第12章-实验设计.ppt

科研设计 科学研究 实验性研究加以干预措施 调查性研究不施加干预措施 保证研究顺利进行 以最少的人力和物力获得最可靠的研究结果 1 意义 2 分类 系统综述 科研设计的指导思想 一 立题与设计二 资料与分析三 结果与结论 科研设计的基本步骤 实验设计的主要内容 第十二章实验设计 例1 研究食物中缺乏维生素E对肝脏合成vitA的影响 研究者可将同品系大白鼠 或别的动物 按性别相同 年龄 体重相近者配成10对 将每对中的两只动物用随机化方法分别放入实验组 喂缺乏vitE的饲料 和对照组 喂正常饲料 饲养时间内除了两组喂的饲料不同以外 其他条件 如定时喂水 鼠笼的清洁卫生等完全一致 然后处理动物把肝脏取出 测定两组动物肝中vitA的含量 第一节实验性质研究的概念特征和类型 1 处理因素 也称 干预因素 本例中为饲料中抽取尽vit E 可以人为设置 2 受试对象可以随机分配到各组中去 3 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 4 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是由于不同的处理所致 因果联系较为直接 一 实验性研究的特征 二 实验性研究分类 1 处理因素 2 受试对象 3 实验效应 第二节研究设计的基本要素 一 处理因素 例2 为了解不同营养素增重的效果 现将同品系同体重的24只小白鼠分为8个区组 每个区组3只 同区组的每只小白鼠喂养A B C三种营养素的一种 三周后测量每只小白鼠的体重 g 增量 结果见表1 表1A B C三种营养素喂养小白鼠所增体重 g 问题 1 该实验设计有哪些处理因素 2 每个处理因素有几个水平 一 处理因素的概念 处理因素 studyfactor treatment 是指研究者施加于受试对象的因素 如某种药物 某种手术等 而有时受试者本身的某些特征如性别 年龄 职业 文化程度 民族 婚姻状况 病情程度等也可成为处理因素 处理因素可分为单因素和多因素 与处理因素可能同时存在的能使受试对象产生效应的非研究因素 非处理因素干扰效应与所研究因素间关系的观察与分析 常常又称混杂因素 confounder 二 非处理因素 水平 level 是指同一处理因素在数量上或强度上的不同程度 例如不同的药物种类或药物剂量就是不同的水平 根据因素和水平的不同可产生不同组合 三 水平 单因素单水平 研究某药物对原发性高血压患者的降压作用 单因素多水平 研究某药不同剂量的降血糖作用 多因素单水平 比较不同药物或不同疗法对某病的治疗效果 多因素多水平 临床上探索某肿瘤的联合化疗方案等 1 抓住试验中的主要因素根据研究目的确定某次试验的主要因素作为处理因素 一次试验的处理因素不宜太多 应选择几个主要的或关键性因素作为处理因素 2 确定非处理因素和处理因素实验设计时 首先确定处理因素和非处理因素 后者可产生混杂效应 因此 应设法消除非处理因素的干扰 控制非处理因素的主要方法是使治疗组和对照组均衡 3 处理因素标准化保证处理因素在整个试验过程中保持不变 如果处理因素发生改变 将会影响试验结果的评价 在确定了处理因素后 需注意以下事项 二 受试对象 studysubjects 受试对象 studysubjects 是处理因素作用的客体或对象 选择受试对象时 应严格按照纳入标准选择 一 受试对象的概念 二 受试对象的选择 1 动物的选择 可以更严格地控制实验条件 可以对实验对象进行有害或可能有害的因素研究 可以直接获取反映实验效应的样本资料 多数实验动物传代比人类快得多 可以培育基因型明确的品系或有各种遗传缺陷的特殊品系动物 如裸鼠 高癌率鼠等 为遗传 免疫 肿瘤研究提供极大便利 实验动物在饲养 管理上一般都比较经济 优点 1 诊断标准采用公认的国际疾病分类标准或全国性学术会议规定的诊断标准 diagnosticcriteria 作为标准化的尺度来选择受试对象 因为这些标准具有权威性 且与同类的研究结果有可比性 如果某种疾病无公认的诊断标准 研究者可以自行拟定标准 但是自行拟定标准时应尽量采用客观指标 例如病理学 生物化学 影像学 免疫学和内窥镜检查等指标 2 人的选择 患者的选择需注意以下事项 3 