生物统计学第十一章 实验设计概要

1、第十一章 实验设计,实验计划书的编制,格式: 国内外研究动态 实验目的 预期结果 实验设计的选择：因素及水平；响应量；设计方法 实验方法的确定 田间计划 实验记录,实验设计的基本原则,对照(control) 随机化(randomization) 重复(replication),实验设计的基本原则,对照原则 目的： 显露处理因素的效应； 控制混杂因素和偏倚； 判断不良反应。,实验设计的基本原则,对照的形式： (1)安慰剂对照(placebo control) (2)空白对照(blank control) (3)实验对照(experimental control) (4)自身对照(self con

2、trol) (5)标准对照(standard control),空白对照：对照组不施加任何处理因素。 安慰剂对照:对照组采用一种无药理作用的假药，它在药物剂型或处置上不能为受试者识别，称安慰剂。 实验对照：对照组不施加处理因素，但施加某种与处理因素有关的实验因素。 标准对照：用现有标准方法或常规方法做对照。这种对照在临床试验中用得较多，因为很多情况下不给病人任何治疗是不符合医德的。另外，还可用于某种新的检验方法是否能代替传统方法的研究。 自身对照：对照与实验在同一受试对象进行，如以病人用药前后的血压值作对比。 相互对照：几种处理（或水平）互为对照。,实验设计的基本原则,随机化原则 随机化是使每

3、个受试对象都有同等的机会被抽取或分到不同的实验组和对照组。 随机化形式 (1)抽样的随机 (2)分组的随机 (3)实验顺序的随机,实验设计的基本原则,完全随机化 (1)编号 将n个受试对象编号，动物可按体重大小，患者可按就诊顺序。 (2)取随机数 可从随机数字表或计算器或计算机获得。每个受试对象获得的随机数可是一位数，也可是两位数或三位数，一般要求与n的位数相同。 (3)确定组别 根据受试对象获得的随机数决定受试对象在哪一组。分两组可按随机数的奇偶；分k组可按随机数除以k后的余数进行分组。,实验设计的基本原则,例8-1 试将同性别、体重相近的30只动物分到A、B、C三组。 先将动物按体重编号，

4、再从本书后面所附随机数字表中任一行如第16行最左开始连续取30个两位数字。最后将这30个两位数字分别除以3，余数0、1、2分别对应于A、B、C三组,实验设计的基本原则,分层随机化 分层随机化步骤： (1)编号排序 将每层的受试对象编号排序，如体重从轻到重，时间由前至后等。 (2)取随机数 从随机数字表或计算器或计算机获得。每个受试对象可取两位数。 (3)确定组别 根据每层受试对象获得的随机数的大小顺序决定受试对象在哪一组。对每个处理也可规定顺序，如处理A, B, C, 分别对应于序号1, 2, 3, 。,实验设计的基本原则,重复原则 重复是指在相同实验条件下进行多次研究或多次观察。 重复的情形

5、： (1)整个实验的重复 （2）用多个受试对象进行重复 有足够的样本含量(sample size)， （3）同一受试对象的重复观察 重复最主要的作用是估计实验误差。,实验设计的基本要素,实验设计三要素： 受试对象(object) 处理因素(treatment) 实验效应(experimental effect),实验设计的基本要素,受试对象 受试对象或称研究对象是处理因素作用的客体，是根据研究目的确定的研究总体。 研究目的不同, 医学研究的对象可以是人、动物和植物，也可以是某个器官、细胞和血清等生物材料。,实验设计的基本要素,按试验对象，实验可以分为三类： 动物实验(animal experi

6、ment), 其受试对象为动物； 临床试验(clinical trial), 其受试对象通常为患者； 现场试验(field trial), 其受试对象通常为正常人群。,实验设计的基本要素,受试对象作严格的规定，以保证其同质性(homogeneity)和代表性 同质性：动物的种类、品系、年龄、性别、体重、窝别和营养状况等。人群的性别、年龄、民族、职业、文化程度和经济状况、病情和病程等。 代表性：随机抽样,实验设计的基本要素,处理因素 处理因素或受试因素：根据研究目确定的欲施加或欲观察的、并能引起受试对象直接或间接效应的因素，简称处理或因素(factor)。是根据研究目的确定的主要因素，处理因素在

7、整个实验中应始终要保持不变 非处理因素：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)。,实验设计的基本要素,处理因素种类：生物性、化学性、物理性 处理因素水平：每个因素在数量上或强度上可有不同。 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。,实验设计的基本要素,实验效应 实验效应是处理因素作用于受试对象的反应(response)和结

8、局(outcome)，它通过观察指标(统计学常将指标称为变量)来体现。 观察指标应具有客观性、精确性、特异性和灵敏性。,实验设计的基本要素,客观性：客观指标则是借助测量仪器和检验等手段来反映的观察结果，客观指标具有较好的真实性和可靠性。 主观指标是受试对象的主观感觉、记忆、陈述或实验者的主观判断结果；而。主观指标具有随意性和偶然性。,实验设计的基本要素,精确性：包括准确度(accuracy)和精密度(precision)两层含义。 准确度指观察值与真值的接近程度，主要受系统误差的影响； 精密度指重复观察时，观察值与其均数的接近程度，其差值属于随机误差。,实验设计的基本要素,特异性和灵敏性：某指

9、标的特异度(specificity)反映其鉴别真阴性的能力，灵敏度（sensitivity）则反映其检出真阳性的能力。特异度高的指标不易受混杂因素的干扰；灵敏度高的指标能将处理因素的效应更好地显示出来。,实验设计的基本要素,4)指标的盲法观察： 为消除或最大限度地减少主观偏性，在设计时常采用盲法(blind method)。 单盲法(single blind method)：受试对象不知道自己分在哪一组； 双盲法(double blind method)：受试对象和实验执行者均不知道受试对象分在哪一组 三盲法(triple blind method)：受试对象、实验执行者和统计分析人员三者均不

10、知道受试对象分在哪一组,常用的实验设计方案,方案: 完全随机设计 配对设计 随机区组设计 交叉设计 析因设计,常用的实验设计方案,完全随机设计 1、设计模式：,目标生物,随机抽样,研究对象,试验组,对照组,随机分配,阳性,阴性,阳性,阴性,常用的实验设计方案,成组比较实验设计 1随机化 2 设置对照和处理组 3 样本含量 4 实验的误差,常用的实验设计方案,配对比较实验设计 1 同窝 2 同枝,常用的实验设计方案,交叉设计 设计模式： 阳性 阳性 甲组（方案A） 洗 方案B 对象 阴性 脱 阴性 阳性 期 阳性 乙组（方案B） 方案A 阴性 阴性,常用的实验设计方案,随机区组设计 例4-3 如

11、何按随机区组设计，分配5个区组的15只小白鼠接受甲、乙、丙三种抗癌药物？ 方法为先将小白鼠的体重从轻到重编号，体重相近的3只小白鼠配成一个区组，见表4-6。在随机数字表（附表15）中任选一行一列开始的2位数作为1个随机数，如从第8行第3列开始纪录，见表4-6；在每个区组内将随机数按大小排序；各区组中内序号为1 的接受甲药、序号为2的接受乙药、序号为3的接受丙药，,常用的实验设计方案,常用的实验设计方案,常用的实验设计方案,样本含量的估计,影响样本含量估计的因素 1. 第一类错误概率的大小。越小所需样本含量愈多， 2. 检验功效(1)或第二类错误概率的大小 检验功效愈大，第二类错误的概率愈小，所需样本含量愈多。 3. 容许误差 容许误差愈大，所需样本含量愈小。 4. 总体标准差或总