十一实验设计.ppt

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1、 第十一章第十一章实实 验验 设设 计计科学研究科学研究实验研究实验研究施施加干预措施加干预措施调查研究调查研究不施加干预措施不施加干预措施第一节第一节 科学研究设计的基本精神科学研究设计的基本精神研究（实验、调查）设计的基本思路：研究（实验、调查）设计的基本思路：1.1.逻辑思维层次逻辑思维层次。提出研究假说，针对假说进。提出研究假说，针对假说进行周密、合理的设计；行周密、合理的设计；2.2.技术操作层次技术操作层次。资料的收集、汇总、整理。资料的收集、汇总、整理和分析；和分析；3.3.哲学层次哲学层次。阐明结果，用辩证法判断，做。阐明结果，用辩证法判断，做出结论，然后应用于实践或者修正起初

2、的出结论，然后应用于实践或者修正起初的假设（当结果与研究假设相矛盾时）。假设（当结果与研究假设相矛盾时）。医学研医学研究设计究设计医学专业设计医学专业设计：文献，选题：文献，选题（创新、（创新、先进、科学、目的、可行，提出、先进、科学、目的、可行，提出假说、确定研究对象和技术方法假说、确定研究对象和技术方法 统计设计统计设计：确定设计类型、调查方法、：确定设计类型、调查方法、样本大小、对照组样本大小、对照组、统计检验方法统计检验方法 第二节第二节 实验研究的概念特征和类型实验研究的概念特征和类型实验研究实验研究4 4项特征：项特征：处理因素处理因素（也称（也称“干预因素干预因素”），可以人为设

3、置；），可以人为设置；受试对象可以随机分配到各组；受试对象可以随机分配到各组；研究过程中除了处理因素不同外，其他干扰因素研究过程中除了处理因素不同外，其他干扰因素能够控制齐同；能够控制齐同；研究结果若各组间有差别，并且该差别经统计检研究结果若各组间有差别，并且该差别经统计检验后排除抽样误差的可能性，则可以认为这个差别验后排除抽样误差的可能性，则可以认为这个差别是由于不同的处理所致，因果联系较为直接。是由于不同的处理所致，因果联系较为直接。实验研究分类：实验研究分类：1.1.实验室实验：实验对象为动物（实验室实验：实验对象为动物（动物实 验）、植物、生物材料2 2.临床试验临床试验：实验对象大多

4、为患者3.3.社区干预实验：实验对象为社区人群 处理因素处理因素（study factor or treatment）受试对象受试对象（study subjects）实验效应实验效应（experimental effect）第三节第三节 实验设计的基本要素实验设计的基本要素 一、一、处理因素处理因素 由研究目的确定的欲施加或欲观察的、由研究目的确定的欲施加或欲观察的、能引起受试对象直接或间接效应的（生物能引起受试对象直接或间接效应的（生物的、化学的、物理的）因素。的、化学的、物理的）因素。注意：注意：1.处理因素标准化处理因素标准化 2.分清处理与非处理因素（分清处理与非处理因素（与处理因素相

5、对与处理因素相对应并同时存在，能使受试对象产生混杂效应并同时存在，能使受试对象产生混杂效应，也称混杂因素）应，也称混杂因素）二、受二、受 试试 对对 象象受试对象受试对象（研究对象）（研究对象）：处理因素作用的：处理因素作用的客体，由研究目的确定的研究总体（人、客体，由研究目的确定的研究总体（人、动物、植物、生物材料）动物、植物、生物材料）动物实验动物实验:动物，临床实验动物，临床实验:患者、健康人患者、健康人 现场实验现场实验:社区人群社区人群基本条件基本条件：对处理敏感对处理敏感 反应稳定反应稳定（一）动物的选择（一）动物的选择与临床试验相比，动物实验具有许多独特的优点：与临床试验相比，动

6、物实验具有许多独特的优点：1.可以更严格地控制实验条件；可以更严格地控制实验条件；2.可以对实验对象进行有害或可能有害的因素研究；可以对实验对象进行有害或可能有害的因素研究；3.可以直接获取反映实验效应的样本资料。如可把可以直接获取反映实验效应的样本资料。如可把肝脏取出测定。肝脏取出测定。4.多数实验动物传代比人类快得多，为遗传、免疫、多数实验动物传代比人类快得多，为遗传、免疫、肿瘤研究提供极大便利；肿瘤研究提供极大便利；5.实验动物在饲养、管理上一般都比较经济。实验动物在饲养、管理上一般都比较经济。（二）人的选择（二）人的选择1.病人的选择：病人的选择：统一诊断标准统一诊断标准。住院、门诊病

