上海交通大學醫(yī)學院醫(yī)學實驗設計與分析課程級試驗設計new演示文稿

上海交通大學醫(yī)學院醫(yī)學實驗設計與分析課程級試驗設計new演示文稿當前第1頁\共有95頁\編于星期四\15點上海交通大學醫(yī)學院醫(yī)學實驗設計與分析課程級試驗設計new當前第2頁\共有95頁\編于星期四\15點設計的意義無處不在的設計經(jīng)濟－節(jié)省人力,物力,時間高效－考察多因素,多指標準確－樣本總體可靠－控制誤差,排除干擾當前第3頁\共有95頁\編于星期四\15點醫(yī)學研究存在問題實驗原則掌握不當實驗設計方面的缺陷統(tǒng)計數(shù)據(jù)處理時存在的問題當前第4頁\共有95頁\編于星期四\15點設計的核心內(nèi)容四原則：隨機，對照，重復，均衡三要素：實驗因素,實驗對象,實驗效應設計類型：當前第5頁\共有95頁\編于星期四\15點研究設計的基本要素

（一）處理因素(treatmentfactor)（二）受試對象(subject)（三）實驗效應(experimentaleffect)降壓藥高血壓病人血壓值處理因素受試對象實驗效應其他因素其他效應當前第6頁\共有95頁\編于星期四\15點因素實驗因素（處理因素）區(qū)組因素（非處理因素）因素(factor)；水平(level)-劑量（幾個？）實驗點（因素間每一水平組合）設計當前第7頁\共有95頁\編于星期四\15點抓住實驗主要因素（藥劑、手術方法、毒物），明確處理因素和非處理因素（病人心理狀態(tài)、生產(chǎn)、生活條件及社會心理因素）處理因素須標準化處理因素在整個試驗過程中保持不變（不同時期的藥物批號，手術操作者熟練程度，給藥時間，給藥途徑，給藥量（口服為100%，靜脈為20%-25%。新藥試用劑量，靜脈注入量為LD50的1/15-1/5），麻醉，儀器校正）實驗方法（幾種）；整體，離體，細胞劑量遞增，劑量換算（一）處理因素當前第8頁\共有95頁\編于星期四\15點劑量換算D2＝D1(R2/R1)例：某藥在200g大鼠劑量為18mg,求在1.6kg家兔的劑量。

D2=18×28.78÷7.04=73.58mice161820220.8610.9311.0001.066rat1601802002206.6076.5627.0407.502rabbit1.41.61.82.026.3328.7831.1333.39當前第9頁\共有95頁\編于星期四\15點（二）受試對象受試對象的選入標準（eligibilitycriteria）：納入標準（inclusioncriteria）、排除標準（exclusioncriteria）受試對象的控制（1）受試對象的一致性（動物——種系、年齡、性別、體重）（2）受試對象影響因素的控制季節(jié)、溫度、濕度、生活環(huán)境、嗜好、試驗輔助措施等。注意標本采集及儲存。當前第10頁\共有95頁\編于星期四\15點家兔對體溫變化靈敏,適用于發(fā)熱、解熱和檢查熱原等實驗研究豚鼠和大鼠對組織胺反應相反,豚鼠對組織胺反應十分敏感,適用于平喘藥和抗組織胺藥的實驗研究,大鼠則不宜用家兔的胸腔結構與其它不同,胸膜中央有一層很薄的縱膈膜將胸腔分為左右兩部,互不相動物無需人工呼吸,很適合于開胸和心臟實驗當前第11頁\共有95頁\編于星期四\15點（三）實驗效應指標關聯(lián)性：反映本質(zhì)指標客觀化：主觀指標和客觀指標指標靈敏度（單位？指標精確性：精密度準確度當前第12頁\共有95頁\編于星期四\15點（三）實驗效應精密度(precision)：可靠性（reliabiliy）或重復性（repeatability）——重復觀察時觀察值與其均值的接近程度，受隨機誤差的影響。CV準確度(accuracy)

真實性(validity)——觀察值與真實值的接近程度，受系統(tǒng)誤差的影響。當前第13頁\共有95頁\編于星期四\15點準確度與精密度當前第14頁\共有95頁\編于星期四\15點專業(yè)設計：

