第三章实验研究设计(讲).ppt

2020/6/11，1，第三章实验研究设计，2020/6/11，2，学习要求理解：实验研究设计的基本概念。熟悉度：实验研究设计的基本要素；样本含量估计的基本方法。掌握：实验设计的基本原则和常用的实验设计方法。第1节实验研究设计的概念1研究设计的意义医学研究设计应在医学研究工作之前进行。研究设计是对科学研究的具体内容、方法和计划的设想和安排。研究设计主要是根据研究目的，确定研究因素，选择效果指标，拟定研究对象的数量和实施方法，以及数据收集、整理和分析的方式直到结果的解释。通过合理、系统的安排，可以控制系统误差，以最少的人力、物力和时间获得可靠的信息和结论。良好的设计是科学研究和数据分析顺利进行的前提，也是获得预期结果的重要保证。如果设计是错误的，所获得的数据是没有价值的，不能用任何统计方法保存。在医学研究中，根据观察者是否积极干预，分为实验研究和观察研究。实验研究是指研究者根据研究目的人为地为受试者(包括人或动物)设置干预措施，控制非干预措施的影响，并总结干预因素的效果。观察性研究是指对特定目标群体的调查。影响调查的因素是客观的，研究人员只能被动地观察和如实记录。实验研究的特征实验研究有三个基本特征。首先，研究者可以根据实验设计的目的和要求设置研究因素。其次，受试者可以根据随机化原则随机分组。第三，由于随机化原则的应用，比较组实现了更好的平衡，从而最小化了非研究因素对实验效果和结果的干扰和影响。实验研究的分类实验研究通常根据受试者的特点分为三类：1。动物实验是指由人工饲养的动物进行的实验研究。其特点是研究因素和干扰因素容易控制，实验误差小，实验成本低，实验效果观察客观。由于动物和人类在物种等方面存在很大的差异，动物实验的研究结果不能直接推论给人类，而可以作为人类研究的参考依据或基础数据。临床试验临床试验是指根据科学的实验方法研究疾病在临床阶段的规律的试验。临床试验有两个主要目的：第一，寻找有希望的新疗法或药物；第二是确定新疗法是否会给患者带来益处。临床试验应注意两点：一是人体试验易受多种因素的影响，如人的社会性和心理性因素，试验结果容易出现偏差；第二是考虑医学伦理和其他问题。现场试验也称为社区干预试验，它是指将一些研究因素应用于社区中的所有人，并进行长时间的观察。目的是观察研究因素在社区人群中的影响或预防效果，方法是干预人群中存在的某些风险因素或应用一些保护措施。典型的社区干预测试的一个例子是一种测试，其中将氟化物添加到社区人群的饮用水中，以观察是否可以降低人群的龋齿发病率。第二节医学实验设计的基本要素包括三个组成部分，即治疗因素、受试者和实验效果。例如，要观察某一种抗高血压药物的效果，那么某一种抗高血压药物就是治疗因素，高血压患者就是受试者，而测得的血压值就是实验效果。这三个部分构成了实验的全部基本要素，是不可缺少的。因此，在设计任何实验研究时，首先要明确这三个要素，然后再进行详细分析1.研究人员根据研究目的应用于受试者并能产生某些实验效果的因素称为治疗因素。治疗因素可以积极应用，如某些药物的应用等。它也可以客观存在，如观察两类患者的某些理化指标，这两类患者是治疗因素。在确定治疗因素时，应注意以下问题：2020/6/11，11，1。很明显，实验研究的非治疗因素和非治疗因素指的是不是实验研究的因素，但也能使受试者产生效果的因素。例如，要观察一种药物对慢性胃炎的疗效，病人的病情、年龄和饮食结构对疗效有一定的影响。因此，这些因素是实验的非加工因素，也称为干扰因素或混杂因素。必须尽可能清楚地定义和控制影响实验的非治疗因素。2.治疗因素的标准化意味着当进行相同的实验研究时，应用于多个受试者的治疗因素应该是相同和一致的。如果试验药物需要相同的制造商、批号和生产日期；测试仪器、试剂和操作人员应相同。2.受试者研究受试者是受加工因素影响的对象。医学研究的对象通常是人和动物。在进行实验之前，必须严格规定实验对象的条件，以保证实验对象的同质性。