科研的实验设计概述和方法(全)教学文稿.ppt

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1、科研的实验设计概述和方法(全)p立题（发现问题、提出假说）立题（发现问题、提出假说）p 研究设计研究设计p 搜集资料搜集资料 p整理资料整理资料p 分析资料分析资料p 验证假说、理论概括验证假说、理论概括2 科研设计的质量直接影响着实验结果的准确性、可靠科研设计的质量直接影响着实验结果的准确性、可靠性、严密性和代表性，是实验数据的前提，决定着科学研究性、严密性和代表性，是实验数据的前提，决定着科学研究的成败。一个完整的科研设计包括专业设计和统计设计。二的成败。一个完整的科研设计包括专业设计和统计设计。二者相互结合，缺一不可。者相互结合，缺一不可。u专业设计专业设计：指研究者对专业知识的把握能力

2、，直接影响着实：指研究者对专业知识的把握能力，直接影响着实验的深度和水平。验的深度和水平。u统计设计统计设计：指研究者对统计知识的正确应用，直接影响着科：指研究者对统计知识的正确应用，直接影响着科学实验的质量。统计设计的任务是从研究的部署、实施、直学实验的质量。统计设计的任务是从研究的部署、实施、直到研究结果的解释，进行系统的安排，要做到以最少的人力到研究结果的解释，进行系统的安排，要做到以最少的人力和物力来获得可靠的结论与信息。和物力来获得可靠的结论与信息。3根据搜集资料的方法，可将科学研究分为两大类：根据搜集资料的方法，可将科学研究分为两大类：pp调调调调查查查查研研研研究究究究：研研究究

3、者者只只是是“被被动动”地地观观察察客客观观实实际际情情况况，不不对研究对象施加任何干预措施。对研究对象施加任何干预措施。-调查设计调查设计调查设计调查设计pp实实实实验验验验研研研研究究究究：研研究究者者给给研研究究对对象象人人为为地地施施加加干干预预因因素素，然然后后观察这种干预因素产生的效应。观察这种干预因素产生的效应。-实验设计实验设计实验设计实验设计4实验设计实验设计p实验设计是科研计划的具体实施方案，是进行实验和统计实验设计是科研计划的具体实施方案，是进行实验和统计分析的依据，是科学研究顺利进行以达到预期目标的重要分析的依据，是科学研究顺利进行以达到预期目标的重要保障。保障。p一个

4、科学合理的实验设计应该包括：根据研究目的确定研一个科学合理的实验设计应该包括：根据研究目的确定研究内容、技术路线和研究方法，特别是如何用较少的人力、究内容、技术路线和研究方法，特别是如何用较少的人力、物力、财力和时间，最大限度地减少误差来进行实验、获物力、财力和时间，最大限度地减少误差来进行实验、获得可靠的结果。得可靠的结果。5一、实验研究的特点及分类：一、实验研究的特点及分类：1、实验研究的特点实验研究的特点：p（1 1）处理因素是研究者人为设置的；）处理因素是研究者人为设置的；p（2 2）受受试试对对象象接接受受何何种种处处理理因因素素或或水水平平是是由由随随机机分分配配而而定的，因此各组

5、的非处理因素均衡性好，组间具有可比性。定的，因此各组的非处理因素均衡性好，组间具有可比性。p（3 3）能能使使多多个个实实验验因因素素包包含含在在较较少少次次数数的的实实验验中中，能能有有效地控制误差。效地控制误差。6一、实验研究的特点及分类：一、实验研究的特点及分类：2、实验研究的分类、实验研究的分类：(1)实验室研究（实验室研究（experiment in laboratory）(2)临床试验（临床试验（clinical trial）(3)社区干预试验社区干预试验(community intervening trial)7实验研究的分类实验研究的分类(1)实验室研究实验室研究(experi

6、ment in laboratory)：以实验动物或某些标本为实验对象，容易随机化，研究者可以主动地施加任何干预措施。通常为一些探索性研究，例如毒物的致畸、致癌、致突变实验，一些药理实验等。8实验研究的分类实验研究的分类p（2）临床试验（）临床试验（clinical trial）以以临临床床上上的的病病人人为为实实验验对对象象。研研究究者者在在选选择择研研究究对对象象和和施施加加干干预预措措施施时时应应特特别别注注意意要要符符合合医医学学伦伦理理学学的的要要求求，一一般般局局限限于于对对病病人人身身心心无无损损的的实实验验，目目的的多多为为研研究究某某种种药药物物或或某某项项疗疗法法的的疗疗效

