第三實驗設(shè)計

第三實驗設(shè)計第一頁，共四十七頁，2022年，8月28日實驗設(shè)計(experimentaldesign)

指的是為實驗研究制定出一個通盤的、周密的、安排合理的、科學(xué)性強(qiáng)的設(shè)計方案，將實驗對象隨機(jī)地分配到兩個或多個組中，對實驗對象施加某種干預(yù)或處理因素，觀察比較不同處理的效應(yīng)，它是科研的先導(dǎo)，是執(zhí)行科研項目的指南，是確保研究結(jié)果準(zhǔn)確、可靠的前提。引言第二頁，共四十七頁，2022年，8月28日驗設(shè)計（studydesign）是科研計劃（protocol)中的關(guān)鍵，影響著課題（project)的成敗。實驗設(shè)計是實驗過程的依據(jù)，是實驗數(shù)據(jù)處理的前提，是提高科研質(zhì)量的重要保證。在醫(yī)學(xué)實驗中，設(shè)計是一項重要的內(nèi)容。如果實驗的設(shè)計周密，那么就可以用比較少的人力、物力和時間，最大限度地獲得可靠而豐富的資料。如果實驗的設(shè)計有疏忽、不嚴(yán)密等缺點，就有可能造成不必要的浪費或降低實驗研究的價值，使實驗研究的結(jié)果真實可靠性降低。因此，在制訂研究計劃時，首先要根據(jù)統(tǒng)計學(xué)知識認(rèn)真細(xì)致地考慮動物實驗的設(shè)計問題。一、實驗設(shè)計的意義：第三頁，共四十七頁，2022年，8月28日第一節(jié)實驗設(shè)計的基本要素

處理因素(studyfactor,treatment)

受試對象(studysubjects)試驗效應(yīng)(experimentaleffect)處理因素受試對象實驗效應(yīng)降壓藥高血壓病動物模型血壓值實驗研究的三大要素：其他因素其他效應(yīng)第四頁，共四十七頁，2022年，8月28日1.分類：①化學(xué)因素：毒物、粉塵、藥物等。②物理因素：噪聲、振動、溫度等。③生物因素：寄生蟲、細(xì)菌、病毒、生物制品。④其它：動物的飼養(yǎng)條件等。（一）處理因素(studyfactor,treatment)：第五頁，共四十七頁，2022年，8月28日2.處理因素的數(shù)目與水平：①單因素設(shè)計：每次實驗只觀察一個處理因素的效應(yīng)。優(yōu)點：目的明確，簡單易行，條件好控制，結(jié)果一目了然。缺點：設(shè)計效率低，每次只能解決一個問題。②多因素設(shè)計：一次實驗同時觀察多種處理因素的效應(yīng)。優(yōu)點：設(shè)計效率高，每次可解決幾個問題。缺點：設(shè)計復(fù)雜，條件不好控制，實驗結(jié)果的統(tǒng)計分析較復(fù)雜。③處理因素的強(qiáng)度：劑量問題。第六頁，共四十七頁，2022年，8月28日確定處理因素的注意事項:（1）明確處理因素和非處理因素病人對治療的反應(yīng)除了治療因素外，還包括病人的心理狀態(tài)、生產(chǎn)、生活條件及社會心理因素等。后者可稱為非處理因素（2）處理因素須標(biāo)準(zhǔn)化處理因素在整個試驗過程中保持不變例如，不同時期的藥物批號，手術(shù)操作者熟練程度。第七頁，共四十七頁，2022年，8月28日根據(jù)不同研究目的而確定的受試對象。受試對象可以是人、動物或微生物，也可以是取自人或動物體的材料，如器官、組織細(xì)胞和大分子等。受試對象可以是正常的，也可以是有病理改變的。在實驗進(jìn)行前就必須明確規(guī)定作為受試對象的條件，以保證受試對象的同質(zhì)性。（二）受試對象(studysubjects):第八頁，共四十七頁，2022年，8月28日1.受試對象應(yīng)具備的條件：對處理因素較敏感；對處理因素產(chǎn)生的反應(yīng)較穩(wěn)定。2.選擇受試對象要考慮的因素：3.受試對象的標(biāo)準(zhǔn)化：4.受試對象的均衡性：第九頁，共四十七頁，2022年，8月28日