排除标准当研究对象符合诊断标准时也未必能成为受试对象 如果患者年龄过小 体质过弱 合并其它并发症或患有另一种可能影响本实验效果的疾病 对药物有不良反应等 就不适合作为受试对象 应予排除 因此 实验设计时还应该制定不能入选的具体规定 即排除标准 exclusioncriteria 2 纳入标准纳入标准 inclusioncriteria 是根据研究目的 在制定诊断标准的基础上制定适当的入选标准 即符合诊断标准且具备入组条件的具体规定 例3 某医师进行 伤风停胶囊 治疗风寒感冒的疗效及用药安全性临床试验 以感冒软胶囊为对照药 1 受试对象为符合中医症候诊断标准和西医疾病诊断标准的年龄在18 45岁患者 2 纳入标准 符合中医风寒感冒诊断标准 若涉及西医疾病者 应符合中医疾病诊断标准 发病后48小时内 年龄在18 45岁者 签署知情同意书者 3 排除病例标准 妊娠及哺乳期妇女 精神病患者 合并心 脑 肝 肾和造血系统等严重原发性疾病 精神病患者 已使用过其他治疗药物者 过敏体质和对本药物过敏者 4 剔除 脱落试验标准 凡不符合各纳入标准而被误纳入的病例 以及虽符合纳入标准而未按规定用药 需予剔除 受试者依从性差 发生严重不良反映事件 发生并发症或特殊生理变化等不宜继续接受试验 未按规定用药的病例等 均为脱落病例 统计分析时应结合实际情况处理 如发生不良反应者应计入不良反应的统计 疗程已完成1 2以上者 应统计疗效 剔除和脱落率应 20 试验组入选308人 脱落6人 最终病例302人 对照组入选104人 脱落3人 最终病例101人 三 实验效应 experimentaleffect 定义 处理因素作用于受试对象所引起的反应 通过指标来表达 一 客观指标 由研究者按观察或测量的资料类型可分两种 定量指标 定性及等级指标 二 主观指标 这里指的主观指标是由受试者亲身感觉到的症状或一种状态 也称 主诉 chiefcomplaints 1 客观性实验效应的观察指标应选择客观性强的指标 如选择贫血疗效指标时应选择红细胞数 血红蛋白含量等 而不能选择头昏 头晕 乏力等主观指标 对心理健康状况等研究 只有主观指标 应进行数量化 指标的选择 2 灵敏度实验效应的观察指标应选择灵敏度高的指标 灵敏度 sensitivity 是指处理因素发生微小的改变 观察指标也能发生相应的变化 3 精确性精确性包括准确度 accuracy 和精密度 precision 准确度 accuracy 是指观察值与真值的接近程度 说明观察有无系统误差 精密度 precision 是指重复测量或观察时 观察值与其平均值的接近程度 说明随机误差的大小 例4 某医生在研究不同的给药方式对剖宫产的镇痛效果时 以不同时间的镇痛达II级的有效率作为观察指标 结果见表2 表2两种疗法不同时间镇痛达II级的有效率 比较 甲组 连续滴注组乙组 病人自控镇痛组 表3两种疗法对剖宫产患者镇痛时间的比较 小时 第三节科学研究的四大原则 基本原则 随机原则 对照原则 均衡原则 重复原则 一 对照原则 有对照才有比较 有比较才有鉴别 没有对照不能说明任何处理因素的作用 对照 control 是指除了试验组外 再设置一个或多个对照组进行同步试验 以比较试验组的效应情况 其意义在于使处理和非处理的差异或处理的各水平间的差异有一个科学对比 消除或减少实验误差 医学上有许多疾病是可以自愈的 能自行减轻和缓解的疾病则更为多见 因此 每个试验均应该设立对照组 一 对照的概念 安慰剂 placebo 一种外形与实验药物一样 内容为无治疗效果的糖丸 外形指的是形状 颜色 味觉都应相同 对照和实验的措施在同一实验对象上实施 1 空白对照 对照组不施加任何处理措施 2 安慰剂对照 对照组采用安慰剂 3 实验对照 实验组加入有效成分 而对照组则无 4 标准对照 用公用的有效药物 现有的标准方法或常规方法作对照 5 自身对照 二 对照的形式 三 设立对照时的常见错误 1 无对照临床试验中设立对照的最常见问题是无对照组 只有试验组 无法说明处理因素的作用 2 对照不足临床试验中设立对照的常见问题是对照不足 主要表现为实验组和对照组之间有对照 可比性差 二 随机原则 一 随机化的概念 随机化 randomization 的作用是使样本具有较好的代表性 使各组受试对象在重要的非处理因素方面具有较好的均衡性 