7、效，且且多多多多为为为为证证证证实实实实性性性性研研研研究究究究。另另外外，由由于于人人具具有有自自然然属属性性和和社社会会属属性性，其其心心理理状状态态和和依依从从性性会会影响实验结果，故在设计时，应严格控制误差和偏倚。影响实验结果，故在设计时，应严格控制误差和偏倚。9实验研究的分类实验研究的分类(3)社社 区区 干干 预预 试试 验验（community intervening trial）以以社社区区中中的的健健康康人人群群为为研研究究对对象象，目目的的往往往往是是观观察察某某项项保保护护性性措措施施对对疾疾病病的的防防治治效效果果。由由于于社社区区干干预预试试验验难难以以对对研研究究对

8、对象象进进行行良良好好的的随随机机分分配配，因因此此又又称称半半实实验验研研究究（quasi-experiment）。）。p例例如如，观观察察肾肾综综合合征征出出血血热热疫疫苗苗对对肾肾综综合合征征出出血血热热的的预预防防作作用。用。10二、实验设计的基本原则：二、实验设计的基本原则：p对照对照(control)的原则的原则p随机化随机化(randomization)原则原则p重复重复(replication)的原则的原则p均衡均衡(homogeneity)的原则的原则11(一一)对照的原则对照的原则p医学实验的目的是能够得到医学实验的目的是能够得到处理因素处理因素(treatment,T)的

9、的实实验效应验效应(effect,E)，即，即TE。但在实验中，不可能是单。但在实验中，不可能是单纯的处理因素在起作用，非处理因素纯的处理因素在起作用，非处理因素(S)也会起作用，也会起作用，即即T+Se+s。如何得到。如何得到T产生的效应产生的效应e，就要有一个实，就要有一个实验设计，设计的主要手段是通过设立对照组对验设计，设计的主要手段是通过设立对照组对S加以控加以控制和抵销，从而显示出处理因素的作用。制和抵销，从而显示出处理因素的作用。12对照的原则对照的原则常用的对照形式常用的对照形式p空白对照空白对照p实验对照实验对照p标准对照标准对照p自身对照自身对照p配对对照配对对照p相互对照相

10、互对照p历史对照历史对照p安慰剂对照安慰剂对照13对照的原则对照的形式1、空空白白对对照照：是是指指对对照照组组不不给给以以任任何何处处理理。例例：为为了了解解某某疫疫苗苗效效果果，选选两两个个发发病病率率与与人人口口构构成成和和风风俗俗习习惯惯都都接接近近的的地地区区，一一组组接接种种疫疫苗苗(实实验验组组)，一一组组不不接接种种疫疫苗苗也也不不采采取取任任何何干干预预措措施施(空空白白对对照照组组)，观观察察两两地地发病率的变化情况。临床试验中较少用。发病率的变化情况。临床试验中较少用。示意图示意图 试验组：试验组：T+S1 e+s1|对照组：对照组：0+S2 0+s2 -T e 14对照

11、的原则对照的形式2、实实验验对对照照：不不给给对对照照组组施施加加处处理理因因素素，但但施施加加某某种种实实验验因因素素，即即对对照照组组采采用用与与实实验验组组相相同同的的操操作作程程序序但但不不含含处处理理因素。因素。例例如如：观观察察赖赖氨氨酸酸对对儿儿童童生生长长发发育育的的影影响响，给给实实验验组组的的儿儿童童课课间间加加餐餐含含赖赖氨氨酸酸的的面面包包，对对照照组组儿儿童童课课间间加加食食不不含含赖赖氨氨酸酸的的面面包包。处处理理因因素素是是赖赖氨氨酸酸，实实验验因因素素“面面包包量量”是是非处理因素，两组的非处理因素是相同的。非处理因素，两组的非处理因素是相同的。15对照的原则对

12、照的形式3 3、标准对照、标准对照：不设立专门的对照组，而是用现有的标准不设立专门的对照组，而是用现有的标准值或正常值做对照。在临床试验中常以某疗法为标准对值或正常值做对照。在临床试验中常以某疗法为标准对照组，这种对照应注意标准组必须是代表当时水平的疗照组，这种对照应注意标准组必须是代表当时水平的疗法，切忌以降低标准组效应的方法使实验组效应提高。法，切忌以降低标准组效应的方法使实验组效应提高。16对照的原则对照的形式4、自身对照：对对照照和和实实验验在在同同一一批批受受试试者者身身上上进进行行，例例如如用用药药前前后后。这这种种对对照照具具有有了了控控制制受受试试者者间间误误差差的的特特点点，

13、但但对对照照和和处处理理的的效效应应指指标标是是在在不不同同时时间间测测定定的的，因因而而引引入入了了“时时间间”这这一一因因子子，所所以以一一般情况下还要设立平行对照或采用交叉设计。般情况下还要设立平行对照或采用交叉设计。17对照的原则对照的形式5 5、配对对照、配对对照：将受试对象按非处理因素条件相同或相将受试对象按非处理因素条件相同或相近者配对，然后采用随机分组的方法将它们分别置于实近者配对，然后采用随机分组的方法将它们分别置于实验组和对照组中去。这将减少样本间的个体误差，使两验组和对照组中去。这将减少样本间的个体误差，使两种处理存在的差别更好地显示出来。种处理存在的差别更好地显示出来。

14、18对照的原则对照的形式6、相相互互对对照照：不不专专门门设设置置对对照照组组，而而是是2 2 个个或或几几个个实实验验组组间间相相互互对对照照。例例如如，用用莫莫雷雷西西嗪嗪治治疗疗室室性性早早搏搏，设设立立冠冠心心病病组组、高高血血压压病病组组和和心心肌肌病病组组，比比较较该该药药对对由由这这三三种种疾疾病病引引起起的室性早搏的疗效。的室性早搏的疗效。示意图示意图：试验组：试验组：T1+S1 e1+s1|对照组：对照组：T2+S2 e2+s2 -T1-T2 e1-e2 比较e1与e2孰优孰劣。19对照的原则对照的形式7、历历史史对对照照：以以本本人人过过去去的的研研究究或或他他人人的的研研

15、究究结结果果与与本次研究结果作对照。本次研究结果作对照。例例如如：第第一一只只克克隆隆羊羊的的诞诞生生，第第一一例例非非体体外外循循环环条条件件下下的的冠冠状状动动脉脉搭搭桥桥术术成成功功的的报报告告，都都能能得得到到承承认认。历历史史对对照照仅仅适适用用于于非非处处理理因因素素影影响响较较小小的的少少数数疾疾病病，常常规规实实验验一般不宜使用，若用时，必须考虑资料间的可比性。一般不宜使用，若用时，必须考虑资料间的可比性。例如，恶性肿瘤患者的生存率例如，恶性肿瘤患者的生存率20对照的原则对照的形式8、安安慰慰剂剂对对照照：实实验验组组用用某某一一种种药药物物，对对照照组组则则采采用用一一种种无

16、无药药理理作作用用的的安安慰慰剂剂(placebo)，它它们们在在外外观观上上不能为受试者所识别。不能为受试者所识别。使使用用安安慰慰剂剂有有助助于于避避免免对对照照组组与与试试验验组组病病人人不不同同的的心心理理作作用用的的影影响响，但但使使用用时时必必须须遵遵守守医医德德，并并且且通通常常要采用盲法要采用盲法(单盲、双盲、三盲单盲、双盲、三盲)。21(二二)、随机化原则、随机化原则p随随机机化化(randomization)，就就是是每每一一个个受受试试对对象象都都有有同同等等的的机机会会被被分分配配到到任任何何一一组组中中，分分组组的的结结果果不不受受人人为为因因素素的的干干扰扰和和影影

17、响响。实实验验设设计计中中必必须须遵遵循循随随机机化化的的原原则则，这这是是保保证证各各组组受受试试对对象象的的非非处处理理因素均衡一致的重要手段。因素均衡一致的重要手段。p随机分配的方法随机分配的方法：抽签、随机数字表、随机排列表。：抽签、随机数字表、随机排列表。22(三三)、重复的原则、重复的原则p重重复复(replication)，是是指指在在实实验验中中，每每一一个个处处理理组组要要通通过过足足够够数数量量的的受受试试对对象象(即即足足够够的的样样本本含含量量)，才才能能排排除除非非处处理理因因素素和和偶偶然然因因素素的的影影响响。是是消消除除非非处处理理因因素素影影响响的的又又一一重

18、重要要手手段段，同同时时也也消消除除偶偶然然因因素素的的影影响。响。p正正确确估估计计观观察察例例数数的的原原则则：在在保保证证研研究究结结果果具具有有一定的代表性和可靠性的基础上所需要的最少例数。一定的代表性和可靠性的基础上所需要的最少例数。23重复的原则决定样本含量的参数重复的原则决定样本含量的参数p1.检验水准检验水准 :越小越小,所需的样本量越大所需的样本量越大;p2.检验效能检验效能(1-):1-越大越大,样本量越大样本量越大;p3.总体中研究指标的变异程度总体中研究指标的变异程度 :越大越大,所需样本所需样本量越大；量越大；p4.组间总体参数的差值或容许误差组间总体参数的差值或容许

19、误差 :越小越小,所需样本所需样本量越大。量越大。24重复的原则样本含量的估计方法重复的原则样本含量的估计方法p1.1.样本均数与总体均数的比较：样本均数与总体均数的比较：25重复的原则样本含量的估计方法重复的原则样本含量的估计方法p2.2.配对设计和交叉设计实验的样本含量估计配对设计和交叉设计实验的样本含量估计 式中，式中，N为实验所需的对子数目为实验所需的对子数目。26重复的原则样本含量的估计方法重复的原则样本含量的估计方法3.3.两样本均数比较两样本均数比较 式中，式中，N为每组所需的样本例数为每组所需的样本例数。27重复的原则样本含量的估计方法重复的原则样本含量的估计方法p4.4.样本

20、率与总体率比较样本率与总体率比较 28重复的原则样本含量的估计方法重复的原则样本含量的估计方法p5.5.两样本率比较两样本率比较 式中，式中，N为总例数，每组例数为为总例数，每组例数为N/2。29重复的原则样本含量的估计方法重复的原则样本含量的估计方法6 6、配对计数资料、配对计数资料表 A、B两种检验方法比较A 法法B 法法合合 计计+-+aba+b-cdc+d合合 计计a+cb+da+b+c+d式中，式中，N为实验所需的对子数。为实验所需的对子数。30重复的原则样本含量的估计方法重复的原则样本含量的估计方法7.7.多个样本均数比较多个样本均数比较式中N为各组样本所需例数，和 分别为第 个样

21、本的均数和标准差的初估值，为组数。值可用相应的工具表查得。31重复的原则样本含量的估计方法重复的原则样本含量的估计方法p8.8.多个样本率比较多个样本率比较式中式中 N为每个样本所需观察例数，为每个样本所需观察例数，由相应的统计表查得由相应的统计表查得。32重复的原则样本含量的估计方法重复的原则样本含量的估计方法9 9、估计总体均数估计总体均数 式中式中N为所需的样本含量。为所需的样本含量。33重复的原则样本含量的估计方法重复的原则样本含量的估计方法10.10.估计总体率估计总体率 式中式中N N为所需的样本含量。为所需的样本含量。34重复的原则样本含量的估计方法重复的原则样本含量的估计方法p

22、11.11.直线相关分析的样本含量直线相关分析的样本含量式中，式中，N N为相关分析的样本例数为相关分析的样本例数,为估计的总为估计的总体相关系数。体相关系数。35（四）均衡的原则（四）均衡的原则 均衡，均衡，就是各组的受试对象除接受的处理因素不同外，就是各组的受试对象除接受的处理因素不同外，其他影响试验效应的非处理因素要基本相同。其他影响试验效应的非处理因素要基本相同。只有在均衡的条件下，各组才具有可比性只有在均衡的条件下，各组才具有可比性36三、实验设计的基本要素三、实验设计的基本要素 p处理因素 p受试对象p实验效应例如：用某种降压药物降压药物治疗高血压患者高血压患者，观察其 处理因素处

23、理因素 受试对象受试对象血压下降血压下降的情况。实验效应实验效应37(一一)处理因素处理因素(study factor,treatment)v所谓处理因素，就是指在试验中研究者希望着重考察的某所谓处理因素，就是指在试验中研究者希望着重考察的某些试验条件或给受试对象施加的外部干预措施。些试验条件或给受试对象施加的外部干预措施。v实验中影响实验结果的因素有很多，在一次实验中，研究实验中影响实验结果的因素有很多，在一次实验中，研究者不可能也不必要对所有影响因素都进行研究，因此，者不可能也不必要对所有影响因素都进行研究，因此，在在实验设计中，常常将处理因素以外的影响因素称为非处理实验设计中，常常将处理

24、因素以外的影响因素称为非处理因素。因素。38p处处理理因因素素可可以以是是人人为为主主动动施施加加的的，如如某某种种药药物物、手手术术方方法法、毒毒物物等等；也也可可以以是是客客观观存存在在的的某某些些实实验验条条件件(如如温温度度、pH值值)或或是是受受试试对对象象本本身身的的某某些些特特征征(如如性性别别、年龄等年龄等)。p处处理理因因素素可可以以是是一一个个，也也可可以以是是多多个个。同同一一个个因因素素可可以以根根据据不不同同强强度度或或状状态态分分为为几几个个水水水水平平平平。如如观观察察某某种种药药物物三三种种不不同同剂剂量量的的效效果果，即即为为单单因因素素三三个个水水平平；若若

25、同同时时观观察察这这种种药药物物两两种种给给药药方方式式（口口服服和和肌肌注注）、三三种种不不同同剂剂量量的的效效果果，这这时时给给药药方方式式和和剂剂量量则则成成为为两两个个处处理理因因素素，其其中中一一个个因因素素为为两两水水平平，一一个个因因素素为为三三水水平平，统称为两因素多水平。统称为两因素多水平。39实验设计中，确定处理因素时需注意以实验设计中，确定处理因素时需注意以下几点：下几点：p1 1、明确处理因素和非处理因素；、明确处理因素和非处理因素；p2 2、抓住实验中的主要因素；、抓住实验中的主要因素；p3 3、处理因素必须标准化。、处理因素必须标准化。40（二）（二）受试对象受试对

26、象(subjects)：医学研究的受试对象有人和动物医学研究的受试对象有人和动物1 1、实实验验动动物物的的选选择择：不不同同实实验验内内容容和和实实验验目目的的有有不不同同的的要要求求，实实验验中中应应明明确确其其种种属属、品品系系、月月龄龄、生生理理状状态态、性性别别、体体重、窝别等。具体方法参见重、窝别等。具体方法参见“实验动物学实验动物学”。2 2、人人的的选选择择：病病人人：应应注注意意病病例例的的来来源源、诊诊断断标标准准、纳纳入入标标准准、排排除除标标准准，另另外外，病病人人的的依依从从性性要要好好。健健康康人人：明明确确健健康康的的概概念念，排排除除有有某某些些特特定定疾疾病病

27、的的人人。具具体体参参见见 “临床试验设计临床试验设计”。41（三）实验效应（三）实验效应(effect of the treatment)：p指指受受试试对对象象接接受受处处理理因因素素后后的的反反应应，是是研研究究结结果果的的最最终终体体现，也是实验研究的核心内容。现，也是实验研究的核心内容。p应应具具体体化化为为观观察察指指标标，通通过过观观察察指指标标定定量量或或定定性性地地反反映映实实验验效效应应。研研究究者者应应当当对对所所研研究究的的问问题题有有全全面面的的了了解解，避避免免设计时遗漏重要的观察指标。设计时遗漏重要的观察指标。42选择效应指标的基本原则：选择效应指标的基本原则：p

28、客观性客观性：尽可能地选用客观指标。p关关联联性性：即指标应与研究目的有本质的联系，可通过查阅文献、预备实验或理论分析而定。p精精确确性性：包括准确度和精密度。准确度是指观察值与真值的接近程度，反映系统误差；精密度是指重复观察时，观察值与平均值的接近程度，反映随机测量误差。选择指标时应在保证准确度的同时兼顾精密度。43精确性精确性-准确度与精密度准确度与精密度44选择效应指标的基本原则：选择效应指标的基本原则：p灵敏性灵敏性：尽量选择高灵敏度的指标和测量方法。p特特异异性性：为了更好地揭示研究问题的本质，观察指标还应具备一定的特异性。例如，诊断糖尿病时，血糖比尿糖的特异性高。45四、控制误差与

29、偏倚四、控制误差与偏倚（一）误差（一）误差（error）实测值与真值之差，分为随机误差和实测值与真值之差，分为随机误差和非随机误差。非随机误差。随机误差随机误差 由随机因素引起的误差，具有随机、变化、不由随机因素引起的误差，具有随机、变化、不恒定的性质；例如，抽样误差恒定的性质；例如，抽样误差。非随机误差非随机误差 分系统误差和非系统误差两种。分系统误差和非系统误差两种。46系统误差系统误差-在试验过程中产生的呈现一定规律性的误差，在试验过程中产生的呈现一定规律性的误差，其产生原因通常是可知的；应设法消除其影响，不能消除其产生原因通常是可知的；应设法消除其影响，不能消除的应设法估计其影响程度，

30、以供分析资料时参考。的应设法估计其影响程度，以供分析资料时参考。非系统误差非系统误差-在试验过程中由于偶然失误造成的误差，如在试验过程中由于偶然失误造成的误差，如数据录入错误等，因而又称其为过失误差。对于此种误差数据录入错误等，因而又称其为过失误差。对于此种误差应通过认真核查资料予以消除。应通过认真核查资料予以消除。47（二）偏倚（二）偏倚（bias）p在临床试验过程中，由于对某些非处理因素未加严格控制，在临床试验过程中，由于对某些非处理因素未加严格控制，致使这些非处理因素对实验效应产生干扰，此种干扰所造成致使这些非处理因素对实验效应产生干扰，此种干扰所造成的系统误差叫偏倚。偏倚只能控制但不能

31、完全避免，严格遵的系统误差叫偏倚。偏倚只能控制但不能完全避免，严格遵守实验设计的基本原则是控制偏倚的重要途径。守实验设计的基本原则是控制偏倚的重要途径。p偏倚可分为偏倚可分为 选择性偏倚选择性偏倚(selection bias)、测量性偏倚测量性偏倚(measurement bias)和和混杂性偏倚混杂性偏倚(confounding bias)3种，它们可产生于临床试验的设计阶段、测量阶段和分析阶种，它们可产生于临床试验的设计阶段、测量阶段和分析阶段。段。481 1选择性偏倚选择性偏倚 p由于纳入标准和排除标准不明确所造成的偏倚。在临床试由于纳入标准和排除标准不明确所造成的偏倚。在临床试验设计

32、阶段控制选择性偏倚应采取以下措施：验设计阶段控制选择性偏倚应采取以下措施：(1)根据研究目的，严格规定受试对象的纳入标准和排除标根据研究目的，严格规定受试对象的纳入标准和排除标准。准。(2)采用分层抽样方法。采用分层抽样方法。(3)正确设立对照组正确设立对照组，尽可能使所有影响处理因素效应的非处，尽可能使所有影响处理因素效应的非处理因素在试验组和对照组保持均衡。理因素在试验组和对照组保持均衡。(4)严格贯彻随机化原则严格贯彻随机化原则，以保证试验组和对照组的受试对象，以保证试验组和对照组的受试对象的基础情况基本一致。的基础情况基本一致。492 2测量性偏倚测量性偏倚 p在临床试验的观察和测量阶

