醫(yī)學實驗設計課件

醫(yī)學實驗設計（medicalexperimentdesign）醫(yī)學實驗設計的主要內(nèi)容一、醫(yī)學科研的概念二、醫(yī)學科研的基本任務三、醫(yī)學科研的特點四、醫(yī)學科研的分類五、醫(yī)學科研的方法學六、醫(yī)學科研的基本程序七、醫(yī)學科研工作的時間分配八、開題報告的主要內(nèi)容九、課題評審時的“四性”十、醫(yī)學實驗設計的意義十一、醫(yī)學實驗設計內(nèi)容十二、實驗設計的特點十三、實驗設計的基本要素十四、實驗誤差及誤差的控制十五、實驗設計的原則一、醫(yī)學科研的概念二、醫(yī)學科研的基本任務醫(yī)學科研的基本任務

醫(yī)學科學研究的基本任務是認識疾病，掌握疾病的發(fā)生發(fā)展過程，提示健康與疾病的轉化規(guī)律，提出有效的防治措施，增進人類的健康。

三、醫(yī)學科研的特點四、醫(yī)學科研的分類醫(yī)學科研的分類

1．動物實驗animalexperiment

2．臨床試驗clinicaltrial

3．社區(qū)干預試驗communityinterventiontrial

五、醫(yī)學科研的方法學六、醫(yī)學科研的基本程序醫(yī)學科研的基本程序

㈠選題過程

㈡實驗過程

㈢數(shù)據(jù)處理過程

㈠選題過程

1．初始意念或提出問題

2．文獻查閱

3．假說形成

4．陳述問題㈢數(shù)據(jù)處理過程

8．數(shù)據(jù)處理

9．統(tǒng)計分析

10．提出結論七、醫(yī)學科研工作的時間分配醫(yī)學科研工作的時間分配

內(nèi)容占時（%）

選擇與確立科研課題10

搜集科研資料50

整理與分析資料30

撰寫科研報告10

開題報告的主要內(nèi)容

1．課題全稱、分題、副題

2．研究本課題的目的、意義

3．本課題的立題依據(jù)與可行性

4．國內(nèi)外有關本課題的研究進展情況

5．科研設計方案

研究內(nèi)容

擬解決關鍵問題

研究方法與技術路線

6．經(jīng)費、設備等物質條件的解決辦法

7．預期進度及可能出現(xiàn)的問題

8．預期成果

9．其它九、課題評審時的“四性”課題評審時的“四性”

