高医大肾脏内科

HowtoDesignExperiments 顧進裕高醫大腎臟內科 啟川大樓14ES07 3121101EXT 7353 12guhjy kmu edu tw HowtoDesignExperiments IntroductionResearchReliabilityandvalidityDesignofexperimentsDiscussion ScientificmethodAbodyoftechniquesforinvestigatingphenomenaandacquiringnewknowledge aswellasforcorrectingandintegratingpreviousknowledge Itisbasedongatheringobservable empirical measurableevidence subjecttotheprinciplesofreasoning 科學方法的特徵目的性 有明確且事先聲明的目的實徵性 依據實際經驗或實際觀察客觀性 非主觀或偏見可驗證性 在相同時空環境與條件下 重複進行可得相同結論具信度和效度嚴謹性 嚴謹地確保尋求答案的過程和問題是密切相關與合理的 ScientificMethodDefinethequestionGatherinformationandresourcesFormhypothesisPerformexperimentandcollectdataAnalyzedataInterpretdataanddrawconclusionsthatserveasastartingpointfornewhypothesesPublishresults 科學方法 HowtoDesignExperiments IntroductionResearchReliabilityandvalidityDesignofexperimentsDiscussion 要根據一定的程序及邏輯 科學研究的特性 從事研究時 儘可能在研究者控制的狀態下進行 如實驗設計要能控制外生變數 操弄自變數 使依變數差異達到最大 由實際蒐集資料 加以分析 驗証自已的研究假設或命題 批判性 研究結果公開發表接受同行的批評 實證性 控制性 系統性 ProceduresofResearchAskaquestion answerableOperationalizemainconcepts measurableHypothesis testableMeasurement validityandreliabilityExperimentalverusnon experimentalstudiesDesignofexperiments controlAnalysisofexperiments noextrapolation 觀察vs 實驗 觀察性研究 observationalstudy 對每一個體僅做觀察並量測有興趣的變數 並不試圖影響反應值 抽樣調查 samplesurvey 實驗性研究 experimentalstudy 對每一個體給予特定的處理 treatment 再觀察並量測有興趣的變數的反應值 採用隨機比較性實驗 randomizedcomparativeexperiments 實驗法的定義 控制混淆變項 confoundingvariable 下 操弄自變項 independentvariable 探討依變項 dependentvariable 隨自變項變化而產生變化的歷程 實驗法的特色 目的 探討自變項和依變項的因果關係控制程度高 控制混淆變項研究對象 控制組和實驗組 無 有實驗處理 隨機分派 一項研究中可能包含三大類變項 1 獨立變項 IndependentVariables 研究者操弄的變項 藉改變此變項來觀察其他變項的變化 故稱輸入 刺激或處理變項 2 依變項 DependentVariables 因應獨立變項的變化而改變的變項 在研究過程中 研究者並不操弄依變項 而只是觀察它的變化 故稱輸出 反應或結果變項 6 明確界定並妥適控制變項 3 控制變項 ControlVariables 研究者必須加以控制以免干擾研究處理的變項 如食物 性別 大小 年齡等 又稱為背景 分類和個體變項 ProtocolfortheExperimentPurposeTreatmentsMethodsExperimentalunitsObservationalunitsMeasurementsDesignJustificationforthedesignRandomizationPlanProposedstatisticalanalysis 是否充分考慮到可能的研究誤差並試圖盡可能加以控制 以提升研究的內在效度和外在效度 InternalandExternalValidity 7 盡可能提昇研究的內外在效度 HowtoDesignExperiments IntroductionResearchReliabilityandvalidity避免Bias 偏差 DesignofexperimentsDiscussion 偏差 Bias 之分類 1 Bias systematicerror vs randomerror 選擇性偏差 selectionbias ICU內使用Swan Ganzcatheter組死亡較多20 必須探討其原因 推論統計亦應注意 偏差 Bias 之分類 2 回憶性偏差 recallbias Case controlstudy retrospectiverecallbias 研究組成員較對照組成員容易記起疾病相關因素 血癌兒童之父母較常記起住家附近有變電所或高壓電塔 儀器或測量偏差 instrumentormeasurementbias 儀器之保養與校正 標本之保存與運送 微生物培養 血液氣體分析 etc 