處理因素作用于受試對象產(chǎn)生的結(jié)果。

1.指標(biāo)的有效性：與研究目的之間有本質(zhì)聯(lián)系

2.指標(biāo)的客觀性：主觀指標(biāo)和客觀指標(biāo)

3.指標(biāo)的準(zhǔn)確度和精密度：

4.指標(biāo)的靈敏性：

5.指標(biāo)的特異性：

6.指標(biāo)的數(shù)目：

7.指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化：（三）試驗效應(yīng)(experimentaleffect)第十頁，共四十七頁，2022年，8月28日準(zhǔn)確度(accuracy)或真實性（validity）觀察值與真值的接近程度，受系統(tǒng)誤差的影響(如靈敏度、特異度)。

精密度(precision)或可靠性（reliabiliy）或重復(fù)性（repeatability）重復(fù)觀察時觀察值與其均值的接近程度，受隨機(jī)誤差的影響（如一致百分率、Kappa值）。第十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日為了在實驗研究中能有效地控制隨機(jī)誤差，避免或減少各種非處理因素的干擾，以較少的實驗對象取得較多而且可靠的實驗數(shù)據(jù)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)高效的目的，應(yīng)遵循對照、隨機(jī)、重復(fù)的統(tǒng)計學(xué)原則。第二節(jié)實驗設(shè)計的基本原則第十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日吃黃金搭檔一年，小孩長高了5CM，起效了？第十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日一、對照(control)：

對照的意義：①區(qū)分處理因素與非處理因素的效應(yīng)，是比較的必要基礎(chǔ)②消除和減少實驗誤差處理組：對照組：處理因素非處理因素+處理效應(yīng)+非處理效應(yīng)非處理因素非處理效應(yīng)比較結(jié)果處理因素處理效應(yīng)第十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日1.空白對照（blankcontrol）2.安慰劑對照（placebo）3.實驗對照（experimental）4.標(biāo)準(zhǔn)對照（standardcontrol）5.自身對照（selfcontrol）常用的對照類型第十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日

(1)空白對照(blankcontrol)：對照組不加任何處理因素。例如：①實驗組兒童接種疫苗，對照組兒童不接種疫苗。②試劑空白、血樣空白、無酶解空白、底物空白等。特點：簡單易行，但容易引起心理差異，從而影響實驗效應(yīng)的測定。

——安慰劑對照(placebocontrol)第十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日(2)安慰劑(placebo)又稱偽藥物，是一種無藥理作用的制劑，不含試驗藥物的有效成分，但其感觀如劑型、大小、顏色、重量、氣味及口味等都與試驗藥物一樣，不能被受試對象和研究者所識別。用于臨床試驗，其目的在于控制研究者和受試對象的心理因素導(dǎo)致的偏倚，并提高依從性。安慰劑對照還可控制疾病自然進(jìn)程的影響，顯示試驗藥物的效應(yīng)。第十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日(3)實驗對照(experimentalcontrol)：施加基礎(chǔ)實驗條件（非處理因素，如面包、煙薰劑）。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)中草藥+煙薰劑與單純煙薰劑——-空氣滅菌第十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日(4)標(biāo)準(zhǔn)對照(standardcontrol)：以現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)或正常值作對照。例①新方法與傳統(tǒng)方法②患者生理、生化指標(biāo)與正常人生理、生化指標(biāo)——實驗室應(yīng)用較多第十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日

(5)自身對照（self-control）：實驗在同一受試對象上進(jìn)行（同源配對設(shè)計、交叉設(shè)計）特點：簡單易行，使用廣泛。假定試驗前后某些環(huán)境或自身因素保持不變。第二十頁，共四十七頁，2022年，8月28日設(shè)立對照應(yīng)注意的事項(1)均衡：對照組與實驗組除研究因素外，其他因素應(yīng)盡可能相同(2)同步：對照組與實驗組應(yīng)處于同一空間和同一時間第二十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日實例1規(guī)定實驗組適應(yīng)癥為：破膜和總產(chǎn)程都不超過24小時，無感染(無陽性體征，血常規(guī)正常)以及第一胎產(chǎn)后本人同意放置宮內(nèi)節(jié)育器者。另將篩選剩下的827例作為對照組，不放置宮內(nèi)節(jié)育器。中華婦產(chǎn)科雜志，1985；20(1)：49～50?！镀矢巩a(chǎn)同時放置宮內(nèi)節(jié)育器735例的初步觀察》將施行剖腹產(chǎn)手術(shù)1562例中的735例作為實驗組，在剖腹產(chǎn)的同時放置宮內(nèi)節(jié)育器。比較兩組被觀察對象的術(shù)后出血、惡露干凈時間和術(shù)后副反應(yīng)等情況。本例，兩組除處理因素(放置節(jié)育環(huán))不同，受試對象的基本條件也不同，試驗組較好，而對照組差，缺乏可比性。第二十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日隨機(jī)≠“隨便”,