受试者应满足两个基本条件：对治疗因素敏感；反应必须稳定。例如，为了观察药物对高血压的疗效，一般三期高血压患者对药物不敏感，而一期高血压患者血压波动大，结果不稳定。因此，期高血压患者应作为研究对象。另一个例子是，猫和鸽子对呕吐更敏感，而豚鼠和兔子缺乏这种反应。同时，学科也应该有明确的标准。例如，在动物实验中，受试动物的物种、性别、体重和产仔数应该是可比的，因为这些条件可能影响实验结果，必须始终如一地加以控制。3.实验效果实验效果是作用于受试者的治疗因素的反应和结果。它通过观察指标来表示。如果指标选择不当，不能准确反映治疗因素的效果，那么得出的研究结果就不科学。因此，观察指标的选择是研究成败的重要环节。选择指标的依据是：指标应具有相关性、客观性、特异性和敏感性。相关性是指观察指标与研究目的之间本质而密切的关系，能够准确反映治疗因素的实验效果。如果观察到苯对人体的影响，应该检查白细胞计数，因为苯可以直接降低白细胞计数。指标的选择可以通过查阅文献或根据过去的经验获得。2.客观观察指标分为主观指标和客观指标，主观指标是通过病人的回答或医生的定性判断来描述观察结果；客观指标是通过仪器测量来反映观测结果。特别是在临床试验中，主观指标容易受到研究者和受试者心理因素的影响，如“疼痛程度”、“咳嗽和哮喘程度”等。因此，应尽可能选择客观和量化的指标。2020/6/11，15，3。准确性包括准确性和精确性。精度是指观察值和真实值之间的接近度，主要受系统误差的影响。精度是指在相同条件下重复测量同一物体的同一指标时，测量值接近其平均值的程度。观测指标应准确无误。4.特异性和敏感性：特异性表示指示剂识别真阴性的能力，而敏感性表示指示剂检测真阳性的能力。2020/6/11，16，特异性=1-假阳性率(误诊率)敏感性=1-假阴性率(漏诊率)，2020/6/11，17，所选指标应反映例如，血糖水平是诊断糖尿病患者的基本依据。显然，血糖是糖尿病研究中一个高度特异性的指标。例如，红细胞沉降率在结核病活跃期明显增加，这是一个敏感指标，但在风湿病活跃期也有变化，这显然对结核病研究没有很高的特异性，只能作为辅助指标或次要指标。实验设计的基本原则第三节实验设计的目的是使人体上的治疗因素的实验效果单独表现出来。如果治疗因素用t表示，t的实验效果用e表示，即te。然而，由于t对身体的影响也受到非治疗因素的影响，实验效果的大小不仅仅是治疗因素t的结果。如果某一种药物用于治疗某一种疾病，该药物就是治疗因素，而疗效就是实验效果。各种非治疗因素，如患者的年龄、状况、饮食、环境等。对疗效都有影响。例如，非治疗因素用S表示，其对疗效的影响用S表示，即称为真实效应，而S称为干扰效应。如果在实验中建立一个控制组来均衡实验组和控制组的非治疗因素S，S1=S2，那么理论上两组的干扰效果也是均衡的，即s1=s2，那么显示T的真实效果E。空白对照组：实验组：S1e s1对照组：O S2o s2相互控制：t1se 1S T1 S1 E1 S2 S2实验设计必须遵循四个基本原则，即控制原则、平衡原则、随机原则和重复原则。控制是科学实验中消除非加工因素影响不可缺少的重要手段。没有控制，就没有比较和鉴别，实验结果的正确性和科学性也就无从谈起。然而，对于一些难以治愈的疾病，没有控制组。常见的控制形式：1。空白对照：对照组不应用任何治疗因素，完全控制在“空白”状态下。2.实验控制：对照组不应用治疗因素，但应用一些实验因素。自我控制：控制和测试在同一个对象上进行。在此控制中，应注意观察指标随时间和环境变化的自然变化，如治疗前后血压的变化。4.交叉控制：不仅控制组被建立，而且测试组也被交叉控制。5.标准对照：以最好的“标准”疗法或药物作为对照。这种控制是安全、可靠的，病人容易接受。6.安慰剂是指一种没有药理作用的假药，受试者无法从外观和治疗药物的剂型方面识别。安慰剂对照是指将安慰剂应用于对照组的受试者。