上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程2012级药学班实验设计.ppt

单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 *1 试 验 设 计 药理 祁红 医学研究存在问题 实验实验 原则则掌握不当 实验设计实验设计 方面的缺陷 统计统计 数据处处理时时存在的问题问题 设计的意义 无处处不在的设计设计 经济经济 节节省人力,物力,时间时间 高效考察多因素,多指标标 准确样样本 总总体 可靠控制误误差,排除干扰扰 专业设计专业设计： （专业专业 角度）选题选题 、建立假说说、 选择选择 研究对对象、确定观观察指标标、技术术方法。 统计设计统计设计： （统计统计 学角度）确定实验设计实验设计 方案 、抽样样方法、样样本容量、统计统计 分析指标标及统计统计 分析方法等。 如：研究对对象（分组组、设设置对对照、样样本量）、 处处理因素、观观察指标标、数据的质质量控制与管理 、统计统计 分析。 设计的核心内容 四原则则：随机，对对照，重复，均衡 三要素：实验实验 因素,实验对实验对 象,实验实验 效应应 设计类设计类 型： 研究设计的基本要素 （一）处理因素( treatment factor ) （二）受试对象( subject ) （三）实验效应( experimental effect ) 降压药高血压病人血压值 处理因素受试对象实验效应 其他因素其他效应 剂量换算 D2D1(R2/R1) 例：某药在200g大鼠剂量为18mg,求在1.6kg家 兔的剂量。 D2=1828.787.04=73.58 mice16182022 0.8610.9311.0001.066 rat160180200220 6.6076.5627.0407.502 rabbit1.41.61.82.0 26.3328.7831.1333.39 （二）受试对象 受试对试对 象的选选入标标准（eligibility criteria）：纳纳入 标标准（inclusion criteria）、排除标标准（exclusion criteria） 受试对试对 象的控制 （1）受试对试对 象的一致性（动动物种系、年龄龄、性 别别、体重） （2）受试对试对 象影响因素的控制 季节节、温度、湿度、生活环环境、嗜好、 试验辅试验辅 助 措施等。注意标标本采集及储储存。 家兔对对体温变变化灵敏, 适用于发热发热 、解热热和检检 查热查热 原等实验实验 研究 豚鼠和大鼠对组织对组织 胺反应应相反, 豚鼠对组织对组织 胺 反应应十分敏感, 适用于平喘药药和抗组织组织 胺药药的 实验实验 研究, 大鼠则则不宜用 家兔的胸腔结结构与其它不同, 胸膜中央有一层层 很薄的纵纵膈膜将胸腔分为为左右两部, 互不相动动 物无需人工呼吸, 很适合于开胸和心脏实验脏实验 （三）实验效应 指标标关联联性：反映本质质 指标标客观观化：主观观指标标和客观观指标标 指标标灵敏度（单单位？ 指标标精确性: 精密度：重复观观察时观时观 察值值与其 均值值的接近程度，受随机误误差的影响。CV 准确度: 观观察值值与真实值实值 的接近程度， 受系统误统误 差的影响。 统计研究设计的分类 按功能分： 调查设计调查设计 (survey design) 实验设计实验设计 (experiment design) 临临床试验设计试验设计 (clinical trial design) 按实实施设计设计 方案的手段分： 观观察性研究设计设计 未施加干预预 实验实验 性研究设计设计 对观对观 察对对象人为为地施加了 干预预(即处处理因素)。 观观察性研究设计设计 横断面研究设计设计 （反映事物此时时此刻的 状态态） 队队列研究设计设计 （前瞻性 病例对对照研究（回顾顾性 混合研究设计设计 （前瞻性回顾顾性 实验实验 性研究设计设计 研究者根据研究目的，通过过施加干预预， 在“有利的条件”下获获得试验结试验结 果。 