7、人优缺点：住院、门诊病人优缺点：住院病人住院病人所处环境较安静，条件容所处环境较安静，条件容易控制易控制，试验容易维持恒，试验容易维持恒定，便于医生作定，便于医生作观察观察、检查和记录；、检查和记录；资料完整资料完整且易达到一定且易达到一定的的精确精确度。度。门诊病人门诊病人受客观环境和主观心理状态不断变化的受客观环境和主观心理状态不断变化的影响，对医嘱的影响，对医嘱的依从性依从性（compliance）得）得不不到保障、病历到保障、病历记录粗糙记录粗糙而难以达到所要求的精确度。但门诊病人并非处在而难以达到所要求的精确度。但门诊病人并非处在特殊环境下，所进行的试验而获得的结果经得起日常生活的特

8、殊环境下，所进行的试验而获得的结果经得起日常生活的考验，不至于出现某种治疗方案在医院里效果好，出院后效考验，不至于出现某种治疗方案在医院里效果好，出院后效果差的情况，所以门诊病人的试验结果果差的情况，所以门诊病人的试验结果应用面较广应用面较广。另外用。另外用门诊病人作为受试对象，门诊病人作为受试对象，经济经济上较为合算，他们不需要特殊上较为合算，他们不需要特殊的照顾与护理，且病例数量远多于住院病人。根据实际情况，的照顾与护理，且病例数量远多于住院病人。根据实际情况，初初步步试试验可验可在门诊在门诊病人中进行，较为细微和病人中进行，较为细微和深入深入的试验应该的试验应该在住院在住院病人中进行。病

9、人中进行。2.正常人做受试对象正常人做受试对象：（1）事先向受试者讲清试验方法和目的，做到）事先向受试者讲清试验方法和目的，做到知情选择（知情选择（inform conseut），不允许隐瞒），不允许隐瞒和保密；和保密；（2）应该保证做到受试对象的健康不受损害，）应该保证做到受试对象的健康不受损害，试验是绝对安全的。试验是绝对安全的。3.志愿受试者：志愿受试者：耐受性会比普通人更好。会使试验方法耐受性会比普通人更好。会使试验方法（新药或新疗法）的（新药或新疗法）的“副作用副作用”灵敏度下降，灵敏度下降，相相对应的是使对应的是使“效果效果”灵敏度升高。灵敏度升高。三、实验效应（三、实验效应（ex

10、perimental effect）实验效应实验效应：处理因素作用于受试对象的反应和：处理因素作用于受试对象的反应和 结局，由观察指标体现。结局，由观察指标体现。要求指标：要求指标：1.客观性客观性2.精确性：精确性：准确度准确度（观察值与真值的接近程度，主要（观察值与真值的接近程度，主要 由由系统误差系统误差引起）；引起）；精密度精密度（观察值与其均值的接近程度，主要（观察值与其均值的接近程度，主要 由由随机误差随机误差引起）引起）3.灵敏度灵敏度和和特异度特异度：灵敏度灵敏度反应其鉴别真阳性的能力反应其鉴别真阳性的能力在社区观察防治缺铁性贫血的效果，临床症状、在社区观察防治缺铁性贫血的效果

11、，临床症状、体征、比色法测血红蛋白不灵敏，因只有缺铁体征、比色法测血红蛋白不灵敏，因只有缺铁明显时才会有血红蛋白变化、贫血症状与体征；明显时才会有血红蛋白变化、贫血症状与体征；选血清铁蛋白较灵敏。选血清铁蛋白较灵敏。特异度特异度反应其鉴别真阴性的能力反应其鉴别真阴性的能力在高血压病的研究中，用血压作指标在高血压病的研究中，用血压作指标特异度高；特异度高；而用头昏、失眠作为指标特异性差。而用头昏、失眠作为指标特异性差。第四节第四节 科研设计的基本原则科研设计的基本原则基本原则基本原则随机原则随机原则对照原则对照原则均衡原则均衡原则重复原则重复原则在社区观察防治缺铁性贫血的效果，临床症状、体征、比