（專業(yè)角度）選題、建立假說、選擇研究對象、確定觀察指標、技術方法。

統(tǒng)計設計：（統(tǒng)計學角度）確定實驗設計方案、抽樣方法、樣本容量、統(tǒng)計分析指標及統(tǒng)計分析方法等。如：研究對象（分組、設置對照、樣本量）、處理因素、觀察指標、數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制與管理、統(tǒng)計分析。當前第15頁\共有95頁\編于星期四\15點統(tǒng)計研究設計的分類按功能分：調(diào)查設計(surveydesign)實驗設計(experimentdesign)臨床試驗設計(clinicaltrialdesign)按實施設計方案的手段分：觀察性研究設計—未施加干預實驗性研究設計—對觀察對象人為地施加了干預(即處理因素)。當前第16頁\共有95頁\編于星期四\15點觀察性研究設計橫斷面研究設計（反映事物此時此刻的狀態(tài)）隊列研究設計（前瞻性病例對照研究（回顧性混合研究設計（前瞻性＋回顧性當前第17頁\共有95頁\編于星期四\15點實驗性研究設計

研究者根據(jù)研究目的，通過施加干預，在“有利的條件”下獲得試驗結果。從統(tǒng)計學意義上講，“有利的條件”就是在科學的實驗設計指導下，在排除其他非干預措施因素的影響后，推論干預因素的因果效應。當前第18頁\共有95頁\編于星期四\15點分類按實驗因素：單因素實驗設計多因素實驗設計實驗設計類型：單因素K水平設計析因設計具有重復測量的設計當前第19頁\共有95頁\編于星期四\15點單因素K水平設計配對：自身配對設計（self-matching)

同源配對設計(homogenetic-

條件相近者配對設計不配對：成組設計當前第20頁\共有95頁\編于星期四\15點完全隨機設計將樣本中全部受試對象隨機地分配到各個處理組(包括對照）中,分別接受不同的處理;對效應進行平行觀察，結果行成組統(tǒng)計分析。分別從不同總體中隨機抽樣進行對比觀察,后者亦稱成組設計。當前第21頁\共有95頁\編于星期四\15點1061年《本草圖經(jīng)》(宋)評價人參效果1747年蘇格蘭醫(yī)生Lind進行了治療壞血病的對照試驗1948年在英國醫(yī)學研究會領導下開展了世界上第一個臨床隨機對照試驗(randomizedcontrolledtrial,RCT)肯定了鏈霉素治療肺結核的療效。1955年Truelove進行了胃腸病方面首項RCT，證實了腎上腺皮質(zhì)激素治療潰瘍性結腸炎優(yōu)于安慰劑1969年Ruffin的一項雙盲RCT證實了胃冰凍療法對治療十二指腸潰瘍引起的出血是無效的。當前第22頁\共有95頁\編于星期四\15點優(yōu)點:最常用，適應面廣，設計和統(tǒng)計分析比較簡單可行，組間樣本可不同，耐受缺失缺點:1）小樣本可造成抽樣誤差

2）實驗效率低，只能分析一個因素；樣本量大分組方法：實驗研究中現(xiàn)將實驗動物編號后，按隨機數(shù)字或隨機排列表將它們分為兩組或多組后，施于不同的處理；臨床試驗中常從不同對象中隨機抽樣，觀察比較不同治療組的反應或療效。當前第23頁\共有95頁\編于星期四\15點注意事項：盡量注意各樣本間的均衡性，減少抽樣誤差樣本量相同時效率高當前第24頁\共有95頁\編于星期四\15點配對設計自身前后配對左右配對異體配對當前第25頁\共有95頁\編于星期四\15點自身前后配對選擇符合納入標準的若干個個體，并將每一個體在接受處理前、后測得相同指標進行配對為自身對照（處理前為對照）同一標本兩種測量方法也屬自身對照