測量標準作業流程 standardoperationprocedure SOP 出版偏差 publicationbias 研究者與雜誌傾向發表治療有效 副作用較少之正面 positive 結論 信度 reliability 與效度 validity 可信但無效 有效但不可信 不可信且無效 可信且有效 指研究設計是否儘可能控制了應該控制的變項 是否儘可能控制了其他介入變項 InterveningVariables 的干擾 研究的結論是否可以完全歸因於操弄某些獨立變項的結果 當內在效度無慮時 因果關係的推論和研究結果的解釋方較可靠 研究的內在效度 指研究結果的代表性 Representativeness 和可推論性 Generalizability 若研究結果的可推論性愈大或代表性愈高 則外在效度便愈大 任何研究皆有其弱點 因此 重點不在研究設計有無缺點 而是在 有沒有試圖儘可能提昇研究的內在和外在效度 研究的外在效度 1 樣本至族群的推論研究結果可以推論至何種族群 2 研究的情境至其他情境的推論在某一研究情境下完成的研究結果 可以推論至何種情境和條件 內在效度愈佳 則研究結果的準確性愈高 外在效度愈佳 則研究結果的可推論性愈大 研究結果的可推論性 ThreatstoExternalValidity1 InteractionofdifferentTreatment Failuretoassessadditionaltreatmentreceivedduringstudy 2 InteractionoftestingAndtreatment Evidencethattestingmightberelatedtothetreatmentsothatsubjectscompletetestsdifferentlyaftertreatment 3 Restrictedgeneralizability Evidenceofalimitedmeasurementapproachthatmaynotgeneralize 4 Samplebias Evidenceofapoorlychosensamplethatdoesnotrepresentthepopulationconsidered 4 Interactionofselectionandtreatment Evidencethatgroupassignmentisinfluencedbyvariablesrelatedtothelikelihoodofresponsetotreatment5 Interactionofsettingandtreatment Evidencethattreatmentworksonlyinsomesettings 6 Interactionofhistoryandtreatment Evidencethatthetimeduringwhichthestudywasdonemayhaveanimpactonfindings 為提昇研究的內在和外在效度 研究者必須特別注意下列四項過程的嚴謹性 1 取樣方法 2 變項的控制與操弄 3 評鑑數據 資料的標準之建立 4 研究過程和方法的選擇 提昇研究的內在和外在效度 增加信度與效度的策略 使用標準作業程序訓練觀察員校準儀器測量自動化儘可能使用客觀的測量不知情的觀察員與對象 doubleblind 減少個人的偏見 HowtoDesignExperiments IntroductionResearchReliabilityandvalidityDesignofexperimentsDiscussion Planningiseverything Theplanisnothing DwightEisenhower 1890 1969 Iftheonlytoolyouhaveisahammer youtendtoseeeveryproblemasa AbrahamMaslow Americanpsychologist founderofhumanisticpsychology 工欲善其事必先利其器 nail EasternblotWesternblotSouthernblotNorthernblot 實驗設計 對被觀察個體或物件施以處理後 量測應變數的反應 常用名詞 被觀察個體稱為實驗單位 experimentalunit 人則稱為被實驗者 subject 施行於實驗單位之特定的實驗條件稱為處理 treatment 實驗設計中的解釋變數稱為因子 factor 每一特定的實驗條件稱為水準 level 實驗設計實例 藥的吸收情況 對25位被實驗者 subjects 注射一種藥劑 treatments 30分鐘後檢查血液中的藥含量 response 一個因子 藥劑一個水準 劑量對25位被實驗者 subjects 分別注射三種不同的藥劑 30分鐘後檢查血液中的藥含量 一個因子 藥劑三個水準 三種劑量 AdvantagesofDesignedExperimentsoverObservationalStudies Experimentationallowsustostudytheeffectsofthespecifictreatmentsweareinterestedin Wecantrytocontrolallconfoundingvariablesandsoseeonlytheeffectofthetreatmentsontheresponse Experimentscangivegoodevidenceforcausation Experimentationallowsustostudythecombinedeffects interaction ofseveralfactorssimultaneously 研究設計的目的 實驗研究設計的五個特徵 