实验设计

第14章（301页） 医学研究及实验设计二（307页）、实验设计的三大要素三（310页）、实验设计的三大原则四（312页）、实验设计的主要方法五（314页）、实验设计中应注意的几个问题六（314页）、实验设计时用药剂量换算七（315页）、实验设计大纲 （319页）、科技论文的撰写,机能实验学: 是研究人体机能活动规律的学科。即研究正常情况下、疾病状态下及用药后的机能活动变化及规律；同时，机能实验学也是一个方法学，介绍如何观察某一现象、分析现象的内在本质、分析现象与现象间的内在联系，培养学生综合观察、分析、解决问题的能力；了解实验研究的基本程序，为今后从事科学研究打下基础。,实验设计: 在科学研究之前，由研究者根据实验目的、专业知识和统计学知识对科学研究工作制定的全面工作计划和具体工作方案。,目的： 通过实验设计了解机能学研究的基本过程，锻炼科研能力； 熟悉实验工作的一般程序、要求、原则、结果的处理和论文的撰写； 理解和应用已知规律去探索未知规律； 提高发现问题和解决问题的能力。,意义： 是科研工作的先导； 是科研过程的依据； 是实验数值统计的前提； 是结果准确的保证； 是科研论文书写的第一手材料。,实验研究的基本程序 （一）立题 包括选题和建立实验假说 实验假说：实验的预期结果 （二）设计实验方案 （三）预备和正式实验 （四）实验资料的收集 （五）整理和统计分析 （六）总结并完成论文,实验设计的三大要素 一、实验对象的选择 二、处理因素 三、观察指标,一、实验对象的选择 机能实验学的对象包括人和动物。 实验动物是供科研用的有明确生物学特征、遗传背景（近交系、突变系、 杂交系）和微生物学背景清楚的实验用动物。,微生物背景： 级动物（普通动物） 级动物 （清洁动物） 级动物 （无特异病原体动物） 级动物 （无菌动物）,实验动物选择的基本要求1.选择同人类各方面机能相似的动物。2.选择动物的品种和纯度。3.解剖和生理特点符合实验目的的要求。4.选择不同种系动物的某些特殊反应用于不同研究。5.动物选择的一般原则,表 动物选择的一般原则,项目 选择范围年龄（体重） 小鼠18-22g； 大鼠180-280g； 豚鼠350-650g； 家兔2-3kg； 猫1.5-2.5kg； 狗9-15kg性别 实验无特殊要求，一般选雌雄各半生理状态及健康 健康：耐受性大，结果稳定 怀孕及授乳时反应性略有差异,二、处理因素（study factor) 是指对实验对象施加的各种干扰因素。 给实验动物以各种处理、包括接种细 菌、毒素、真菌、病毒等生物的因素；给予化学制剂或药物（药物、毒物、营养物、缺氧）；进行创伤、烧伤等物理刺激。,刺激强度对蛙腓肠肌收缩的影响处理因素 受试对象 实验效应电刺激 大鼠 脑梗死运动功能的影响绿脓杆菌 家兔 角膜炎模型的建立一氧化氮 肝硬化大鼠 血流动力学的影响氨氯地平 高血压患者 左室舒张功能的影响,处理实验对象的目的： 1.复制人类疾病的动物模型，探索疾病发生的原因和发病机制。 (相似性、重复性和实用性） 2.进行实验治疗，观察药物或其他治疗手段的疗效。 *处理因素在实验中保持不变,三、 观 察 指 标 处理因素作用于受试对象所得到的结果，称为实验效应。 实验效应用具体的观察指标表示。 选择好的观察指标可以体现实验的先进性和创新性。,观察指标的选择应符合的要求 1、扣题：指标必须与课题紧密相关。 2、明确指标的性质、种类、数目与条件。 计量指标（定量指标）：相对稳定性质 计数指标（定性指标）：界限应分明,计数指标：将观察单位按性质和类别分 组，然后清点各组观察单位的 个数。 用是或否；、来表示等 级指标。计量单位：是对每个观察单位用定量方法 测定某项指标是值的大小。 用具体的数值来表示。,2、明确指标的性质、种类、数目与条件 主观指标 种类 客观指标 设计中力求选择有说服力、有特异性的客观指标。 数目：适当。 条件：应严格掌握，以求得严谨的科学性。,3、指标必须客观、精确、灵敏、 特异、可行、得到公认。 指标的选定需符合以下原则： 1.特异性（反映观察现象的本质） 2.客观性 3.重现行 4.灵敏性（实验设备实验方法的灵敏度） 5.可行性 6.认可性,实验设计的三大原则一、对照原则二、随机化原则三、重复原则,一、对照原则 为了说明某因素的影响和作用，必须要有可供比较的对照组。 设立对照组的目的： 抵消非实验因素的干扰和影响， 以免对结果做出错误的判断。 “齐同可比”：除处理因素外，其他非处理因素尽量保持一致。