度高的指標(biāo)最易揭示處理因素的作用，,不易受混雜因素的干擾；,靈敏度,（,sensitivity),表示該指標(biāo)檢,出真陽(yáng)性的能力，靈敏度高的指標(biāo)能將處理因素的效應(yīng)更,好地顯示出來(lái)。,如研究某藥治療缺鐵性貧血的效果，既可選用臨床癥狀、,體征，也可選用血紅蛋白含量等作為觀察指標(biāo)，但這些指,標(biāo)均不夠靈敏，只有在缺鐵比較明顯的情況下才有較大變,動(dòng)

5、。若選用血清鐵蛋白作為觀察指標(biāo)，則可敏銳地反映出,處理因素的效應(yīng)。,效應(yīng)觀察偏倚：,主要針對(duì)臨床試驗(yàn)設(shè)計(jì)。有時(shí)會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)效,應(yīng)的觀察帶有偏性。如研究者往往關(guān)注陽(yáng)性結(jié)果，醫(yī)生常偏于,新療法組，而病人則對(duì)新療法持懷疑態(tài)度等。,采用,盲法,(blind,me-,thod),設(shè)計(jì)可控制這種偏倚。,單盲法,(single,blind,method),：,受試對(duì)象不知道自己分在哪一,組；,雙盲法,(double,blind,method),：,受試對(duì)象和實(shí)驗(yàn)執(zhí)行者均不知,道受試對(duì)象分在哪一組；,三盲法,(triple,blind,method),：,若受試對(duì)象、實(shí)驗(yàn)執(zhí)行者和數(shù),據(jù)采集或分析人員均不知道受試

6、對(duì)象分在哪一組。,二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則,對(duì)照（,control,）,隨機(jī)化（,randomization,）分組,重復(fù)（,replication,）,對(duì)照的原則,對(duì)照是實(shí)現(xiàn)均衡性的重要手段，是體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)效應(yīng)的關(guān),鍵所在。其作用在于：,區(qū)分處理因素與非處理因素的效應(yīng)。,消除和減少實(shí)驗(yàn)誤差。,例,:,老年性慢性支氣管炎,氣候轉(zhuǎn)暖,自然緩解,藥物治療,對(duì)照的基本形式,空白對(duì)照,(blank,control),：,對(duì)照組不加任何處理因素。,如：實(shí)驗(yàn)組兒童接種疫苗，對(duì)照組兒童不接種疫苗。,試劑空白、血樣空白、底物空白等。,特點(diǎn)：,簡(jiǎn)單易行，但容易引起心理差異。,安慰劑對(duì)照,(placebo contro

7、l),：,對(duì)照組給予一種無(wú),藥理作用的“假藥”，其外觀與試驗(yàn)藥物一樣，但它,不含試驗(yàn)藥物的有效成分。,特點(diǎn)：,必須采用盲法設(shè)計(jì)，首先不能為受試對(duì)象所識(shí),別,。,避免心理因素所形成的偏倚，起控制安慰作用。,實(shí)驗(yàn)對(duì)照,(experimental,control),：,使對(duì)照組也同樣,具備施加因素的作用。,含,賴氨酸,面包,+,非處理因素,賴氨酸,效應(yīng),+,面包效應(yīng),+,非處理因素效應(yīng),面包,+,非處理因素,面包效應(yīng),+,非處理因素效應(yīng),賴氨酸,賴氨酸,效應(yīng),標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照,(standard,control),：,以現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)或正,常值作對(duì)照。,如某種新的方法能否代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法的研究；,某病患者與正常人的