从统计统计 学意义义上讲讲，“有利的条件”就是 在科学的实验设计实验设计 指导导下，在排除其他 非干预预措施因素的影响后，推论论干预预因 素的因果效应应。 分类 按实验实验 因素：单单因素实验设计实验设计 多因素实验设计实验设计 实验设计类实验设计类 型：单单因素K水平设计设计 析因设计设计 具有重复测测量的设计设计 单因素K水平设计 不配对对：成组设计组设计 配对对： 自身配对设计对设计 （self-matching) 同源配对设计对设计 (homogenetic - 条件相近者配对设计对设计 完全随机设计 将样样本中全部受试对试对 象随机地分配到各个处处 理组组(包括对对照）中,分别别接受不同的处处理;对对 效应进应进 行平行观观察，结结果行成组统计组统计 分析。 分别别从不同总总体中随机抽样进样进 行对对比观观察,后 者亦称成组设计组设计 。 1061年本草图经图经 (宋)评评价人参效果 1747年苏苏格兰兰医生Lind进进行了治疗疗坏血病的对对 照试验试验 1948年在英国医学研究会领导领导 下开展了世界上 第一个临临床随机对对照试验试验 (randomized controlled trial, RCT)肯定了链链霉素治疗疗肺结结核 的疗疗效。 1955年Truelove进进行了胃肠肠病方面首项项RCT， 证实证实 了肾肾上腺皮质质激素治疗溃疡疗溃疡 性结肠结肠 炎优优于 安慰剂剂 1969年Ruffin的一项项双盲RCT证实证实 了胃冰冻疗冻疗 法对对治疗疗十二指肠溃疡肠溃疡 引起的出血是无效的。 优优点:最常用，适应应面广，设计设计 和统计统计 分析比 较简单较简单 可行，组间样组间样 本可不同，耐受缺失 缺点:1）小样样本可造成抽样误样误 差 2）实验实验 效率低，只能分析一个因素； 样样本量大 分组组方法：实验实验 研究中现现将实验动实验动 物编编号后 ，按随机数字或随机排列表将它们们分为为两组组或 多组组后，施于不同的处处理；临临床试验试验 中常从 不同对对象中随机抽样样，观观察比较较不同治疗组疗组 的反应应或疗疗效。 注意事项项： 尽量注意各样样本间间的均衡性，减少抽样样 误误差 样样本量相同时时效率高 配对设计对设计 自身前后配对对 左右配对对 异体配对对 配对设计对设计 选择选择 符合纳纳入标标准的若干个个体，并将 每一个体在接受处处理前、后测测得相同定 量指标标的两个数值进值进 行配对对 将样样本中受试对试对 象按某些特征或条件配 成对对子,再将每对对中两个受试对试对 象随机分 配到两个不同处处理组组中。 例：问问下列4名病人药药前与药药后差别别是否显显著 ？ 1234 药药前10.19.85.73.4 药药后10.39.95.753.6 按自身配对对t算:t=3.667，DF=3 t0.05(3)=3.18,P30%) ts=0.0596 t0.05(6)=2.46 P0.05 Ps=0.9093 自身配对设计对设计 （自身对对照） 处处理前后来自同一对对象，抽样误样误 差小 要求被试试因素施加前后保持一致。一般 用于急性或短期实验实验 ，以免随时间时间 延长长 混入干扰扰因素 不耐受缺失 抗精神病药物治疗急性期体脂分布特征及 其与血脂代谢相关性研究 国家自然科学 基金资资助项项目(课题课题 号:30170344) 目的 探讨讨抗精神病药药物治疗疗急性期体 脂分布特征及其与血脂代谢谢的关系。方法 对对46 例入选选患者采用自身配对设计对设计 ,给给予 单单一抗精神病药药物(APS) 治疗疗10 周,检测检测 患者治疗疗前后体重、体重指数(BMI) 和血 脂 左右配对 限于浅表部位 适于局部作用因素（扩扩瞳），通过过反射 或血液循环环，不宜用 配对设计对设计 优优点：减少个体差异 节节省样样本量 较较少伦伦理学问题问题 特殊的自身对照交叉设计 特点：同一实验单实验单 位在不同实验阶实验阶 段先 后接受不同的处处理,不同组别组别 的实验单实验单 位接受处处理的顺顺序不同。 将自身对对照与组间组间 比较结较结 合，也有重复 测测量设计设计 的性质质。 