33、段，由于观察者或受试对象的在临床试验的观察和测量阶段，由于观察者或受试对象的主客观原因，对实验效应指标观察或测量时产生的偏倚叫主客观原因，对实验效应指标观察或测量时产生的偏倚叫测量性偏倚测量性偏倚。控制和防止测量性偏倚应采取以下措施：。控制和防止测量性偏倚应采取以下措施：p(1)盲法（盲法（blind）单盲是指受试者被盲，即观察者知道受单盲是指受试者被盲，即观察者知道受试者分组情况，但受试者本人不知道。试者分组情况，但受试者本人不知道。双盲是受试者和双盲是受试者和观察者双方均不知道分组情况。观察者双方均不知道分组情况。三盲是指观察者、受试三盲是指观察者、受试对象以及负责资料收集和分析的人员均不

34、了解分组情况。对象以及负责资料收集和分析的人员均不了解分组情况。p(2)其它辅助措施其它辅助措施503 3混杂性偏倚混杂性偏倚 p由于某些非处理因素与处理因素混杂在一起，影响了实验效由于某些非处理因素与处理因素混杂在一起，影响了实验效应的准确性，这些由非处理因素所致的偏倚为应的准确性，这些由非处理因素所致的偏倚为混杂性偏倚混杂性偏倚，简称简称混杂混杂。控制和防止混杂性偏倚应采取以下措施：。控制和防止混杂性偏倚应采取以下措施：在设计时要严格遵循随机分组的原则，使各组间的非处在设计时要严格遵循随机分组的原则，使各组间的非处理因素保持均衡，以防止混杂性偏倚。理因素保持均衡，以防止混杂性偏倚。在分析时

35、可通过分层分析或多因素分析，以控制混杂性在分析时可通过分层分析或多因素分析，以控制混杂性偏倚。偏倚。51 五、常用实验设计方法五、常用实验设计方法 医学研究中常用的实验设计方法有：医学研究中常用的实验设计方法有：完全随机设计、配对设计、配伍组设计、完全随机设计、配对设计、配伍组设计、交叉设计、拉丁方设计、析因试验设计、交叉设计、拉丁方设计、析因试验设计、正交实验设计、均匀实验设计、序贯试验正交实验设计、均匀实验设计、序贯试验等。等。不同的研究目的应采用不同的设计方法安不同的研究目的应采用不同的设计方法安排实验。排实验。52p不考虑个体差异的影响，仅涉及一个处理因素，不考虑个体差异的影响，仅涉及

36、一个处理因素，但可以有但可以有两个或多个水平，故亦称单因素实验设计。两个或多个水平，故亦称单因素实验设计。p设计时，将受试对象按设计时，将受试对象按随机化原则分配到处理组和对照组随机化原则分配到处理组和对照组中，各组样本例数可以相等，也可以不等，但相等时效率中，各组样本例数可以相等，也可以不等，但相等时效率高。高。一、完全随机设计一、完全随机设计（completely random design）53优缺点：优缺点：p优点优点：设计和统计分析方法简单易行；设计和统计分析方法简单易行；p缺点缺点：1 1、由于未应用试验设计三原则中的局部控制原则，由于未应用试验设计三原则中的局部控制原则，非试验因

37、素的影响被归入试验误差，试验误差较大，试验非试验因素的影响被归入试验误差，试验误差较大，试验的精确性较低。的精确性较低。2 2、只分析一个因素，不考虑个体间的差异，因而只分析一个因素，不考虑个体间的差异，因而要求各观察单位要有较好的同质性，在试验条件、环境、要求各观察单位要有较好的同质性，在试验条件、环境、试验动物差异较大时，不宜采用此种设计方法，否则，需试验动物差异较大时，不宜采用此种设计方法，否则，需扩大样本含量。扩大样本含量。54 (一一)设计方法设计方法p先将实验对象编号，按预先规定，利用随机排列表先将实验对象编号，按预先规定，利用随机排列表（或随机数字表）的随机数字将实验对象随机分配

38、到（或随机数字表）的随机数字将实验对象随机分配到各组中去各组中去（用随机排列表进行分组时，各组例数相等；（用随机排列表进行分组时，各组例数相等；用随机数字表进行分组时，各组例数常不相等，故常用随机数字表进行分组时，各组例数常不相等，故常用前者）。用前者）。p例一例一：按完全随机设计方法将：按完全随机设计方法将1010只小鼠随机分只小鼠随机分 配到甲、乙两组。配到甲、乙两组。完全随机设计完全随机设计55 用随机数字表分组用随机数字表分组 先将小鼠按体重由小到大编号；再从先将小鼠按体重由小到大编号；再从 “随机数字表随机数字表”中任意指中任意指定某行某列，如从第定某行某列，如从第3131行行131