,对照形式主要有： （一）阴性对照 空白对照 假处理对照 安慰剂对照 历史对照 （二）自身对照 （三）相互对照 （四）标准对照：不设对照，实验结果与标准值或正常值进行对比。,试用A药预防肠道传染病的效果观察第一种方案： 在甲幼儿园观察名儿童，服用A药， 在乙幼儿园观察名儿童，未服用A药， 观察结果：甲幼儿园肠道传染病发病率下降； 乙幼儿园肠道传染病发病率上升； 结论：A药有预防肠道传染病的作用。,第二种方案： 在甲幼儿园观察名儿童，服用A药50名，未服用A药50名。 在乙幼儿园观察名儿童，服用A药50名，未服用A药， 观察结果：服用A药肠道传染病发病率下降； 未服用A药肠道传染病发病率上升； 结论：A药有预防肠道传染病的作用。,二、随 机 原 则 随机（random)是指在实验研究中，受试对象的实验顺序和分组设计进行随机处理。 随机分配指实验对象分配至各实验组或对照组时，他们的机会是均等的。,随机化原则可以使每个受试对象在接受处理时，都有相同的机会，不受研究者主观愿望支配或客观因素干扰，从而缩小实验偏差。 方法：抽签、抓阄、随机数字表法,随机表法： 12只小鼠分为对照组和实验组（两组动物数相等）。 381页,1.将12只小鼠编号: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 3 4 0 3 3 2 0 3 8 2 62.将查得的随机数字标于编号下（附表7中16行9列开始向右数。3.单号A组，双号B组。分得结果 A组：1、2、5、6、9 B组：3、4、7、8、10、11、124.将B组从新编号，查随机表，先出现号移到A组。如上继续向下查为1，将1号移到A组。,三、重复原则（replication) 可靠的实验应该在同样的条件下可重复，即重现性。由于实验动物的个体差异的因素，在科学实验中只用一个或三、五个实验动物就草率下结论是不科学的。各处理组的实验个体（动物）需要有一定的例数（包括对照的个体） ，即要考虑样本含量的大小。,重复有两个重要作用： 1.可以估计抽样误差的大小， 2.可以保证实验的可重复性。要求： 经统计学处理，重现率超过95%的实验结果被认为有较好的重现性，即通过显著性检验来判定P0.05或P0.01。,统计学判定： P0.05 重现性好，重现的概率为95%以 上；若P0.01则重现概率为99%。 *动物实验每组基本的例数 动物种属 计量资料 计数资料 小动物小鼠、大鼠、蛙 10 30 中等动物（豚鼠、兔） 6 20 大动物（猫、猴、犬） 5 10 *某药分3-5剂量组时也可以少些 0.05P0.1筛选有价值，值得进一步研究。,实验设计的主要方法 实验设计的方法是指实验设计的随机分组方法与资料的统计学处理相匹配，即一种类型的实验设计就有一种类型的统计分析方法。,主要有以下几种类型 1.完全随机分组设计 2.简化分层随机设计 3.配对设计 4.随机区组设计 5.序贯设计 6.拉丁方设计 7.正交设计,1.完全随机分组设计 （completely random design) 是把实验动物完全随机的分配到各处 理组及对照组中进行实验观察。只涉及一个处理因素，又称组间比较的单因素设计。,该方法可以用于两样本的比较，也可以是多样本的比较。样本含量可以相等，也可以不等。 计量资料：两组：用T检验 两组以上：用F检验 计数资料：用2检验,2.简化分层随机设计（均衡随机） 定义：对重要因素进行均衡，对次要因素则随机处理 例如：对小鼠体重和性别进行均衡 是较常用的分组方法,3. 配 对 设 计（paired design) 是将受试对象按某些特征（如动物按年龄、性别、体重、窝别）配成对子，每对中一个是“实验”，一个是“对照”，这样两组受试对象的条件比较均衡， 实施方法：配对后采用随机数字表分组 统计分析：配对t检验,*自身对比设计 是在同一个体上进行的实验。有三种形式： 1、对每个观察单位进行两次观察，第一次观察不给处理，第二次观察给予处理，两次结果的差值为实验结果。 2、第一次给予A处理，第二次给予B处理， 3、将受试对象随机分两组，第一组给予A处理，第二组给予B处理，经过观察测定后，第一组给予B处理，第二组给予A处理，经过观察测定后再进行数据处理。 两次结果的差值为检验结果。,4. 随机区组设计（randomized block design) 是配对设计的扩大。