受試者被隨機選取並隨機分派到不同群組 實驗組與控制組 一個或一個以上的受試群組接受實驗的處理 實驗完後 實驗結果可以進行測量 有檢驗可能影響效度的步驟 不同群組表現的差異可以用統計方法來比較 比較性實驗ComparativeExperiments 實驗進行程序為 處理實驗單位反應安慰劑冷凍法對胃潰瘍減輕疼痛的效應 胃潰瘍病人分成兩組 一組施以冷凍法 另一組施以安慰劑 placebo 代替冷凍劑 冷凍組82個病人有34 症狀減輕 安慰劑組78個病人有38 症狀減輕 速食早餐對重量控制的效應 例 30隻雄白老鼠隨機分成二組 實驗組以新速食菜單餵食早餐 控制組則用標準菜單 28天後測量增加的體重 實驗進行程序為 實驗組新菜單隨機體重改變控制組標準菜單30隻老鼠編號 隨機亂數表取得一組個數為15的SRS為實驗組 其餘為控制組 15隻老鼠 15隻老鼠 完全隨機設計 所有的實驗單位 隨機指定到所有的處理水準的實驗設計 稱為完全隨機設計 CompletelyRandomizedDesign 例3 13 節約能源方案研究 安裝用電量顯示錶 是否有警示節約用電的效果 分組一處理一隨機分組二處理二用電量分組三處理三 20戶 20戶 20戶 裝顯示錶 張貼圖表 一般宣導 隨機的比較性實驗之推論邏輯 隨機的比較性實驗可提供確實的證據 顯示不同處理是造成不同效應的原因 實驗進行之前的隨機分組 各組成員背景應該在各方面都類似 實驗進行之中 各組的實驗環境除了處理外應該都相同 各組的平均反應差異 必然來自於不同的處理或是各組的隨機差異 相同處理的兩組也可能有不同平均反應差異 實驗設計原則與統計顯著性 實驗設計基本原則 控制 Control 隱藏變數對反應的效應隨機化 Randomization 安排實驗單位接受指定的處理重複 Replication 實驗於許多實驗單位 以降低結果之機會變異 chancevariation 統計顯著性 StatisticalSignificance 若觀察的效果太大 在機率分配上極不可能發生 稱為該效應統計顯著Analysisofvariance ANOVA 變異數分析 1 對照 控制 性 陽 陰 性對照 實驗對照 標準對照 自身對照 相互對照 空白對照等 2 隨機性 可以消除或減少系統誤差 平衡各種條件 避免實驗結果中的偏差 bias 3 平行重複 控制某種因素的變化幅度 在同樣條件下重複實驗 觀察其對實驗結果影響的程度 任何實驗都必須能夠重複 這是具有科學性的標誌 4 單因數變數 控制其他因素不變 只改變其中某一變數 觀察其對實驗結果的影響 除了整個實驗過程中欲處理的實驗因素外 其他實驗條件要求做到前後一致 實驗設計的四個原則 配對設計與區集設計 配對設計 matchedpairsdesign 兩種處理分別 隨機的 施行在一對特性相同或類似的實驗單位上 例如 雙胞胎區集設計 blockdesign 特性相同或類似的的實驗單位組成區集 block 在各區集內隨機安排實驗單位接受指定的處理 稱為區集設計 區集設計實例 例 ComparingCancerTreatments 分組一處理一男性隨機分組二處理二反應分組三處理三分組一處理一女性隨機分組二處理二反應分組三處理三 實驗單位 古典實驗設計 隨機選取受試者設計實驗環境前測接受處理後測 隨機選取受試者設計實驗環境前測後測 實驗組 控制組 雷迪的實驗設計 假實驗設計 1 FaultyResearchDesign 假實驗設計 faultyresearchdesign 類型單組後測設計 one groupposttest onlydesign 實驗組XT2 或O 主要限制是沒有對照組 因為無法確定後測的表現是否有改變 需要前測對照 CampbellandStanley 1963 假實驗設計 2 FaultyResearchDesign 單組前測後測設計 one grouppretest posttestdesign 實驗組OXO雖然可以了解前後測的改變 但因為沒有控制其他無關變項 實驗歷史和成熟等因素 無法說出明確因果關係 假實驗設計 3 FaultyResearchDesign 靜態組比較設計 thestatic groupcomparisondesign or非平衡後測設計nonequivalentposttest onlydesign實驗組XO控制組O有對照組可以比較限制是因為非隨機分派 無法去除無關變項的影響 真實驗設計類型 隨機組設計隨機化樣本 控制組後測的實驗設計 randomizesubjects posttest onlycontrolgroupdesign 組別自變項後測 R EXO R CO 真實驗設計類型 簡單隨機樣本 組 的設計 Simplerandomizedgroupsdesigns 是一種隨機組受試者間後測設計 doseresponse treatmentresponseControlOExperimentalRX1OExperimentalRX2OExperimental ExperimentalRXKO 真實驗設計類型 隨機化控制組前測後測實驗設計 randomizesubjects pretest posttestcontrolgroupdesign 組別前測自變項後測 R EOXO R COO比較實驗組和控制組前後測改變情形有否統計學上的意義 多因子實驗設計 FactorialDesign 在研究過程中 研究者同時操縱兩個以上的自變項 以發現每個自變項對依變項的影響 以及各個變項之間交互作用的影響者 稱為多因子實驗設計 AxB設計 例如2x2or2x3設計 多因子實驗設計 FactorialDesign 所羅門四組設計 Solomonfour groupdesign R randomize X treatment O observationormeasurement HowtoD