22交叉 二周期交叉对对照试验试验 (Two-period cross- over trial,TPCOT) 研究A、B 两种药药物的疗疗效是否不同？ 设设两种顺顺序, 即AB 和BA , 并将2n名实验对实验对 象 随机分配到两组组中,AB 组组先接受A 药药, 而BA 组组先接受B 药药, 经过经过 一段“效应应去除时间时间 ” (washout time)(5t1/2) 后,AB组组病人改用B 药药 ,BA 组组病人改用A 药药。 历史 五十年代, 交叉设计应设计应 用在农业试验农业试验 研究 近二十年应应用临临床试验试验 ,是用得广而误误用最多 的设计设计 , 还还称为为“Grizzle”设计设计 或“Hills - Armitage”设计设计 FDA 在1992 年颁颁布了一个指南, 涉及到2 2 交叉设计设计 交叉设计设计 数据的变变异来源： 处处理效应应研究的因素 阶阶段效应应 顺顺序效应应在常用的统计统计 分析中被忽略 个体变变异 冗余效应( nuisance effects):顺顺序效应应,个体 变变异 顺顺序效应应(sequence effect) 反映了残留效应应(carry- over effect) 的大 小, 即上一阶阶段的处处理由于效应应去除时时 间间(washout time) 不足或其他原因干扰扰 了下一阶阶段的处处理效果。 分为为正残留效应应（多见见）和负负残留效应应 两种。 残留效应应, 第一阶阶段用药导药导 致耐药药性而产产生的撤退 效应应(withdrawal effect)； 心理效应应(psychological carry over effect)； 患者身体状况因用药药而改变变所导导致的遗遗 留效应应(nonuniform carry - effect ) 交叉设计（cross-over design) 特点:分析处处理措施间间、阶阶段间间以及个体 间间的差别别, 尤其可将个体变变异从处处理措 施的比较较中排除。平衡了试验顺试验顺 序对结对结 果的影响。 是临临床新药试验药试验 及生物等效性试验试验 中比 较较两种处处理措施A 和B 效果的常用方法 。 与平行对对照试验试验 相比： 随机分组组避免组间组间 差异 避免人为选择为选择 性偏倚 采用自身对对照，使病人间间比较较改为为病人 内比较较，消除个体差异 减少样样本量 符合医学伦伦理 缺点：冗余效应应与处处理效应应混迭 (aliasing), 尤其是残留效应应与处处理效应应 的混迭。需足够够洗脱期。（阿司匹林虽虽然半衰期 为为0.5h，但其对对血小板的影响至少1周。） 通过过合理设计设计 ,足够间够间 隔时间时间 ，遵循双 盲法消除。 病人依从性 交叉设计 条件： 病情是稳稳定，慢性 病人随机分配 药药物只能改善，不能根治 国产产硝苯地平控释释片的药动药动 学和 生物等效性研究 Chin J Hypertension , 2005 ; 13(5):310 采用双周期自身交叉设计设计 ( Two period Crossover Design) ,将受试试者随机分成A、B 两组组,A组组首次口服受试试制剂剂,B 组组首次口服参 比制剂剂。1 周后交叉服药药。 结论结论 主要药动药动 学参数AUC 、Cmax经统计经统计 学处处理(方差分析和双单侧单侧 t 检验检验 ) ,结结果表明 两制剂剂具生物等效性。 “生物等效性”(bioequivalence ) 评评价同一药药物的不同配方或不同的药药物 产产品其效用是否相当, 仿制药药与专专利药药 是否相当。均以试验试验 品与参考品作比较较, 二者应应有相似的剂剂量形式, 并且它们们在 生物体内吸收的速率和延缓缓(吸收率和吸 收度) 没有显显著的差别别. 配伍组设计 分别别用A,B,C 3 种药药物治疗疗30 例糖尿 病患者研究用药药后的血糖值值是否有差别别？ 随机抽样样； 将样样本中30 例受试对试对 象按性别别相同,年龄龄、病 情相近者配成10 组组； 用随机排列表将每个配伍组组中3个受试对试对 象随 机分配到甲、乙、丙3 个处处理组组中, 分别别用甲 、乙、丙3 种药药； 临临床试验试验 。 -用于配伍的因素通常为为影响试验试验 效应应的主要非 处处理因素,如将受试对试对 象按年龄龄、性别别、体重 等因素进进行匹配,其目的是使得各处处理组间组间 除 欲研究的因素外尽量保持均衡可比,从而提高 试验试验 的检验检验 效能。 特点:区组组内的非处处理因素基本相近; 区组间组间 非处处理因素可相同或不同; 各区组顺组顺 序随机排列; 各观观察单单位未进进行重复测测量。 氯氯胺酮酮、芬太尼、咪唑唑安定及异丙酚 对对TNF -/ IL - 10 平衡的影响 成年健康雄性新西兰兰大白兔(由广西医科大 学实验动实验动 物中心提供) 30 只,以体重作为为 划分区组组的因素以消除体重对对麻醉药药物的 影响,按配伍组设计组设计 分为为5组组,处处理因素分 别为氯别为氯 胺酮酮、芬太尼、咪唑唑安定、异丙 酚和生理盐盐水。 拉丁方设计 受试对试对 象： 四个药药物：A B C D 处处理因素,用字母表示,另外两个是需要加 以控制的因素,分别别用行和列表示。 观观察4种药药物对对不同来源动动物及不同用 药药部位的影响 混杂处 理因素与区组因素 给药 受试对象号 部位 1 A A A A 2 B B B B 3 C C C C 4 D D D D 标准方A B C D C B A D B C D A B A D C C D A B 拉丁方随机化 A D C B D A B C D C B A F药次间= 1. 5335 , P 0. 05 ; F受试对象间= 0. 6193 , P 0. 05 ; F剂量间= 7. 1811 ,0. 01 4)，由于组合产生的处 理数急剧增加而难以实现。如实验涉及7 个实验因素，每个因素需考察3个水平， 则全部组合数为37=2187 析因设计缺点:需要的实验次数较多 可选用正交设计 析因设计：全面实验 正交设计：非全面实验,根据专业知识，分析 主效应和部分重要因素的一阶交互 作用。大大减少试验次数,是一种高 效、快速的多因素试验方法.用于药 物配方、工艺优化、生物体培养条件筛选. 多因素重复测量设计 重复测量数据（repeated measurement data)是指每一实验单位至少接受两次以 上的不同处理，或接受相同处理后，至 少在两个以上不同时间点进行测量并获 得相应次数的记录数据 与配对设计对设计 区别别： 观观察出发发点不同 由于为为同一对对象的不同时间时间 点，不具独 立性。 相邻邻的两个数据之间间的关系十分密切,相 隔越远远的两个数据之间间的相关程度越低 。（相关程度不等的现现象） 例：将15 只家兔随机均分成3 组(处理因 素A) ,即A1 、A2 、A3 。让全部家兔处于 缺氧状态,对接受各种处理的每组家兔中 的每1只,分别在缺氧前后的不同时间点( 时间因素T , h) 上观测血浆K+ 含量即T1 ( 缺氧前) 、T2 (缺氧0. 5 h) 、T3(缺氧1 h) 及T4 (缺氧2 h) 。 常见误见误 用情况 重复进进行各时间时间 点的t检验检验 （增加假阳 性错误错误 ） 忽略个体变变化 临床研究 平行组对组对 照设计设计 (parallel group design) 交叉设计设计 (cross-over design) 成组组序贯设计贯设计 （group sequential design) 析因设计设计 (factorial design) 平行组设计组设计 随机对对照试验试验 （Randomized controlled trial ，RCT），随机分配到 两个或多个组组中的一组组, 施以不同的处处 理（药药品的一个或多个剂剂量,一个或多个 对对照,如安慰剂剂或/ 和阳性对对照） 优优点：避免时间时间 偏倚，常见简单见简单 缺点：工作量大，效率低。 观观察期间间出现现了不良事件(不 良反应应) 。该试验该试验 是继续继续 下去 或者立即停止? 交叉设计设计 和平行设计难设计难 回答. 