DB第12章实验设计课件

第十二章实验设计科学研究实验研究

施加干预措施调查研究

不施加干预措施实验研究的特点；实验设计的基本要素及处理因素的注意事项；受试对象的基本条件及动物实验的优点；实验效应及指标要求；准确度VS精密度、灵敏度VS特异度；实验设计的基本原则；误差及其分类；常用的3种实验设计方法；临床试验中安慰剂、单盲及双盲；诊断试验中金标准、灵敏度和特异度计算、ROC曲线第一节实验研究的特点和类型一、实验研究的特点①处理因素（也称“干预因素”），可以人为设置；②受试对象可以随机分配到各组；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。

处理因素

受试对象

实验效应第二节实验设计的基本要素

一、处理因素

由研究目的确定的欲施加或欲观察的、能引起受试对象直接或间接效应的（生物的、化学的、物理的）因素。注意：（1）处理因素标准化（2）分清处理与非处理因素（与处理因素相对应并同时存在，能使受试对象产生混杂效应，也称混杂因素）

二、受试对象受试对象（研究对象）：处理因素作用的客体，由研究目的确定的研究总体（人、动物、植物、生物材料）（代表性）动物实验:动物;临床实验:患者、健康人;现场实验:社区人群基本条件：⑴对处理敏感⑵反应稳定（二）人的选择1.病人的选择：统一诊断标准。住院、门诊病人优缺点：住院病人所处环境较安静，条件容易控制，试验容易维持恒定，便于医生作观察、检查和记录；资料完整且易达到一定的精确度。门诊病人:依从性（compliance）;病历记录粗糙而难以达到所要求的精确度。但门诊病人并非处在特殊环境下，所进行的试验而获得的结果经得起日常生活的考验;经济上较为合算，且病例数量。根据实际情况，初步试验可在门诊病人中进行，较为细微和深入的试验应该在住院病人中进行。

2.正常人做受试对象：

（1）事先向受试者讲清试验方法和目的，做到知情选择（informconsent），不允许隐瞒和保密；（2）应该保证做到受试对象的健康不受损害，试验是绝对安全的。

3.志愿受试者：耐受性会比普通人更好。会使试验方法(新药或新疗法）的“副作用”灵敏度下降，相对应的是使“效果”灵敏度升高。（听证者）三、实验效应（experimentaleffect）实验效应：处理因素作用于受试对象的反应和结局，由观察指标体现。要求指标：1.客观性2.精确性：准确度（观察值与真值的接近程度，主要由系统误差引起）；

精密度（观察值与其均值的接近程度，主要由随机误差引起）3.灵敏度和特异度：

灵敏度反应其鉴别真阳性的能力在社区观察防治缺铁性贫血的效果，临床症状、体征、比色法测血红蛋白不灵敏，因只有缺铁明显时才会有血红蛋白变化、贫血症状与体征；选血清铁蛋白较灵敏。特异度反应其鉴别真阴性的能力在高血压病的研究中，用血压作指标特异度高；而用头昏、失眠作为指标特异性差。第三节实验设计的基本原则基本原则随机原则对照原则均衡原则重复原则一、对照原则对照组除了实验因素不同以外，实验过程中的实验条件和辅助措施，都应相同。（对照是为了比较）常见的对照安慰剂(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。

表现为实验的例数（样本含量）和实验重复的次数。（重复是为了克服抽样误差）（二）重复原则（四）均衡原则各组除处理因素外，其它条件（即因素）一致（三）随机原则使每一观察单位都有同等的机会被抽取。随机化的方法有抽签和随机数字表。（随机是由于非处理因素或非研究因素难以控制）第四节研究资料的质量一、误差（error）

统计上将实验和调查观测到的原始数据,经计算得到的某指标的值与真值之差别，即样本统计量与总体参数之差别称为“误差”。

1.过失误差（blundererror）：不允许发生的错误.

