生物醫(yī)學(xué)科研：第六章 研究設(shè)計(jì)

第六章

研究設(shè)計(jì)研究設(shè)計(jì)研究立題研究設(shè)計(jì)

做什么？

怎么做？研究要素的合理組合遵循對照、重復(fù)、隨機(jī)原則研究條件的控制研究過程的規(guī)范化一、一般原則1、科學(xué)性研究設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)符合科學(xué)性原則，即要合乎一般的自然規(guī)律。創(chuàng)新性是科學(xué)的靈魂。要注意盡可能在研究采用新的設(shè)計(jì)、方法及步驟，特別要注重提出自己的見解，這樣研究才能具有較好的創(chuàng)新性。一、一般原則對各種技術(shù)和方法的原理和適用范圍，應(yīng)當(dāng)有一個明確的認(rèn)識，這樣才能在研究中準(zhǔn)確有效地應(yīng)用。一、一般原則

2、規(guī)范性研究設(shè)計(jì)除了要有科學(xué)性，在制訂及實(shí)施研究計(jì)劃中，要嚴(yán)格按照質(zhì)量管理規(guī)范。這樣，才能減少差錯和遺漏，使研究結(jié)果客觀、真實(shí)、可靠、可信，也能夠促進(jìn)研究與國際先進(jìn)水平相適應(yīng)。一、一般原則（1）研究人員和條件（2）研究前準(zhǔn)備（3）研究實(shí)施（4）研究記錄（5）研究資料處理和管理一、一般原則3、統(tǒng)計(jì)學(xué)考慮

充分考慮統(tǒng)計(jì)學(xué)原則，即對照、隨機(jī)、重復(fù)的原則。諸如分組、例數(shù)、采用指標(biāo)等，都應(yīng)事先考慮研究結(jié)束后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法，以及這些方法需要在設(shè)計(jì)時注意的問題。二、研究設(shè)計(jì)的三項(xiàng)要素處理因素：采用各種處理方法來探討有關(guān)現(xiàn)象，這是研究者操縱的因素（自變量）。試驗(yàn)對象：生物醫(yī)學(xué)的試驗(yàn)對象是人或動物，以及以此為來源的器官、組織、細(xì)胞等，如何合理選擇和利用，關(guān)系到正確結(jié)論的得出。試驗(yàn)效應(yīng)：觀察處理因素對試驗(yàn)對象產(chǎn)生的作用（即試驗(yàn)效應(yīng)，或稱因變量），是研究所要解決的問題，需要有多種觀察指標(biāo)來進(jìn)行分析和評價。二、研究設(shè)計(jì)的三項(xiàng)要素（一）處理因素一級處理（一般為病理模型誘導(dǎo)）二級處理（一般為觀察藥物等干預(yù)的效應(yīng)）三級處理（一般為拮抗/增強(qiáng)藥物等的效應(yīng)）一些試驗(yàn)采用單一處理因素，一些實(shí)驗(yàn)有更多的處理因素，還有一些實(shí)驗(yàn)單純觀察某種自然變化而無處理因素。二、研究設(shè)計(jì)的三項(xiàng)要素

1、處理因素和處理水平（1）單因素單水平

（2）單因素多水平

（3）多因素單水平

（4）多因素多水平二、研究設(shè)計(jì)的三項(xiàng)要素

2、處理因素的標(biāo)準(zhǔn)化通過預(yù)實(shí)驗(yàn)確定并統(tǒng)一采用一致的：

強(qiáng)度時間頻率持續(xù)時間施加方法等二、研究設(shè)計(jì)的三項(xiàng)要素（1）單一因素單一水平組別目的

處理組施加處理因素，觀察處理引起的變化 對照組 不加處理，其它條件一致，以排除條件因素引起的變化二、研究設(shè)計(jì)的三項(xiàng)要素（2）單一因素五種水平