8、某生理、生化指標(biāo)是否相同。,實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用較多,自身對(duì)照：,實(shí)驗(yàn)在同一受試對(duì)象上進(jìn)行。指同一,研究對(duì)象不同的時(shí)期或階段作為對(duì)照。,特點(diǎn)：,簡(jiǎn)單易行，使用廣泛。但若試驗(yàn)前后,某些環(huán)境或自身因素發(fā)生改變，并且會(huì)影響試,驗(yàn)結(jié)果，就難以說(shuō)明問(wèn)題。,相互對(duì)照,：,幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組互相對(duì)照,如比較,幾種藥物,治療同一疾病的療效,歷史,對(duì)照,：,又稱文獻(xiàn)對(duì)照或回顧對(duì)照。以本,人或他人的過(guò)去研究資料與該次試驗(yàn)結(jié)果比較,作為對(duì)照。,歷史對(duì)照要特別注意比較材料的均衡性。一般較,少采用這種對(duì)照方法。,隨機(jī)化分組的原則,使每個(gè)受試對(duì)象都有同等的機(jī)會(huì)被抽取或分到不同,的實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。是進(jìn)行統(tǒng)計(jì)推斷的前提。,目的是使,各組非實(shí)驗(yàn)

9、因素的條件均衡,一致，以消除,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。,隨機(jī)化在研究設(shè)計(jì)中是必須遵循的原則，根據(jù)不同資,料的設(shè)計(jì)類型可分為幾種不同的方法。,完全隨機(jī)設(shè)計(jì),(completely random design),又,稱簡(jiǎn)單隨機(jī)分組設(shè)計(jì),(simple,randomized,design),。,是將同質(zhì)的受試對(duì)象（隨機(jī)樣本）隨機(jī)地分配到各處,理水平組。是一種考察單因素兩水平或多水平的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),方案。,優(yōu)點(diǎn)：,設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)分析簡(jiǎn)單。每組例數(shù)相等，也可不,相等。,缺點(diǎn)：,要求樣本含量相對(duì)較大，混雜因素在各組均衡,性往往較差。,隨機(jī)化分組方法：,直接對(duì)受試對(duì)象進(jìn)行分組，即完全隨機(jī)化。分組后各組,受試對(duì)象的例數(shù)不一

10、定相等。,隨機(jī)數(shù)字表,抽簽,電腦隨機(jī)數(shù),例如試將,10,頭動(dòng)物應(yīng)用隨機(jī)數(shù)字表分配到甲、乙兩組。,按動(dòng)物體重編號(hào),從隨機(jī)數(shù)字表上查,10,個(gè)隨機(jī)數(shù),規(guī)定雙號(hào)為甲組，單號(hào)為乙組,動(dòng)物編號(hào),1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,隨機(jī)數(shù)字,6,9,2,6,4,7,2,9,9,8,組,別,甲,乙,甲,甲,甲,乙,甲,乙,乙,甲,調(diào)整：再接著查一個(gè)“,6,”,以內(nèi)的隨機(jī)數(shù)，以決定甲,組中哪一號(hào)撥到乙組。本例查得隨機(jī)數(shù)為,4,，將甲組第,4,個(gè)（,5,號(hào)）調(diào)到乙組。,配對(duì)設(shè)計(jì),(paired design),屬于分層隨機(jī)化,(stratified,randomization),。,即先對(duì)某一,可能的非處

11、理因素進(jìn)行分層，然后在每一層內(nèi)進(jìn)行完全隨機(jī),化。由于配對(duì)只有二水平處理，因此為配對(duì)隨機(jī)化。如：,同源配對(duì)：兩個(gè)來(lái)源相同的受試對(duì)象,自身配對(duì)：試驗(yàn)前后比較等；,；,異體配對(duì)：同窩動(dòng)物，病情相同、年齡相同的病人等。,優(yōu)點(diǎn)：,具有較好的均衡性，可減少誤差，提高實(shí)驗(yàn)的,效率。樣本量可少一些。,缺點(diǎn)：,配對(duì)較困難，有時(shí)很難達(dá)到要求。,隨機(jī)化分組方法：,對(duì)子號(hào),隨機(jī)數(shù)字,單雙,甲組,乙組,1-2,3-4,5-6,7-8,16,93,11,14,雙數(shù),單數(shù),單數(shù),雙數(shù),2,3,5,8,1,4,6,7,9-10,19-20,07,18,單數(shù),雙數(shù),9,20,10,19,隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),(randomized b