2.系统误差（systemerror）：有偏向性差值的误差。如所用测量仪器不准，造成测定值偏大或者偏小。流行病学中系统误差亦称“偏倚”（bias），包括选择偏倚、测量偏倚和混杂偏倚。3.随机误差（randomerror）：也称“偶然误差”或“统计误差”。同一仪器对同一对象重复测量多次，每次测量结果不会完全相同，这是由偶然因素造成的随机测量误差；又如“抽样误差”。

“精密度”是指用同一仪器（或方法）对同一标本进行多次测定的平均值，与各个别测定值接近的程度。其差值属于随机误差，用标准差来表示其大小，说明某方法的测定重现性、可信性。所以精密度反映了可信度（reliability）。

完全随机化设计

配对设计

配伍组设计拉丁方设计第五节常用的实验设计方法例12-4设有同种系同性别小白鼠14只，试将它们随机分成两组。方法：1)先将小白鼠随机编号为1，2，……，14;2)然后在附表18随机数字表内任一列及任一行作为起点,向任何方向（上、下、左、右，甚至对角线斜方向）连续抄录14个二位数;并且事先规定奇数归入甲组，偶数归入乙组（反之亦可）。3）如从第15行第1列开始：

设计方案：将实验对象按一定条件配成对子，再将每对中的两个对象随机分配到实验组和对照组接受不同处理。二、配对设计

(paireddesign)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。例12-6

有8对受试者，试将每一对随机分配在甲、乙两种处理组中。方法：1）对每队中2个受试者进行编号：第1对两个编号1.1，1.2；第2对编号2.1，2.2，余仿此。2）在附表17随机排列表中任一行依次抄录“0～7”八个随机数字，并且事先规定奇数时按甲乙顺序，偶数时取乙甲顺序.3）如选择第24行，得到随机排列数字：设计方案:将条件相近的实验对象配成组，再按随机的方法将每个配伍组中的个体分配到各个对比组中去，给予不同处理。优点：增强处理间的均衡性，提高检验效能。

三、随机区组设计

例12-712名受试者，按性别、年龄和病情等特征分为三个区组（每组4名），并编号成1～4号为第Ⅰ区组，5～8号为第Ⅱ区组，余类推。拟在每一区组内分别给予A、B、C、D四种处理。1）先从随机排列表中任意指定三行，如第6～8行;2)每行内依次取“1～4”四个随机数字，如第6行2、1、4和3，第7行3、2、4和1，第8行3、2、1和4；3）将随机排列数字列在区组内受试者编号之下，并且事先规定数字1、2、3、4分别代表A、B、C、D四种处理。（随机进行行间或列间交换）第六节临床试验设计一、一般概念

临床试验是以人体（病人和正常人）作为研究对象的医学实验研究，经过严密的研究设计将某种新药（或新疗法）在少数人中间试用，与当今通用的药物（或疗法）进行比较，以得出其对人体的作用（疗效优劣）、不良反应及药物在人体内的吸收、分布、代谢和排泄一系列动力过程，达到改进、提高疾病的诊断、治疗和预防效果。

⑴临床试验是以人为研究对象，必须考虑受试对象的安全及伦理道德问题，做到公正、透明（使受试者及其亲属和监护人知情）、尊重人格，遵守国内外有关科学机构、行政组织对临床试验所颁布的一系列文件、宣言和法规，力求使受试者最大限度受益和最小限度受损。⑵临床试验无法做到象动物实验那样严格控制条件均衡，受试者组与对照组较难达到均衡、齐同，即使同一组内也不一定能达到很好的同质性，医生无法完全地支配或指挥病人的一切活动和行为，如病人对医嘱执行的依从性也会出现差别等等。⑶人除了与动物一样具有一切生物和生理特征外，更有人的心理活动和人类社会的社会影响，主观偏见（包括病人和医生两方面）及精神状态等等影响，使试验结果出现偏性。临床试验还和临床治疗有很大的区别：

