7實驗誤差及控制

第七節(jié)實驗誤差及其控制

魏敏杰阮強(qiáng)陳杰王振寧單鳳平孟繁浩富偉能陳磊中國醫(yī)科大學(xué)1、真值（truevalue)：反映事物總體真正的實際值2、誤差（error)：實驗所得到的觀測值與真值之間所存在的差距（非主觀原因）在整個實驗過程中，從抽樣、分組，直到施加處理因素及收集數(shù)據(jù)資料，都可能受到各種各樣干擾因素的影響，因此所獲得的實驗數(shù)值往往不能與總體的真值完全符合，這點已經(jīng)被無數(shù)的科研工作所證實。

一、基本概念

3、實驗誤差種類（experimentalerror)

系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差過失誤差一、基本概念1、定義：

又稱為偏倚(bias)

由某種固定的原因(如方法技術(shù)、儀器和試劑、實驗條件、順序等）所造成的誤差。

2、系統(tǒng)誤差二個重要特性：

⑴單向性。偏差的方向一致（偏高或低）；⑵可消除性。找出原因，通過合理設(shè)計或控

制原因，即可基本消除或減小至最小程度。

不能用統(tǒng)計學(xué)方法處理二、系統(tǒng)誤差(systematicerror)3、系統(tǒng)誤差的種類（1）方法技術(shù)誤差是由于分析的方法和技術(shù)本身的原因引起的誤差。如選用的方法不當(dāng)、技術(shù)熟練程度差、操作規(guī)程錯誤、量和時間的概念不強(qiáng)以及檢驗質(zhì)量控制不嚴(yán)等。（2）儀器和試劑誤差主要表現(xiàn)在設(shè)備條件方面，包括各種檢測儀器、儀表、器械、測量工具及實驗室各種常用的物品等。凡是由于實驗過程中所用器具的不準(zhǔn)確性造成的誤差，皆屬儀器誤差。二、系統(tǒng)誤差(systematicerror)3、系統(tǒng)誤差的種類（3）條件誤差

主要表現(xiàn)在受試對象所處的實驗室條件和環(huán)境條件二方面。實驗條件控制不好，如季節(jié)、時間、溫度、pH值、受試因素未標(biāo)準(zhǔn)化與固定化（如藥材的產(chǎn)地、采取的時間……）等，往往使所獲得的觀測數(shù)值不同，這種差別一般稱為條件誤差。二、系統(tǒng)誤差(systematicerror)3、系統(tǒng)誤差的種類（3）條件誤差

環(huán)境條件的變化體現(xiàn)在時間與空間上，為避免條件誤差的產(chǎn)生，要求實驗組與對照組的處理和觀察均應(yīng)在同一時間和空間內(nèi)進(jìn)行，不能一前一后，也不能兩地分置，對實驗組和對照組的受試對象應(yīng)遵照公平對待和條件等同的原則。例如，不能將實驗組的動物放置在陽光充足，通風(fēng)良好，飲食、供水及時的場所，而對照組的動物放在陰冷潮濕的角落，飲食和供水也不及時。二、系統(tǒng)誤差(systematicerror)3、系統(tǒng)誤差的種類（3）條件誤差

如果研究的對象是病人，應(yīng)使二組病人所處病室內(nèi)的溫度、濕度、照明、聲響、營養(yǎng)飲食乃至醫(yī)務(wù)人員的服務(wù)態(tài)度等諸方面大致相同。如果實驗的工作量不大時，最好能集中在同一時間內(nèi)一氣呵成，如果實驗時間需要很長，則必須控制環(huán)境條件中重要因素的恒定。實驗條件控制的不好，就會發(fā)生處理因素與非處理因素的交叉，甚至無法判斷某些實驗結(jié)果是哪個實驗因素造成的。二、系統(tǒng)誤差(systematicerror)3、系統(tǒng)誤差的種類（4）順序誤差

是一種特殊形式的條件誤差。實驗總是有先有后按照一定的順序進(jìn)行，生物的許多機(jī)能和反應(yīng)性都有隨著時間有節(jié)律性動搖的特性，如果將實驗組與對照組的實驗順序固定，就忽略了時間變化影響實驗效應(yīng)的因素；另外順序誤差也體現(xiàn)在實驗操作者的精力和體力的疲勞方面.

