第一講 科研設(shè)計基本原理和方法

科研設(shè)計與統(tǒng)計分析方法

科研設(shè)計基本原理及方法10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編就是科學(xué)研究具體內(nèi)容方法的設(shè)想和計劃安排。

一、科研設(shè)計的概述1．何為科研設(shè)計？10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編（1）有用性（適用性、目的性，

也包括可行性）

（2）獨創(chuàng)性（先進性）

（3）可重復(fù)性

（4）經(jīng)濟性

2．科研設(shè)計的目的10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編（1）專業(yè)設(shè)計：運用專業(yè)理論技術(shù)知識來進行的設(shè)計，主要解決科研的有用性和獨創(chuàng)性（科研成果大小首先取決于它）。

（2）統(tǒng)計設(shè)計：運用統(tǒng)計知識和方法來進行的設(shè)計，主要解決科研的可重復(fù)性和經(jīng)濟性（科研結(jié)果的可靠性和經(jīng)濟性的保證）

3．科研設(shè)計的內(nèi)容10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編統(tǒng)計設(shè)計：對資料搜集、整理和分析全過程總的設(shè)想和安排。是后續(xù)步驟的依據(jù)，是最關(guān)鍵的一環(huán)?？蒲性O(shè)計專業(yè)設(shè)計統(tǒng)計設(shè)計成果：先進性創(chuàng)新性科學(xué)性和可行性10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編按在研究過程中對研究對象是否進行干預(yù)分為：

（1）實驗研究設(shè)計

（2）調(diào)查研究設(shè)計

4．科研設(shè)計的類型10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編實驗與試驗以動物和樣品為對象稱為實驗：

動物實驗、分子生物學(xué)實驗以人為對象稱為試驗：

臨床療效試驗、新藥臨床試驗、診斷性試驗、社區(qū)干預(yù)試驗等

10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編將一組實驗對象隨機分配到兩種或多種處理組，觀察比較不同處理因素的效應(yīng)。二、實驗研究的定義10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編

1．研究者根據(jù)實驗?zāi)康?，預(yù)先制定實

驗設(shè)計，人為設(shè)置處理因素；

2．能按隨機化方法，將研究對象分為

實驗組和對照組，使各組具有相似

的基本特征，提高了組間的可比性。三、實驗研究的特點10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編

四、實驗研究工作的基本步驟實驗設(shè)計實驗資料收集實驗資料整理實驗資料分析10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編第一節(jié)實驗設(shè)計的基本要素實驗設(shè)計主要內(nèi)容：三要素，三原則觀察對象處理因素實驗效應(yīng)對照原則重復(fù)原則隨機化原則10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編

三要素處理因素受試對象某種降壓藥高血壓患者服該藥前后血壓差實驗效應(yīng)實例：擬給原發(fā)性高血壓病人服用某降壓藥A，觀察服藥前后舒張壓差值情況，研究該降壓藥是否有效？10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編按受試對象不同，實驗分為三類：動物實驗動物臨床試驗病人社區(qū)干預(yù)試驗健康人一、受試對象：人、動物、微生物、器官、組織、細胞、基因等。10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編1．動物實驗優(yōu)點：在許多方面可由實驗者作任意的安排，使得研究設(shè)計更嚴密，組間可比性更強。缺點：（1）動物實驗的結(jié)果不能直接解釋人類的疾病現(xiàn)象。（2）不同種系的動物有不同的生物學(xué)特點，因此動物實驗必須選擇同一種系動物。10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編2．臨床試驗

臨床試驗：是在病人中進行的試驗。通過比較治療組（或預(yù)防組）與對照組的結(jié)果而確定某項治療或（預(yù)防）措施的效果與價值。10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編3．社區(qū)干預(yù)試驗

實驗對象以社區(qū)人群作為一個整體進行實驗觀察。社區(qū)干預(yù)試驗一般不能實施隨機分配原則。10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編二、處理因素

處理因素就是根據(jù)研究目的而施加的特定實驗措施。處理因素設(shè)置要求1、抓住主要因素2、找出非處理因素（混雜因素）3、處理因素標準化10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編三、實驗效應(yīng)（觀察指標）

試驗研究的結(jié)果只有運用恰當?shù)闹笜瞬拍鼙憩F(xiàn)出來。因此試驗設(shè)計時應(yīng)選擇一些能反映效應(yīng)的指標以評價研究結(jié)果。如何選擇測量指標應(yīng)考慮下述幾方面:10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編客觀指標是指那些不易受主觀因素影響的，并能客觀記錄的指標，如心電圖、血管造影、化驗數(shù)據(jù)等；