1．先進性

2．科學性

3．實用性

4．可行性醫(yī)學實驗設計的意義

實驗設計是科研計劃的具體實施方案，實驗設計的意義有：

1．依據(jù)研究目的，規(guī)定具體的研究任務和所要采取的技術路線和方法；

2．用較為經(jīng)濟的人力、物力、財力及時間，最大限度地減少誤差，獲得可靠的結果。

十一、醫(yī)學實驗設計內(nèi)容十二、實驗設計的特點實驗設計的特點

1．研究者能人為設置處理因素。

2．受試對象接受何種處理因素或水平是經(jīng)隨機分配而定的，組間均衡性較好。

3．能使多種實驗因素包括在較少次數(shù)的實驗中，更有效地控制誤差，達到高效目的。

十三、實驗設計的基本要素實驗設計的基本要素

1．處理因素

2．受試對象

3．實驗效應㈠處理因素

一般指外加于受試對象，在實驗中需要觀察并闡明其處理效應的因素。

1．處理因素種類

⑴自然因素

包括物理、化學、生物學等三方面因素。

⑵社會因素

⑶心理因素

2．實驗設計時應注意

⑴抓主要因素

包括單獨作用和交互作用

⑵明確處理因素與非處理因素

處理因素：某項實驗中所要闡明的因素。

非處理因素：參與實驗，對實驗結果有一定影響的其它因素。又稱混雜因素（產(chǎn)生混雜效應）或干擾因素（影響實驗結果）。⑶處理因素要標準化

處理因素在整個實驗過程中應標準化，保持不變。

藥品：名稱、性質、成分、作用、作法、生產(chǎn)廠家、藥品批號、出廠日期、保存方法等。

檢測方法：具體方法、原理及特點、操作常規(guī)。

儀器：名稱、產(chǎn)地、廠家、型號、規(guī)格性能、精密度、標準、使用及維修常規(guī)。

實驗條件：明確規(guī)定需要控制的條件。

觀察時間：規(guī)定具體觀察時間。㈡受試對象

指被處理因素作用的對象。

1．受試對象選擇的基本要求：

⑴敏感性——容易顯示效應

⑵特異性——不易受非處理因素干擾

⑶穩(wěn)定性——減少誤差

⑷經(jīng)濟性——易得、便宜

⑸可行性——易施加處理及采取標本

⑹相似性——對處理的反應盡可能與人相似2．受試對象分類

⑴動物：種類、品系、年齡、性別、體重、窩別、健康狀況、營養(yǎng)狀態(tài)等。

⑵人：分正常人和病人，要有

選入標準（inclusioncriteria）

排除標準（exclusioncriteria）㈢實驗效應

指處理因素作用于實驗對象的反應，這種反應通過觀察指標顯示出來。

1．指標的選擇

⑴關聯(lián)性——與研究目的有本質的聯(lián)系

⑵客觀性——避免一些籠統(tǒng)的，不確切的指標

⑶靈敏性——充分顯示實驗效應

⑷精確性：

包括準確度（accuracy）和精密度（precision）。

準確度指觀察值與真值的接近程度，主要受系統(tǒng)誤差影響。精密度指重復觀察時，觀察值與其平均值的接近程度，其差值屬于隨機誤差。

⑸穩(wěn)定性——指標的變異程度

⑹特異性——不易受其它因素干擾2．指標的觀察

⑴實驗效應的觀察應避免偏性盲法

⑵注意處理與效應的關系劑量反應曲線、閾反應

十四、實驗誤差及誤差的控制㈠控制誤差的意義

保證實驗結果的科學性㈡誤差表現(xiàn)的形式：

1．生物的差異性:生物的個體差異通稱變異，客觀存在，來源于隨機誤差。

2．感官誤差：感官誤差、技術熟練

程度誤差。

3．條件誤差：組間條件——保證組間均衡，組內(nèi)條件——保持組內(nèi)穩(wěn)定。

4．分配誤差：分組時不注意分層與

隨機引起。5．非均勻誤差：抽樣不均勻引起。

6．順序誤差：實驗時不改變順序引起。

7．過失誤差：實驗設計不當、主觀片

面、粗心大意引起。

8．估計誤差：對觀察結果進行分析和

評價時發(fā)生的誤差。㈢誤差的性質

1．系統(tǒng)誤差：實驗測定中由于未發(fā)現(xiàn)或未確定的因素所引起的誤差，帶有方向性和系統(tǒng)性。產(chǎn)生原因往往是可知的或可能掌握的。