隨機(jī)就是在抽取樣本以前，要使總體中每個單位都有同等的被抽取的機(jī)會，是樣本對總體有較好的代表性。在實驗研究中，隨機(jī)方法主要體現(xiàn)在抽樣（隨機(jī)抽樣）、分組（隨機(jī)分配）和實施（實驗順序隨機(jī)）過程等方面。隨機(jī)化的方法有多種，如抽簽、摸球、隨機(jī)數(shù)值表(最常用)等方法。二、隨機(jī)(randomization)：第二十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日例試將10頭動物應(yīng)用隨機(jī)數(shù)字表分配到甲、乙兩組。⑴按動物體重編號⑵查隨機(jī)數(shù)字表⑶規(guī)定雙號為甲組，單號為乙組⑷調(diào)整：再接著查一個“6”以內(nèi)的隨機(jī)數(shù)，以決定甲組中哪一號撥到乙組。本例查得隨機(jī)數(shù)為4，將甲組第4個（5號）調(diào)到乙組。第二十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日在實驗研究中的重復(fù)原則主要體現(xiàn)在以下幾個方面：整個實驗的重復(fù)、樣本的重復(fù)、同一個體的重復(fù)觀察。實驗組與對照組的例數(shù)相等時，實驗效率高；計量資料的實驗效率高于計數(shù)資料；配對設(shè)計的實驗效率高于分組設(shè)計。三、重復(fù)的原則(replication)第二十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日完全隨機(jī)設(shè)計（completelyrandomdesign）配對設(shè)計（paireddesign）隨機(jī)區(qū)組設(shè)計（randomizedblockdesign）交叉設(shè)計（crossoverdesign）析因設(shè)計（factordesign）第三節(jié)常用的幾種試驗設(shè)計方法第二十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日（一）完全隨機(jī)設(shè)計（completelyrandomdesign）預(yù)選對象受試對象對照組納入標(biāo)準(zhǔn)實驗組隨機(jī)化第二十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日例：四種不同的實驗處理（對照未服藥、服A藥、服B藥、服C藥）對某種腫瘤的小白鼠的藥理作用研究，觀察指標(biāo)為2周后體內(nèi)存活的腫瘤細(xì)胞數(shù)。實驗記錄結(jié)果為：對照組：485046524848服A藥：455147484750服B藥：232022192118服C藥：560224第二十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日研究的處理因素只有一個，故又稱單因素設(shè)計，但可具有兩個以及多個水平，完全隨機(jī)設(shè)計常用于比較兩個樣本或多個樣本均數(shù)的差異。其優(yōu)點是簡單易行，缺點是實驗效率不太高，只能分析單個因素。隨機(jī)的方法有抽簽法、隨機(jī)數(shù)字表等。各組樣本數(shù)應(yīng)盡量相等，否則會降低檢驗效率。完全隨機(jī)分組設(shè)計特點第二十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日將受試對象按一定條件或某些特征配成對子，再隨機(jī)分配到實驗組和對照組。在動物實驗中，常將窩別、體重、性別、環(huán)境條件等非實驗（處理）因素作為配對特征或條件。另一種配對設(shè)計是同體自身配對設(shè)計，即分別在受試對象左、右不同部位或時間先、后進(jìn)行實驗。其優(yōu)點是受試對象間的個體差異小，處理組間均衡性好；局限性是由于配對條件比較嚴(yán)格，實踐中有時不易達(dá)到要求。（二）配對設(shè)計（paireddesign）第三十頁，共四十七頁，2022年，8月28日注意事項不要“配對過頭”；實驗者必須在整個實驗過程中，始終能辨認(rèn)屬于同一對子的是那兩個實驗對象；記錄實驗數(shù)據(jù)必須保持每對的一一對應(yīng)關(guān)系，不能錯亂或缺失。第三十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日例：取20只小白鼠，按性別、體重、窩別配成10對，試用隨機(jī)排列表將其分配到實驗組與對照組中去。步驟：1、先按條件將受試動物配對，并將對子編號；第一對第一個受試者編為1（A）第二個受試者編為1（B）………余類推第三十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日編號結(jié)果第一對動物：1（A），1（B）第二對動物：2（A），2（B）第三對動物：3（A），3（B）