最后結(jié)果中的差別，很難明確地說明是實驗因素的效應(yīng)還是隱藏在固定順序中的順序誤差所造成的。二、系統(tǒng)誤差(systematicerror)3、系統(tǒng)誤差的種類（4）順序誤差

當(dāng)不同的組不是同時進(jìn)行，而是按一定順序先后進(jìn)行實驗時，如果時間拖得較久，即可能發(fā)生誤差。當(dāng)在同一個體按一定順序先后進(jìn)行不同處理時，如果時間相隔較短，先前的處理可能影響機(jī)體對后繼處理的反應(yīng)。防止順序誤差較好的辦法是在實驗的順序中適當(dāng)?shù)牟捎秒S機(jī)化原則（隨機(jī)抽樣、隨機(jī)分組）。二、系統(tǒng)誤差(systematicerror)3、系統(tǒng)誤差的種類（5）分配誤差

是由分組不夠合理所造成。在分組過程中，由于方法上的不當(dāng)，往往會出現(xiàn)一些偏性。如驗證某一新療法或新藥的療效時，或是通過實驗來實現(xiàn)研究者的主觀愿望時，常常自覺或不自覺地把病情較輕或是容易治愈的患者編入實驗組，以便取得更多的陽性數(shù)。因為這種意愿，首先就會在主觀意識中形成一種偏性，帶入到分組過程而形成分配誤差。

實驗中的分配誤差基本上可以控制，最有效的方就是隨機(jī)分組。二、系統(tǒng)誤差(systematicerror)3、系統(tǒng)誤差的種類（6）主觀誤差

是研究者在觀察結(jié)果時自覺或不自覺地帶有主觀片面性所造成的。研究者總是希望實驗結(jié)果能與設(shè)計假說符合，所以在觀察結(jié)果時可能將符合主觀愿望的結(jié)果一律保留，不符合主觀愿望的結(jié)果則尋找借口予以排除。要避免主觀誤差給研究結(jié)果或結(jié)論帶來不應(yīng)有的影響，研究者必須堅持實事求是的科研準(zhǔn)則，是即是，非即非，否則即使一時能自圓其說，但最終仍經(jīng)不住實踐的檢驗。二、系統(tǒng)誤差(systematicerror)

排除系統(tǒng)誤差后隨機(jī)發(fā)生的誤差，包括偶然誤差和抽樣誤差，具有可變性和不可避免性。三、隨機(jī)誤差(randomerror)

1、隨機(jī)誤差的種類：（1）偶然誤差(accidentalerror)

是由一些暫時無法控制的微小因素所造成的誤差。偶然誤差幾乎不可避免，誤差的大小完全由偶然性來決定，例如實驗過程中微小氣候與周圍電磁場的微小變動，儀器性能的微小變化等。三、隨機(jī)誤差(randomerror)

1、隨機(jī)誤差的種類：（2）抽樣誤差(samplingerror)

是抽樣的樣本與總體之間總是存在著或多或少的差異?？傮w（popu1ation）是研究對象的全體；樣本（sample）是從總體中抽取的一部分個體。

在科研中幾乎都是用抽樣的研究方法來說明被研究對象的總體。三、隨機(jī)誤差(randomerror)

1、隨機(jī)誤差的種類：（2）抽樣誤差(samplingerror)

為了準(zhǔn)確地表示樣本內(nèi)各個觀測值的變異程度，人們首先會考慮到以平均數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，求出各個觀測值與平均數(shù)的離差，即，稱為離均差。雖然離均差能表達(dá)一個觀測值偏離平均數(shù)的性質(zhì)和程度，但因為離均差有正、有負(fù)，離均差之和為零，即Σ=0，因而不能用離均差之和Σ來表示資料中所有觀測值的總偏離程度。三、隨機(jī)誤差(randomerror)

先將各個離均差平方，即

，再求離均差平方和，即Σ，簡稱平方和，記為SS；由于離差平方和常隨樣本大小而改變，為了消除樣本大小的影響，用平方和除以樣本大小，即Σ，求出離均差平方和的平均數(shù)(總體方差δ2）；統(tǒng)計量Σ稱為均方（meansquare縮寫為MS）,又稱樣本方差，記為S2，即

S2=SD:標(biāo)準(zhǔn)差n-1：自由度三、隨機(jī)誤差(randomerror)

實際工作中，總體標(biāo)準(zhǔn)差

往往是未知的，一般可用樣本標(biāo)準(zhǔn)差s代替總體標(biāo)準(zhǔn)差

：因為標(biāo)準(zhǔn)差sd隨樣本含量的增加而趨于穩(wěn)定，故增加樣本含量可以降低抽樣誤差。

Sx:標(biāo)準(zhǔn)誤三、隨機(jī)誤差(randomerror)

