3实验设计的基本原则

实验研究的基本原则principlesofexperimentalstudy李海斌新乡医学院公共卫生学系References《医学科研方法学》贺石林李元建主编人民军医出版社《科研设计方法与科研论文写作》殷国荣主编科学技术出版社《医学统计学基础与典型错误辨析》胡良平李子建主编军事科学科学出版社对照的必要性——没有比较就没有鉴别疾病的自愈倾向感冒、哮喘等100名感冒患者体温、鼻塞流涕情况1周后观察：体温下降和鼻塞流涕缓解状况服用感冒药A结论：该药能有效治疗感冒，改善鼻塞流涕状况。实验研究的基本原则对照原则principleofcontrol均衡原则principleofhomogeneity随机原则principleofrandomization重复原则principleofreplication1.对照原则principleofcontrol设立对照的意义设置对照的要求对照的常见形式设置对照的方法设立对照的意义消除或减少非处理因素的影响通过对照可以消除或减少实验误差衡量一项科研设计是否具有科学性、严密性校正观察数据（如试剂空白对照）设置对照的要求保证各组间的均衡，即非处理因素尽可能一致；消除各组研究对象心理因素差异的影响；根据研究目的选择恰当的对照；各组例数应尽量相等；各组研究对象的病理强度应相同。对照的常见形式空白对照(blankcontrol)标准对照(standardcontrol)实验对照(experimentalcontrol)相互对照(inter-control)安慰剂对照(placebocontrol)例：研究某中草药烟熏对空气的消毒效果实验组：中草药烟熏对照组：单纯烟熏对照组的受试对象不施加任何处理因素，其处理因素完全空白。是指不设专门的对照组，而使用现有的标准值或标准方法来作对照。对照组不施加处理因素，但施加与处理因素有关的其他因素。是指几种处理因素互为对照。对照组的受试对象服用安慰剂。安慰剂（placebo）指不含任何药理成分的制剂或剂型，外形与真药相像，如蒸馏水、淀粉片或胶囊等设置对照的方法自身对照(self-control)历史对照(historicalcontrol)复合对照(multiplecontrol)1.同一批研究对象处理前后比较；2.同一批研究对象同时接受两种处理。如，动物实验中，左眼采用A处理，右眼采用B处理。多因素实验研究中，可设立多个对照组。如探讨两种药物联合应用时的效果，实验组为：A+B；对照组为：单用A，单用B，空白。对照的常见形式实例11994年12月～1997年12月，收治42例门静脉高压症合并食管胃底静脉曲张破裂出血者，采用扩大Hassab手术法，术后近期再出血2例(4.7%)，低于传统方法(11.1%～15.3%)。历史对照对照的常见形式实例2应用某药治疗8例高血压患者，治疗前后分别测定患者的舒张压(mmHg)，结果如下表。问该药对患者的舒张压有无影响？自身前后对照序号治疗前治疗后19688211210831081024102985981006100967106102810092对照的常见形式实例3Wistar大白鼠20只，雌雄各半，体重180～200g，适应性喂养1周后随机分2组，对照组喂饲基础饲料，肥胖组喂饲高能营养饲料。12月后比较2组丙二醛(MDA)和过氧化物歧化酶(SOD)，肥胖大鼠血浆MDA升高、SOD下降，二者均P＜0.01。实验对照评价药物代谢和安全性的Ⅰ、Ⅱ期临床试验，探索试验效果和试验方法的预试验，以及有可靠的潜在对照(如某手术无成功先例)、形态学观察和病例个案报道可以不设立对照。某医生观察用ADI预防肠道传染病的效果，安排如下实验，在甲幼儿园观察100名儿童(甲100名)服用ADI(+)，在乙幼儿园观察100名儿童(乙100名)服用ADI(－)。观察结果，甲幼儿园肠道传染病发病率(↓)，乙幼儿园肠道传染病发病率(↑)。据此得出结论：ADI对肠道传染病有预防作用。甲(100)→ADI(+)→↓乙(100)→ADI(-)→↑对照原则principleofcontrol均衡原则principleofhomogeneity随机原则principleofrandomization重复原则principleofreplication实验研究的基本原则2.均衡原则principleofhomogeneity均衡指各组间非处理因素应尽可能相同，即各组具有齐同性（或可比性），从而使处理因素的作用得以正确显示。随机分组是保证组间均衡性的基本方法。用方差分析或卡方检验对实验组和对照组的非处理因素的差别进行均衡性检验均衡原则principleofhomogeneity常用的均衡化方法：交叉均衡(crosshomogeneity)；分层均衡(stratifiedhomogeneity)。例：采用自身对照设计比较两种处理的效果，受试者8人，现有两种方案：1.第一次实验：8A，第二次实验：8B2.第一次实验：4A，4B第二次实验：4B，4A例：在两家医院进行某项临床试验，现有两种方案：1.甲医院的病例作为实验组，乙医院的病例作为对照组；2.甲、乙两医院的病例均随机分为实验组和对照组。例1某医生观察用ADI预防肠道传染病的效果，安排如下实验，在甲幼儿园观察100名儿童(甲100名)服用ADI(+)，在乙幼儿园观察100名儿童(乙100名)服用ADI(－)。观察结果，甲幼儿园肠道传染病发病率(↓)，乙幼儿园肠道传染病发病率(↑)。据此得出结论：ADI对肠道传染病有预防作用。甲(100)→ADI(+)→↓乙(100)→ADI(-)→↑使甲、乙两幼儿园儿童都分成两组，50名服用ADI，50名不服ADI，这样就使非处理因素得到了均衡。这时若经统计学检验服ADI组的发病率低于未服ADI组，则说明ADI有效。例2某单位研究野菊花艾叶香在预防感冒及空气消毒的效果。对象为某幼儿园分住三个楼次的儿童。