醫(yī)學統(tǒng)計學 第15章 實驗設計基礎 學習課件

第15章實驗設計基礎醫(yī)學研究中，無論是臨床試驗還是動物實驗，都需要根據(jù)研究目的，制定研究方案，進行科學合理的設計。周密的研究設計，既能夠節(jié)省人力、物力、財力和時間，又能夠使研究因素的效應得以充分體現(xiàn)，獲得準確、客觀的結(jié)果，得出科學的結(jié)論。

實驗研究(experiment)

1.需要人為的施加干預措施于研究對象；2.研究對象能隨機分組。3.能在實驗中控制一些非處理因素對結(jié)果的影響。目的：評價干預措施的作用醫(yī)學研究的類型

調(diào)查研究(survey)1.只能客觀地觀察和記錄研究對象的研究指標，2.研究對象不能隨機分組；3.影響研究指標的其他因素無法控制。目的：找出有意義的指標。根據(jù)是否給予干預措施，醫(yī)學研究分為兩類實驗設計(experimentalstudydesign)實驗設計:

完成實驗全過程所依據(jù)的一系列規(guī)則

如：對象，指標，干預措施，實驗方案類型，分析方法等目的:合理安排實驗因素，控制誤差，排除干擾，考察效應，以最少人力、物力、時間耗費達到實驗目的。常見實驗設計方案包括：完全隨機設計、配對設計、隨機區(qū)組設計、

析因設計、正交設計、交叉設計、拉丁方設計等研究目的：考察“A藥”的降血壓的療效作用于何種研究對象？采取怎樣的干預措施？哪些指標可以反映干預措施作用于研究對象的效果？問題思考：第一節(jié)實驗設計的三要素實驗設計的三個基本要素

1.研究對象（Subject）

2.處理因素（Treatment）

3.實驗效應（Effect）1.研究對象（Subject）根據(jù)研究目的選擇的實驗載體可以是人、動物、標本選擇對象注意點：制定納入標準和排除標準對干預因素敏感并且穩(wěn)定的對象選擇時注意依從性及倫理問題2.處理因素（Treatment）根據(jù)研究目的施加于研究對象的干預措施又稱研究因素(studyfactor)，研究者的興趣所在能使研究對象產(chǎn)生效應（反應）的因素如，藥物、實驗條件、手術方式等確定處理因素時應注意以下問題（1）處理因素的數(shù)目與水平一次研究中，可有一個或幾個處理因素，但不宜太多；每個處理因素中不同的取值稱為水平(Level)單個處理因素：單因素研究

例如，考查不同降壓藥的效果，為單因素研究

若為三種降壓藥，則該因素為3水平多個處理因素：多因素研究

例如，考查不同降壓藥及服藥時間對血壓的影響，為兩因素研究

若為三種降壓藥，分別于飯前飯后服，則分別為3水平、2水平

（2）處理因素應標準化在整個研究過程中，處理因素必須相對固定，統(tǒng)一標準

有利于分析處理因素與效應之間的關系（3）控制非處理因素非處理因素在實驗中可能產(chǎn)生與處理因素相同效應的其它因素常常干擾處理因素與效應之間的關系，使結(jié)果產(chǎn)生偏性非處理因素干擾效應與所研究因素間關系的觀察與分析，常常又稱混雜因素(confounder)應盡量控制和消除非處理因素的作用盡量找出重要的非處理因素，加以控制，從而控制混雜和干擾作用3.實驗效應（Effect,Response）是處理因素作用于研究對象產(chǎn)生的反應和結(jié)果實驗效應通過指標來表現(xiàn)，稱為效應指標效應指標選擇注意點：

效應指標要少，一般選一個主要效應指標

觀察指標應具有客觀性、精確性、特異性和靈敏性3.實驗效應（Experimentaleffect）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，主要受隨機因素的影響3.實驗效應（Effect,Response）特異性和靈敏性靈敏度(sensitivity)則反映其檢出真陽性的能力靈敏度高的指標能將處理因素的效應更好地顯示出來特異度(specificity)反映指標鑒別真陰性的能力

特異度高的指標不易受混雜因素的干擾盲法觀察（主要針對臨床試驗）

為消除或最大限度地減少主觀偏性，在觀察效應時常采用盲法(blindmethod)

單盲法(singleblind)：研究對象不知道自己分在哪一組；

雙盲法(doubleblind)：研究對象和實驗執(zhí)行者均不知道研究對象分在哪一組第二節(jié)實驗設計的三原則設計中應遵循的三個基本統(tǒng)計原則

1.對照原則(control)2.隨機化原則(randomization)3.重復原則(replication)一、對照原則設置對照組的目的

1.充分顯露處理因素的效應

2.控制和消除非處理因素的影響，

如疾病的自行緩解、安慰劑效應設立對照的要求

達到均衡原則，即對照組除了沒有給予研究因素外，其他方面與試驗組應基本一致對照的類型1.空白對照(blankcontrol)