提高实验结果的可比性 随机化包括随机抽样和随机分组 1 随机抽样指保证总体中的每一个个体都有同等的机会被抽出来作为样本 2 随机分组指保证样本中的每一个个体都有同等的机会被分配到实验组或对照组 1 简单随机化 simplerandomization 简单随机化可通过抛掷硬币 抽签 摸球 查随机数字表或应用操作计算器的随机数字健来完成 2 区组随机化 blockrandomization 根据受试者进入研究的时间先后顺序 将其分成内含相等例数的若干区组 而后 区组内的受试者被随机分配至不同组别 二 随机化的方法 例5 某医师观察某新药治疗急性气管炎的疗效 用氨苄青霉素作对照 病人入院时 按户口所在地分组 城市户口分入治疗组 农村户口分入对照组 结果新药疗效优于氨苄青霉素 问题 1 该临床试验为何种对照 2 该研究是否遵循了随机原则 医师的结论是否可靠 为什么 三 重复原则 一 重复的概念 重复 replication 是指研究样本要有一定的数量 即在保证研究结果具有一定可靠性的条件下 确定最少的样本例数 如果样本例数太少 不能反映事物的必然规律 可产生严重的错误结果 如果样本例数太多 不易控制实验误差 容易造成人力 物力和财力的浪费 重复原则的作用在于它有利于使随机变量的统计规律性充分地显露出来 1 重复实验在相同的实验条件下 做多次的独立实验 这里的 独立 是指要用不同的个体或样品做实验 而不是在同一个体或样品上做多次实验 2 重复取样从同一个样品中多次取样 测量某定量指标的数值 3 重复测量对接受某种处理的个体 随着时间的推移 对其进行多次观测 二 重复的三种情形 1 严格按照研究目的规定研究对象的性质与范围 2 保证临床研究足够的样本含量 samplesize 关于样本量的计算请参照第18章 三 临床研究实施重复原则的常用措施 例6 某医师使用复方金钱草治疗胆结石患者5人 治愈4人 治愈率为80 0 以往药物治愈率仅为20 0 故认为复方金钱草治疗胆结石的治愈率为80 0 问题 1 该研究是否合理 为什么 2 该医师的结论是否正确 为什么 四 均衡原则 均衡的概念 均衡原则 balance 又称齐同对比原则 指试验组和对照组或各实验组之间 除了处理因素以外 其它一切条件应尽可能相同或一致 试验组和对照组的非处理因素不均衡 将导致错误的试验结果 例7 某医师欲评价复方黄芪冲剂治疗儿童轻度贫血的疗效 在昆明市中心春城小学抽取100名确诊为轻度贫血的儿童 服用复方黄芪冲剂为试验组 在昆明市西山区郊区谷律小学抽取100名确诊为轻度贫血的儿童 未服用复方黄芪冲剂为对照组 观察指标是血红蛋白含量和红细胞计数 结果春城小学观察对象血红蛋白和红细胞计数均值明显上升 谷律小学观察对象血红蛋白略有提高 但春城小学低 经假设检验 P 0 001 故认为复方黄芪冲剂有提升血红蛋白和红细胞的作用 能有效治疗轻度贫血 问题 1 该试验设计有无缺陷 为什么 2 该研究的混杂因素是什么 3 应该怎样正确设计 第四节研究资料的质量 一 误差 error 二 准确度和精密度 accuracyandprecision 三 有效数字 significantfigure 四 可疑值的取舍 第五节常用的实验设计方法 完全随机化设计配对设计随机区组设计交叉设计析因设计重复测量设计拉丁方设计 一 完全随机化设计 一 完全随机设计的概念 完全随机设计 completelyrandomdesign 又称为随机对照试验 randomizedcontrolledtrial RCT 属于单因素研究设计 是将受试对象按照随机分配的原则分配到实验组和对照组中 然后给予不同的处理因素 对各组的效应进行同期平行观察 最后比较各组的观察指标有无差别 二 完全随机设计的应用范围 在只有一个研究因素时 如果不需要进行配伍或者无法配伍的时候就选用完全随机设计 在动物实验和临床疗效观察研究中均可采用 通常是在非实验性因素对效应指标影响不是很大的情况 或非实验性因素对效应指标的影响在实验组和对照组均衡的情况下采用这种设计方案 三 完全随机设计的基本模式 图1完全随机设计方案的基本模式 例12 某医师拟将20只小白鼠随机分成试验组和对照组 进行某项毒理试验 怎样进行完全随机设计方案的两组随机分组 表420只小白鼠随机分成试验组和对照组 将实验对象按一定条件配成对子 再随机分配每对中的两个对象到实验组和对照组接受不同处理 二 配对设计 优点 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 一 配对设计的概念 二 配对设计的两种情形 1 自身对照设计 比较受试者实验前后的变量值改变情况 或比较同一标本接受两种不同测定方法的检查结果 主要适合于急性和短期的试验 图2自身配对设计方案的基本模式 2 异体配对设计 二 配对设计的两种情形 将受试者按照一定的条件 将条件相同的个体配成对子即一一配对 在对子内按照随机方法 将一个分配到试验组 另一个分配到对照组 进行实验观察 可用于急性试验或慢性试验的研究 图3异体配对设计方案的基本模式 例13 某医师拟将10对 20只 小白鼠随机分成试验组和对照组 进行某项毒物的配对试验 怎样进行配对设计方案的随机分组 表510对小白鼠随机分组情况 三 随机区组设计 随机区组设计 randomizedblockdesign 又称为配伍设计 它是配对设计的扩大 随机区组设计是将几个条件相同的受试对象划成一个区组 区组中观察对象的数量取决于对比组的组数 如处理因素有四个对比组 则一个区组就有四个受试对象 将区组中的受试对象采用随机的方法 分配到不同的对比组中 以增强各对比组的均衡性 一 随机区组设计的概念 注意事项 在随机区组设计中 要区别何为第一因素 何为第二因素 第一因素是处理因素 第二因素是区组条件 配伍的条件不能太多 否则 难以划分区组 特别要注意的是不能将处理因素作为配伍条件而出现配伍过头的情况 二 随机区组设计的基本模式 图4随机区组设计方案的基本模式 例14 某医师将24只小白鼠按窝别 性别 月龄组成6个区组 每个区组有4只小白鼠 每个区组随机分成A B C D四组 进行某项毒物试验 怎样进行随机区组设计的随机分组 表624只小白鼠随机分成6个区组四个处理组 表724只小白鼠随机区组分组结果 例15 某研究者将60名 糖尿病患者按年龄 病程 病情程度分成15个区组 每区组中四名患者 分别用随机的方式分配给格列美脲 拜糖平 盐酸二甲双胍和复方消渴灵四种不同的治疗方法 治疗后测定血糖含量的下降值 mmol L 资料如下表 表8不同药物组患者的血糖含量的下降值 mmol L 四 交叉设计 例16 某医师研究生三七粉和复方决明子粉的降脂作用 随机抽取60例高脂血症患者 根据年龄 性别 病情程度等配成30个对子 即A B组各30例 首先测定治疗前各组的血脂后 A组用生三七粉治疗 B组用复方决明子粉治疗 一个月后 测定各组的血脂 休息一周 测定各组的血脂后 A组用复方决明子粉治疗 B组用生三七粉治疗 一个月后 测定各组的血脂 最后比较各组治疗前后的血脂变化及其两组血脂的变化 一 交叉设计的概念 交叉设计 cross overdesign 是一种特殊的自身对照设计 它按事先设计好的试验次序 sequence 在各个时期 period 对研究对象先后实施各种处理 以比较各处理组间的差异 它可以分为两阶段交叉设计和多阶段交叉设计 医学实际工作中应用较多的是两阶段交叉设计 二 交叉设计的优缺点 1 交叉设计的优点 1 节约样本含量 2 能控制个体差异和时间对处理因素的影响 效率较高 3 在临床试验中 每个受试对象同时接受处理因素和对照 如标准疗法或药物 相同 2 交叉设计的缺点 1 每个处理时间不能太长 2 当受试对象的状态发生根本变化时 如死亡 治愈等 后一阶段的处理将无法进行 3 受试对象一旦在某一阶段退出试验 就会造成该阶段及其以后的数据缺失 增加统计分析的困难 三 交叉设计的适用范围 交叉设计适用于病程较长的慢性疾病 不适于病程较短的急性疾病如感冒 急性气管炎 大叶肺炎等 因为大多数急性病的病程较短 一个疗程就已经治愈 不可能再执行第二阶段的交叉用药 四 交叉设计的基本模式 一 析因设计的概念 析因试验设计又简称析因设计 factorialdesign 它是一种多因素的交叉分组试验设计 它将两个或多个因素的各个水平进行排列组合 交叉分组进行试验 既研究各因素的主效应作用 又要研究各因素的交互作用 主要用于分析各因素间的交互作用 比较各因素不同水平的平均效应和因素间不同水平组合下的平均效应 寻找最佳组合 