當前第26頁\共有95頁\編于星期四\15點

例：問下列4名病人藥前與藥后差別是否顯著？

1234藥前10.19.85.73.4藥后10.39.95.753.6當前第27頁\共有95頁\編于星期四\15點按自身配對t算:t=3.667，DF=3

∵t0.05(3)=3.18,P<0.05Pp=0.0377按分組t算:x1=7.250SD1=3.258

x2=7.388SD2=3.257(CV>30%)ts=0.0596t0.05(6)=2.46

P>0.05Ps=0.9093

當前第28頁\共有95頁\編于星期四\15點自身配對設計（自身對照）處理前后來自同一對象，抽樣誤差小要求被試因素施加前后保持一致。一般用于急性或短期實驗，以免隨時間延長混入干擾因素（氣候，心理）對于病情穩(wěn)定的慢性病，僅觀察短期的對癥治療效果也可用。（潰瘍，失眠）當前第29頁\共有95頁\編于星期四\15點注意事項：控制實驗條件，保證前后條件可比性離體實驗生物反應變化大，可安排異體配對個體差異大時，可用變化率表示當前第30頁\共有95頁\編于星期四\15點抗精神病藥物治療急性期體脂分布特征及其與血脂代謝相關性研究

國家自然科學基金資助項目(課題號:30170344)

目的探討抗精神病藥物治療急性期體脂分布特征及其與血脂代謝的關系。方法對46例入選患者采用自身配對設計,給予單一抗精神病藥物(APS)治療10周,檢測患者治療前后體重、體重指數(shù)(BMI)和血脂……當前第31頁\共有95頁\編于星期四\15點左右配對左右器官或組織反應接近為同一個體，為自身對照，可比性強（局麻藥）限于淺表部位適于局部作用因素（擴瞳），通過反射或血液循環(huán)，不宜用當前第32頁\共有95頁\編于星期四\15點異體配對將樣本中受試對象按某些特征或條件配成對子,再將每對中兩個受試對象隨機分配到兩個不同處理組中。平行進行，可排除時間，氣候干擾可用于慢性實驗但異體配對較難實施（同窩，同種當前第33頁\共有95頁\編于星期四\15點配對設計優(yōu)點：減少個體差異節(jié)省樣本量較少倫理學問題當前第34頁\共有95頁\編于星期四\15點例1：研究某降壓藥，擬采用A、B兩劑量,已知此藥持續(xù)時間小于6h,6h后血壓又會恢復到原先的水平。每一組至少要用5只貓。問:如何設計類型?當前第35頁\共有95頁\編于星期四\15點方案一

10只貓完全隨機均分成2組,1組給A劑量,另1組給B劑量,即采用“成組設計”完全隨機化好不好？－取決于樣本量樣本小，非實驗因素不齊，分層隨機較好方案二按性別、體重、年齡、健康狀況、基礎血壓值等接近的每兩只貓配成1對,用隨機的方法決定其中1只貓接受A劑量,另1只接受B劑量,即采用“條件相近者配對設計”。當前第36頁\共有95頁\編于星期四\15點方案三每一窩中取出2只“性別相同、健康狀況和基礎血壓值等各方面都相同或接近”的貓配成1對,用“同源配對設計”方案四先用A劑量,后用B劑量,間隔為8h,每次用藥前后都測血壓值,用其差值作為觀測指標,即采用“自身配對設計”。（順序誤差）當前第37頁\共有95頁\編于星期四\15點方案五將10只貓完全隨機地均分成2組,用隨機的方法決定第1組5只貓使用該藥兩種劑量的順序,如先A后B,則第2組中的5只貓使用該藥劑量的順序正好相反。每只貓兩次用藥的時間間隔為8h,每次用藥前后都測血壓值,用其差值作為觀測指標,即采用“成組交叉設計”當前第38頁\共有95頁\編于星期四\15點特殊的自身對照－交叉設計（cross-overdesign)

同一實驗單位在不同實驗階段先后接受不同的處理,不同組別的實驗單位接受處理的順序不同。優(yōu)點：將自身對照與組間比較結合，兼有異體與自身配對，節(jié)約樣本量當前第39頁\共有95頁\編于星期四\15點22交叉二周期交叉對照試驗(Two-periodcross-overtrial,TPCOT)研究A、B兩種藥物的療效是否不同？設兩種順序,即AB和BA,并將2n名實驗對象隨機分配到兩組中,AB組先接受A藥,而BA組先接受B藥,經(jīng)過一段“效應去除時間”