方法是将多方面条件（性别、体重及其他条件）相同或相近的受试对象组成随机区组，每个随机区的受试对象用随机分组的方法分配到各处理组，这样各随机区的受试对象个数取决处理组的数目。如果一个实验安排了四种不同的处理，那么每个随机区就应有四个受试对象，这种设计各区组中的受试对象不仅数目相等，而且生物特点也较均衡，组间差别小，实验效率高。,实施方法：区组中按随机数字表分组统计处理：双因素方差分析适用范围：适于研究对象变异比较大者,5. 序贯设计 （sequential design)特点: 是一个一个地观察研究对象，按着实验者规定的检验标准，事先不需要估计样本的数量，任何下一步实验或观察均由上一步的结果来决定，并用简单的图示法来进行分析，一旦达到统计学要求，即可停止。,6.拉丁方设计 涉及三个因素，又称三因素设计。,老 中 青急 A B C亚 B C A慢 C A B,7.正交设计（orthogonal design) 要分析的处理因素较多时，可采用正交设计。正交设计是利用一套规格化表格（正交表），合理安排实验，通过对实验结果得分析，获得有用的信息，从中找出各因素对实验指标的影响。,实验因素 水 平温度（A） 33 （A1） 37 （A2） PH（B） 7.0 （B1） 7.4 （B2） 培养基（C） 199 （C1） 1640（C1） 添加血清浓度(D) 1% （D1） 2% （D1）四因素二水平,实验设计中应注意的几个问题 1.明确目的，主题突出 2.确定实验方法和观察指标 3.重视预试 4.研究条件控制 5.研究实验记录格式,实验设计时用药剂量换算 药物在不同种属动物体内的血药浓度和作用，与动物体表面积呈平行关系，因此用体表面积来换算人和动物以及各种动物之间的剂量，通常按照“常用动物与人体表面积比值表”进行折算实验时药物的剂量。,1.由动物用量推算人的用量 2.由人的用量推算动物的用量 3.不同种属动物间推算,实验设计大纲一、设计大纲 二、科技论文的撰写,设计大纲 1.立题 2.实验动物的选择和分组 3.实验材料 4.实验方法 5.观察项目,医学期刊的编排格式 1.文题 2.作者及单位 3.摘要 4.主题词（关键词） 5.正文的编排 6.表格 7.插图 8.参考文献,科技论文的撰写正文的基本结构包括四大部分： 1.前言 2.材料与方法 3.结果 4.讨论与结论,1前言(Introduction) 准备研究什么，前言是正文主体部分的开场白，是集中反映整个研究工作水平和价值部分，一般不冠标题。 1、前言的写作内容 （1）国内外该研究的历史背景（前人的主要工 作、理论及最新进展），已解决的问题和尚待解决的问题。 （2）本研究的动机、目的、范围、方法、预期结果和意义。,2.材料与方法 (Materials & Methods) 如何研究，这部分是用来说明研究工作中所使用的材料、方法、观察对象及其研究过程。它是判断论文科学性和创见性的主要依据，用来表明本研究工作的可靠程度。 1、材料 包括研究工作中所使用的药品和试剂、实验仪器和设备（按有关部门标定批准使用的）。,仪器：制造厂商、型号、性能、精度、 出厂日期。药品：纯度、浓度、剂量、厂商、出厂 日期、批号动物：种系、性别、体重、遗传特性方法：众所周知略写、自己新建则祥写。,研究对象：实验研究的是动物；临床研究 的是病人。动 物：包括选择的标准（如年龄、性别、 种系、生理状态、体重及饲养条 件等。 微生物：包括种系、族、株别、菌系、血 清型、培养等。病 人：包括病历来源、诊断标准、疗效 标准、给药方法或治疗标准等。,2、方法 （1）着重介绍研究对象与数据获得的步骤，以便读者能重复验证，但要注意方法的保密性。 （2）实验分组:重点介绍分组原则、标准和方法、组列数、实验条件、对照组的设立等。 （3）实验环境和条件的控制。 （4）实验步骤或流程。 （5）统计学处理方法（如统计学评价的强度）。,3.结果 （1）结果是论文最关键部分，体现研究价值和意义。 （2）结果要求：客观、具体、实验数据要经核实且经过统计处理。数据资料最好用统计图表形式。 （3）结果部分写作要层次分明，内容较多时可用小标题。,4.讨论与结论 讨论是论文说理和论证部分，主要对实验或观察结果展开讨论，并加以理论分析和提高，再作出客观结论。 结论要求实事求是，既不扩大又不缩小，结论措辞要正确、具体、精炼。,参考文献的格式： 参考文献一般用顺序编码制，正文引用文献处标注带阿拉伯识字的方括号，并在论文末尾参考文献处按序码逐条列出。 1期刊文献：序号 作者名.题名.期刊名，年，卷（期）：起页-止页. 2著作: