生物统计学第十一章 实验设计概要

第十一章实验设计实验计划书的编制•格式:•国内外研究动态•实验目的•预期结果•实验设计的选择：因素及水平；响应量；设计方法•实验方法的确定•田间计划•实验记录实验设计的基本原则•对照(control)•随机化(randomization)•重复(replication)实验设计的基本原则对照原则•目的：显露处理因素的效应；控制混杂因素和偏倚；判断不良反应。实验设计的基本原则•对照的形式：(1)安慰剂对照(placebocontrol)(2)空白对照(blankcontrol)(3)实验对照(experimentalcontrol)(4)自身对照(selfcontrol)(5)标准对照(standardcontrol)•空白对照：对照组不施加任何处理因素。•安慰剂对照:对照组采用一种无药理作用的假药，它在药物剂型或处置上不能为受试者识别，称安慰剂。•实验对照：对照组不施加处理因素，但施加某种与处理因素有关的实验因素。•标准对照：用现有标准方法或常规方法做对照。这种对照在临床试验中用得较多，因为很多情况下不给病人任何治疗是不符合医德的。另外，还可用于某种新的检验方法是否能代替传统方法的研究。•自身对照：对照与实验在同一受试对象进行，如以病人用药前后的血压值作对比。•相互对照：几种处理（或水平）互为对照。实验设计的基本原则•随机化原则随机化是使每个受试对象都有同等的机会被抽取或分到不同的实验组和对照组。•随机化形式(1)抽样的随机(2)分组的随机(3)实验顺序的随机实验设计的基本原则•完全随机化(1)编号将n个受试对象编号，动物可按体重大小，患者可按就诊顺序。(2)取随机数可从随机数字表或计算器或计算机获得。每个受试对象获得的随机数可是一位数，也可是两位数或三位数，一般要求与n的位数相同。(3)确定组别根据受试对象获得的随机数决定受试对象在哪一组。分两组可按随机数的奇偶；分k组可按随机数除以k后的余数进行分组。实验设计的基本原则例8-1试将同性别、体重相近的30只动物分到A、B、C三组。先将动物按体重编号，再从本书后面所附随机数字表中任一行如第16行最左开始连续取30个两位数字。最后将这30个两位数字分别除以3，余数0、1、2分别对应于A、B、C三组实验设计的基本原则•分层随机化分层随机化步骤：(1)编号排序将每层的受试对象编号排序，如体重从轻到重，时间由前至后等。(2)取随机数从随机数字表或计算器或计算机获得。每个受试对象可取两位数。(3)确定组别根据每层受试对象获得的随机数的大小顺序决定受试对象在哪一组。对每个处理也可规定顺序，如处理A,B,C,…分别对应于序号1,2,3,…。实验设计的基本原则•重复原则重复是指在相同实验条件下进行多次研究或多次观察。重复的情形：(1)整个实验的重复（2）用多个受试对象进行重复有足够的样本含量(samplesize)，（3）同一受试对象的重复观察重复最主要的作用是估计实验误差。实验设计的基本要素实验设计三要素：•受试对象(object)•处理因素(treatment)•实验效应(experimentaleffect)实验设计的基本要素受试对象受试对象或称研究对象是处理因素作用的客体，是根据研究目的确定的研究总体。研究目的不同,医学研究的对象可以是人、动物和植物，也可以是某个器官、细胞和血清等生物材料。实验设计的基本要素按试验对象，实验可以分为三类：•动物实验(animalexperiment),其受试对象为动物；•临床试验(clinicaltrial),其受试对象通常为患者；•现场试验(fieldtrial),其受试对象通常为正常人群。实验设计的基本要素•受试对象作严格的规定，以保证其同质性(homogeneity)和代表性同质性：动物的种类、品系、年龄、性别、体重、窝别和营养状况等。人群的性别、年龄、民族、职业、文化程度和经济状况、病情和病程等。代表性：随机抽样实验设计的基本要素处理因素•处理因素或受试因素：根据研究目确定的欲施加或欲观察的、并能引起受试对象直接或间接效应的因素，简称处理或因素(factor)。是根据研究目的确定的主要因素，处理因素在整个实验中应始终要保持不变•非处理因素：与处理因素可能同时存在的能使受试对象产生效应的非研究因素。非处理因素干扰效应与所研究因素间关系的观察与分析，常常又称混杂因素(confounder)。实验设计的基本要素•处理因素种类：生物性、化学性、物理性•处理因素水平：每个因素在数量上或强度上可有不同。单因素单水平：研究某药物对原发性高血压患者的降压作用；单因素多水平：研究某药不同剂量的降血糖作用；多因素单水平：比较不同药物或不同疗法对某病的治疗效果；多因素多水平：临床上探索某肿瘤的联合化疗方案等。实验设计的基本要素实验效应实验效应是处理因素作用于受试对象的反应(response)和结局(outcome)，它通过观察指标(统计学常将指标称为变量)来体现。观察指标应具有客观性、精确性、特异性和灵敏性。实验设计的基本要素•客观性：客观指标则是借助测量仪器和检验等手段来反映的观察结果，客观指标具有较好的真实性和可靠性。主观指标是受试对象的主观感觉、记忆、陈述或实验者的主观判断结果；而。主观指标具有随意性和偶然性。实验设计的基本要素•精确性：包括准确度(accuracy)和精密度(precision)两层含义。准确度指观察值与真值的接近程度，主要受系统误差的影响；精密度指重复观察时，观察值与其均数的接近程度，其差值属于随机误差。实验设计的基本要素•特异性和灵敏性：某指标的特异度(specificity)反映其鉴别真阴性的能力，灵敏度（sensitivity）则反映其检出真阳性的能力。特异度高的指标不易受混杂因素的干扰；灵敏度高的指标能将处理因素的效应更好地显示出来。实验设计的基本要素•4)指标的盲法观察：为消除或最大限度地减少主观偏性，在设计时常采用盲法(blindmethod)。单盲法(singleblindmethod)：受试对象不知道自己分在哪一组；双盲法(doubleblindmethod)：受试对象和实验执行者均不知道受试对象分在哪一组三盲法(tripleblindmethod)：受试对象、实验执行者和统计分析人员三者均不知道受试对象分在哪一组常用的实验设计方案方案:完全随机设计配对设计随机区组设计交叉设计析因设计常用的实验设计方案完全随机设计1、设计模式：目标生物随机抽样研究对象试验组对照组随机分配阳性阴性阳性阴性常用的实验设计方案成组比较实验设计•1随机化•2设置对照和处理组•3样本含量•4实验的误差常用的实验设计方案•配对比较实验设计•1同窝•2同枝常用的实验设计方案交叉设计设计模式：阳性阳性甲组（方案A）洗方案B对象阴性脱阴性阳性期阳性乙组（方案B）方案A阴性阴性常用的实验设计方案随机区组设计例4-3如何按随机区组设计，分配5个区组的15只小白鼠接受甲、乙、丙三种抗癌药物？方法为先将小白鼠的体重从轻到重编号，体重相近的3只小白鼠配成一个区组，见表4-6。在随机数字表（附表15）中任选一行一列开始的2位数作为1个随机数，如从第8行第3列开始纪录，见表4-6；在每个区组内将随机数按大小排序；各区组中内序号为1的接受甲药、序号为2的接受乙药、序号为3的接受丙药，常用的实验设计方案常用的实验设计方案表4-65个区组小白鼠按随机区组设计分配结果区组号12345小白鼠123456789101112131415随机数683526009953936128527005483456序号321132321231213分配结果丙乙甲甲丙乙丙乙甲乙丙甲乙甲丙常用的实验设计方案样本含量的估计•影响样本含量估计的因素1.第一类错误概率的大小。越小所需样本含量愈多，2.检验功效(1)或第二类错误概率的大小检验功效愈大，第二类错误的概率愈小，所需样本含量愈多。3.容许误差容许误差愈大，所需样本含量愈小。4.总体标准差或总体概率反映资料的变异度。愈大，所需样本含量自然愈多。总体概率越近于0.50，则所需样本含量愈多。样本含量的估计•样本含量估计的方法样本含量的估计方法：查表法：查有关样本含量表，计算法：根据假设检验的公式反推。样本含量的估计(1)单样本均数检验或均数的配对检验2/2ZZN样本含量的估计(2)两样本均数检验2/21112ZZNQQ样本含量的估计(3)单样本频率检验2/200(1)ZZN