研究生实验设计方法

12实验设计实验设计（DesignofExperiment，DOE）顺利进行科学研究和数据统计分析的先决条件获得预期结果的重要保障设计专业设计：统计设计：从各专业角度考虑实验的科学安排。——选题、建立假说、确定研究对象和技术方法等。从统计学角度考虑资料的搜集、整理和分析的设计。——设计类型、样本含量、统计分析指标及统计分析方法。医学科学研究方法分类：研究是以客观、真实的观察为依据，对观察结果进行对比分析不能人为地施加干预措施（即处理因素）；受试对象接受何种处理因素或同一处理因素的不同水平不是由随机化而定的。1.观察性研究（Observationalstudy）：又称非实验性研究（Non-experimentstudy）；对比研究（Comparativestudy）；是以客观、真实的观察为依据，对结果进行对比分析。举例：1.研究吸烟与肺癌的关系。2.研究母乳喂养和人工喂养儿童的生长发育情况。特点：2.实验性研究（Experimentstudy）：从指研究者能够人为给予干预措施的研究。——它的设计叫作实验设计，包括专业设计和统计设计两部分。举例：1.研究健康教育能否预防控制小学生意外伤害的发生。2.两种毒物致畸变作用的研究--大白鼠染毒实验。优点：可以较好地控制处理因素，排除干扰，使比较组间有较好的均衡性和可比性。缺点：样本量较小时，均衡性和可比性难以保证；伦理学方面的问题。举例：拟考察一种新药“A脂”降血脂的疗效。拟选择40只小鼠作为研究对象，考察A脂与“洛伐他仃”降血脂之间的差别，以低密度脂蛋白（LDL）作为疗效判断的指标。随机分组估计样本量造动物模型A脂组洛伐他仃组选择受试对象处理测LDL改变量统计处理结论实验设计三大支柱三要素四原则实验设计类型实验设计—教学内容12.1实验设计的概念。12.2实验设计的三要素12.3实验设计的四原则12.4实验设计的类型。12.2实验设计的三要素实验设计的三要素：受试对象（object）实验效应（Experimentaleffect）实验因素（Treatment）受试对象处理因素实验效应其它因素其它效应举例：研究某药对2型糖尿病患者的降糖效果1.受试对象（Object）：可是生物体和非生物体，前者可是人或动物。实验可根据对象不同分动物实验、临床实验、现场实验三大类。动物选择：种类、品系、年龄、体重、窝别、营养等保证其同质性和代表性明确其纳入标准和排除标准病例选择：诊断明确、依从性好、年龄性别、病情病程等现场人群：正常人，注意性别、年龄、民族、职业、文化程度、经济状况等。抓住主要处理因素；区分处理因素与非处理因素；处理因素标准化，且实施中恒定不变。2.实验因素（Treatment）：研究者希望着重考察的某些实验条件，能引起受试对象直接或间接反应的因素。非实验因素：与处理因素同时存在，能使受试对象产生效应的因素，叫~，因其常常干扰效应与所研究因素间的观察与分析，又常叫混杂因素（Confounder）。举例：药剂、手术方法、γ射线、毒物等等研究中注意：3.实验效应（Experimentaleffect）：是实验因素作用于受试对象的作用（response）和结局（outcome），通过观察指标来体现的。指标选择：包括客观、主观指标；关键是选择好的指标。准确性（accuracy）精密性（precision）特异性（specificity）灵敏性（sensitivity）指标的选择：指标的观察：单盲、双盲、三盲客观性四性12.3实验设计的四原则四原则：对照原则重复原则随机原则英国统计学家R.A.Fisher提出实验设计三原则：均衡原则12.3.1对照原则（Control）对照是比较的对象；设置的目的是控制混杂因素和偏倚，以减少实验误差和系统误差。同期对照（concurrentcontrol）：在整个实验过程中，实验组与对照组始终处于同时同地。基线比较（baseline）：对照组设置后，应检验两组开始时的状态是否均衡。常用的对照形式：⑴安慰剂对照（Placebocontrol）对象I处理效应其它因素其它效应处理因素对象II效应其它因素其它效应安慰剂实验组：对照组：安慰剂（Placebo）无药理作用的“假药”或“伪药”(dummymedication)外观（剂型、大小、顔色）、重量、气味及口味等与试验药物一致。目的：克服研究者、受试对象、评价者等由于心理因素所造成的偏倚；消除疾病自然进程的影响，分离出由于试验药物引起的真正反应。注意：慎用，以不影响人的健康为前提。⑵空白对照（Blankcontrol）对象I处理效应其它因素其它效应处理因素对象II效应其它因素其它效应不处理实验组：对照组：空白对照（Blankcontrol）对照组不施加任何措施，反映研究对象在实验过程中的自身变化。⑴由于处理手段非常特殊，安慰剂盲法试验无法执行，或执行起来非常困难；如放射治疗或手术治疗。⑵试验药的不良反应非常特殊，以至无法使研究者处于盲态（blindness），用安慰剂意义不大，这时采用空白对照。一般物理化学实验中扣除本底值的差异；临床试验中，可用于不适合安慰剂对照或慢病研究中。⑶标准对照（Standardcontrol）：实用现有的标准方法或常规方法，或现有的标准值或参考值作对照。对象I新效应其它因素其它效应新处理对象II标准效应其它因素其它效应实验组：对照组：标准处理注意：用现有的标准值或参考值作对照---不好！⑷自身对照（Selfcontrol）：实验和对照在同一受试对象身上进行，如身体对称部分或前后接受两不同处理。对象IA效应其它因素其它效应A对象IIB效应其它因素其它效应B实验组：对照组：举例：研究某治疗烧伤新药的疗效。同个体某部位同个体对称的部位举例：研究盐酸西布曲明的减肥效果---前后对照注意：单一的前后对照是不提倡的；要设对照组。前后对照不是同期对照；在实验中同样需要另设一个对照组，用处理前后效应的差值来比较实验组和对照组。西布曲明肥胖患者体重（服药前）肥胖患者体重（服药后）自身对照（Selfcontrol）⑸相互对照（Mutualcontrol）对象IA效应其它因素其它效应处理A对象IIB效应其它因素其它效应处理B实验组：对照组：⑹实验对照（Experimentalcontrol）：对照组不施加处理因素，但施加与处理因素有关的实验因素。对象IA+B效应其它因素其它效应A+B对象IIB效应其它因素其它效应B实验组：对照组：举例：赖氨酸添加实验，考察补充赖氨酸对儿童发育的影响赖氨酸+面包面包赖氨酸+面包面包⑹历史对照（Experimentalcontrol）：拿当前的实验结果与历史上的同类实验结果相比较，即为~，一般不宜采用。安慰剂对照空白对照标准对照自身对照相互对照实验对照历史对照对照A.实验对照B.空白对照C.安慰剂对照D.相互对照E.自身对照1.为研究某新药治疗胃溃疡的效果，对照组选用雷尼替丁治疗，这属于。2.为明确某食物疗法对贫血的疗效，选用治疗前、后血红蛋白量作为疗效观察指标，这属于。3.为研究某感冒药物疗效，实验组服用该新药，对照组不使用任何药物，这属于。4.若上题，对照组服用感冒通胶囊，则属于。练习题：12.3.2重复原则在相同的实验条件下，进行多次研究或多次观察，以提高实验的可靠性和科学性。重复实验：相同条件下，独立重复观测多个样品，或受试对象，目的是降低以个体差异为主的各种实验误差。关键：要有足够的样本含量。重复取样：同一时间点从同一受试对象或样品中取多个样本，目的是看受试对象身上某定量观测指标含量的分布情况。重复测量：保证了观察结果的精度包括：目的：估计实验误差、降低实验误差。12.3.3随机原则（Randomization）（一）目的：使实验组与对照组之间在非实验因素的分布尽量保持均衡一致，统计学上常采用随机化的方法。抽样的随机：每个附合条件的受试对象被抽取的机会均等。分组的随机：每个受试对象被分到各组的机会均等。实验顺序的随机：每个受试对象先后接受处理的机会均等。随机化应贯穿研究设计和实施的全过程，包括：1.抽签或掷硬币2.随机数字表（Tableofrandomnumber）3.计算机的伪随机数发生器（Pseudorandomnumber，PRN）或：专业化软件RandA1.0（二）随机化的方法软件种子数（三）常用的两种随机化方法1.完全随机化（Completerandomization）：直接将受试对象进行随机化分组。步骤：⑴编号：动物按体重大小、患者按就诊次序⑵取随机数（与n的位数相同）⑶确定组别举例：试将同性别、体重相近的30只动物分到A、B、C三组。编号取随机数定组别编号1～1011～2021～3031～4041～501221768658168952392358702225751610943950658248203472193627594613799337553977327709855205306247835162743167723027709618725212806242593167113597823054747254784376716120449032649767639961463803932269812199215032828260873373204056930160905886958289935074475476932253643907106376358703047988081313855155345772697787658547492387096925206797945826318274469669219098236835260099539361285270054834566505618690921070809153925709993865277651533590528228726074786969829061058719630241846233427851399244449180979497416322302表5-1随机数字表（随机数字表的一部分）配对随机化(Pairedrandomization)：以“对子”为层区组随机化(Blockrandomization)：以“区组”为层步骤：⑴编号；⑵取随机数；⑶确定组别2.分层随机化（Stratifiedrandomization）：先对可能影响实验过程和结果的混杂因素分层，然后在每一层内进行完全随机化，即是分层随机化。常用的有:举例：为比较四种抗癌新药的疗效，将小白鼠体重作分层或区组因素，试分配处理。分层编号取随机数定组别分层随机数随机数序号随机排列结果鼠1鼠2鼠3鼠4鼠1鼠2鼠3鼠4鼠1鼠2鼠3鼠41814677610132DACB2083974002301BCDA3992472480132DACB…………………………………b337215992310BCAD表8-2小白鼠区组随机化的结果12.3.4均衡原则所谓均衡就是指实验组与对照组之间在非实验因素方面应力求均衡一致。主要作用：是确保实验因素各水平组间不受其他实验因素或重要的非实验因素的不平衡的影响。盲法应用的形式研究中牵涉的人员单盲双盲三盲研究对象×××研究的观察者√××研究的评价/分析者√√×研究的设计者√√√为最大限度的减少偏倚，在临床试验设计中还常采用盲法的原则，特别是临床药物实验：12.4实验设计类型方法常用的实验设计方法：单因素设计两/多因素设计单组设计配对设计成组设计单因素多水平设计分类随机区组设计交叉设计析因设计重复测量设计2.配对设计（Paireddesign）将受试对象按一定条件配成对子，再随机分配每对中的两个受试对象到不同的处理组。配对因素：可能影响实验结果的主要混杂因素同源配对设计条件相似者配对设计自身配对设计包括：AB配对设计：配对设计的主要形式有：①将两条件相同或相近的受试对象配成对子（含同一个体两对称器官或组织），分别接受两种不同的处理。如：小鼠配对实验。②同一受试对象（人或标本）分别接受两种不同处理。③前后配对：同一受试对象接受一种