12、色法测血红蛋在社区观察防治缺铁性贫血的效果，临床症状、体征、比色法测血红蛋白不灵敏，因只有缺铁明显时才会有血红蛋白变化、贫血症状与体征；白不灵敏，因只有缺铁明显时才会有血红蛋白变化、贫血症状与体征；选血清铁蛋白较灵敏。选血清铁蛋白较灵敏。随随机机化化的的定定义义是是抽抽取取时时要要使使每每一一观观察察单单位位都都有有同同等等的的机机会会被被抽抽取取。随随机机化化的方法有抽签和随机数字表。的方法有抽签和随机数字表。（一）随机原则（一）随机原则（二）对照原则（二）对照原则 对照组除了实验因素不同以外，实验对照组除了实验因素不同以外，实验过程中的实验条件和辅助措施，都应相同过程中的实验条件和辅助措施

13、，都应相同常见的对照常见的对照 表表现现为为实实验验的的例例数数（样样本本含含量量）和实验重复的次数。和实验重复的次数。（三）重复原则（三）重复原则（四）均衡原则（四）均衡原则 各组除处理因素外，其它条件各组除处理因素外，其它条件一一 致致第五节第五节 研究资料的质量研究资料的质量一、误差（一、误差（error）统计上将实验和调统计上将实验和调查观测到的原始数据计算得到的某指查观测到的原始数据计算得到的某指标的值与真值之差别，即样本统计量标的值与真值之差别，即样本统计量与总体参数之差别称为与总体参数之差别称为“误差误差”。1.1.过失误差过失误差（blunder errorblunder er

14、ror）：不允许发生的）：不允许发生的 错误错误.2.2.系统误差系统误差（system errorsystem error）：有偏向性差值的误）：有偏向性差值的误差。如所用测量仪器不准，造成测定值偏大或者差。如所用测量仪器不准，造成测定值偏大或者偏小。偏小。流行病学中系统误差亦称流行病学中系统误差亦称“偏倚偏倚”（biasbias），包括），包括选择偏倚选择偏倚、测量偏倚测量偏倚和和混杂偏混杂偏倚倚。3.3.随机误差随机误差（random errorrandom error）：也称）：也称“偶然误差偶然误差”或或“统计误差统计误差”。同一仪器对同一对象重复测量。同一仪器对同一对象重复测量多次

15、，每次测量结果不会完全相同，这是由偶然多次，每次测量结果不会完全相同，这是由偶然因素造成的因素造成的随机测量误差随机测量误差；又如；又如“抽样误差抽样误差”。二、准确度和精密度（二、准确度和精密度（accuracy and precision）准确度和精密度是用来评价某种测定方准确度和精密度是用来评价某种测定方法（包括仪器、试剂和操作步骤）测得结法（包括仪器、试剂和操作步骤）测得结果可信赖程度的两项指标。果可信赖程度的两项指标。“准确准确”是指测定值与真值的接近程度，是指测定值与真值的接近程度，也称研究（测定）结果的真实性、也称研究（测定）结果的真实性、有有效度效度（validity），不真实

16、的东西是无效的。），不真实的东西是无效的。“精密度精密度”是指用同一仪器（或方法）是指用同一仪器（或方法）对同一标本进行多次测定的平均值，与各对同一标本进行多次测定的平均值，与各个别测定值接近的程度。个别测定值接近的程度。其差值属于随机误差，用标准差或变异其差值属于随机误差，用标准差或变异系数来表示其大小，说明某方法的测定重系数来表示其大小，说明某方法的测定重现性、可信性。所以精密度反映了现性、可信性。所以精密度反映了可可信度信度（reliability）。）。第六节实验研究中样本含量的估算 一、基本概念一、基本概念影响例数的因素影响例数的因素：1.1.数据种类数据种类 n大 小：定性 等级

17、定量2.被检验指标间差值被检验指标间差值(精度精度)大小大小 3.3.变异度大小变异度大小 4.4.两类误差大小两类误差大小5.5.检验的单、双侧：双侧所需检验的单、双侧：双侧所需多于单侧多于单侧6.6.相关程度高低：相关程度越高，相关程度高低：相关程度越高，就小就小 7.7.效率高低：配对、配伍设计，各组例数相等时高效率高低：配对、配伍设计，各组例数相等时高 二、常用实验设计的样本含量二、常用实验设计的样本含量 的估算的估算（u 只取单侧）只取单侧）（一）样本均数与总体均数比较（或配对检验）（一）样本均数与总体均数比较（或配对检验）（二）两个随机组均数比较（二）两个随机组均数比较 完全随机化

