医学科研设计1之实验设计

1、 y医学研究的基本程序医学研究的基本程序5 5个环节个环节: :研究问题的提出研究问题的提出 假设的建立和设计假设的建立和设计 科学实验科学实验( (调查调查) )与验证与验证 实验实验( (调查调查) )结果的分析综合与处理结果的分析综合与处理 建立新的理论或实际应用与推广建立新的理论或实际应用与推广医学科研方法医学科研方法DME： 统计设计统计设计包括资料收集、整理和分析全过程，总的统计包括资料收集、整理和分析全过程，总的统计设想和科学安排。可节省人力、物力和时间；可控制实验误设想和科学安排。可节省人力、物力和时间；可控制实验误差；可提高实验效率。差；可提高实验效率。 专业设计专业设计统计

2、设计统计设计测量测量Measurement设计设计Design 评价评价Evaluation医学科研医学科研 调查研究调查研究(survey，observational study)实验研究实验研究(experimental study) y 第一节第一节 医学科研设计基本原则医学科研设计基本原则 一、一、 对照对照 二、二、 均衡均衡 三、三、 随机随机 四、四、 重复重复一、一、 对照的原则对照的原则对照对照(control)：受试对象不施加试验因素或施加前状态：受试对象不施加试验因素或施加前状态 对照的意义对照的意义 ：鉴别处理因素与非处理因素的差异鉴别处理因素与非处理因素的差异 药物治

3、疗药物治疗例例: 老年性慢性支气管炎老年性慢性支气管炎气候转暖气候转暖,自然缓解自然缓解消除和减少实验误差消除和减少实验误差 。处理组：处理组：对照组：对照组：比较结果比较结果处理因素处理因素非处理因素非处理因素 +处理效应处理效应 + 非处理效应非处理效应非处理因素非处理因素非处理效应非处理效应处理因素处理因素处理效应处理效应对照的形式对照的形式 空白对照空白对照(blank control)：对照组不加任何处理因素。对照组不加任何处理因素。 例如：实验组儿童接种疫苗，对照组儿童不接种疫苗。例如：实验组儿童接种疫苗，对照组儿童不接种疫苗。 试剂空白、血样空白等。试剂空白、血样空白等。特点：特

4、点： 简单易行，但容易引起心理差异，从而影响实简单易行，但容易引起心理差异，从而影响实验效应的测定。验效应的测定。 - 安慰剂对照安慰剂对照(placebo control)对照的形式对照的形式 实验对照实验对照(experimental control)：施加基础施加基础实验条件（非处理因素）实验条件（非处理因素）。含含赖氨酸赖氨酸面包面包+非处理因素非处理因素赖氨酸赖氨酸效应效应 + 面包效应面包效应+非处理因素效应非处理因素效应 面包面包+非处理因素非处理因素 面包效应面包效应+非处理因素效应非处理因素效应赖氨酸赖氨酸 赖氨酸赖氨酸效应效应 非处理因素非处理因素 +非处理因素效应非处理因

5、素效应对照的形式对照的形式 标准标准对照对照(standard control)：以现有的标准以现有的标准或正常值作对照。或正常值作对照。 例某种新的方法能否代替传统方法的研究；例某种新的方法能否代替传统方法的研究； 某病患者与正常人同一项生理、生化指标对照等。某病患者与正常人同一项生理、生化指标对照等。 注意：注意：实验条件应一致实验条件应一致 。对照的形式对照的形式 自身自身对照对照：在同一受试对象上进行在同一受试对象上进行 。 特点：特点： 简单易行，使用广泛。但若试验前后某些简单易行，使用广泛。但若试验前后某些环境或自身因素发生改变，并且会影响试验结环境或自身因素发生改变，并且会影响试

6、验结果；可能自愈的疾病，难以说明问题。果；可能自愈的疾病，难以说明问题。 对照的形式对照的形式 相互相互对照对照 ：几个实验组互相对照。几个实验组互相对照。例如比较几种药物或例如比较几种药物或 同一药物不同剂量组治疗同一疾病的疗效。同一药物不同剂量组治疗同一疾病的疗效。 对照的形式对照的形式 历史历史对照对照：以过去的研究结果作对照。以过去的研究结果作对照。 应用时注意资料的可比性，仅适用于非处应用时注意资料的可比性，仅适用于非处理因素影响较小的少数疾病。理因素影响较小的少数疾病。慎用！慎用！对等对等同步同步：相同的时间与空间：相同的时间与空间专设专设对照的设置对照的设置 二、均衡的原则二、均