12、lock design),也屬于分層隨機(jī)化。由于是多水平處理，則可設(shè)計(jì)成為區(qū)組,隨機(jī)化。,其優(yōu)缺點(diǎn)類似于配對(duì)設(shè)計(jì)。,特點(diǎn)：,一個(gè)區(qū)組的實(shí)驗(yàn)對(duì)象應(yīng)與試驗(yàn)因素水平數(shù),（處理組數(shù)）相同。,隨機(jī)化分組方法,受試對(duì)象,配成區(qū)組,每個(gè)區(qū)組的,k,個(gè)觀察單位隨機(jī),分配到：,A,、,B,、,C,、,D,組中,處理組,A,1,5,10,16,B,4,6,9,14,C,3,8,12,13,D,2,7,11,15,配伍組,交叉設(shè)計(jì)（,cross-over design,）,是一種特殊的自身對(duì)照設(shè)計(jì)。它是將同一批受試對(duì)象，隨,機(jī)地使半數(shù)受試對(duì)象先接受,A,處理，后接受,B,處理；另一半受,試對(duì)象先接受,B,處理，后接

13、受,A,處理。,使處理因素,A,和,B,先后試驗(yàn)的機(jī)會(huì)均等，平衡了試驗(yàn)順序,的影響?？煞治鎏幚硪蛩氐牟顒e，處理順序的差別及受試對(duì),象間的差別。,特點(diǎn)：,各種處理方式不能相互影響，即受試對(duì)象在接受第,二種處理時(shí)，不能有前一種處理的剩余效應(yīng)。應(yīng)具有,清除階,段,(washout,period),。,在醫(yī)學(xué)研究中交叉設(shè)計(jì)多用于止痛、鎮(zhèn)靜、降壓等藥物或,治療方法間療效的比較。,隨機(jī)化分組方法,如,將,20,例病人首先隨機(jī)分成兩組，然后用配對(duì)分組的方法,進(jìn)行分組，隨機(jī)確定,10,例先用,A,后用,B,，另,10,例先用,B,后用,A,。,甲,乙,1 2,4 3,7 5,8 6,9 10, ,隨機(jī)數(shù)字,2

14、2,17,10,15,56,單雙,雙數(shù),單數(shù),雙數(shù),單數(shù),雙數(shù),A-B,2,4,5,8,10,B-A,1,3,7,6,9,重復(fù)的原則,重復(fù),(replication),：,是指在相同實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行多次研究,或多次觀察，以提高實(shí)驗(yàn)的可靠性和科學(xué)性。廣義來(lái)講，重,復(fù)包括三種情形：,1,、整個(gè)實(shí)驗(yàn)的重復(fù)。它確保了實(shí)驗(yàn)的重現(xiàn)性。,2,、足夠的受試對(duì)象。通過(guò)一定數(shù)量的重復(fù)，避免偶然性或,巧合的現(xiàn)象當(dāng)成必然的規(guī)律推廣。,3,、同一受試對(duì)象的重復(fù)觀察。它保證了觀察結(jié)果的精度。,一般意義上的重復(fù),：是指各處理組與對(duì)照組要有一定的,適度的樣本含量,(sample,sizes),。,樣本含量不足,，所得變量值不穩(wěn)

15、定，用以推斷總體的精,確度差；檢驗(yàn)效能（,Power,，,1,）偏低，導(dǎo)致總體中本來(lái),具有的差異無(wú)法檢驗(yàn)出來(lái)。,無(wú)限地,增加樣本含量,，將加大實(shí)驗(yàn)規(guī)模，延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)間，,浪費(fèi)人力物力，反而增加系統(tǒng)誤差出現(xiàn)的可能性。,樣本含量的估計(jì),經(jīng)驗(yàn)估計(jì)：,動(dòng)物試驗(yàn),，一般有數(shù)只或數(shù)十只動(dòng)物即可。,臨床試驗(yàn),，每組一般要有,50,100,例方能滿,足要求。,計(jì)數(shù)指標(biāo),，樣本量要大些。,計(jì)量指標(biāo)，,樣本量可適當(dāng)減少。,利用公式或查表定量估計(jì),一般在計(jì)算樣本含量時(shí)，要求先做預(yù)試驗(yàn)，了解相關(guān),指標(biāo)的情況，然后再推算。,四個(gè)主要因素,：,?,、,1,?,、,?,、,?,第一類錯(cuò)誤的概率,?,，即檢驗(yàn)水準(zhǔn)。,?,越小，