18、设计完全随机化设计 配对设计配对设计 配伍组设计配伍组设计 拉丁方设计拉丁方设计第七节第七节 常用的实验设计方法常用的实验设计方法设计方案设计方案 ：将受试对象随机分配到实验：将受试对象随机分配到实验组和对照组。组和对照组。一、一、完全随机化设计完全随机化设计 (randomized control trial)(randomized control trial)研究因素为一个，又称为研究因素为一个，又称为单因素设计单因素设计。方方 法法 ：抽签、随机数字表（或随机：抽签、随机数字表（或随机 排列表）排列表）例例11-16 设有同种系同性别小白鼠设有同种系同性别小白鼠14只，试用随机数字表将它

19、们分成两组。只，试用随机数字表将它们分成两组。方法方法：先将小白鼠随机编号为：先将小白鼠随机编号为1，2，14，然后在附表，然后在附表16随机数字表内任随机数字表内任一列及任一行作为起点向任何方向（上、一列及任一行作为起点向任何方向（上、下、左、右，甚至对角线斜方向）连续抄录下、左、右，甚至对角线斜方向）连续抄录14个二位数，事先规定奇数归入甲组，偶数个二位数，事先规定奇数归入甲组，偶数归入乙组（反之亦可）。归入乙组（反之亦可）。例例11-17 试将试将18只小白鼠随机等分成三只小白鼠随机等分成三组。组。方法方法：先将：先将18只动物随机编号：只动物随机编号：118，从附表从附表15随机排列表

20、内任意一行，假定为第随机排列表内任意一行，假定为第13行，依次抄录除去行，依次抄录除去“18、19”的从的从017的的十十八个随机数字。规定：八个随机数字。规定：05为甲，为甲，611为乙为乙，1217为丙为丙设设计计方方案案：将将实实验验对对象象按按一一定定条条件件配配成成对对子子，再再随随机机分分配配每每对对中中的的两两个个对对象象到到实实验验组组和和对对照照组组接接受受不不同处理。同处理。二、二、配对设计配对设计 (paired design)(paired design)优点优点：增强处理间的均衡性，提高检验效能。：增强处理间的均衡性，提高检验效能。临床常用自身（同源）配对和异体配对。

21、临床常用自身（同源）配对和异体配对。例例11-18 有有8对受试者，试将每一对随机分配对受试者，试将每一对随机分配 在甲乙两种处理组中。在甲乙两种处理组中。方法方法：第：第1对两个编号对两个编号1.1，1.2；第；第2对编号对编号2.1，2.2，余仿此。在随机排列表中任一行，余仿此。在随机排列表中任一行依此抄录依此抄录“07”八个随机数字，事先规定八个随机数字，事先规定奇数时按甲乙顺序，偶数时取乙甲顺序奇数时按甲乙顺序，偶数时取乙甲顺序 设计方案设计方案:将条件相近的实验对象配成组，再将条件相近的实验对象配成组，再按随机的方法将每个配伍组中的个按随机的方法将每个配伍组中的个体分配到各个对比组中

22、去，给予不体分配到各个对比组中去，给予不同处理。同处理。优点优点：增强处理间的均衡性，提高检验效能。：增强处理间的均衡性，提高检验效能。三、三、随机区组设计随机区组设计例例1119 12名受试者，按性别、年龄和病名受试者，按性别、年龄和病情等特征分为三个区组（每组情等特征分为三个区组（每组4名），并编名），并编号成号成14号为第号为第区组，区组，58号为第号为第区区组，余类推。拟在每一区组内分别给予组，余类推。拟在每一区组内分别给予A、B、C、D四种处理。四种处理。操作操作：先从随机排列表中任意指定三行，：先从随机排列表中任意指定三行，如第如第68行，每行内依次取行，每行内依次取“14”四个随四个随机数字列在区组内受试者编号之下，事先机数字列在区组内受试者编号之下，事先规定随机数字规定随机数字1、2、3、4分别代表分别代表A、B、C、D四种处理。四种处理。（随机进行行间或列间交换）（随机进行行间或列间交换）