組別目的 處理組0、5、10、觀察不同刺激強(qiáng)度對氣道阻力的影響

20、50V

對照組0、5、10、

刺激無關(guān)的神經(jīng)或部位，排除電刺激20、50V

本身對氣道阻力的影響二、研究設(shè)計(jì)的三項(xiàng)要素（3）兩種因素單一水平

處理因素A：誘導(dǎo)腦缺血；處理因素B：低溫（32℃）處理。二、研究設(shè)計(jì)的三項(xiàng)要素（4）三種因素和一種因素的三種水平例如：處理因素A：以卵白蛋白（OA）致敏動物，處理因素B：OA氣霧吸入；處理因素C：藥物，處理因素C（藥物）水平：腹腔注射地塞米松0.1、0.5、1.0mg/kg（每天1次，共3天）。二、研究設(shè)計(jì)的三項(xiàng)要素標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)應(yīng)包含16組只有少量的對照組的情況，各種對照應(yīng)當(dāng)都在實(shí)驗(yàn)中采用；如對照組數(shù)量多，可以精簡其中一些組別，但是應(yīng)當(dāng)有充足的理由。如前期研究、預(yù)實(shí)驗(yàn)或文獻(xiàn)中已經(jīng)證明某些組別無特殊效應(yīng)，可以考慮精簡。但是，對各種理論上應(yīng)當(dāng)設(shè)置的對照，必須加以考慮，不能無故忽略！二、研究設(shè)計(jì)的三項(xiàng)要素二、研究設(shè)計(jì)的三項(xiàng)要素（二）試驗(yàn)對象1、試驗(yàn)對象的選擇對處理因素敏感;反應(yīng)穩(wěn)定;人/動物/細(xì)胞2、試驗(yàn)對象的控制淘汰、分層、生理及病理因素二、研究設(shè)計(jì)的三項(xiàng)要素選擇試驗(yàn)對象或不同動物品系時，應(yīng)當(dāng)考慮到：

①

對摸擬臨床疾病的符合程度；

②

對病理刺激或藥物的敏感性和穩(wěn)定性；

③

對其相關(guān)基因或功能了解程度；

④

國內(nèi)外公認(rèn)程度；

⑤

前期研究經(jīng)驗(yàn)積累的多少；

⑥

獲得、保持、飼養(yǎng)、繁殖的難易程度；

⑦

同等條件下的價格因素；

⑧

其他有關(guān)因素。二、研究設(shè)計(jì)的三項(xiàng)要素（三）試驗(yàn)效應(yīng)試驗(yàn)效應(yīng)：變化（形態(tài)、功能、分子等）觀察指標(biāo)：反映效應(yīng)的定量測量、定性評估等1、指標(biāo)的采用

(1)定量指標(biāo)

(2)定性指標(biāo)

(3)半定量指標(biāo)二、研究設(shè)計(jì)的三項(xiàng)要素

(4)定量指標(biāo)與定性指標(biāo)的轉(zhuǎn)換

(5)等效量及等效時間

LD50,ED50,EC50,IC50,MIC,PD100

誘導(dǎo)一定程度反應(yīng)的電刺激強(qiáng)度（所需的電壓或頻率）潛伏期，效應(yīng)持續(xù)期，半衰期。二、研究設(shè)計(jì)的三項(xiàng)要素2、指標(biāo)的要求

(1)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性

(2)指標(biāo)的客觀化

(3)指標(biāo)的靈敏度

(4)指標(biāo)的可用性敏感性(真陽性率)和特異性(真陰性率)三、研究設(shè)計(jì)原則對照控制試驗(yàn)條件隨機(jī)分組的客觀化減少抽樣誤差重復(fù)

樣本數(shù)及重復(fù)次數(shù)提高可靠性盲法降低人為主觀因素的干擾（四）三項(xiàng)要素的組合（1）每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究都應(yīng)當(dāng)根據(jù)研究目的合理組合三項(xiàng)要素，并且每次實(shí)驗(yàn)必須保持一致的要素條件，改變?nèi)魏我豁?xiàng)要素條件都會造成實(shí)驗(yàn)的失敗。三、研究設(shè)計(jì)原則（2）控制每項(xiàng)要素，減少系統(tǒng)誤差的發(fā)生。

事先確定要素條件，研究中途不隨意改變條件！（3）在任何可能的情況下，應(yīng)當(dāng)對試驗(yàn)效應(yīng)進(jìn)行定性、定量、定位、定時研究，闡明準(zhǔn)確的時空關(guān)系。三、研究設(shè)計(jì)原則（4）主要實(shí)驗(yàn)組別與相應(yīng)的對照組，應(yīng)當(dāng)在同一時間和同一批次實(shí)驗(yàn)中交叉、平行進(jìn)行。