(washouttime)(5t1/2)后,AB組病人改用B藥,BA組病人改用A藥。當前第40頁\共有95頁\編于星期四\15點交叉設計數(shù)據(jù)的變異來源處理效應－研究的主要因素階段效應順序效應－在常用的統(tǒng)計分析中被忽略個體變異冗余效應(nuisanceeffects):順序效應,個體變異優(yōu)點：較準確判斷被試因素的有效性。當前第41頁\共有95頁\編于星期四\15點歷史五十年代,交叉設計應用在農(nóng)業(yè)試驗研究近二十年應用臨床試驗,是用得廣而誤用最多的設計,還稱為“Grizzle”設計或“Hills-Armitage”設計FDA在1992年頒布了一個指南,涉及到2×2交叉設計適用病情穩(wěn)定的慢性病的對癥治療（高血壓，類風濕）臨床新藥試驗及生物等效性試驗中比較兩種處理措施A和B效果的常用方法當前第42頁\共有95頁\編于星期四\15點順序效應(sequenceeffect)

反映了殘留效應(carry-overeffect)的大小,即上一階段的處理由于效應去除時間(washouttime)不足或其他原因干擾了下一階段的處理效果。分為正殘留效應（多見）和負殘留效應兩種。當前第43頁\共有95頁\編于星期四\15點殘留效應,第一階段用藥導致耐藥性而產(chǎn)生的撤退效應(withdrawaleffect)；心理效應(psychologicalcarry—overeffect)；患者身體狀況因用藥而改變所導致的遺留效應(nonuniformcarry-effect)當前第44頁\共有95頁\編于星期四\15點與平行對照試驗相比：隨機分組避免組間差異避免人為選擇性偏倚采用自身對照，使病人間比較改為病人內(nèi)比較，消除個體差異減少樣本量符合醫(yī)學倫理當前第45頁\共有95頁\編于星期四\15點缺點：冗余效應與處理效應混迭(aliasing),尤其是殘留效應與處理效應的混迭。需足夠洗脫期。（阿司匹林雖然半衰期為0.5h，但其對血小板的影響至少1周。）

通過合理設計,足夠間隔時間，遵循雙盲法消除。病人依從性當前第46頁\共有95頁\編于星期四\15點交叉設計條件：病情是穩(wěn)定，慢性病人隨機分配藥物只能改善，不能根治當前第47頁\共有95頁\編于星期四\15點國產(chǎn)硝苯地平控釋片的藥動學和

生物等效性研究

ChinJHypertension,2005;13(5):310采用雙周期自身交叉設計(TwoperiodCrossoverDesign),將受試者隨機分成A、B兩組,A組首次口服受試制劑,B組首次口服參比制劑。1周后交叉服藥。結論主要藥動學參數(shù)AUC、Cmax經(jīng)統(tǒng)計學處理(方差分析和雙單側t檢驗),結果表明兩制劑具生物等效性。當前第48頁\共有95頁\編于星期四\15點“生物等效性”(bioequivalence)評價同一藥物的不同配方或不同的藥物產(chǎn)品其效用是否相當,仿制藥與專利藥是否相當。均以試驗品與參考品作比較,二者應有相似的劑量形式,并且它們在生物體內(nèi)吸收的速率和延緩(吸收率和吸收度)沒有顯著的差別.當前第49頁\共有95頁\編于星期四\15點當前第50頁\共有95頁\編于星期四\15點當前第51頁\共有95頁\編于星期四\15點配伍組設計（隨機區(qū)組設計）分別用A,B,C3種藥物治療30例糖尿病患者,研究用藥后的血糖值是否有差別？隨機抽樣；將樣本中30例受試對象按性別相同,年齡、病情相近者配成10組；用隨機排列表將每個配伍組中3個受試對象隨機分配到A,B,C3個處理組中;臨床試驗。當前第52頁\共有95頁\編于星期四\15點用于配伍的因素通常為影響試驗效應的主要非處理因素,如將受試對象按年齡、性別、體重等因素進行匹配,其目的是使得各處理組間除欲研究的因素外盡量保持均衡可比,從而提高試驗的檢驗效能。區(qū)組內(nèi)的非處理因素基本相近區(qū)組間非處理因素可相同或不同各區(qū)組順序隨機排列當前第53頁\共有95頁\編于星期四\15點特點：各區(qū)組內(nèi)條件基本相同，抽樣誤差小，效率高可分析兩因素（藥物對腎功能，年齡；藥物對癌細胞，細胞類型）注意事項：因素的選擇區(qū)組的劃分不耐受缺失當前第54頁\共有95頁\編于星期四\15點氯胺酮、芬太尼、咪唑安定及異丙酚對TNF-α/IL-10平衡的影響

