第七章試驗(yàn)設(shè)計(jì)

第七章試驗(yàn)設(shè)計(jì)第一頁，共五十三頁，2022年，8月28日內(nèi)容提要

一、研究設(shè)計(jì)的重要性

二、研究設(shè)計(jì)的基本類型三、研究設(shè)計(jì)的基本要素四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則第二頁，共五十三頁，2022年，8月28日一、研究設(shè)計(jì)的重要性

專業(yè)設(shè)計(jì)：選題、查閱文獻(xiàn)、假說、預(yù)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)：研究對(duì)象（分組、設(shè)置對(duì)照、樣本含量）、處理因素、觀察指標(biāo)、數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制與管理、統(tǒng)計(jì)分析方法設(shè)計(jì)好：（1）既省又可靠（2）可估計(jì)和控制誤差（3）獲取多方面知識(shí)設(shè)計(jì)不好：（1）雜亂無章、雖多猶無 （2）只能羅列現(xiàn)象、無規(guī)律可言第三頁，共五十三頁，2022年，8月28日試驗(yàn)計(jì)劃書1封面2國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)3試驗(yàn)?zāi)康?預(yù)期結(jié)果5試驗(yàn)設(shè)計(jì)的選擇6試驗(yàn)方法的確定7試驗(yàn)記錄表第四頁，共五十三頁，2022年，8月28日二、研究設(shè)計(jì)的基本類型

1.實(shí)驗(yàn)(Experiment)研究(干預(yù))

受試對(duì)象：人——臨床試驗(yàn)（clinicaltrial）

動(dòng)物——?jiǎng)游飳?shí)驗(yàn)（animalexperiment

）臨床試驗(yàn)：治療——臨床療效實(shí)驗(yàn)

預(yù)防——社區(qū)干預(yù)實(shí)驗(yàn)（communityinterventiontrial）2.調(diào)查(Survey)研究(無干預(yù))被動(dòng)地觀察、如實(shí)記錄

第五頁，共五十三頁，2022年，8月28日兩種研究類型的區(qū)別與聯(lián)系第六頁，共五十三頁，2022年，8月28日三、研究設(shè)計(jì)的基本要素

（一）處理因素(treatmentfactor)（二）受試對(duì)象(subject)（三）實(shí)驗(yàn)效應(yīng)(experimentaleffect)降壓藥高血壓病人血壓值處理因素受試對(duì)象實(shí)驗(yàn)效應(yīng)其他因素其他效應(yīng)第七頁，共五十三頁，2022年，8月28日確定處理因素的注意事項(xiàng):

（1）抓住實(shí)驗(yàn)中的主要因素

（2）明確處理因素和非處理因素（3）處理因素須標(biāo)準(zhǔn)化處理因素在整個(gè)試驗(yàn)過程中保持不變例如，不同時(shí)期的藥物批號(hào)，手術(shù)操作者熟練程度。（一）處理因素(treatmentfactor)第八頁，共五十三頁，2022年，8月28日（二）受試對(duì)象(subject)例：人、動(dòng)物1.受試對(duì)象的選入標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定受試對(duì)象選入標(biāo)準(zhǔn)（eligibilitycriteria）：納入標(biāo)準(zhǔn)（inclusioncriteria）、排除標(biāo)準(zhǔn)（exclusioncriteria）

2.受試對(duì)象的控制（1）受試對(duì)象的一致性人——年齡、性別、病情、病程等動(dòng)物——種系、年齡、性別、體重等（2）受試對(duì)象影響因素的控制季節(jié)、溫度、濕度、生活環(huán)境、嗜好、試驗(yàn)輔助措施等。第九頁，共五十三頁，2022年，8月28日（三）實(shí)驗(yàn)效應(yīng)(experimentaleffect)處理因素作用于受試對(duì)象的結(jié)果，通過觀察指標(biāo)表達(dá)。觀察指標(biāo)應(yīng)客觀、精確。

