第3章實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)

1、全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材第三章第三章實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì) 廣東醫(yī)學(xué)院廣東醫(yī)學(xué)院 王效軍王效軍全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材第一節(jié)第一節(jié) 實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)特點(diǎn)和類型實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)特點(diǎn)和類型一、實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)特點(diǎn)l 人為設(shè)置處理因素 實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)中，處理因素可以是物理的、化學(xué)的、生物的，也可以是社會(huì)因素。根據(jù)研究目的，研究者可人為設(shè)計(jì)處理因素。 全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材l 隨機(jī)化方法控制非處理因素 實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)中，受試對象被分到試驗(yàn)組還是對照組、是接受處理因素或者非處理因素不是由研究者主觀決定，而是通過隨機(jī)化的方法來確定的，此方法的目的是控制或消除非處理因素對研究結(jié)果的影響。 全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材二

2、、實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)類型l 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)（animal experiment） 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)即以動(dòng)物作為研究對象。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，可以嚴(yán)格地控制實(shí)驗(yàn)條件，包括實(shí)驗(yàn)的環(huán)境、溫度、濕度等。全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材l 臨床試驗(yàn)（clinical trial） 臨床試驗(yàn)是以病人為研究對象。臨床患者是具有心理和社會(huì)等屬性的復(fù)雜個(gè)體，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)必須要縝密周全，設(shè)置相應(yīng)措施控制誤差和偏倚，以保證研究結(jié)果的真實(shí)及可靠。 全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材l 社區(qū)干預(yù)試驗(yàn)（community intervention trial）社區(qū)干預(yù)試驗(yàn)是在社區(qū)一般人群中進(jìn)行，持續(xù)時(shí)間一般較長，目的是通過控制某些危險(xiǎn)因素或施加某些保

3、護(hù)性措施，以了解其在人群中產(chǎn)生的效應(yīng)。由于社區(qū)干預(yù)試驗(yàn)中難以貫徹隨機(jī)分配，故又稱為準(zhǔn)試驗(yàn)性研究（quasi-experiment）。 全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材第二節(jié)第二節(jié) 實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)基本要素和基本原則實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)基本要素和基本原則l 實(shí)驗(yàn)研究（experimental study）是指研究者根據(jù)研究目的人為地對受試對象（包括人或動(dòng)物）施加處理因素，控制非處理因素，分析比較處理因素效應(yīng)的一種研究方法。 全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材一、實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)的基本要素l 受試對象 受試對象又稱研究對象，是處理因素作用的客體。根據(jù)研究目的不同，受試對象可以是人、動(dòng)物和植物，也可以是某個(gè)器官、細(xì)胞或者是機(jī)

4、體的生物材料。 全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材l 處理因素 處理因素是根據(jù)研究目的施加于受試對象的干預(yù)措施。處理因素可以是物理的、化學(xué)的或者生物學(xué)因素，是研究者主動(dòng)施加的干預(yù)措施。 全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材確定處理因素時(shí)應(yīng)注意以下問題：區(qū)分處理因素和非處理因素。一次研究中的處理因素不宜過多，否則研究的質(zhì)量難以控制，同時(shí)還應(yīng)根據(jù)專業(yè)知識(shí)判斷實(shí)驗(yàn)中存在的非處理因素，并加以控制；處理因素要標(biāo)準(zhǔn)化。在實(shí)驗(yàn)過程中處理因素的施加方法、強(qiáng)度、頻度以及持續(xù)時(shí)間等因素必須保持一致，否則沒有實(shí)際的可比性。全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材l 實(shí)驗(yàn)效應(yīng) 實(shí)驗(yàn)效應(yīng)是指處理因素作用于受試對象的反應(yīng)（response）或結(jié)局

5、（outcome），通過觀察指標(biāo)來體現(xiàn)。 全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材l 觀察指標(biāo)應(yīng)該具有客觀性、精確性、靈敏度和特異度。 客觀性：指標(biāo)則借助測量儀器和檢驗(yàn)等手段來反應(yīng)的觀察結(jié)果，具有較好的客觀性。在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究中對實(shí)驗(yàn)效應(yīng)的評價(jià)除了可利用客觀指標(biāo)外，還可以采用經(jīng)過嚴(yán)格測試而制定的量表來處理因素的效應(yīng)。全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材 精確性： 包括準(zhǔn)確度（accuracy）和精密度（precision）兩個(gè)方面。準(zhǔn)確度是指觀察值與真值的符合程度，說明觀察有無系統(tǒng)誤差。精密度是指重復(fù)測量或觀察時(shí)，觀察值與其平均值的接近程度，說明隨機(jī)誤差的大小。 全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材 靈敏度和特異度： 靈敏