成年健康雄性新西蘭大白兔(由廣西醫(yī)科大學實驗動物中心提供)30只,以體重作為劃分區(qū)組的因素以消除體重對麻醉藥物的影響,按配伍組設計分為5組,處理因素分別為氯胺酮、芬太尼、咪唑安定、異丙酚和生理鹽水。當前第55頁\共有95頁\編于星期四\15點ABCDCBADBCDABADCCDAB拉丁方隨機化ADCBDABC

DCBA標準方當前第56頁\共有95頁\編于星期四\15點拉丁方設計如果一個方陣是用r個拉丁字母排成的r行r列,方陣的每行每列中,每個拉丁字母只出現(xiàn)一次,那么這個方陣就叫r階拉丁方,或r×r拉丁方當前第57頁\共有95頁\編于星期四\15點受試對象：ⅠⅡⅢⅣ四個藥物：ABCD處理因素,用字母表示,另外兩個是需要加以控制的因素,分別用行和列表示。觀察4種藥物對不同來源動物及不同用藥部位的影響當前第58頁\共有95頁\編于星期四\15點給藥受試對象號部位ⅠⅡⅢⅣ1AAAA2BBBB3CCCC4DDDD

F給藥部位=1.5335,P>0.05;F受試對象間=0.6193,P>0.05;F藥物=7.1811,0.01<P<0.05。當前第59頁\共有95頁\編于星期四\15點多因素實驗設計多因素實驗設計與多因素方差分析多因素實驗設計析因設計(factorialdesign)

正交設計(orthogonaldesign)

嵌套設計(nesteddesign)

裂區(qū)設計(split-plotdesign)當前第60頁\共有95頁\編于星期四\15點多因素實驗設計－析因設計

將兩個或兩個以上的因素及其各種水平進行排列組合,交叉分組的試驗設計。

優(yōu)點：全面、均衡、效率高，信息多每個因素的各水平之間是否有差異;

因素間交互作用;

最佳組合。當前第61頁\共有95頁\編于星期四\15點2×2析因設計兩個因素A和B,每個因素有兩個水平:A1、A2,B1、B2。兩因素的交互作用稱為一階交互作用。3×2×4:A因素3水平,B2水平,C4水平當前第62頁\共有95頁\編于星期四\15點復方黃黛片中藥血清藥理學研究方法的建立

第四軍醫(yī)大學學報2005;26(17)

目的:建立復方黃黛片(CRNIT)中藥血清藥理學研究方法.方法:以兔為含藥血清的供體,以NB4,K562等人白血病細胞株為研究對象,采用析因設計,觀察給藥與否、血清滅活與否、血清濃度及培養(yǎng)時間各因素（2×2×5×2）對白血病細胞株抑制率的影響及四因素間的交互作用.當前第63頁\共有95頁\編于星期四\15點中藥血清藥理學

動物經(jīng)口服給藥后的一定時間采血分離血清,用此含藥血清進行體外藥理實驗的一種實驗方法。中藥粗提物并不能代表體內(nèi)環(huán)境真正發(fā)揮作用的有效成分中藥本身的理化性質(zhì)(如電解質(zhì)、酸堿度等)及雜質(zhì)成分等,都會對細胞的生長產(chǎn)生一定的影響,從而干擾實驗結果,影響實驗結論的真實性和可靠性。當前第64頁\共有95頁\編于星期四\15點特點克服中藥本身的理化性質(zhì)等因素對實驗結果的干擾不僅反應藥物中可吸收部分的直接作用,也可反應藥物在機體作用下形成的代謝物和藥物誘生的機體內(nèi)源性物質(zhì)的間接結果,真實地反應藥物在體內(nèi)的實際作用。當前第65頁\共有95頁\編于星期四\15點整體動物的選擇和給藥劑量羅煥敏等以服用當歸芍藥散改良方的老年癡呆鼠血清研究了其對體外培養(yǎng)的海馬神經(jīng)元形態(tài)變化的影響。給藥劑量應以整體模型動物的有效劑量(即臨床成人劑量的8～18倍量)為妥。當前第66頁\共有95頁\編于星期四\15點給藥方案及采血時間血清滅活與保存血清的添加量和對照組的設立血清中含有多種酶、抗體、補體及其生物活性物質(zhì),它們對體外培養(yǎng)的細胞、病毒、病原菌以及直接用于體外實驗的組織器官等會產(chǎn)生影響而干擾。血清經(jīng)滅活后可否排除這些干擾因素？同時對藥效產(chǎn)生如何影響?含藥血清是否可以長期保存?當前第67頁\共有95頁\編于星期四\15點當前第68頁\共有95頁\編于星期四\15點當前第69頁\共有95頁\編于星期四\15點析因設計是各因素不同水平的全面組合。當因素較多時(>4)，由于組合產(chǎn)生的處理數(shù)急劇增加而難以實現(xiàn)。如實驗涉及7個實驗因素，每個因素需考察3個水平，則全部組合數(shù)為37=2187當前第70頁\共有95頁\編于星期四\15點