1.客觀性：主觀指標(biāo)和客觀指標(biāo)。

2.精確性：

準(zhǔn)確度(accuracy)或真實(shí)性(validity)——觀察值與真實(shí)值的接近程度，受系統(tǒng)誤差的影響。

常用指標(biāo)：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(shí)觀察值與其均值的接近程度，受隨機(jī)誤差的影響。

常用指標(biāo)：Kappa值、一致百分率第十頁，共五十三頁，2022年，8月28日準(zhǔn)確度與精密度第十一頁，共五十三頁，2022年，8月28日四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則（一）隨機(jī)化原則（randomization）（二）對(duì)照原則(control)（三）重復(fù)原則(replication)第十二頁，共五十三頁，2022年，8月28日（一）隨機(jī)化原則隨機(jī)分組：每個(gè)受試對(duì)象以機(jī)會(huì)均等的原則被隨機(jī)地分配到各個(gè)處理組中。隨機(jī)抽樣：總體中每一個(gè)觀察單位以機(jī)會(huì)均等的可能性被抽取。1.隨機(jī)化的意義

（1）隨機(jī)分組使兩組樣本在非處理因素方面盡可能一致，使處理因素產(chǎn)生的效應(yīng)更加客觀；（2）隨機(jī)抽樣使抽取的樣本具有代表（總體）性，減少誤差；（3）抽樣研究理論和統(tǒng)計(jì)分析方法的需要。第十三頁，共五十三頁，2022年，8月28日隨機(jī)與隨意隨機(jī)：random機(jī)會(huì)均等，客觀性隨意：aswill隨主觀意愿，主觀性隨機(jī)化分組，不僅能控制已知的混雜因素(非研究因素)，而且還能控制未知的混雜因素。第十四頁，共五十三頁，2022年，8月28日隨機(jī)的三個(gè)含義分組隨機(jī)－均衡性每個(gè)研究對(duì)象有同等機(jī)會(huì)被分配到各處理組抽樣隨機(jī)－代表性總體中每個(gè)觀察個(gè)體有同等機(jī)會(huì)被抽取實(shí)驗(yàn)順序隨機(jī)－平衡順序或季節(jié)的影響每個(gè)研究對(duì)象先后接受處理的機(jī)會(huì)相同。第十五頁，共五十三頁，2022年，8月28日2.隨機(jī)化的方法

(1)

拋硬幣法“徽”與“字”

(2)

擲骰子法6面1~6點(diǎn)

(3)

抽簽法（捻鬮）

(4)隨機(jī)數(shù)字表法（隨機(jī)數(shù)字法）（5）計(jì)算器(計(jì)算機(jī))產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)

第十六頁，共五十三頁，2022年，8月28日

幾種不同設(shè)計(jì)類型的隨機(jī)化分組：

（1）完全隨機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（2）隨機(jī)區(qū)組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（3）配對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（4）拉丁方設(shè)計(jì)（5）交叉設(shè)計(jì)第十七頁，共五十三頁，2022年，8月28日完全隨機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

（completelyrandomexperimentdesign）將觀察單位完全隨機(jī)地分配到實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組或幾個(gè)對(duì)比組中去?！纠?】設(shè)有同性別的動(dòng)物12頭，要求用隨機(jī)方法將其分為甲、乙兩組。第十八頁，共五十三頁，2022年，8月28日方法（1）編號(hào)：按動(dòng)物體重依次編號(hào)為1,2,3,…,12號(hào)。（2）產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)字：對(duì)于每一個(gè)編號(hào)，依次由計(jì)算器（計(jì)算機(jī)）產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)（共12次）。（3）歸組：事先規(guī)定將較小隨機(jī)數(shù)的6只動(dòng)物分入甲組，其他6只動(dòng)物分入乙組。第十九頁，共五十三頁，2022年，8月28日【例2】

