生物統(tǒng)計學第十一章實驗設(shè)計

生物統(tǒng)計學第十一章實驗設(shè)計第1頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一實驗計劃書的編制格式:國內(nèi)外研究動態(tài)實驗目的預期結(jié)果實驗設(shè)計的選擇：因素及水平；響應量；設(shè)計方法實驗方法的確定田間計劃實驗記錄第2頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一實驗設(shè)計的基本原則對照(control)隨機化(randomization)重復(replication)

第3頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一實驗設(shè)計的基本原則對照原則目的：顯露處理因素的效應；控制混雜因素和偏倚；判斷不良反應。第4頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一實驗設(shè)計的基本原則對照的形式：(1)安慰劑對照(placebocontrol)(2)空白對照(blankcontrol)

(3)實驗對照(experimentalcontrol)

(4)自身對照(selfcontrol)

(5)標準對照(standardcontrol)

第5頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一空白對照：對照組不施加任何處理因素。安慰劑對照:對照組采用一種無藥理作用的假藥，它在藥物劑型或處置上不能為受試者識別，稱安慰劑。實驗對照：對照組不施加處理因素，但施加某種與處理因素有關(guān)的實驗因素。標準對照：用現(xiàn)有標準方法或常規(guī)方法做對照。這種對照在臨床試驗中用得較多，因為很多情況下不給病人任何治療是不符合醫(yī)德的。另外，還可用于某種新的檢驗方法是否能代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法的研究。自身對照：對照與實驗在同一受試對象進行，如以病人用藥前后的血壓值作對比。相互對照：幾種處理（或水平）互為對照。第6頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一實驗設(shè)計的基本原則隨機化原則隨機化是使每個受試對象都有同等的機會被抽取或分到不同的實驗組和對照組。隨機化形式(1)抽樣的隨機(2)分組的隨機(3)實驗順序的隨機

第7頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一實驗設(shè)計的基本原則完全隨機化(1)編號將n個受試對象編號，動物可按體重大小，患者可按就診順序。(2)取隨機數(shù)可從隨機數(shù)字表或計算器或計算機獲得。每個受試對象獲得的隨機數(shù)可是一位數(shù)，也可是兩位數(shù)或三位數(shù)，一般要求與n的位數(shù)相同。(3)確定組別根據(jù)受試對象獲得的隨機數(shù)決定受試對象在哪一組。分兩組可按隨機數(shù)的奇偶；分k組可按隨機數(shù)除以k后的余數(shù)進行分組。

第8頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一實驗設(shè)計的基本原則例8-1試將同性別、體重相近的30只動物分到A、B、C三組。先將動物按體重編號，再從本書后面所附隨機數(shù)字表中任一行如第16行最左開始連續(xù)取30個兩位數(shù)字。最后將這30個兩位數(shù)字分別除以3，余數(shù)0、1、2分別對應于A、B、C三組

第9頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一實驗設(shè)計的基本原則分層隨機化分層隨機化步驟：(1)編號排序?qū)⒚繉拥氖茉噷ο缶幪柵判颍珞w重從輕到重，時間由前至后等。(2)取隨機數(shù)從隨機數(shù)字表或計算器或計算機獲得。每個受試對象可取兩位數(shù)。

(3)確定組別根據(jù)每層受試對象獲得的隨機數(shù)的大小順序決定受試對象在哪一組。對每個處理也可規(guī)定順序，如處理A,B,C,…分別對應于序號1,2,3,…。

第10頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一實驗設(shè)計的基本原則重復原則重復是指在相同實驗條件下進行多次研究或多次觀察。重復的情形：

(1)整個實驗的重復（2）用多個受試對象進行重復有足夠的樣本含量(samplesize)，（3）同一受試對象的重復觀察重復最主要的作用是估計實驗誤差。

第11頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一實驗設(shè)計的基本要素實驗設(shè)計三要素：受試對象(object)處理因素(treatment)實驗效應(experimentaleffect)第12頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一實驗設(shè)計的基本要素

受試對象受試對象或稱研究對象是處理因素作用的客體，是根據(jù)研究目的確定的研究總體。研究目的不同,醫(yī)學研究的對象可以是人、動物和植物，也可以是某個器官、細胞和血清等生物材料。第13頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一實驗設(shè)計的基本要素按試驗對象，實驗可以分為三類：動物實驗(animalexperiment),其受試對象為動物；臨床試驗(clinicaltrial),其受試對象通常為患者；現(xiàn)場試驗(fieldtrial),其受試對象通常為正常人群。第14頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一實驗設(shè)計的基本要素受試對象作嚴格的規(guī)定，以保證其同質(zhì)性(homogeneity)和代表性

同質(zhì)性：動物的種類、品系、年齡、性別、體重、窩別和營養(yǎng)狀況等。人群的性別、年齡、民族、職業(yè)、文化程度和經(jīng)濟狀況、病情和病程等。