不同組別的實(shí)驗(yàn)，如將其中一個實(shí)驗(yàn)組在同一時間和同一批次進(jìn)行，其他組別在另外的時間和批次進(jìn)行，會產(chǎn)生較大實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)加避免。三、研究設(shè)計(jì)原則（5）一般應(yīng)當(dāng)采用組間對照，采用自身先后對照的實(shí)驗(yàn)也應(yīng)當(dāng)設(shè)置平行的組間對照。三、研究設(shè)計(jì)原則三、研究設(shè)計(jì)原則舉例：研究目的：闡明A分子在腦缺血中的作用及有關(guān)特征處理因素：不同損傷模型（與哪類損傷有關(guān)）不同損傷時間（變化的時間過程）

A分子干預(yù)（增強(qiáng)/抑制）（闡明因果關(guān)系）試驗(yàn)對象：不同動物或細(xì)胞（發(fā)生在哪類對象）試驗(yàn)效應(yīng)：不同檢測手段（DNA、mRNA、蛋白等）不同分子檢測（對A分子有無特異性）不同功能檢測（與哪類功能相關(guān)）不同部位表達(dá)（腦內(nèi)定位，腦內(nèi)特異表達(dá)）三、研究設(shè)計(jì)原則舉例：研究目的：闡明A藥體外神經(jīng)元保護(hù)作用及有關(guān)特征處理因素1：不同損傷模型（對哪類損傷的保護(hù)）處理因素2：不同藥物（是否為該藥特定作用）濃度（效應(yīng)定量，濃度依賴特征）時間（時間依賴特征）試驗(yàn)對象：不同細(xì)胞類型（針對哪類細(xì)胞）試驗(yàn)效應(yīng)：不同指標(biāo)（對不同功能的影響）三、研究設(shè)計(jì)原則不同研究類型：方法學(xué)研究：從方法特點(diǎn)出發(fā)，闡明其優(yōu)點(diǎn)或特色，與經(jīng)典方法比較，評價其實(shí)用性描述性研究：確定某種現(xiàn)象存在與否，該現(xiàn)象的時空特征，排除各種可能干擾該現(xiàn)象觀察的因素（沒有假設(shè)）分析性研究：分析某種現(xiàn)象的發(fā)生流程、涉及的分子（求證性研究）及發(fā)生部位、各種調(diào)節(jié)或影響因素，（驗(yàn)證假設(shè)）注重上下游的聯(lián)系、同類因素的比較三、研究設(shè)計(jì)原則（一）對照

齊同可比原則1、基礎(chǔ)條件的對照正常對照或陰性對照，2、經(jīng)典處理的對照

陽性對照。三、研究設(shè)計(jì)原則3、試驗(yàn)條件對照

如操作條件對照（假手術(shù)等）4、自身對照和組間對照

①自身對照

②組間對照

③兩種對照的同時采用三、研究設(shè)計(jì)原則（二）隨機(jī)

1、單純隨機(jī)法

2、均衡隨機(jī)（分層隨機(jī)）

3、均衡順序隨機(jī)三、研究設(shè)計(jì)原則（三）重復(fù)

同一試驗(yàn)的重復(fù)次數(shù)（樣本量）；同一或不同時間地點(diǎn)的多次重復(fù)（1）如處理組與對照組的反應(yīng)差別較大，可使所需的樣本量減少。反之，若兩者差別不大，除了增加樣本量外，還應(yīng)從專業(yè)角度考慮這種微小的差別是否有現(xiàn)實(shí)意義。三、研究設(shè)計(jì)原則（2）試驗(yàn)手段、儀器設(shè)備越精密，所需樣本量可減少。在試驗(yàn)中設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量注意儀器的校正、操作的規(guī)范化、指標(biāo)的統(tǒng)一等，以提高試驗(yàn)質(zhì)量。三、研究設(shè)計(jì)原則（3）從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度看，要提高試驗(yàn)效率應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①兩組樣本量相等，試驗(yàn)效率提高，可用較少的樣本量取得顯著的結(jié)論；②定量指標(biāo)數(shù)據(jù)的試驗(yàn)效率高于定性指標(biāo)數(shù)據(jù)，故盡量將采用定量指標(biāo)以提高試驗(yàn)效率；③自身對照試驗(yàn)或配對試驗(yàn)可減少個體差異，提高試驗(yàn)效率，但應(yīng)注意配對是否合理、前后兩次測量值有無自然差異等。三、研究設(shè)計(jì)原則（4）拉丁方設(shè)計(jì)、正交設(shè)計(jì)和交叉設(shè)計(jì)等方法能提高試驗(yàn)效率，在可能時應(yīng)優(yōu)先應(yīng)用。（5）應(yīng)用樣本量估算的公式