將【例1】中的12頭動(dòng)物用隨機(jī)方法分配到甲、乙、丙三組中去。

第二十頁，共五十三頁，2022年，8月28日方法（1）編號(hào)：按動(dòng)物體重依次編號(hào)為1,2,3,…,12號(hào)。（2）產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)字：對(duì)于每一個(gè)編號(hào)，依次由計(jì)算器（計(jì)算機(jī)）產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)（共12次）。以上兩點(diǎn)與分成兩組完全相同。（3）歸組：事先規(guī)定將較小隨機(jī)數(shù)的4只動(dòng)物分入甲組，將較大隨機(jī)數(shù)的4只動(dòng)物分入丙組，其他4只動(dòng)物分入乙組。第二十一頁，共五十三頁，2022年，8月28日

配對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

(pairedexperimentdesign)配對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的兩種情況：1.同源配對(duì)：同一受試對(duì)象用兩種不同的實(shí)驗(yàn)方法；受試對(duì)象自身實(shí)驗(yàn)前后的對(duì)比。2.非同源配對(duì)：將具有相同條件的實(shí)驗(yàn)對(duì)象配成對(duì)子。

第二十二頁，共五十三頁，2022年，8月28日【例3】將已按近似條件配好的10對(duì)小白鼠，用隨機(jī)方法分配到實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。

方法（1）編號(hào)：對(duì)小白鼠進(jìn)行對(duì)子編號(hào)，同時(shí)每個(gè)對(duì)子內(nèi)的二只小白鼠也分別編號(hào)。（2）產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)字：對(duì)于每一組合編號(hào)，依次由計(jì)算器（計(jì)算機(jī)）產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)（共20個(gè)）。（3）歸組（對(duì)子內(nèi)兩只小白鼠的隨機(jī)）：事先規(guī)定每個(gè)對(duì)子內(nèi)隨機(jī)數(shù)字較小者分配到對(duì)照組；隨機(jī)數(shù)字較大者分配到實(shí)驗(yàn)組。非同源配對(duì)隨機(jī)化分組第二十三頁，共五十三頁，2022年，8月28日隨機(jī)區(qū)組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

(randomizedblockexperimentdesign)（1）將多方面條件相近的受試對(duì)象配成一組，稱作一個(gè)區(qū)組（block）。（2）每個(gè)區(qū)組的受試對(duì)象個(gè)數(shù)取決于對(duì)比組組數(shù)。

(3)每個(gè)區(qū)組的受試對(duì)象被隨機(jī)地分配到各對(duì)比組中。

配對(duì)設(shè)計(jì)的擴(kuò)展，故又稱配伍組設(shè)計(jì)

第二十四頁，共五十三頁，2022年，8月28日【例4】將【例1】中的12頭動(dòng)物設(shè)計(jì)分為三個(gè)區(qū)組，進(jìn)行四種處理的比較。

方法（1）編號(hào)：對(duì)12頭動(dòng)物進(jìn)行區(qū)組編號(hào)，同時(shí)每個(gè)區(qū)組內(nèi)的四頭動(dòng)物也分別編號(hào)。（2）產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)字：對(duì)于每一組合編號(hào)，依次由計(jì)算器（計(jì)算機(jī)）產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)（共12個(gè)）。（3）歸組（區(qū)組內(nèi)四頭動(dòng)物的隨機(jī)）：事先規(guī)定每一個(gè)區(qū)組內(nèi)隨機(jī)數(shù)字由小到大對(duì)應(yīng)動(dòng)物分別分配到甲、乙、丙、丁處理組。第二十五頁，共五十三頁，2022年，8月28日

交叉設(shè)計(jì)

(cross-overexperimentdesign)每個(gè)受試者隨機(jī)地在兩個(gè)或多個(gè)不同試驗(yàn)階段分別接受指定的處理(試驗(yàn)藥或?qū)φ账?。

同源配對(duì)設(shè)計(jì)的擴(kuò)展優(yōu)點(diǎn)：（1）控制個(gè)體間的差異，（2）減少受試者人數(shù)。第二十六頁，共五十三頁，2022年，8月28日

交叉設(shè)計(jì)

(cross-overexperimentdesign)隨機(jī)化分組1組2組第二十七頁，共五十三頁，2022年，8月28日

交叉設(shè)計(jì)