析因設計缺點:需要的實驗次數(shù)較多可選用正交設計析因設計：全面實驗正交設計：非全面實驗,

根據(jù)專業(yè)知識，分析主效應和部分重要因素的一階交互作用。當前第71頁\共有95頁\編于星期四\15點正交設計

利用規(guī)格化的正交表-Ln(Km)

安排多因素試驗（因素間可能存在交互作用）。

L:正交表,n

:正交表的行數(shù),

K

:各列的水平數(shù),m

:列數(shù)。當前第72頁\共有95頁\編于星期四\15點因素水平12A(性別)男女B(臨床類型)）典型非典型C(療法)中西結合西藥當前第73頁\共有95頁\編于星期四\15點正交表L4（23）TestNABC治愈天數(shù)11(水平)11212232124221當前第74頁\共有95頁\編于星期四\15點優(yōu)點：正交表所確定的“實驗點”具:在空間具有“均勻分散性”、在統(tǒng)計分析時具有“整齊可比性”。大大減少試驗次數(shù),是一種高效、快速的多因素試驗方法。用于藥物配方、工藝優(yōu)化、生物體培養(yǎng)條件篩選當前第75頁\共有95頁\編于星期四\15點多因素重復測量設計

重復測量數(shù)據(jù)（repeatedmeasurementdata)是指每一實驗單位至少接受兩次以上的不同處理，或接受相同處理后，至少在兩個以上不同時間點進行測量并獲得相應次數(shù)的記錄數(shù)據(jù)當前第76頁\共有95頁\編于星期四\15點與配對設計區(qū)別：觀察出發(fā)點不同由于為同一對象的不同時間點，不具獨立性。相鄰的兩個數(shù)據(jù)之間的關系十分密切,相隔越遠的兩個數(shù)據(jù)之間的相關程度越低。（相關程度不等的現(xiàn)象）當前第77頁\共有95頁\編于星期四\15點例：將15只家兔隨機均分成3組(處理因素A),即A1、A2、A3。讓全部家兔處于缺氧狀態(tài),對接受各種處理的每組家兔中的每1只,分別在缺氧前后的不同時間點(時間因素T,h)上觀測血漿K+含量即T1(缺氧前)、T2(缺氧0.5h)、T3(缺氧1h)及T4(缺氧2h)。當前第78頁\共有95頁\編于星期四\15點當前第79頁\共有95頁\編于星期四\15點當前第80頁\共有95頁\編于星期四\15點常見誤用情況重復進行各時間點的t檢驗（增加假陽性錯誤）忽略個體變化當前第81頁\共有95頁\編于星期四\15點臨床研究平行組對照設計(parallelgroupdesign)交叉設計(cross-overdesign)成組序貫設計（groupsequentialdesign)析因設計(factorial

design)當前第82頁\共有95頁\編于星期四\15點平行組設計

隨機對照試驗（Randomizedcontrolledtrial，RCT），隨機分配到兩個或多個組中的一組,施以不同的處理（藥品的一個或多個劑量,一個或多個對照,如安慰劑或/和陽性對照）優(yōu)點：避免時間偏倚，常見簡單缺點：工作量大，效率低。當前第83頁\共有95頁\編于星期四\15點觀察期間出現(xiàn)了不良事件(不良反應)。該試