兩均數(shù)組間比較、自身比較或配對比較、百分率比較的樣本量可按相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)公式計(jì)算。三、研究設(shè)計(jì)原則

（四）盲法

雙盲法，單盲法，多盲法（五）各種設(shè)計(jì)方法的選擇和組合研究設(shè)計(jì)中需要注意的問題明確的目標(biāo)周密的考慮完善的設(shè)計(jì)：每次都應(yīng)有對照每次僅改變一個條件開闊的思路：多個方面證明一件事上下游銜接四、研究條件控制1、條件的前后一致

研究的各種條件，如受試對象的基本特點(diǎn)、動物及其品系、采用的儀器設(shè)備、各種試劑和材料、試驗(yàn)環(huán)境（溫度、濕度、光照、噪聲等）、試驗(yàn)方法、操作過程、采用的觀察指標(biāo)等，應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)時確定，研究全過程都要按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，中途改變條件會使試驗(yàn)結(jié)果前后難以比較，導(dǎo)致返工等問題。四、研究條件控制各種研究人員的操作應(yīng)當(dāng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，或者由同一個人作試驗(yàn)的一個部分或觀察一種指標(biāo)，使得掌握條件或標(biāo)準(zhǔn)能夠相同。如果按照原定計(jì)劃無法實(shí)施或結(jié)果不佳，則應(yīng)修改計(jì)劃，重新按新計(jì)劃執(zhí)行。這種情況下，對已經(jīng)做的試驗(yàn)，要區(qū)別情況，或放棄或作為不同條件的對照。四、研究條件控制2、環(huán)境條件的控制需要保持環(huán)境有適宜的氣溫和濕度、安靜、相似的季節(jié)和晝夜時刻、無其他不良刺激等。對動物試驗(yàn)應(yīng)當(dāng)作更加嚴(yán)格的條件控制。由于有些試驗(yàn)動物生理過程的晝夜節(jié)律與人不同，如嚙齒類動物（大鼠、小鼠等）是夜行性動物，其活動期在夜晚，靜息期在白天，因此，用這些動物試驗(yàn)時，要選擇適當(dāng)和相同的晝夜時刻，并注意給動物保持光照和黑暗的時間。四、研究條件控制3、生理?xiàng)l件的控制受試對象的種族、性別、年齡、營養(yǎng)狀況、遺傳特征、各種生理功能狀況等。在動物試驗(yàn)中，諸如血糖、血O2分壓、血CO2分壓、血及其他體液的pH、體溫等生理因素。試驗(yàn)動物還應(yīng)檢測有無有關(guān)病原體（病毒、細(xì)菌、寄生蟲等）感染。對動物實(shí)施麻醉，應(yīng)當(dāng)注意麻醉深度以及麻醉造成的生理功能改變，如體溫降低、血壓下降、心率加快等。四、研究條件控制4、試驗(yàn)條件的控制

受試對象儀器設(shè)備試劑材料試驗(yàn)實(shí)施條件操作規(guī)程（SOP）等四、研究條件控制（1）受試者或動物

應(yīng)當(dāng)按要求選擇和隨機(jī)分組，保證各組的基本條件基本一致，保持可比性。（2）儀器設(shè)備

儀器設(shè)備的精確性、穩(wěn)定性、可靠性都應(yīng)符合試驗(yàn)要求，并且定期或試驗(yàn)前加以校正；還要規(guī)范操作方法，以保證定量的準(zhǔn)確。四、研究條件控制（3）試劑材料