(cross-overexperimentdesign)1組2組第二十八頁，共五十三頁，2022年，8月28日【例5】某研究者擬采用交叉設(shè)計(jì)觀察A、B兩種藥物治療18例高血壓病患者的療效。

1.隨機(jī)數(shù)字法（1）編號(hào)：將受試者分別編號(hào)為1、2、3、4、…、17、18號(hào)。（2）產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)字：由計(jì)算器（計(jì)算機(jī)）產(chǎn)生18個(gè)隨機(jī)數(shù)。（3）歸組：隨機(jī)數(shù)字較小的一半患者先用A藥后用B藥；較大的一半患者先用B藥后用A藥。

第二十九頁，共五十三頁，2022年，8月28日（二）對(duì)照原則1.對(duì)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)

藥物治療例:老年性慢性支氣管炎氣候轉(zhuǎn)暖,自然緩解②消除和減少實(shí)驗(yàn)誤差處理組：對(duì)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)處理因素處理效應(yīng)比較結(jié)果第三十頁，共五十三頁，2022年，8月28日2.對(duì)照的形式

(1)空白對(duì)照(blankcontrol)：對(duì)照組不加任何處理因素。

例如：①實(shí)驗(yàn)組兒童接種疫苗，對(duì)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(diǎn)：簡(jiǎn)單易行，但容易引起心理差異，從而影響實(shí)驗(yàn)效應(yīng)的測(cè)定。

——

安慰劑對(duì)照(placebocontrol)包括：空白對(duì)照、實(shí)驗(yàn)對(duì)照、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照、自身對(duì)照、相互對(duì)照、歷史對(duì)照第三十一頁，共五十三頁，2022年，8月28日(2)實(shí)驗(yàn)對(duì)照(experimentalcontrol)：施加基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)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2.對(duì)照的形式

第三十二頁，共五十三頁，2022年，8月28日

(3)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照(standardcontrol)：以現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)或正常值作對(duì)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(shí)驗(yàn)室應(yīng)用較多2.對(duì)照的形式

第三十三頁，共五十三頁，2022年，8月28日

(4)

自身對(duì)照（self-control）：實(shí)驗(yàn)在同一受試對(duì)象上進(jìn)行（同源配對(duì)設(shè)計(jì)、交叉設(shè)計(jì)）特點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行，使用廣泛。假定試驗(yàn)前后某些環(huán)境或自身因素保持不變。

2.對(duì)照的形式

第三十四頁，共五十三頁，2022年，8月28日(5)相互對(duì)照（inter-control）：幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組互相作為對(duì)照例如：比較幾種藥物治療同一疾病的療效2.對(duì)照的形式

第三十五頁，共五十三頁，2022年，8月28日(3)

歷史對(duì)照：以過去的研究結(jié)果作對(duì)照。與本人或他人過去的研究結(jié)果作比較——不好?。。。。。?.對(duì)照的形式

第三十六頁，共五十三頁，2022年，8月28日3.設(shè)立對(duì)照應(yīng)注意的事項(xiàng)(1)均衡對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組除研究因素外，其他因素應(yīng)盡可能相同(2)同步對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組應(yīng)處于同一空間和同一時(shí)間第三十七頁，共五十三頁，2022年，8月28日4.設(shè)立對(duì)照存在的問題

(1)缺乏對(duì)照(2)缺乏適當(dāng)?shù)膶?duì)照:歷史對(duì)照（時(shí)間不同步）和中外對(duì)照

（空間不同步）

(3)對(duì)照不全(4)對(duì)照多余

第三十八頁，共五十三頁，2022年，8月28日(三)重復(fù)的原則

重復(fù)(replication)是指各處理組與對(duì)照組要有一定樣本含量(samplesizes)。無限地增加樣本含量，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。樣本含量不足，檢驗(yàn)效能（Power，1－β）偏低，總體參數(shù)之間原本有差異也無法檢驗(yàn)出來。第三十九頁，共五十三頁，2022年，8月28日五、抽樣方法常用的抽樣方法

1.