6、度（sensitivity）是指檢出陽性的能力，靈敏度高的指標(biāo)，能將處理因素的效應(yīng)更好地表現(xiàn)出來。特異度（specificity）是指檢出陰性的能力，特異度高的指標(biāo)不易受混雜因素的干擾。靈敏度和特異度的提高主要依靠改進(jìn)檢測方法和儀器。 全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材二、實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)的基本原則l 對照原則 對照是比較的基礎(chǔ)，有比較才有鑒別，對照的設(shè)立是控制混雜因素不可缺少的重要原則。對照是指除試驗(yàn)組外，再設(shè)置一個(gè)或多個(gè)對照組進(jìn)行同步試驗(yàn)，其目的在于使處理因素和非處理因素的差異有一個(gè)科學(xué)對比，消除或減少實(shí)驗(yàn)誤差。 全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材 對照的形式有以下幾類： 1.空白對照 是指對照組不接受任

7、何處理因素。如在觀察某傷寒疫苗的免疫效果時(shí)，試驗(yàn)組接種傷寒疫苗，對照組不接種疫苗，比較兩組的血清學(xué)和流行病學(xué)的效果。全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材 2.安慰劑對照 安慰劑（placebo）是一種無藥理作用的“假藥”或偽藥物，安慰劑對照的目的在于克服研究者、受試對象的主觀因素引起的偏倚。如觀察某藥治療某心理疾病療效時(shí)，將藥物和安慰劑制成一樣劑型，實(shí)驗(yàn)組用該藥治療，對照組用安慰劑治療。 全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材 3.標(biāo)準(zhǔn)對照 標(biāo)準(zhǔn)對照是使用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)方法或常規(guī)藥物作對照?？紤]倫理學(xué)問題，在臨床試驗(yàn)中，一般使用標(biāo)準(zhǔn)對照，如實(shí)驗(yàn)組用待評價(jià)的某種新藥，對照組則用常規(guī)藥物。 全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材

8、 4.自身對照 對照與實(shí)驗(yàn)在同一受試對象進(jìn)行，同一受試對象即作對照，又作實(shí)驗(yàn)者接受處理因素，這種對照形式稱為自身對照。自身對照的應(yīng)用受一定條件的限制，其結(jié)論的外推應(yīng)慎重。全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材 5.相互對照 是指幾種處理因素互為對照。相互對照可比較幾種處理因素的實(shí)驗(yàn)效應(yīng)之強(qiáng)弱。如在高血脂的防治中，將高血脂的患者隨機(jī)分成三組，分別給予3種不同的藥物進(jìn)行治療，3種藥物互為對照，比較各種藥物的治療效果。全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材 6.實(shí)驗(yàn)對照 對照組不施加處理因素，但施加某種與處理因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)因素。如在研究牛奶中強(qiáng)化鈣預(yù)防佝僂病的試驗(yàn)中，試驗(yàn)組兒童食用強(qiáng)化鈣的牛奶，對照組兒童食用普通牛奶，

9、這里的牛奶為實(shí)驗(yàn)因素，該對照類型為實(shí)驗(yàn)對照。全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材l 隨機(jī)化原則 隨機(jī)化（randomization）是采用隨機(jī)的方式，使每個(gè)受試對象有同等的機(jī)會(huì)被抽取或分配到不同的實(shí)驗(yàn)組和對照組。其作用是使樣本具有較好的代表性，使各組受試對象在重要的非處理因素方面具有較好的均衡性。 全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材隨機(jī)化體現(xiàn)在下面三個(gè)方面：1.抽樣的隨機(jī)化 總體中的每個(gè)個(gè)體有同等的機(jī)會(huì)被抽到樣本中來，這種隨機(jī)抽樣保證了樣本的代表性。2.分組的隨機(jī)化 每個(gè)受試對象被分到實(shí)驗(yàn)組和對照組的機(jī)會(huì)均等，這種隨機(jī)分組保證了對比組之間的均衡性。3.實(shí)驗(yàn)順序的隨機(jī)化 每個(gè)受試對象先后接受處理的機(jī)會(huì)均等，它

10、均衡了實(shí)驗(yàn)順序?qū)?shí)驗(yàn)效應(yīng)的影響。全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材l 重復(fù)原則 重復(fù)（replication）是指在相同實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)或多次觀察。重復(fù)性實(shí)驗(yàn)中如果樣本例數(shù)太少，不能反映事物的必然規(guī)律；如果樣本例數(shù)太多，不易控制實(shí)驗(yàn)誤差，容易造成人力、物力和財(cái)力的浪費(fèi)。 全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材重復(fù)包括三種情形：1.整個(gè)實(shí)驗(yàn)的重復(fù) 在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，做多次的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)。2.用多個(gè)受試對象進(jìn)行重復(fù) 通過多個(gè)受試對象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使結(jié)論可信。3.多個(gè)受試對象進(jìn)行重復(fù) 過對同一受試對象進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)，可以保證觀察結(jié)果的精度。全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材l 均衡原則 均衡（balance）是要求實(shí)驗(yàn)研究

11、設(shè)計(jì)中的實(shí)驗(yàn)組和對照組之間除處理因素不同外，其他非處理因素盡可能保持一致，目的在于使實(shí)驗(yàn)組和對照組在非處理因素方面具有可比性。 全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材第三節(jié)第三節(jié) 實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)的基本步驟實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)的基本步驟l 確定研究目的 l 確定研究對象 l 確定試驗(yàn)組和對照組 l 確定樣本含量 l 受試對象分配到各處理組 l 確定方法和指標(biāo) l 控制實(shí)驗(yàn)誤差全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材第四節(jié)第四節(jié) 常用的實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)方案常用的實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)方案l 完全隨機(jī)設(shè)計(jì) 完全隨機(jī)設(shè)計(jì)（completely randomized design）又稱簡單隨機(jī)設(shè)計(jì)（simple randomized design）

12、，屬于單因素研究設(shè)計(jì)，是將受試對象隨機(jī)分配到兩個(gè)或多個(gè)處理組中，然后給予不同的處理因素，比較不同處理產(chǎn)生的效應(yīng)間有無差別。 全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材l 完全隨機(jī)設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)： 易于理解，實(shí)施簡單l 完全隨機(jī)設(shè)計(jì)缺點(diǎn)： 樣本例數(shù)小時(shí)，可能均衡性較差全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材l 配對設(shè)計(jì) 配對設(shè)計(jì)（paired design）是將受試對象按照一定條件配成對子，再將每對中的兩個(gè)受試對象隨機(jī)分配到不同的處理組。配對的因素可能為影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的主要混雜因素。 全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材 在醫(yī)學(xué)科研中常用的配對方法有下列情形: 將兩個(gè)相同或相近的受試對象配成對子； 同一受試對象分別接受兩種不同的處理；

13、同一受試對象接受處理的前后。 全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材l 配對設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)： 可以控制非處理因素對實(shí)驗(yàn)的影響； 實(shí)驗(yàn)組和對照組具有可比性； 統(tǒng)計(jì)分析方法簡單。l 配對設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)： 受配對條件的限制，樣本不易獲得； 自身配對時(shí)，受試對象的順序效應(yīng)會(huì)混雜在實(shí)驗(yàn)效應(yīng)中。 全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材l 隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì) 隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)（randomized block design）又稱配伍組設(shè)計(jì)，是將受試對象按照一定條件劃分為若干個(gè)區(qū)組（block），并將各區(qū)組中的受試對象隨機(jī)地分配到各個(gè)處理組的一種設(shè)計(jì)類型。劃分區(qū)組的條件通常是性別、年齡、體重、病情等非處理因素。 全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材第五節(jié)第五節(jié) 樣本含量的估計(jì)樣本含量的估計(jì)l 影響樣本含量的因素有： 檢驗(yàn)水準(zhǔn)：即第一類錯(cuò)誤，越小所需樣本含量越多； 檢驗(yàn)效能：又稱把握度，越高所需樣本含量越多； 變異程度：變異程度越大所需樣本含量越多； 容許誤差：越小所需樣本含量越多。全國成人高等醫(yī)學(xué)教育系列教材l 樣本均數(shù)與總體均數(shù)比較的樣本含量估計(jì) 2ZZn表示所需的樣本含量單側(cè)或雙側(cè)的界值單側(cè)界值容許誤差總體標(biāo)準(zhǔn)差 nZZl 兩樣本均數(shù)比較的樣本含量估計(jì)22ZZn表示所需的樣本含量單側(cè)或雙側(cè)的界值單側(cè)界值容許誤差總體標(biāo)準(zhǔn)差 nZZl 樣本率與總