....第十對動物：10（A），10（B）第三十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日2、隨機(jī)化從附表2隨機(jī)排列表第二行第一列開始，舍去10-19之間的數(shù)字，依次將隨機(jī)數(shù)字抄寫在對子號下。事先規(guī)定：單數(shù)：取A、B順序，

雙數(shù)：（0為雙數(shù)）取B、A順序?qū)ψ犹?2345678910ABABABABABABABABABAB隨機(jī)數(shù)8762590143實驗組BABBAABABA對照組ABAABBABAB隨機(jī)分配結(jié)果（大家自己整理一下）第三十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日第三十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日（三）隨機(jī)區(qū)組設(shè)計（randomizedblockdesign）隨機(jī)分組

隨機(jī)分組

隨機(jī)分組

隨機(jī)分組

預(yù)

選

對

象

研

究

對

象

納入

標(biāo)準(zhǔn)

區(qū)組1

區(qū)組2

區(qū)組3

區(qū)組n

?

?

?

按配伍

條件

4個水平

4個水平

4個水平

4個水平

第三十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日每個區(qū)組內(nèi)的觀察單位按某一特征排序，如體重從輕到重。同時每個處理也規(guī)定順序，如處理A對應(yīng)序號為1，處理B對應(yīng)序號為2，處理C對應(yīng)序號為3，…，以此類推。選擇隨機(jī)排列的方法是：每個試驗對象取2位隨機(jī)數(shù)，用隨機(jī)數(shù)從小到大排列后的序號決定處理的排列順序，如某區(qū)組內(nèi)每個試驗對象的隨機(jī)數(shù)為83，15，05，27，排列后順序為4，2，1，3，則該區(qū)組四個處理的隨機(jī)排列順序是DBAC。區(qū)組隨機(jī)分組第三十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日

亦稱配伍組設(shè)計。它是配對設(shè)計的擴(kuò)大，是將幾個條件相同或近似的受試對象組成配伍組（即區(qū)組），再將每一配伍組的各受試對象隨機(jī)分配到處理組。每個配伍組的受試對象數(shù)目取決于處理組的數(shù)目。其優(yōu)點是每個配伍組的受試對象有較好的同質(zhì)性，縮小了受試對象間的個體差異，能提高實驗效率，最大限度地滿足了個處理組間的均衡；其缺點是要求配伍組內(nèi)受試對象數(shù)與處理組數(shù)相同，實驗結(jié)果若有缺失值，將降低統(tǒng)計效能。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計特點第三十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日例：擬將已分成8個配伍組的32個動物隨機(jī)分配到A、B、C、D四個處理組步驟：1、將32個受試者按既定條件分成的8個配伍組進(jìn)行編號，1~4號為第一配伍組，5~8號為第二配伍組……余類推。2、按既定隨機(jī)化方案，從隨機(jī)排列表隨機(jī)指定第4~11行，共8行，從每行第1列（第一個隨機(jī)數(shù)）開始，向右只取隨機(jī)數(shù)1~4，其余數(shù)字舍去，將隨機(jī)數(shù)依次標(biāo)于各配伍組的受試者下。隨機(jī)數(shù)1、2、3、4依次分別代表A、B、C、D四種處理。第三十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日隨機(jī)化方案第四十頁，共四十七頁，2022年，8月28日第四十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日Attention!同一研究對象（病人或動物），用不同的方法，或不同部位，不同時間對某一指標(biāo)的結(jié)果也是一種配伍組（隨機(jī)區(qū)組）設(shè)計！第四十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日例：觀察7只家兔注射某藥物在體內(nèi)不同時間對血糖濃度的變化。將7只家兔分別注射前、注射后30min、60min、90