對照組不給任何處理2.安慰劑對照(placebocontrol)

不具有有效成分的處理，目的是消除心理因素造成的干擾3.標準對照(standardcontrol)

對照組采用標準方法或公認的常規(guī)方法,臨床試驗中最常用如：將新藥與標準藥物療效的比較4.實驗對照(experimentalcontrol)

對照組不給予感興趣的研究因素，但其它操作相同賴氨酸添加實驗中，實驗組兒童的課間餐為加賴氨酸的面包，對照組為不加賴氨酸的面包。5.自身對照(selfcontrol)

可以是自身前后的對照，也可以是不同部位的對照二、隨機化原則隨機化原則

指每個受試對象以均等的概率分配到不同的處理組中目的及意義

通過隨機化分組使非處理因素（包括已知和未知因素）在組間盡量達到均衡，保證組間的可比性；隨機化也是進行統(tǒng)計推斷的基礎常用的隨機化方法

抽簽法、隨機數(shù)字表、計算機產(chǎn)生隨機數(shù)1、完全隨機化編號12345隨機數(shù)8856532759序號95416編號6789隨機數(shù)33357267序號2387例：將9只家兔，隨機分為甲、乙、丙3組規(guī)定：最小的3個數(shù)進甲組，最大的3個數(shù)進丙組，其它的進乙組從隨機數(shù)字表第16行最左端開始取2、分層隨機化（配對、區(qū)組）對子號12345678對象11-12-13-14-15-16-17-18-1

對象21-22-23-24-25-26-27-28-2

隨機號8856532759

333572例：將16只家兔，按性別、體重配成4對，然后再將每對兔子隨機分配到甲、乙兩組規(guī)定：隨機號為奇數(shù)時，每個對子的對象1進甲組，對象2進乙組隨機號為偶數(shù)時，每個對子的對象1進乙組，對象2進甲組三、重復原則重復原則指在相同實驗條件下重復進行多次觀察實質(zhì)是就是實驗與對照組要有足夠的實驗對象意義

是消除非處理因素影響的重要措施。由于研究對象個體反應的差異，當實驗對象少時，結(jié)果不穩(wěn)定；只有足夠多的實驗例數(shù)才能取得比較穩(wěn)定的結(jié)果，顯示出其真實的客觀規(guī)律注意：并非實驗例數(shù)越多越好。例數(shù)太多，工作量大，增加人力物力、條件控制難、導致研究結(jié)果質(zhì)量下降

因此，需要根據(jù)統(tǒng)計原則估計樣本含量常用實驗設計方案完全隨機設計配對設計隨機區(qū)組設計析因設計正交設計交叉設計重復測量。。。完全隨機設計Completelyrandomizeddesign完全隨機設計—概念最常見的單因素實驗設計方法完全隨機分組方法，觀察不同組的實驗效應各組間樣本量可相等(平衡設計)，也可不相等(非平衡設計),樣本量相等時統(tǒng)計分析效率較高優(yōu)點：設計簡單，易于實施缺點：效率相對較低,只能分析單因素計量資料

t檢驗、方差分析或秩和檢驗等計數(shù)資料

卡方檢驗等等級資料秩和檢驗等完全隨機設計-統(tǒng)計分析方法配對設計Paireddesign配對設計—概念將受試對象按某些特征或條件配成對子，然后分別把每個對子中的兩個受試對象隨機分配到試驗組和對照組配對的特征或條件種屬、品系、性別相同，年齡、體重；病種、病型、族別、年齡，生活習慣、工作環(huán)境常見的情形1、不同個體間的配對2、同一個體，不同部位的配對3、同一個體，自身前后的配對配對設計優(yōu)點：組間的均衡性增強，提高試驗效率缺點：配對條件不易控制，匹配不好時反而降低效率常用統(tǒng)計假設檢驗方法計量資料：配對t檢驗、配對秩和檢驗、方差分析等計數(shù)資料：卡方檢驗、一致性檢驗等隨機區(qū)組設計Randomizedblockdesign隨機區(qū)組設計_概念亦稱配伍組設計、單位組設計它是對配對設計的擴展隨機區(qū)組設計是將幾個條件相似的受試對象配成一個區(qū)組,如同種屬、同窩別、同性別、體重相近等，然后將各區(qū)組內(nèi)的對象隨機分配到不同的處理組隨機區(qū)組設計優(yōu)點：組間均衡性好，試驗效率較高缺點：是分組較繁瑣，匹配因素不易控制常用統(tǒng)計假設檢驗方法：F檢驗(方差分析)、非參數(shù)檢驗等樣本量估算采用恰當?shù)慕y(tǒng)計學方法保證研究結(jié)論具有一定可靠性(精度和檢驗效能)的前提下確定的最小樣本例數(shù)估算達到有統(tǒng)計學意義的最低樣本含量樣本含量估算充分反映了科研設計中“重復”的基本原則，過大過小都有其弊端樣本量