常用最简单是两因素析因试验 较复杂是四因素析因试验 五 析因设计 二 析因设计的基本模式 析因设计的优缺点 1 优点 1 是一种高效率的设计方法 可观察多个因素的效应 2 能够分析多种交互作用 以获得丰富的结论 3 能直观表达分析结果 2 缺点 1 统计分析较复杂 2 临床科研中不易获得适于分析交互作用的资料 3 因素及水平数均不宜过多 六 重复测量设计 重复测量资料 repeatedmeasurementdata 是同一受试对象的同一观察指标在不同时间点上进行多次测量所得的资料 常用来分析该观察指标在不同时间点上的变化特点 这类资料在临床试验和流行病学研究中较常见 一 重复测量设计的概念 二 重复测量设计的特点 1 在不同时间的m个时间点上从同一个受试对象身上对某个指标进行m次 m 2 重复测量 2 不同时间点重复测量值之间存在自相关性 3 测定时间可以是等距的 可以是不等距的 4 有时部分受试对象在最后的若干时间点上可出现缺失数据 5 观察指标可以是定量或定性的 三 重复测量设计的基本模式 研究对象总体或目标人群 研究对象 试验组 对照组 测量时间0测量时间1测量时间2测量时间3 图7重复测量设计方案的基本模式 某研究者为了解某新药对血液某因子的提升作用 将20名患者随机分为2组 一组用新药 另一组用传统药 分别于治疗前和治疗后1 2 3疗程测定结果 资料如表3 17 该研究者用t检验对该资料进行分析 得出结论如下 两种药物对血液某因子的提升作用差别有统计学意义 表920名患者临床试验观察结果 临床试验的概念临床试验是以人体 正常人或病人 作为研究对象的生物医学研究 以揭示研究因素 新药 新器械 新疗法等 对人体的作用 不良反应 或探索药物在人体内的吸收 分布 代谢和排泄规律等 目的是改进疾病的诊断 治疗和防治措施 或确认研究因素的有效性与安全性 第八节临床试验设计 一 临床试验的特点及基本原则 一 临床试验的特点 1 前瞻性研究 2 以人为研究对象 3 社会因素影响 4 主观因素影响 5 同一治疗方案 二 临床试验的原则 1 随机化与均衡性原则 2 对照原则 3 重复原则 4 盲法原则 临床试验中 按试验方案规定 在试验结束前 不让观察者 医师或护士 或受试者知道受试对象分在何组 试验组或对照组 接受何种处理 这种试验称为盲法试验 blindtrial 二 医学伦理学原则 医学伦理学 medicalethics 是应用一般伦理学原理和道德原则研究医学领域内的人类行为的一门应用性学科 医学伦理委员会职责为 1 开展有关科研项目的伦理审查 2 指导人类辅助生殖技术工作 3 指导临床药理基地工作 4 医学伦理教育培训 咨询服务协调 指导对医学生的医学伦理教育工作 医学伦理学的原则 1 知情同意原则 临床试验前要给患者讲明其疾病或伤残的性质 说明参与临床试验会有什么样的效果和可能的风险等 征得患者的同意 签署知情同意书后方可参与试验 2 尊重原则 研究者应当尊重患者在道德上和法律上所拥有的权利 尊重患者在医疗过程中的自主权 患者可以参与或不参与临床试验 研究者必须尊重患者的选择 不能强迫患者参与 3 有利原则 在经济上减少患者的经济开支 在生理上和精神上使患者受益 4 公正原则 公平 合理和适度 5 保密原则 三 药品临床试验管理规范 WHO 各发达国家制定了药品临床试验管理规范 GoodClinicalPractice GCP 欧洲药品管理当局联盟 欧洲联邦制药工业协会 美国食品与药品管理局 FDA 美国药物研究和制药协会 日本厚生省 日本制药联合会这 个成员发起的 人用药品注册技术规定国际协调会议 ICH 自1991年起 共同商讨GCP国际统一标准 国家食品药品监督管理局制订和颁发有关的文件 中华人民共和国药品管理法2001药品临床试验管理规范 GCP 1999药品注册管理办法2007 15章177条6个附件 中药新药临床研究指导原则2002药物临床试验质量管理规范2003化学药品和生物制品临床试验的生物统计学技术指导原则 我国的GCP共分为13章 70条 2个附录 其内容对临床研究中涉及到的试验方案 受试者权益保障 各研究人员的职责 结果的记录与报告 统计分析与数据处理 试验药品的管理 临床试验的质量保证 多中心试验等都有明确的要求和规定 新药临床试验的