传统的标准序贯方法 不规规定样样本量，配对对随机分配到两个处处理 组组(或同一受试试者先后接受两种处处理) ; 每 得到一对试验结对试验结 果就进进行一次统计统计 分析, 直至以一定的显显著性水平得出拒绝绝或接受 零假设设的结论结论 , 即可结结束试验试验 。 优点： 减少样样本量, 缩缩短试验试验 周期； 尽早停止较较差的处处理,符合伦伦理学的要求。 传统的标准序贯方法 缺点： 不可行的（无规则规则 的不断监测监测 和分析累 计计数据），不适合多中心 逐对对地进进入试验试验 ，仅仅适合急性实验实验 （镇镇 痛，止咳，麻醉) 成组序贯设计（1977 ） 优点: 分段,期中分析（interim analysis） ，可用于长期试验 不要求配对相配 缺点 双盲试验需多次揭盲 终终止条件： (1)试验组试验组 的疗疗效明显优显优 于对对照组组; (2)试验组试验组 与对对照组组比较疗较疗 效无差异; (3)在观观察期间间出现现不良事件(不良反应应) 。 期中分析定义为义为 :在一个临临床试验试验 正式完 成之前的任何时间时间 内,为为了比较组间较组间 的 有效性和/或安全性而进进行的分析。 期中分析的目的是及早终终止试验试验 . 特点：在一个需要进进行很长时间长时间 的临临床试试 验验中及时评时评 价安全性和有效性、及时时提 供研究药药物的毒性信息等 随机对对照试验试验 因其设计设计 合理、论证论证 强度高而 被称为临为临 床科研设计设计 的黄金方案。 传统传统 RCT设计设计 方案是在不征求受试试者意见见的 情况下，直接将受试试者随机分成试验组试验组 和对对 照组组，有悖于医学伦伦理学。 由于医生和患者两方面的因素，而使RCT方案 被谢绝谢绝 。 Zelen设计 设计方法的选择 确定拟拟考察的实验实验 因素的个数、各因素的水平 数以及考察因素之间间是否有交互作用。 应应考虑虑必须须加以控制的区组组因素的个数及其 水平数。 应结应结 合专业专业 知识识，考虑虑因素在施加时时有无特 殊要求 实验实验 者在经济经济 、时间时间 等方面的承受能力。 完善的设计方案应具备的条件 人力，物力，时间满时间满 足设计设计 要求 四原则则，三要素 控制非实验实验 因素 数据处处理 统计表绘制和表达错误 结构不规范: 表格无标题、标目,结构混乱,线条太多 主谓倒置: 被研究者(主)置纵标(表左);各项指标(谓) 置横标(表右) 排列逻辑性差: 一般先排绝对数,再排相对数或平均数;对 比关联事项尽量归类和靠近排列。 96 篇研究生学位论文统计方法误用统计 误用类别 使用次数 误用数 误用比例(% ) 描述 92 12 13. 0 t 检验 50 16 32. 0 方差分析 40 10 25. 0 X2 检验 32 4 12. 5 统计图 28 8 28. 6 419 篇临床论著(1994-1995):t检验误用率50% t 检验的适用范围与前提条件 单因素两水平设计(配对;成组设计)和单 组设计(一组数据和一个标准值)的定量 资料的均值检验。 服从或近似服从正态性 (配对设计要求 资料的差值) ;成组设计资料还应满足方 差齐性(各样本的总体方差相等) t检验检验 与方差分析比较 t检验：单因素两水平设计（包括配对设 计和成组设计）和单组设计（给出一组 数据和一个标准值的资料）的定量资料 的均值检验场合； 方差分析：单因素k水平设计（k3）和 多因素设计的定量资料的均值检验场合 。 用t检验与方差分析处理资料的区别 比较内容t检验方差分析（q test） 资料利用率低：仅用两组高：全部数据 对原设计影响残,割裂整体全,呼应原设计 犯假阳性概率大,1-(1-0.05)n小：0.05（ =0.05） 结论的可靠性低,统计量DF小高,统计量DF大 n: n次 t检验（如n= 6，=0.265） 定性资料 每个观察单位上的指标反映某一方面的 性质,并不能用具体的数值表示。又分为 名义资料和有序资料。 列联表有二维列联表和高维列联表。 分类比的比较 样本反应率的比较 影响卡方大小因素 分配比不同(分配比相等时效率