代表性：隨機抽樣第15頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一實驗設(shè)計的基本要素

處理因素處理因素或受試因素：根據(jù)研究目確定的欲施加或欲觀察的、并能引起受試對象直接或間接效應的因素，簡稱處理或因素(factor)。是根據(jù)研究目的確定的主要因素，處理因素在整個實驗中應始終要保持不變

非處理因素：與處理因素可能同時存在的能使受試對象產(chǎn)生效應的非研究因素。非處理因素干擾效應與所研究因素間關(guān)系的觀察與分析，常常又稱混雜因素(confounder)。

第16頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一實驗設(shè)計的基本要素處理因素種類：生物性、化學性、物理性處理因素水平：每個因素在數(shù)量上或強度上可有不同。

單因素單水平：研究某藥物對原發(fā)性高血壓患者的降壓作用；

單因素多水平：研究某藥不同劑量的降血糖作用；

多因素單水平：比較不同藥物或不同療法對某病的治療效果；

多因素多水平：臨床上探索某腫瘤的聯(lián)合化療方案等。

第17頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一實驗設(shè)計的基本要素實驗效應實驗效應是處理因素作用于受試對象的反應(response)和結(jié)局(outcome)，它通過觀察指標(統(tǒng)計學常將指標稱為變量)來體現(xiàn)。

觀察指標應具有客觀性、精確性、特異性和靈敏性。

第18頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一實驗設(shè)計的基本要素客觀性：客觀指標則是借助測量儀器和檢驗等手段來反映的觀察結(jié)果，客觀指標具有較好的真實性和可靠性。主觀指標是受試對象的主觀感覺、記憶、陳述或?qū)嶒炚叩闹饔^判斷結(jié)果；而。主觀指標具有隨意性和偶然性。第19頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一實驗設(shè)計的基本要素精確性：包括準確度(accuracy)和精密度(precision)兩層含義。準確度指觀察值與真值的接近程度，主要受系統(tǒng)誤差的影響；精密度指重復觀察時，觀察值與其均數(shù)的接近程度，其差值屬于隨機誤差。第20頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一實驗設(shè)計的基本要素特異性和靈敏性：某指標的特異度(specificity)反映其鑒別真陰性的能力，靈敏度（sensitivity）則反映其檢出真陽性的能力。特異度高的指標不易受混雜因素的干擾；靈敏度高的指標能將處理因素的效應更好地顯示出來。

第21頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一實驗設(shè)計的基本要素4)指標的盲法觀察：為消除或最大限度地減少主觀偏性，在設(shè)計時常采用盲法(blindmethod)。

單盲法(singleblindmethod)：受試對象不知道自己分在哪一組；

雙盲法(doubleblindmethod)：受試對象和實驗執(zhí)行者均不知道受試對象分在哪一組

三盲法(tripleblindmethod)：受試對象、實驗執(zhí)行者和統(tǒng)計分析人員三者均不知道受試對象分在哪一組第22頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一常用的實驗設(shè)計方案方案:完全隨機設(shè)計配對設(shè)計隨機區(qū)組設(shè)計交叉設(shè)計析因設(shè)計

第23頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一常用的實驗設(shè)計方案完全隨機設(shè)計

1、設(shè)計模式：目標生物隨機抽樣研究對象試驗組對照組隨機分配陽性陰性陽性陰性第24頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一常用的實驗設(shè)計方案成組比較實驗設(shè)計1隨機化2設(shè)置對照和處理組3樣本含量4實驗的誤差第25頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一常用的實驗設(shè)計方案配對比較實驗設(shè)計1同窩2同枝第26頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一常用的實驗設(shè)計方案交叉設(shè)計設(shè)計模式：陽性陽性甲組（方案A）洗方案B對象陰性脫陰性陽性期陽性乙組（方案B）方案A

陰性陰性第27頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一常用的實驗設(shè)計方案隨機區(qū)組設(shè)計例4-3如何按隨機區(qū)組設(shè)計，分配5個區(qū)組的15只小白鼠接受甲、乙、丙三種抗癌藥物？方法為先將小白鼠的體重從輕到重編號，體重相近的3只小白鼠配成一個區(qū)組，見表4-6。在隨機數(shù)字表（附表15）中任選一行一列開始的2位數(shù)作為1個隨機數(shù)，如從第8行第3列開始紀錄，見表4-6；在每個區(qū)組內(nèi)將隨機數(shù)按大小排序；各區(qū)組中內(nèi)序號為1的接受甲藥、序號為2的接受乙藥、序號為3的接受丙藥，常用的實驗設(shè)計方案第28頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一常用的實驗設(shè)計方案

常用的實驗設(shè)計方案

第29頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一樣本含量的估計

影響樣本含量估計的因素

1.第一類錯誤概率的大小。越小所需樣本含量愈多，

2.檢驗功效(1)或第二類錯誤概率的大小檢驗功效愈大，第二類錯誤的概率愈小，所需