7、衡的原则 指实验组与对照组除处理因素，其它条指实验组与对照组除处理因素，其它条件完全一致和基本一致，保持实验条件的件完全一致和基本一致，保持实验条件的均衡均衡或或齐同原则齐同原则(balance)(balance)。 均衡性越好越能显示处理因素作用均衡性越好越能显示处理因素作用 均衡的原则均衡的原则 例：试用某药物预防肠道传染病的效果观察设计。例：试用某药物预防肠道传染病的效果观察设计。 方案一：方案一： 甲幼儿园甲幼儿园(100人人) 服药，服药， 肠道传染病肠道传染病 乙幼儿园乙幼儿园(100人人) 不服药，肠道传染病不服药，肠道传染病 分析：甲乙幼儿园的非处理因素（食堂卫生分析：甲乙幼儿

8、园的非处理因素（食堂卫生条件、儿童卫生习惯）如不相同，则不均衡。条件、儿童卫生习惯）如不相同，则不均衡。均衡的原则均衡的原则 甲幼儿园（甲幼儿园（100人）人） 服药（服药（50人）人） 不服药（不服药（50人）人）乙幼儿园（乙幼儿园（100人）人）服药（服药（50人）人） 不服药（不服药（50人）人） 方案二：方案二： 非处理因素非处理因素 动物实验动物实验: 考虑动物考虑动物来源、种属、性来源、种属、性别、原始体重、健康状况别、原始体重、健康状况尽量相同或相尽量相同或相近，近，给药途径、饲养条件、麻醉程度、给药途径、饲养条件、麻醉程度、消毒情况、术后护理消毒情况、术后护理等也应一致。等也应

9、一致。 临床试验临床试验: 患者的诊断准确可靠，考虑患者的诊断准确可靠，考虑年龄、性别、体质、病情年龄、性别、体质、病情等因素力求均衡或等因素力求均衡或接近，接近，疾病分型、服药时间、疗效标准疾病分型、服药时间、疗效标准等必等必须一致。须一致。三、随机的原则三、随机的原则 随机化原则随机化原则(randomization)：随机：随机“随便随便”, 指每个受试对象以指每个受试对象以机会均等机会均等的原则随机被抽取到，的原则随机被抽取到，或分配到试验组和对照组。或分配到试验组和对照组。 目的是使各组非实验因素的条件均衡一致目的是使各组非实验因素的条件均衡一致随机化方法：随机化方法：1) 抽签抽签

10、2) 用随机数字表和随机排列表用随机数字表和随机排列表3) 用计算器或计算机用计算器或计算机随机化的含义随机化的含义1. 抽样的随机（代表性）抽样的随机（代表性） 符合条件研究对象被纳入研究范畴的机会相同符合条件研究对象被纳入研究范畴的机会相同2. 分组的随机（均衡性）分组的随机（均衡性） 研究对象被分配到不同处理组的机会相同研究对象被分配到不同处理组的机会相同3. 实验顺序的随机（客观性）实验顺序的随机（客观性） 研究对象先后接受处理的机会相同研究对象先后接受处理的机会相同四、重复的原则四、重复的原则 重复重复(replication)：研究对象有一定数量（实验：研究对象有一定数量（实验例数

11、（样本含量）和重复次数）。可防止偶然性例数（样本含量）和重复次数）。可防止偶然性或巧合的现象。或巧合的现象。 必须在保证实验具有一定的可靠性条件下，必须在保证实验具有一定的可靠性条件下，确确定最少的实验例数。定最少的实验例数。第二节第二节 实验设计实验设计 一、一、 实验设计的意义实验设计的意义 二、二、 实验设计的特点和分类实验设计的特点和分类 三、三、 实验设计的基本要素实验设计的基本要素 四、四、几种常用的实验设计方法几种常用的实验设计方法 实验研究的特点：实验研究的特点： 研究者研究者可以安排处理因素可以安排处理因素（主动）；（主动）； 受试对象是否接受处理是受试对象是否接受处理是随机

12、随机的；的； 研究者可控制混杂因素以减少误差（齐同）。研究者可控制混杂因素以减少误差（齐同）。 动物实验动物实验(animal experiment)： 对象对象动物；如食物毒理学试验动物；如食物毒理学试验临床试验临床试验(clinical trial)： 对象对象病人；如化疗治疗淋巴性白血病病人；如化疗治疗淋巴性白血病社区干预试验社区干预试验(community intervention trial) 对象对象 一般人群；如加氟、加碘一般人群；如加氟、加碘实验研究的分类：实验研究的分类：降压药降压药高血压病人高血压病人血压值血压值处理因素处理因素受试对象受试对象实验效应实验效应 处理因素处理

13、因素(study factor，treatment) 处理因素处理因素：根据研究目的施加或观察的，能：根据研究目的施加或观察的，能作用于受试对象并引起效应的因素。作用于受试对象并引起效应的因素。 非处理因素非处理因素：相应的也能使受试对象产生效：相应的也能使受试对象产生效应的因素，又称应的因素，又称混杂因素混杂因素(confounding factor)。 处理因素处理因素(study factor，treatment) 1. 抓住主要因素抓住主要因素 2. 找出非处理因素，并加以控制找出非处理因素，并加以控制如：如：“性别性别”、“年龄年龄”均衡方法：两组构成一致均衡方法：两组构成一致控制方