標(biāo)準(zhǔn)差和標(biāo)準(zhǔn)誤的意義:標(biāo)準(zhǔn)差(亦稱單數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差)一般用sd表示,是表示個體間變異大小的指標(biāo),反映了整個樣本對樣本平均數(shù)的離散程度,是數(shù)據(jù)精密度的衡量指標(biāo);而標(biāo)準(zhǔn)誤一般用Sx

表示,反映樣本平均數(shù)對總體平均數(shù)的變異程度,從而反映抽樣誤差的大小,是量度結(jié)果精密度的指標(biāo)。三、隨機(jī)誤差(randomerror)

標(biāo)準(zhǔn)差和標(biāo)準(zhǔn)誤的作用和使用范圍:隨著樣本數(shù)(或測量次數(shù))n的增大，標(biāo)準(zhǔn)差趨向某個穩(wěn)定值，即樣本標(biāo)準(zhǔn)差S越接近總體標(biāo)準(zhǔn)差σ； 標(biāo)準(zhǔn)誤則隨著樣本數(shù)(或測量次數(shù))n的增大逐漸減小，即樣本平均數(shù)越接近總體平均數(shù)μ;故在實驗中也經(jīng)常采用適當(dāng)增加樣本數(shù)(或測量次數(shù))n減小S?x

的方法來減小實驗誤差，但樣本數(shù)太大意義也不大。

三、隨機(jī)誤差(randomerror)

標(biāo)準(zhǔn)差是最常用的統(tǒng)計量,一般用于表示一組樣本變量的分散程度;標(biāo)準(zhǔn)誤一般用于統(tǒng)計推斷中,主要包括假設(shè)檢驗和參數(shù)估計,如樣本平均數(shù)的假設(shè)檢驗、參數(shù)的區(qū)間估計等。 標(biāo)準(zhǔn)差與標(biāo)準(zhǔn)誤既有明顯區(qū)別,又密切相關(guān):標(biāo)準(zhǔn)誤是標(biāo)準(zhǔn)差的1/n1/2;二者都是衡量樣本變量(觀測值)隨機(jī)性的指標(biāo),只是從不同角度來反映誤差;二者在統(tǒng)計推斷和誤差分析中都有重要的應(yīng)用。

三、隨機(jī)誤差(randomerror)

在統(tǒng)計學(xué)上用標(biāo)準(zhǔn)誤（standarderror,SE)表示抽樣誤差大小:

均數(shù)SE的計算公式：

相對數(shù)SE的計算公式：

三、隨機(jī)誤差(randomerror)

p：陽性率；q：陰性率

用標(biāo)準(zhǔn)誤SE估計總體均數(shù)（m）存在的可能范圍（95%及99%可信區(qū)間）

大樣本時：

小樣本時：

相對數(shù)查二項分布可信區(qū)間表。

(對應(yīng)P及自由度t值在excel中用TINV查得）

三、隨機(jī)誤差(randomerror)

為了盡可能的減少抽樣誤差，要遵循“隨機(jī)抽樣”的原則．從理論上講，不斷加大樣本含量可使隨機(jī)誤差逐漸減小，但無論如何樣本都不可能百分之百地反映出總體的真值，只能努力爭取更好的接近它。樣本含量應(yīng)適當(dāng)增加，過多地增加會有一定困難，也不足取。三、隨機(jī)誤差(randomerror)

四、過失誤差

因工作中的差錯所造成的誤差。

過失誤差的特點是：

（1）異常性。實驗結(jié)果出現(xiàn)反常變化；

（2）可避免性。

工作中馬虎大意、責(zé)任心不強(qiáng)、制度不嚴(yán)等，都能造成這種錯誤，純粹是一種責(zé)任事故。如取錯標(biāo)本、編錯號碼、數(shù)據(jù)記錄錯行、刻度或指針錯誤、試管歸位錯誤、計算結(jié)果錯誤、檢驗結(jié)果張冠李戴等等。這些情況不僅給實驗結(jié)果帶來較大的誤差，有時甚至可以打亂整個數(shù)據(jù)資料。