2．偶然誤差：由于一些暫時無法控制的微小因素引起的誤差，是一種隨機誤差，無法避免。

㈣誤差的控制

1．實驗設計的階段實驗對象的選擇（納入、排除標準）、樣本含量的確定、隨機化分組與抽樣、分層抽樣、對照的設定等

2．實驗實施階段盲法試驗、實驗標準、規(guī)章制度、失訪、技術人員水平、記錄的完整

3．結果分析階段實驗設計明確混雜因素采用分層抽樣、多因素分析十五、實驗設計的原則

對照隨機重復㈠對照原則

1．對照的意義

⑴可排除或控制自然變化和非處理因素對觀察結果的影響

⑵可消除或減少實驗誤差

T+S=e+s

T：處理因素；e：實驗效應；S：非處理因素；s：S的影響結果

如何使e單獨顯示出來？

T+S1→e+s1

‖‖

O+S2→o+s2

T→e

T1+S1→e1+s1

‖‖

T2+S2→e2+s2

Td→ed

T：處理因素；S1與S2：相同的非處理因素；Td：T1與T2之差；e：實驗效應；s1與s2，S1與S2的影響結果；ed：Td的效應。

⑶對照的其它作用

①通過對照可找出綜合因素中的主要有效因素；

②驗證實驗方法的可靠性；

③修正實驗數(shù)據(jù)；

④找出實驗的最適合條件；

⑤分析實驗中的問題或差錯的原因。2．設計對照應注意的問題

⑴組間應具有可比性即除處理因素外，其余各種條件均保持一致

⑵以人為試驗對象的研究，考慮受試者心理因素的影響需采用安慰劑和盲法進行觀察

⑶對照組與試驗組的例數(shù)應均衡，不要相差太大

⑷自身前后對照應注意評價指標是否隨時間的先后而變化，如是，應采用交叉試驗設計

⑸受試對象的病理強度應適當3．對照的形式

⑴空白對照

⑵安慰劑對照

⑶實驗對照

⑷標準對照

⑸自身對照

⑹相互對照

⑺配對對照4．幾種不完整（不完善）的對照

⑴歷史對照

⑵多余對照

⑶對照不足㈡隨機原則

1．隨機的意義

⑴避免有意無意夸大或縮小組間差

別所導致的實驗結果的偏差

⑵各種統(tǒng)計分析方法都建立在隨機化基礎上，要求實驗設計遵循隨機原則

2．隨機的類型

⑴隨機抽樣

⑵隨機分組

⑶實驗順序的隨機3．隨機化方法

⑴隨機數(shù)字表

可用于抽樣及分組隨機化

例1某煤礦礦工中有180名0～Ⅰ期矽肺病人，試從其中隨機抽出10名病人測量其血清銅藍蛋白含量。

隨機化步驟

①將180名礦工依次編號為001～180號，等分10段，每段18人；

②從隨機數(shù)字表上任意指定第4行，第5，6列數(shù)字76起向右查10個數(shù)字，依次錄于礦工分段下；

③再以18除以各隨機數(shù)字，得相應的余數(shù)；

④求得抽樣礦工號依次為4，35(=18+17），43（=2×18+7），···，175（=9×18+13）。礦工號分段1～1819～3637～5455～7273～9091～108···163～180隨機數(shù)字767161204490···67以18除后余數(shù)41772818···13抽取礦工號435435680108···175

例2設有動物20頭，試將其用隨機方法分為兩組。

①將20頭動物按體重輕重依次編號為1，2，3，···，20號；

②從隨機數(shù)字表上任意指定第6行，第1，2列數(shù)字91起，向右查10個數(shù)字，依次錄于動物編號下；

③令單數(shù)動物分入甲組，雙數(shù)動物分入乙組。

如要求兩組動物數(shù)相等，應從乙組中隨機抽1頭到甲組，則可按下法進行：仍用原隨機數(shù)字表，接下去查得1隨機數(shù)字為56，將其除以11，得余為為1，故將乙組中的第1頭動物調(diào)整到甲組。經(jīng)調(diào)整后：

甲組動物號為：1，2，3，7，8，10，

11，12，19，20

乙組動物號為：4，5，6，9，13，

14，15，16，17，18例3、設有動物18頭，試用隨機方法將其分配到甲、乙、丙三組中去，

①

將18頭動物按體重輕重依次編為1、2、3、……、18號；

②

查隨機數(shù)字表第31行第13列，向下查得18個數(shù)字；

③

各數(shù)字一律除以3，寫下其余數(shù)；余數(shù)1者分入甲組，余數(shù)2者分入乙組，余數(shù)3者分入丙組。如要求三組動物數(shù)相等，則須將甲組里的動物隨機抽出，1頭到乙組，抽出3頭到丙組，可按以下方法進行：

仍用原隨機數(shù)字表，接下去查得4個隨機數(shù)字為48、62、91、03，分別除以10、9、8、7，取得數(shù)據(jù)如下隨機數(shù)字：

48629103

除數(shù)10987

余數(shù)8833即應把甲組10頭動物中的第8頭（13號）調(diào)入乙組，剩下9頭中的第8頭（14號）調(diào)入丙，剩下7頭中的第3頭（9號）調(diào)入丙組。經(jīng)調(diào)整后：

甲組動物號為3410111217

乙組動物號為126131518

丙組動物號為57891416（2）隨機排列表

適用于分組，排列等的隨機化。例題見后續(xù)內(nèi)容。㈢重復原則

1、

重復的意義

重復是消除非處理因素影響的又一

重要手段。

重復程度表現(xiàn)為樣本含量的大小和

重復次數(shù)的多少2、樣本含量大小的估計

⑴影響樣本含量大小的因素：

①資料的性質：計量少些；計數(shù)多些。

②誤差的大?。赫`差大，多些；誤差小，少些。

③樣本的均衡性：均衡性好，少些；均衡性差，多些。

④處理因素效應的強弱：實驗與對照組差值大，少些；差值小，多些。⑵確定樣本含量統(tǒng)計學上的基本要求：

①第一類錯誤的概率（檢驗水準α）

②檢驗效能（把握度1—β）＞0.75

③總體標準差（σ）

④所比較的兩個總體參數(shù)的差值（允許誤差)或⑶確定樣本含量的應用范圍（以兩樣本均數(shù)比較為例）。

①達到有統(tǒng)計意義的最低樣本含量

②估計檢驗效能

③估計總體參數(shù)的差異⑷常用的估計樣本含量的方法

①樣本均數(shù)與總體均數(shù)比較（或配對比較）

例：用某藥治療矽肺患者，估計可增加尿的排出量，標準差89.0mmol/L,要求以α=0.05，β=0.10的概率，能夠辨別出尿的排出量平均增加35.6mmol/L，需觀察多少例矽肺患者？本例：δ=35.6；S=89.0；單側α=0.05,

β=0.10；

代入上式

=53.55≈54

約需治療54例矽肺患者。（本例也可查表求樣本含量）②兩樣本均數(shù)比較

A、兩樣本含量相等

a、估計最低樣本含量

b、估計檢驗效能

c、估計總體參數(shù)的差異

例：A、B兩種處理的動物冠狀靜脈血流量實驗，A處理平均增加血流量1.8ml/min，B處理平均增加血流量2.4

ml

/min，已知兩處理標準差相等，均為1.0ml/min,α=0.05，β=0.10，要得出兩處理有差別的結論，需觀察多少實驗動物？

本例：σ=1；雙側α=0.05；β=0.10。

=116.78≈117

兩組合計所需樣本117例，每組約需動物59例。（本例也可查表求樣本含量）B、兩樣本含量不等

Q1和Q2為樣本比例（sampleproportion），當樣本比例不等時，Q1+Q2=1；當兩樣本例數(shù)相等時Q1+Q2=1；。

例1、用新藥降低高血脂患者的膽固醇，研究者規(guī)定試驗組與對照組（安慰劑）相比，平均降低20㎎/L以上，才有實際推廣應用價值。以參考文獻中得知膽固醇的標準差為30㎎/L。規(guī)定單例α=0.05，β=0.10，要求估計樣本含量。

本例：規(guī)定，Q1=0.40，Q2=0.60；單側α=0.05；β=0.10；=30㎎/L；δ=20㎎/L。

總例數(shù)80例；試驗組例數(shù)80×0.4=32例；對照組例數(shù)80×0.6=48例。

若有條件做到兩組例數(shù)相等，則：

本例：要求δ=0.67（Kpa）；雙側α=0.05；S=1.6（Kpa）；

查u值表，1-β=0.2090≈0.21，則β=1-0.21=0.79③配對、交叉及試驗前后比較

例：研究碳酸鋁對白細胞減少癥的治療效果，已知患者白細胞數(shù)治療后比治療前平均增加了109/L，標準差為1.2×109/L。規(guī)定α=0.05（雙側檢驗），β=0.10，求樣本含量。

本例：雙側α=0.05,β=0.10，δ=1×109/L，，

④兩樣本率比較

A、例數(shù)相等時：

n為兩組總例數(shù)，1，2為兩組總體率，為兩組合并率。

B、例數(shù)不等時：

例1、用舊藥治療慢性腎炎的近控率為30%，現(xiàn)試驗新藥療效，新藥的近控率須達到50%才有推廣使用價值。已知合并率=40%；定α=0.05（單側），1－β=0.90，問每組需要多少病例？

本例：1=50%，2

=30%，=40%，

，若要求兩組例數(shù)相等，則：

兩組總例數(shù)為206例，每組需103例。本例也可查表求得n。設新藥組占60%，舊藥組占40%，則：

新藥組：209×0.6=125例

舊藥組：209×0.4=84例

本例：P1=0.882，P2=0.73；n1=1n2=27；雙側α=0.05；因x1=n1p1，x2=n2p2，

故

查u值表，β=0.352，1－β=1－0.352=0.648＜0.75.例：已知某菌種接種于甲、乙兩種培養(yǎng)基的結果如下：

甲培養(yǎng)陽性、乙培養(yǎng)陰性

甲培養(yǎng)陰性、乙培養(yǎng)陽性

α=0.05（雙側），β=0.10，現(xiàn)準備研究一種新的與該菌種相似的菌種，問需多少對樣本？本例：

α=0.05（雙側），

該實驗至少應取57對樣品。

⑥估計總體均數(shù)

例：擬用單純隨機抽樣方法，了解某地區(qū)成年男子血色素的平均水平，要求誤差不超過2g/Lα=0.05（雙側），從參考文獻得知成年男子血色素的標準差約為25g/L，問需調(diào)查多少人？

本例：α=0.05(雙側）；δ=2g/L，

⑦估計總體率

例：從文獻得知，高血壓患病率約為8%，研究者要了解某地高血壓患病率，要求誤差不超過2%，α=0.05（雙側），問需調(diào)查多少人？

本例：α=0.05(雙側)；δ=0.02；π=0.08

⑧直線相關的樣本含量

例1、根據(jù)參考文獻估計ρ=0.07，現(xiàn)定α=0.05(雙側)，β=0.10，

例2：已知n=10，r=0.65，規(guī)定α=0.05（單側），問檢驗效能是否充分？

本例：n=10，r=0.65，α=0.05(單側)，。

查u值表，β=0.3409，1-β=1－0.3409=0.6591＜0.75⑨兩相關系數(shù)比較

兩樣本含量相等時：

例：已知要求兩樣本例數(shù)相等，α=0.05(單側),β=0.10，問需觀察多大樣本？

本例：α=0.05(單側)，

總共應觀察180例，每組各觀察90例。

⑩多個樣本均數(shù)比較

n為各樣本所需例數(shù)；