安慰剂对照是一种特殊的空白对照，其主要目的是消除患者或受试者的心理偏见。主要用于双盲测试。历史控制历史控制是指以过去或过去的研究成果为控制对象。应特别注意各种背景因素和数据的可比性。第二，平衡原则也被称为平等原则，即对照组应与除治疗因素外的所有其他非治疗因素基本一致，这些因素与实验组不同。例如，为了观察ADI对预防儿童肠道传染病的效果，提出了两个方案设计：2020/6/11，23，第一个方案：a托幼机构选取100名儿童，以ADI为对照，b托幼机构选取100名儿童作为对照观察结果。a日托中心100名儿童服用ADI，b日托中心100名儿童未服用ADI，a日托中心肠道年发病率为8%，b日托中心肠道年发病率为20%，共2项试验，P0.05，2020/6/11，24，第二个方案：选择a日托中心100名儿童，其中50名儿童服用药物，50名儿童为对照组；幼儿园B选择了100名儿童，其中50名服用药物，50名为对照组。当a托儿所的50名儿童被给予日摄入量，a托儿所的50名儿童未被给予日摄入量，b托儿所的50名儿童被给予日摄入量，b托儿所的50名儿童未被给予日摄入量时，实验结果失去了真实性然而，并不是样品越多越好。样品过多不仅会增加严格控制测试条件的难度，还会造成人力、物力和时间的浪费。因此，在设计实验时，应合理估计样本量，即在测试结果具有一定可靠性的条件下确定最小样本含量，以节省人力和资金。样品含量估算的基本条件和要求样品含量估算应考虑以下基本条件和要求：1。确定两个比较的群体参数之间的差值可以是两个群体的平均数量或群体比率之间的差值。例如，两个总体的平均数量之差= 1- 2，两个总体比率之差= 1- 2。一般参数可以使用公认的标准值、常规值或通过样品预试验获得的估计值。2.总体标准偏差的确定由于总体标准偏差通常是未知的或难以获得的，因此通常可以用预试验样品的标准偏差S来估计或替代。确定第一类错误的概率也被称为测试水平或显著性水平。越小，需要的样本越多。传统上，测试水平一般为=0.05，单侧或双侧可根据专业要求确定。4.测试效率(1-)测试效率也称为保证，它指的是在特定水平的人群之间确实存在差异的情况下，在该测试中发现差异的概率。其中是第二类误差。(1-)越大，确定度越高，需要的样本越多。通常取=0.1或=0.2，相应的检验效率为0.9或0.8。一般检查效率不应低于0.75，否则第二类错误将增加，“假”的概率将增加。2020/6/11，31，3，常用的样本含量估计方法(1)样本均值和总体均值比较检验或均值配对检验，注意：根据专业知识，z可以分为一面和两面，而z一般只有一面。对于配对比较，s是Sd。2020/6/11，32，病例3.1高胆固醇血症用某种药物治疗。众所周知，血清胆固醇平均降低0.52毫摩尔/升具有专业意义，并且通过预试验获得Sd=1.28毫摩尔/升。如果一侧的为0.05，=0.10，需要什么样的样品含量？已知：=0.52，Sd=1.28，z=z0.05=1.645，z=z0.10=1.282。根据要求，需要52名高胆固醇血症患者。2020/6/11，33、(2)两个样本平均数量的比较公式为，其中n1和n2为每个样本所需的样本数量，一般设计为两个样本的样本数量相等。s是两个总体标准差的估计值，通常假设相等。是两个平均值之间的差值。z和z的含义和以前一样。(2020/6/11，34)，(3.2)人们希望比较两种抗高血压药物A和B降低收缩压的效果。假设两种药物的收缩压降低值之差为5毫微克或更大，则具有专业意义。如果S=毫微克，两边取为0.05，=0.10，每组病例数相等，每组需要多少个病例？已知：=5，s=12，z /2=z 0.05=1.96，z =z 0.10=1.282。根据要求，每组需要121名高血压患者。2020/6/11，35，(3)抽样率和总体率的比较，其中=-0，其中0是已知的总体率，是预期实验结果的总体率。实施例3.3众所周知，湿疹常规疗法的有效率为45%。现在这种新疗法被用于治