14、法：规定年龄段控制方法：规定年龄段 3. 处理因素要标准化：处理因素要标准化：处理水平始终不变处理水平始终不变 受试对象受试对象(study subjects)保证保证同质性同质性 1. 动物的选择动物的选择：要考虑动物的种类、品系、要考虑动物的种类、品系、以及年龄、性别和体重以及营养状况等。以及年龄、性别和体重以及营养状况等。 2. 人的选择人的选择：分病人和健康人。病人的选择分病人和健康人。病人的选择应当诊断明确、依从性好，能真实可靠地反映主应当诊断明确、依从性好，能真实可靠地反映主观感觉。观感觉。 实验效应实验效应(experimental effect)通过通过观察指标观察指标表示表示

15、 1. 客观性客观性：主观指标和客观指标。：主观指标和客观指标。 2. 精确性精确性： 准确度准确度(accuracy)：观察值与真值接近程度，：观察值与真值接近程度，受受系统误差系统误差影响。影响。 精密度精密度(precision)：重复观察时观察值与其均：重复观察时观察值与其均值的接近程度，受值的接近程度，受随机误差随机误差影响；影响； 实验效应实验效应(experimental effect) 准度和精度都好 准度差精度好 准度好精度差 准度和精度都差 实验效应实验效应(experimental effect) 4. 特异性特异性(specificity):真阴性真阴性，减少，减少假阳

16、性假阳性率率 3. 灵敏性灵敏性(sensitivity)：真阳性真阳性，减少，减少假阴性假阴性率率 完全随机设计完全随机设计 配对设计配对设计 配伍组设计配伍组设计 交叉设计交叉设计 盲法设计盲法设计 各组例数相等时效率较高各组例数相等时效率较高完全随机设计完全随机设计(completely random design) 处理组（接受新药）处理组（接受新药） 观察结果观察结果实验对象实验对象随机化分组随机化分组 对照组（接受常规药）观察结果对照组（接受常规药）观察结果 对照组（安慰剂）对照组（安慰剂）实验对象实验对象随机化分组随机化分组 处理组（处理组（A药）药） 处理组（处理组（B药）药）

17、 处理组（处理组（A+B药）药） 完全随机设计完全随机设计 优点优点：设计简单，统计分析简单，应用广。：设计简单，统计分析简单，应用广。 缺点缺点：只能分析一个因素，效率不太高。混杂因：只能分析一个因素，效率不太高。混杂因素多，难以控制，灵敏度不及配对试验。素多，难以控制，灵敏度不及配对试验。统计分析方法统计分析方法：计量资料：计量资料：两组两组- 多组多组- 计数资料：计数资料：t检验检验或或秩和检验秩和检验 方差分析方差分析或或秩和检验秩和检验-2检验检验 配对因素配对因素-影响实验效应的影响实验效应的主要非处理因素主要非处理因素，以提高组间均衡性。以提高组间均衡性。自身配对自身配对和和异

18、体配对异体配对。 配对设计配对设计 (paired design) A接受新药接受新药实验对象实验对象配成对子配成对子随机分配对子中随机分配对子中 B 接受常规药接受常规药 配伍组设计配伍组设计(randomized block design) A 接受甲处理接受甲处理实验对象实验对象配成区组配成区组随机分配区组中随机分配区组中 B 接受乙处理接受乙处理 C 接受丙处理接受丙处理 D 接受丁处理接受丁处理配伍组设计配伍组设计处理组处理组 配伍组配伍组 A B C D 1 4 3 2 5 6 8 7 10 9 12 11 16 14 13 15 优缺点优缺点： 每个区组内对象有较好同质性，更易发

19、现处理每个区组内对象有较好同质性，更易发现处理间的差别。间的差别。 该设计均衡性好、误差减低，可以提高效率，该设计均衡性好、误差减低，可以提高效率，统计分析也较简单。统计分析也较简单。 不能分析交互作用，数据缺失。不能分析交互作用，数据缺失。配伍组设计配伍组设计统计分析方法统计分析方法 - 随机区组设计的方差分析随机区组设计的方差分析 交叉设计交叉设计（cross-over design） A组组 接受常规药接受常规药 间歇期间歇期 接受新药接受新药实验对象实验对象 随机分配随机分配 B组组 接受新药接受新药 间歇期间歇期 接受常规药接受常规药优缺点优缺点： 节省样本例数；控制时间因素及个体差异，实验节省样本例数；控制时间因素及个体差异，实验效率较高；符合医学伦理。效率较高；符合医学伦理。 要求两次观察的时间不能太长，