16、所需樣本含量越多。一般取,?,=0.05,，還應(yīng),明確單雙側(cè)。,檢驗(yàn)效能,1,?,?,。,?,為第二類錯(cuò)誤的概率，,1,?,?,表示在特定的,?,水準(zhǔn)下，,H,1,為真時(shí)，檢驗(yàn)?zāi)苷_發(fā)現(xiàn)的能力。,1,?,?,越大，所需樣本含量越多。通常取,?,=0.1,或,0.2,，,一般,1,?,?,不能低于,0.75,。,誤差,?,或,?,希望發(fā)現(xiàn)或需控制的樣本和總體間、或樣本間某統(tǒng)計(jì)量,的差別大小?？捎媒^對(duì)誤差，如,?,=,1,?,2,、,?,=,1,?,2,等；也可,用相對(duì)誤差，發(fā),?,（,1,?,2,）,/,1,等。若誤差越小，所需樣,本含量越多。可作預(yù)實(shí)驗(yàn)或用專業(yè)上有意義的差值代替。,總體變異度,

17、?,?,越大，所需樣本含量越多。通常根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)、查閱文,獻(xiàn)和專業(yè)知識(shí)判斷,?,值。,樣本均數(shù)與總體均數(shù)的比較,（或配對(duì)設(shè)計(jì)、交叉設(shè)計(jì)）,例，為了解高溫作業(yè)工人的心率是否高于一般人群。某研,究者隨機(jī)抽取了,10,名高溫作業(yè)工人作預(yù)試，測(cè)得其標(biāo)準(zhǔn)差,S,=6.2,次,/,分。若高溫作業(yè)工人的心率高于一般人群,3.0,次,/,分才有,專業(yè)意義，問(wèn)當(dāng),=0.05,，,?,=0.10,時(shí)，需要多大樣本含量？,故需,37,位高溫作業(yè)工人，才有,90%,的機(jī)率發(fā)現(xiàn)這類,高溫作業(yè)的特殊人群與一般人群脈搏的不同,。,兩樣本均數(shù)比較,例,欲比較黃芪與生血散對(duì)粒,細(xì)胞減少癥的療效。據(jù)以往經(jīng),驗(yàn),，,黃,芪,可,平,

18、均,增,加,粒,細(xì),胞,1,?,10,9,個(gè),/L,，生血散可平均增加,粒,細(xì),胞,2,?,10,9,個(gè),/L,。,若,=1.8,?,10,9,個(gè),/L,，,取單尾,0.05,，檢驗(yàn)效,能為,0.80,，每組例數(shù)相等，問(wèn)每,組需要多少病例？若黃芪組樣,本含量占整個(gè)樣本含量的,60%,，,則每組又各需多少病例？,多個(gè)樣本均數(shù)比較,隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)多個(gè)均數(shù)比較,樣本率與總體率的比較,(,大樣本,),例，用常規(guī)方法治療過(guò)敏性鼻炎的有效率為,85%,，,現(xiàn)試驗(yàn)?zāi)骋恍滤?，預(yù)計(jì)有效率為,95%,。若,=0.05,，,=0.1,，問(wèn)需觀察多少病例？,兩組樣本率比較（大樣本）,例,比較兩種藥物治療乙型肝炎后表面抗原,HBsAg,的陰轉(zhuǎn)情況。,預(yù)試中甲藥的陰轉(zhuǎn)率為,60%,，乙藥的陰轉(zhuǎn)率為,75%,。若取,=0.05,，,=0.10,，甲藥組的樣本含量占,55%,，乙藥組占,45%,，問(wèn)兩組各需,多少乙型肝炎患者？,兩組樣本率比較（發(fā)生率低）,直線相關(guān),小,結(jié),實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則是：對(duì)照