中楼是中班(160人)，东楼是小班(80人)，此两楼燃香；西楼是大班(160人)，不燃香做为对照。结论为该香无预防感冒效果，但有空气消毒作用(肉汤平板上菌落较少)。例3某医院欲了解新拟的中医辨证治疗方案对消化性溃疡的疗效，以西药雷尼替丁作对照，将住院的166例消化性溃疡患者随机分为两组，分组后各组按中医分型的构成如表2。在用小白鼠作为受试对象的实验中，实验者用手随意地、一次又一次地从笼子中抓小白鼠，每次抓一只，将先抓到的n1只放入对照组，后抓到的n2只放入试验组。对照原则principleofcontrol均衡原则principleofhomogeneity随机原则principleofrandomization重复原则principleofreplication实验研究的基本原则3.随机化原则principleofrandomization随机化的意义随机抽样(randomsampling)随机分组(randomgrouping)随机的概念随机指被研究的样本是从所研究的总体中任意抽取的，也就是说从研究的总体中抽取样本时，要使每一个观察单位都有同等机会被分配到观察组或对照组。随机化的意义随机抽样——保证样本对总体的代表性，使研究结果可以外推到目标人群。随机分组——保证组间可比性，即消除或减少非处理因素对研究结果的影响。随机实验——保证每组接收的处理因素随机。统计学处理的要求。随机抽样随机抽样是在一个或多个已知总体中获得有代表性的研究样本。抽样框架必须是有限总体，如某地的居民数、某地的育龄妇女数、某学校的肥胖儿童数等。抽样框架的附加信息，如居住地、职业、性别、年龄，是选择抽样方法的重要依据。观察单位（observationunit）即研究的个体，根据研究目的而定。抽样单位(samplingunit)可以与观察单位相同，也可大于观察单位。抽样单位要互不重叠，全部抽样单位正好包括抽样总体中的全部个体。每个观察单位只能属于一个抽样单位。把全部抽样单位列出一份清单，就称为抽样框(samplingframe)。随机抽样单纯随机抽样(simplerandomsampling)系统抽样(systematicsampling)分层抽样(stratifiedsampling)整群抽样(clustersampling)多级（多阶段）抽样(multi-stagesampling)例如：某班有100人，现抽取10人参加夏令营活动，为了体现公平，采取单纯随机抽样。1）人员编号1，2，3…..2）查随机数字表12，56，85，99，26，96，68，27，31，053）这些随机数字编号的同学即被抽中（1）简单随机抽样(simplerandomsampling)简单随机抽样的特点优点：均数（或率）及标准误的计算简便。缺点：当总体例数较多时，编号麻烦。适用范围：小型调查或实验研究。间隔抽样或机械抽样。按照一定顺序机械地每隔若干个观察单位抽取一个组成样本。抽样的起点必须是随机的，这样系统抽样才是一种随机抽样的方法。⑵系统抽样（systematicsampling）系统抽样方法随机选取第一个个体后，其余个体按一定数字规律来抽取。例如：1000名学生中抽取200人，作样本进行骨密度调查，抽样间隔1000/200=5，若随机抽取第一号为2，则抽取的个体为：2，7，12，17，……例：对1/10门诊病人作问卷调查编号；抽号码为6,16,26,……者优点：①易于理解，简便易行。②容易得到一个按比例分配的样本。缺点：①易产生周期性或趋势的偏性。②样本中个体常常不独立。适用范围：事先已知分布是随机的。⑶分层抽样（stratifiedsampling）定义：在抽样之前将总体分为同质的、互不重叠的若干子总体（称为层），然后在每一个层独立地随机抽取样本。分层抽样示意图按比例分配分层随机抽样，即各层内抽样比例相同；最优分配分层随机抽样，即各层抽样比例不同，内部变异小的层抽样比例小，内部变异大的层抽样比例大，此时获得的样本均数或样本率的方差最小。抽样要求：层内变异越小越好，层间变异越大越好，因而可以提高每层的精确度，而且便于层间进行比较。分层抽样的分类优点：①减少抽样误差，②便于不同层采用不同抽样方法，③不同层独立进行分析。缺点：工作量大适用范围：事先已知分布是随机的。由若干个有联系的基本单元组成的集合称为群，抽样时以群为抽样单元的抽样方法就称为整群抽样。整群抽样示意图：黄色为总体棕色为群白点为基本单元⑷整群抽样（clustersampling）clustersampling抽样单位：不是个体而是群体，如居民区、班级、连队、乡、村、县、工厂、学校等。抽到的样本包括若干个群体，对群体内所有个体均给以调查。群内个体数可以相等，也可以不等。适用范围（要求）：群内变异大而群间变异小。例如：全国膳食调查到乡村一级StratifiedvsClusterSampling各种抽样方法的抽样误差大小整群抽样≥单纯随机抽样≥系统抽样≥分层抽样即分阶段抽样，是大型调查时常用的一种抽样方法。从总体中先抽取范围较大的单元，称为一级抽样单元，再从抽中的一级单元中抽取范围较小的二级单元，这就是两级抽样。还可依次再抽取范围更小的单元，即为多级抽样。多级抽样常与上述各种基本抽样方法结合使用。⑸多级抽样（multi-stagesampling）随机分组完全随机化分组（completelyrandomgrouping）区组随机化分组（blockrandomgrouping）分层随机化分组（stratifiedrandomgrouping）某医生用海桂愈疡胶囊随机治疗十二指肠溃疡2例，共观察到2例有效，有效率为100%，认为该药有效，可以在临床推广。对照原则principleofcontrol均衡原则principleofhomogeneity随机原则principleofrandomization重复原则principleofreplication实验