临床治疗是根据每一位患者的具体情况对症施治，无需统一的方案，目的只是将患者治愈，不必追求样本例数的多少。而临床试验目的是探索某种新药或新疗法是否安全、有效。必须有一个共同遵循的试验方案，对所有参与试验的对象均按同一方案进行处理，不得因人而异、自行其事。需要追踪的后续性效果（属前瞻性调查）必须达到较大的样本例数，一次试验达不到还需长期积累（原因是大多数后续效果为药物副作用，发生率极低，只有样本量足够大时才能监测到）。

关于临床试验的分期、方案设计、对象选择和多家研究单位的抽样方式等具体问题，读者可参阅药政管理的有关文件：《中华人民共和国药品管理法》、《新药审批办法》、《药品临床试验管理规范》和《药品临床试验的管理规定》等等。二、盲法和安慰剂临床试验中产生偏倚是一个既重要又普遍的问题，这是由有意识和无意识种种原因造成的，在施加处理因素、测量反应指标、分析、评估研究结果等任何阶段都会发生的。解决办法大多数靠随机化措施。使受试者不知道自己接受的是何种处理（具体用的是哪种药），而观察、测量者是知道的，称谓“单盲”。有时候还要使直接进行观察、测量的工作人员也不知道受试者接受的是什么处理。这就是被称为“双盲”。安慰剂类似于“空白”对照，（但是空白对照不给受试者任何处理，本质上属于“非盲”）。用安慰剂（属盲法）对照就能克服受试者、研究者和参与评价疗效及安全性的工作人员因心理因素造成的偏倚。同时，通过直接比较试验药物组和安慰剂组，起到消除疾病自然进程（自愈趋势等）的影响，证实试验药物究竟有无疗效（包括副作用）的功用。盲法是使用安慰剂的基础，但是与空白对照一样，安慰剂对照也须注意伦理道德，决不能延误患者治疗的时机。

三．诊断试验（方法）的评价

（一）概述临床试验的受试对象必须有明确可靠的诊断，不能有可疑病例，更不允许混入误诊病例。需要最佳的诊断标准，这里的“最佳”是讲某个诊断指标既灵敏又特异。（二）诊断试验的研究设计

1.确定金标准（goldstandard）：临床试验的金标准是指当前医学界所公认的诊断某病最为正确可靠的方法。如病理学诊断，外科手术的发现、特殊影像学等。金标准选择不当会造成分类（有病、无病）错误，从而影响诊断试验的评价。2.确定研究对象：病例组为经过金标准确诊的为某病的病人。对照组是经过金标准证实无该病。

3.采用盲法：对试验的操作人员操作人员根本不知道受试者是“有病”还是“无病”，最后将试验资料整理成四格表形式（见表12-1）：

（三）诊断试验的评价指标1.灵敏度（sensitivity）：实际有病且被试验判为阳性的概率：灵敏度之标准误：2.特异度（specificity）：实际无病且被试验判为阴性的概率：特异度之标准误：3.误诊率：实际无病但被试验判为有病（阳性）的概率（）：误诊率4.漏诊率：实际有病但被试验判为无病（阴性）的概率（）：漏诊率（）=灵敏度高的试验其特异度就低，反之亦然，二者很难兼顾，只有权衡。5.阳性预测值（positivepredictvaluePV＋）：试验诊断为阳性，实际确是患者的概率。6.阴性预测值（negativepredictvaluePV-）：

试验诊断为阴性，实际确是无病者的概率。7.正确率（或符合率）：反映正确诊断有病与无病的能力，表示试验结果与实际情况符合的程度。

正确率8.尤登指数（Youdenindex,YI）：反映诊断试验真实性的综合指标。YI的取值在－1～1之间，当YI≤0时，该诊断试验无任何应用价值。YI的标准误为：两个尤登指数比较可用近似z检验：9.阳性似然比（positivelikelihoodratio，LR+）：为灵敏度与误诊率之比。10.阴性似然比（negativelikelihoodratio，LR-）

上述两指标（LR+与LR-）是评价诊断试验真实性的重要指标，它们反映了灵敏度和特异度两个方面的