主觀指標是靠研究對象回答或研究者自行判斷而不能客觀記錄的指標，如研究對象陳述某些癥狀（如疼痛）或研究人員通過問卷表所收集的資料

在研究設(shè)計中，應(yīng)盡量少用主觀指標，因為其易受研究對象和研究人員心理狀態(tài)、啟發(fā)暗示和感官差異的影響。必須采用時要注意其缺點。1、選用客觀性強的指標（定量指標）10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編（2）選擇靈敏性高的指標

靈敏的指標是指能如實地反映研究對象體內(nèi)微量效應(yīng)變化的指標。

（3）選擇精確性高的指標

精確性包括準確度和精密度。選擇指標時應(yīng)同時考慮指標的準確度和精密度10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編準確度和精密度高準確度高和精密度不高準確度和精密度均不高準確度不高和精密度高10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編第二節(jié)實驗設(shè)計的基本原則及誤差控制一、基本原則對照原則隨機化原則重復(fù)原則10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編1．設(shè)立對照的重要意義（1）“有比較才能鑒別”。實驗研究最終要回答的問題是干預(yù)措施的效果有或無、高或低。要回答這兩個問題，只有通過合理的對比鑒別，才能確定干預(yù)措施是否有效以及有效程度。而對照是比較的基礎(chǔ)。（2）對照的設(shè)置可以排除非研究因素對研究結(jié)果的影響。（一）對照原則10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編對照的必要性

---沒有比較就沒有鑒別疾病的自愈傾向感冒、哮喘等100名感冒患者體溫、鼻塞流涕情況1周后觀察：體溫下降和鼻塞流涕緩解狀況服用感冒藥A結(jié)論：該藥能有效治療感冒，改善鼻塞流涕狀況錯誤的設(shè)計10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編感冒的例子200名感冒患者服用藥物A1W后體溫下降，癥狀緩解不服用藥物A1W后體溫下降，癥狀緩解隨機服藥組100人不服藥組100人治療前癥狀差別無統(tǒng)計學(xué)意義治療1天時體溫差別有統(tǒng)計學(xué)意義1天后體溫降至正常3天后體溫降至正常分析：設(shè)計：結(jié)論：該藥有效。正確的設(shè)計10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編

實驗組的研究因素T產(chǎn)生的效應(yīng)為E，非研究因素S1產(chǎn)生的效應(yīng)為e1對照組的非研究因素S2產(chǎn)生的效應(yīng)為e2

要求S1=S2

,則e1=e2

實驗組T+S1=E+e1—

對照組S2=e2T=E設(shè)立對照的目的：使實驗效應(yīng)單獨顯示出來。10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編均衡性(1)對等

除處理因素外，對照組具備與實驗組對等的一切非處理因素。(2)同步

對照組與實驗組設(shè)立之后，在整個研究進程中始終處于同一空間和同一時間。(3)專設(shè)

任何一個對照組都是為相應(yīng)的實驗組專門設(shè)立的。不得借用文獻上的記載或以往的結(jié)果或其它研究的資料作為本研究之對照。2．對照組設(shè)置的要求10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編2．對照組設(shè)置的要求

除實驗組接受的研究因素外，實驗組和對照組在其他方面都必須盡可能相同。例如：動物實驗，實驗組和對照組間動物的種系、性別、年齡、體重、窩別、毛色等盡可能一致。臨床試驗，實驗組和對照組間病人的性別、年齡、體質(zhì)、病情（期、型）等盡可能相同。10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編3．對照形式對照組不施加任何處理因素。空白對照在動物實驗和干預(yù)試驗中簡單易行。但在臨床試驗中一般不設(shè)空白對照，原因：一是容易引起實驗組和對照組在心理上的差異；二是存在醫(yī)德問題。僅在某些病情較輕或長期穩(wěn)定無任何危險的疾病，如慢性關(guān)節(jié)炎、HbsAg攜帶者、近視等可以設(shè)置空白對照。（1）空白對照10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編（2）安慰劑對照對照組采用一種無藥理作用的“假藥”。如淀粉、生理鹽水等，經(jīng)加工后，其外形、大小、味道等與試驗藥物極為相似，不被授試者識別。使用安慰劑對照可以避免對照組病人產(chǎn)生與實驗組不同的心理作用。安慰劑雖對人體無害但亦無療效。因此，必須注意其使用范圍。只用在研究的疾病尚無有效治療方法或使用安慰劑后該病的病情、臨床經(jīng)過、預(yù)后等影響小或無影響時使用。10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編（3）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)的實驗因素有關(guān)的實驗因素。例如