39、3列开始，向右抄录列开始，向右抄录1010个两位数的随个两位数的随机数字，依次录于小鼠编号下；按预先规定，将随机数字为奇机数字，依次录于小鼠编号下；按预先规定，将随机数字为奇数者分到甲组，偶数者分到乙组。分组情况如下：数者分到甲组，偶数者分到乙组。分组情况如下：分组结果分组结果 甲组：甲组：4 4、6 6、7 7、1010号小鼠号小鼠 乙组：乙组：1 1、2 2、3 3、5 5、8 8、9 9号小鼠号小鼠调整：调整：85/6=14(85/6=14(余余1)1)，乙组中的第，乙组中的第1 1只小鼠被调到甲组。只小鼠被调到甲组。85 53完全随机设计完全随机设计设计方法设计方法56 用随机排列表分

40、组用随机排列表分组 先将小鼠按体重由小到大编号；再从先将小鼠按体重由小到大编号；再从“随机排列表随机排列表”中任意中任意指定一行，如第指定一行，如第3 3行，依次将行，依次将0 09 9之间的随机数字录于小鼠之间的随机数字录于小鼠编号下（遇编号下（遇9 9以上的数字应舍去）；按预先规定，将随机数以上的数字应舍去）；按预先规定，将随机数字为奇数者分到甲组，偶数者分到乙组。分组情况如下：字为奇数者分到甲组，偶数者分到乙组。分组情况如下：分组结果分组结果 甲组：甲组：1 1、4 4、6 6、8 8、9 9号小鼠号小鼠 乙组：乙组：2 2、3 3、5 5、7 7、1010号小鼠号小鼠 完全随机设计完全

41、随机设计18 1 10 13 17 2 0 3 8 15 7 4 19 12 5 14 9 11 6 16 设计方法设计方法57 例二：例二：按完全随机设计方法将按完全随机设计方法将1515名患者随名患者随机分机分 为甲为甲,乙乙,丙丙3 3组。组。完全随机设计完全随机设计设计方法设计方法58用随机数字表分组用随机数字表分组p先按患者的就诊顺序编号；再从先按患者的就诊顺序编号；再从“随机数字表随机数字表”中任意指定某行某列，中任意指定某行某列，如从第如从第6 6行行2929列开始列开始,向右录入向右录入1515个两位数的随机数字，并依次列于各患个两位数的随机数字，并依次列于各患者编号之下；最后

42、者编号之下；最后将随机数字从小到大编秩后得序号将随机数字从小到大编秩后得序号R R，并并规定规定R R：1 15 5者为甲组，者为甲组，6 61010者为乙组，者为乙组，11111515者为丙组。者为丙组。结果如下结果如下：注意：注意：随机数字的位数不应小于随机数字的位数不应小于n 的位数，遇有相同的随机数字应舍的位数，遇有相同的随机数字应舍去。去。如果设计上需要各组例数不相等时，可利用如果设计上需要各组例数不相等时，可利用R 调整各组例数。调整各组例数。当当n 较大时（如较大时（如n100），可用计算机排列出随机数字的序号），可用计算机排列出随机数字的序号R。完全随机设计完全随机设计设计方法

43、设计方法59用随机排列表分组用随机排列表分组p先按患者的就诊顺序编号；再从先按患者的就诊顺序编号；再从“随机排列表随机排列表”中任意指定一行，如中任意指定一行，如第第2121行，依次将行，依次将0 01414之间的随机数字录于各患者编号下（遇之间的随机数字录于各患者编号下（遇1414以上的以上的数字应舍去）；按预先规定，将随机数字为数字应舍去）；按预先规定，将随机数字为0 04 4的患者分入甲组，的患者分入甲组，5 59 9的患者分入乙组，的患者分入乙组，10101414的患者分入丙组。的患者分入丙组。结果如下结果如下：分组结果分组结果 甲组甲组：4 4、6 6、8 8、1111、1515号号

44、 乙组乙组：3 3、5 5、9 9、1212、1414号号 丙组丙组：1 1、2 2、7 7、1010、1313号号 完全随机设计完全随机设计设计方法设计方法6061（二）统计分析（二）统计分析完全随机设计完全随机设计62完全随机设计完全随机设计分析方法分析方法63完全随机设计完全随机设计分析方法分析方法64完全随机设计完全随机设计分析方法分析方法65二、配对设计二、配对设计（paired design）v将受试对象按配对条件配成对子，再按随机化原则把每对将受试对象按配对条件配成对子，再按随机化原则把每对中的两个个体分别分配到实验组或对照组。中的两个个体分别分配到实验组或对照组。v配对条件：配