如果錯誤十分明顯尚能很快發(fā)覺，而一般的過失誤差往往在最后的數(shù)據(jù)分析時也難發(fā)現(xiàn)，使實驗結(jié)果受到很大的影響甚而導(dǎo)致錯誤的結(jié)論。過失誤差是人為的誤差，完全可以防止。這就要求實驗人員一方面提高責(zé)任心，認(rèn)真地操作和記錄，一方面要完善各項工作制度和嚴(yán)格管理。

四、過失誤差

五、實驗誤差的控制

設(shè)對照組合理確定樣本數(shù)實驗方法要標(biāo)準(zhǔn)化平行或重復(fù)實驗增加主觀指標(biāo)的客觀性控制實驗誤差應(yīng)從實驗設(shè)計、實驗過程、以及實驗結(jié)果分析等各個階段采取相應(yīng)的措施加以控制。1、設(shè)立對照，嚴(yán)格按隨機(jī)化原則抽樣和分組。

任何可能發(fā)生的條件誤差都會以同等程度影響到實驗組與對照組，以對照組作為基礎(chǔ)來比較觀察處理效應(yīng)，就有可能抵消非處理因素的干擾。在確定對照組和實驗組時要遵循隨機(jī)化原則，這樣任何可能發(fā)生的誤差就以同等的機(jī)率影響實驗組與對照組，從而也在對比時相互抵消。同樣，順序誤差也可通過隨機(jī)化方法決定實驗順序而加以控制。

五、實驗誤差的控制

2、合理確定樣本數(shù)樣本數(shù)太小時，發(fā)生抽樣誤差和不均衡性的可能性增大。而樣本數(shù)越大其抽樣誤差越小，所得的實驗結(jié)果適用范圍越廣。但樣本數(shù)過大實踐上困難甚多，也并非絕對必要。應(yīng)按數(shù)理統(tǒng)計原則合理確定樣本數(shù)的大小。

五、實驗誤差的控制

3實驗方法要標(biāo)準(zhǔn)化

所謂標(biāo)準(zhǔn)化就是要有具體的規(guī)定，明確的標(biāo)準(zhǔn)。諸如測量步驟、樣本收集、預(yù)處理儀器的標(biāo)準(zhǔn)、操作方法、試劑的配制、標(biāo)定結(jié)果的判斷和記錄方式等等均應(yīng)有統(tǒng)一的要求，而且所有標(biāo)準(zhǔn)一旦規(guī)定，任何實驗者不得擅自更改。

五、實驗誤差的控制

4平行或重復(fù)實驗

在實驗效應(yīng)的測量中，即使反復(fù)測定同一樣本中某物質(zhì)的含量，也不可能每次測定的結(jié)果都一樣，因為有些誤差是無法消滅的，如操作誤差、儀器誤差等。但是這一類誤差多是非定向的，有時使測定值偏高，有時則偏低，因此單獨一次的測值可能誤差大些，但測定的次數(shù)越多，這種誤差部分相互抵消使均值更接近于真值。因此，主張用平行多份樣本（至少雙份）或反復(fù)多次重復(fù)測定取其均值的辦法；判讀X光片、CT片、心電圖等，應(yīng)由幾位醫(yī)生共同進(jìn)行，或是一位醫(yī)生間隔一定時間多次判讀，較為穩(wěn)妥。

五、實驗誤差的控制

過失誤差的發(fā)生是偶然的，在平行的，特別是重復(fù)的實驗中再度發(fā)生的機(jī)率很小，因此可通過重復(fù)實驗排除，而真實的實驗結(jié)果在重復(fù)實驗時仍應(yīng)出現(xiàn)。可見，重復(fù)實驗不只是簡單的重復(fù)，它能指導(dǎo)方向，避免錯誤，提高質(zhì)量。例如，在總例數(shù)同為100的情況下，每次50例，分兩次進(jìn)行的實驗結(jié)果，如果一致，要比單次進(jìn)行100例實驗所獲得的結(jié)果更為可靠。

五、實驗誤差的控制

5增加主觀指標(biāo)的客觀性

在臨床實驗中，由于是以人為研究對象，心理偏倚造成的誤差較為突出，為防止這種誤差，主要采用“盲實驗”和“安慰劑”等策略。

五、實驗誤差的控制

六、實驗效應(yīng)測量時需要注意的幾個質(zhì)量水平指標(biāo)

（正式實驗開始前應(yīng)對整個測量系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量控制，一定要達(dá)到要求的水平，以確保數(shù)據(jù)的可靠性?。?．特異性（specificity）

指測量特定項目而不受其他（特別是近似的或關(guān)聯(lián)的）項目干擾的能