實驗組加賴氨酸的面包課間餐對照組面包

10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編（4）自身對照對照和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。此對照簡單易行，在臨床試驗中廣泛應(yīng)用。但其有兩個缺陷：一是實驗中總是把處理前作為對照，這不符合隨機分配原則；二是實驗前后某些環(huán)境因素或自身因素發(fā)生了改變，可能影響實驗結(jié)果。10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編（5）標準對照用現(xiàn)有標準方法或常規(guī)方法做對照。這是臨床試驗最常用的對照方法。因為很多情況下不給病人任何治療是不符合醫(yī)德的。在臨床試驗中，標準對照適用于已知有肯定治療方法的疾病。10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編（二）隨機化原則隨機化原則是指將研究對象隨機分配到各組，使每一個研究對象都有同等的機會被分配到各組去。10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編隨機化原則Fisher在1935年首先提出隨機化概念并應(yīng)用在農(nóng)業(yè)實驗中。隨機化的目的：通過隨機，均衡干擾因素的影響，使試驗組和對照組具有可比性，避免主觀安排帶來的偏性；隨機化是統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編隨機化原則

總體的每一個觀察單位都有同等的機會被選入樣本中來，并有同等的機會進行分組。（這里的總體是符合根據(jù)假設(shè)規(guī)定的入選標準的有限總體）隨機≠隨便病人的選擇性：對醫(yī)院、治療醫(yī)生、藥物醫(yī)生的選擇性：對病人分組其他：疾病自身的規(guī)律、病人的年齡、性別等后果：影響療效的判斷；由于不隨機，各組差異不符合概率論和統(tǒng)計學(xué)原理，使統(tǒng)計學(xué)檢驗結(jié)果無效10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編（二）實驗設(shè)計的隨機化分組方法●半隨機化：按就診（入院）順序、生日、住院號等；●簡單隨機化：投硬幣、抽簽、隨機數(shù)字●隨機區(qū)組●分層隨機由上往下，效果越好！10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編適宜轉(zhuǎn)律后藥療的慢性房顫者風(fēng)濕性非風(fēng)濕性≥0.5＜0.5≥0.5＜0.5≥6月＜6月≥6月≥6月＜6月＜6月＜6月≥6月隨機分入實驗組和對照組對象病因心胸比病程分層隨機化10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編可靠性廣義的重復(fù)包括：(1)整個實驗的重復(fù)。

確保實驗的重現(xiàn)性，以提高實驗的可靠性；(2)用多個實驗單位進行重復(fù)(樣本含量)。

避免把個別情況誤認為普遍情況，把偶然性或巧合的現(xiàn)象當作必然的規(guī)律，通過一定數(shù)量的重復(fù)，使結(jié)論可信；(3)同一實驗單位的重復(fù)觀察。

保證觀察結(jié)果的精度。（三）重復(fù)原則10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編（三）重復(fù)原則重復(fù)是指在相同實驗條件下進行多次觀察，結(jié)果的穩(wěn)定程度。從概率論知道，觀察次數(shù)愈多，從樣本計算出的統(tǒng)計量（如樣本均數(shù)、樣本率等）愈接近總體參數(shù)（如總體均數(shù)、總體率等）。但觀察次數(shù)也不能太多，否則不僅造成浪費，而且難于控制實驗條件，造成實驗結(jié)果的可靠性差。因此，重復(fù)原則的意義是在保證實驗結(jié)果具有一定可靠性的前提下，確定最小的樣本含量。即作樣本含量的估計。(詳見第五節(jié))10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編

實驗設(shè)計中的重復(fù)(replication)是指各處理組與對照組要有適當?shù)臉颖竞?samplesizes)。

無限地增加樣本含量，將加大實驗規(guī)模，延長實驗時間，浪費人力物力，反而增加系統(tǒng)誤差出現(xiàn)的可能性。

樣本含量不足，檢驗效能（Power，1－β）偏低，導(dǎo)致總體中本來具有的差異無法檢驗出來。10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編

第三節(jié)常用的幾種實驗設(shè)計方法10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編一、隨機對照試驗1、設(shè)計模式即完全隨機設(shè)計(completelyrandomdesign)：單向分組，單因素，二或多水平按納入標準預(yù)選對象受試者隨機化實驗組對照組10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編步驟：（例11-1）P1711、編號；2、定規(guī)則：隨機數(shù)小者為甲組，大者為乙組；3、獲取隨機數(shù)10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編2、優(yōu)點：

（1）隨機分配能有效地避免某些非實驗因

素的影響，充分顯示實驗因素；

（2）隨機分配增強比較組間的可比性

（3）設(shè)立對照能有效控制非實驗因素對實

驗因素影響，從而有效控制偏倚和誤差

（4）滿足統(tǒng)計學(xué)假設(shè)檢驗“所處理的資料必須隨機化”的要求10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編3、統(tǒng)計分析方法：計量資料：t檢驗或方差分析計數(shù)資料：x2檢驗等級資料：秩和檢驗10/16/2023廣西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)統(tǒng)黃高明編4、使用隨機排列表進行隨機分配方法

隨機排列表

（1）隨機排列表用途：

觀察對象的隨機分組和處理因素的隨機排列

（2）隨機排列表使用方法

本表有n=10，n=20，n=30，…..等種。使用時可取