單純隨機(jī)抽樣2.系統(tǒng)抽樣

3.分層抽樣4.整群抽樣第四十頁，共五十三頁，2022年，8月28日1.單純隨機(jī)抽樣(simplerandomsampling)

先將總體的全部觀察對(duì)象編號(hào)，再利用抽簽或隨機(jī)數(shù)字表的方法隨機(jī)抽取觀察對(duì)象組成樣本。最基本的抽樣方法其他抽樣方法的基礎(chǔ)

優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算誤差比較簡(jiǎn)便；缺點(diǎn)：對(duì)象較多時(shí)，甚為復(fù)雜。第四十一頁，共五十三頁，2022年，8月28日抽樣步驟：（1）先將全校學(xué)生按點(diǎn)名冊(cè)編號(hào)，即編號(hào)為1、2、…、499、500；（2）對(duì)每個(gè)編號(hào)產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)字（共500個(gè)隨機(jī)數(shù)）（3）事先規(guī)定隨機(jī)數(shù)較大（小）的50人組成樣本。例，調(diào)查某中學(xué)學(xué)生的血紅蛋白含量，在全體500名學(xué)生中，隨機(jī)抽取10%，即抽取50人。第四十二頁，共五十三頁，2022年，8月28日2.系統(tǒng)抽樣(systematicsampling)

按照一定的順序，機(jī)械地每隔若干個(gè)單位抽取一個(gè)單位的方法。又稱間隔抽樣，機(jī)械抽樣如按門牌號(hào)，每個(gè)10個(gè)號(hào)抽取用戶，。。。優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省抽樣時(shí)間和費(fèi)用。缺點(diǎn)：在某些特殊情況下存在偏性。第四十三頁，共五十三頁，2022年，8月28日例：欲從15000名兒童中，抽取750名組成樣本。（1）求抽樣間隔15000÷750＝20/1，即每間隔20人抽取1個(gè)人；（2）抽樣編號(hào)，確定在1~20號(hào)之間從何編號(hào)開始。然后每加上20抽取1名兒童。例如起始數(shù)字為8，則第8，28，48，68，……號(hào)兒童即構(gòu)成所抽取的樣本。第四十四頁，共五十三頁，2022年，8月28日3.分層抽樣(stratifiedsampling)

先按某種特征將總體分為若干組別、類型或區(qū)域等（統(tǒng)稱為“層”），再用隨機(jī)抽樣的方法從每個(gè)子總體中抽取樣本。要求“層內(nèi)齊同，層間不同”。比例分層法，最優(yōu)分層法優(yōu)點(diǎn)：抽樣誤差小，不同層可采用不同抽樣方法，各層可獨(dú)立進(jìn)行分析，各層間可進(jìn)行比較分析。缺點(diǎn)：分層較多時(shí)，調(diào)查和分析較麻煩。第四十五頁，共五十三頁，2022年，8月28日

4.整群抽樣(clustersampling)

按群體而不是按個(gè)體抽取觀察單位的抽樣方法。優(yōu)點(diǎn)：在大規(guī)模調(diào)查中，易于組織，節(jié)省人力物力。缺點(diǎn)：抽樣誤差大。各種抽樣方法的抽樣誤差順序：分層≤系統(tǒng)≤單純≤整群

第四十六頁，共五十三頁，2022年，8月28日六、系統(tǒng)誤差與控制方法

誤差(error)：實(shí)測(cè)值與真值之差。隨機(jī)誤差：抽樣誤差不恒定、隨機(jī)、變化非隨機(jī)誤差非系統(tǒng)誤差：過失誤差系統(tǒng)誤差：方向性第四十七頁，共五十三頁，2022年，8月28日（一）系統(tǒng)誤差定義系統(tǒng)誤差(systematicerror)在一定實(shí)驗(yàn)條件下，由某種未發(fā)現(xiàn)或未確定的因素所引起觀測(cè)值具有方向性和系統(tǒng)性的誤差，又稱偏倚（bias）。

第四十八頁，共五十三頁，2022年，8月28日（二）產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的常