45、对条件：以主要的非实验因素作为配比条件。动物实验以主要的非实验因素作为配比条件。动物实验中，常将同性别、同窝别、体重相近的两个动物配成一对；中，常将同性别、同窝别、体重相近的两个动物配成一对；人群试验中，常将性别和年龄、生活条件、工作条件相同人群试验中，常将性别和年龄、生活条件、工作条件相同或相近的两个人配成对子。或相近的两个人配成对子。v某些医学实验研究中的某些医学实验研究中的自身对照自身对照也可看作是配对设计，如也可看作是配对设计，如某指标治疗前后的比较（平行样本）；同一受试对象不同某指标治疗前后的比较（平行样本）；同一受试对象不同部位、不同器官的比较；同一标本不同检测方法的比较。部位、不

46、同器官的比较；同一标本不同检测方法的比较。66p例例 将已配成将已配成1010对的对的2020只小鼠随机分配到甲、乙两组。只小鼠随机分配到甲、乙两组。p先将小鼠编号，如第一对第一受试者编号为先将小鼠编号，如第一对第一受试者编号为1.11.1，第二受，第二受试者编号为试者编号为1.21.2，余仿此。再从，余仿此。再从随机排列表随机排列表中随机指定某中随机指定某行，例如第行，例如第6 6行，依次将行，依次将0 09 9之间的随机数字录于受试者之间的随机数字录于受试者编号下，舍去编号下，舍去10 10 1919之间的数字，并之间的数字，并规定规定随机数字为随机数字为奇数时取甲乙顺序，偶数时取乙甲顺序

47、。奇数时取甲乙顺序，偶数时取乙甲顺序。设计方法设计方法配对设计配对设计67分组结果分组结果 甲组甲组：1.2、2.2、3.1、4.2、5.1、6.2、7.1、8.2、9.1、10.1 乙组乙组：1.1、2.1、3.2、4.1、5.2、6.1、7.2、8.1、9.2、10.2随机分组随机分组配对设计配对设计设计方法设计方法68三、配伍组设计三、配伍组设计（randomized block design）u亦称随机区组设计，是亦称随机区组设计，是配对设计的扩大配对设计的扩大。该设计是将受试对象，。该设计是将受试对象，先按配比条件配成配伍组，每个配伍组有先按配比条件配成配伍组，每个配伍组有3 3个或

48、个或3 3个以上受试对个以上受试对象，再按随机化原则分别将各配伍组中的受试对象分配到各个象，再按随机化原则分别将各配伍组中的受试对象分配到各个处理组。处理组。u配对与配伍组设计的优点：配对与配伍组设计的优点：该类设计是按配比条件配对或配伍，该类设计是按配比条件配对或配伍，考虑了个体差异的影响，可分析处理因素和个体差异对实验效考虑了个体差异的影响，可分析处理因素和个体差异对实验效应的影响，所以又称两因素实验设计，比完全随机设计的检验应的影响，所以又称两因素实验设计，比完全随机设计的检验效率高；可减少样本含量。效率高；可减少样本含量。69 （一）设计方法（一）设计方法 u例例 按体重和年龄为配比条

49、件将按体重和年龄为配比条件将1212只雌性只雌性小鼠配成小鼠配成4 4个区组，试对每个区组内的个区组，试对每个区组内的3 3只只小鼠随机分配，分别给予甲、乙、丙小鼠随机分配，分别给予甲、乙、丙3 3种种饲料。饲料。配伍组设计配伍组设计70p先给动物编号：先给动物编号：第第1 1配伍组为配伍组为1 13 3号，第号，第2 2配伍组为配伍组为4 46 6号，第号，第3 3配伍组为配伍组为7 79 9号，第号，第4 4配伍组为配伍组为10101212号；再从随机排列表中，号；再从随机排列表中，任意指定连续的任意指定连续的4 4行行，如第，如第12121515行，每行只取随机数字行，每行只取随机数字1

50、 13 3，其余舍去，依次列于各配伍组的受试者编号下，并，其余舍去，依次列于各配伍组的受试者编号下，并规定规定随机随机数字数字为为1 1的小鼠喂以甲饲料，为的小鼠喂以甲饲料，为2 2的小鼠喂以乙饲料，为的小鼠喂以乙饲料，为3 3的小鼠的小鼠喂以丙饲料喂以丙饲料。分配结果如下：。分配结果如下：随机分组随机分组配伍组设计配伍组设计设计方法设计方法7172配对设计和配对设计和配伍组设计配伍组设计73 四、交叉设计（四、交叉设计（cross-over design）u是在自身配对设计基础上发展起来的，是在自身配对设计基础上发展起来的，该设计考虑了该设计考虑了1 1个处个处理因素（理因素（A A、B B