研究生实验设计方法资料

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1、12 实验设计 实验设计（Design of Experiment，DOE） 顺利进行科学研究和数据统计分析的先决条件 获得预期结果的重要保障 设 计 专业设计： 统计设计： 从各专业角度考虑实验的科学安排。 选题、建立假说、确定研究对象 和技术方法等。 从统计学角度考虑资料的搜集、整理 和分析的设计。 设计类型、样本含量、统计分析 指标及统计分析方法。 医学科学研究方法分类： 研究是以客观、真实的观察为依据，对观察结果 进行对比分析 不能人为地施加干预措施（即处理因素）； 受试对象接受何种处理因素或同一处理因素的不 同水平不是由随机化而定的。 1. 观察性研究（Observational s

2、tudy）： 又称非实验性研究（Non-experiment study）； 对比研究（Comparative study）；是以客观、真实 的观察为依据，对结果进行对比分析。 举例：1. 研究吸烟与肺癌的关系。 2. 研究母乳喂养和人工喂养儿童的生长发育情况。 特点： 2. 实验性研究（Experiment study）： 从指研究者能够人为给予干预措施的研究。 它的设计叫作实验设计，包括专业设计和统计设计 两部分。 举例： 1. 研究健康教育能否预防控制小学生意外伤害的发生。 2. 两种毒物致畸变作用的研究 - 大白鼠染毒实验。 优点：可以较好地控制处理因素，排除干扰，使比 较组间有较好的

3、均衡性和可比性。 缺点：样本量较小时，均衡性和可比性难以保证； 伦理学方面的问题。 举例：拟考察一种新药“A脂”降血脂的疗效。拟选择40只 小鼠作为研究对象，考察A脂与“洛伐他仃”降血脂之间的 差别，以低密度脂蛋白（LDL）作为疗效判断的指标。 随机分组 估计样本量 造动物模型 A脂组 洛伐 他仃组 选择受试对象 处理 测LDL 改变量 统计 处理 结论 实验设计 三大支柱 三要素 四原则 实验设计类型 实验设计 教学内容 12.1 实验设计的概念 。 12.2 实验设计的三要素 12.3 实验设计的四原则 12.4 实验设计的类型 。 12.2 实验设计的三要素 实验设计的三要素： 受试对象

4、（object） 实验效应（Experimental effect） 实验因素（Treatment） 受试对象处理因素实验效应 其它因素 其它效应 举例：研究某药对2型糖尿病患者的降糖效果 1.受试对象（Object）： 可是生物体和非生物体，前者可是人或动物。实验可根 据对象不同分动物实验、 临床实验、现场实验三大类。 动物选择：种类、品系、年龄、体重、窝别、营养等 保证其同质性和代表性 明确其纳入标准和排除标准 病例选择：诊断明确、依从性好、年龄性别、病情病程等 现场人群：正常人，注意性别、年龄、民族、职业、文化 程度、经济状况等。 抓住主要处理因素； 区分处理因素与非处理因素； 处理因素

5、标准化，且实施中恒定不变。 2.实验因素（Treatment）： 研究者希望着重考察的某些实验条件，能引起受试对 象直接或间接反应的因素。 非实验因素：与处理因素同时存在，能使受试对象 产生效应的因素，叫，因其常常干扰效应与所研究因 素间的观察与分析，又常叫混杂因素（Confounder）。 举例：药剂、手术方法、射线、毒物等等 研究中注意： 肺 癌 ？ 年龄 举例：考察吸烟与肺癌的关系 3.实验效应（ Experimental effect ）： 是实验因素作用于受试对象的作用（response）和结 局（outcome），通过观察指标来体现的。 指标选择：包括客观、主观指标；关键是选择好的

6、指标。 准确性（accuracy） 精密性（precision） 特异性（specificity） 灵敏性（sensitivity） 指标的选择： n 指标的观察：单盲、双盲、三盲 n 客观性 四 性 12.3 实验设计的四原则 四原则： 对照原则 重复原则 随机原则 英国统计学家 R.A.Fisher 提出实验设计三原则： 均衡原则 12.3.1 对照原则（Control） 对照是比较的对象；设置的目的是控制混杂因素和偏 倚，以减少实验误差和系统误差。 同期对照（concurrent control）：在整个实验过程 中，实验组与对照组始终处于同时同地。 基线比较（baseline）：对照组

7、设置后，应检验两 组开始时的状态是否均衡。 常用的对照形式： 安慰剂对照（Placebo control） 对象 I 处理效应 其它因素 其它效应 处理因素 对象 II 效应 其它因素 其它效应 安慰剂 实验组： 对照组： 安慰剂（Placebo ） 无药理作用的“假药”或“伪药”(dummy medication) 外观（剂型、大小、顔色）、重量、气味及口味等与 试验药物一致。 目的： 克服研究者、受试对象、评价者等由于心理因素所 造成的偏倚； 消除疾病自然进程的影响，分离出由于试验药物引 起的真正反应。 注意：慎用，以不影响人的健康为前提。 空白对照（Blank control） 对象 I

8、 处理效应 其它因素 其它效应 处理因素 对象 II 效应 其它因素 其它效应 不处理 实验组： 对照组： 空白对照（Blank control） 对照组不施加任何措施，反映研究对象在实验过程 中的自身变化。 由于处理手段非常特殊，安慰剂盲法试验无法执行， 或执行起来非常困难；如放射治疗或手术治疗。 试验药的不良反应非常特殊，以至无法使研究者处于 盲态（blindness），用安慰剂意义不大，这时采用空 白对照。 一般物理化学实验中扣除本底值的差异； 临床试验中，可用于不适合安慰剂对照或慢病研究中。 标准对照（Standard control）：实用现有的标准方法 或常规方法，或现有的标准值或

9、参考值作对照。 对象 I新效应 其它因素 其它效应 新处理 对象 II标准效应 其它因素 其它效应 实验组： 对照组： 标准处理 注意：用现有的标准值或参考值作对照-不好！ 自身对照（Self control）：实验和对照在同一受试对 象身上进行，如身体对称部分或前后接受两不同处理。 对象 IA效应 其它因素 其它效应 A 对象 IIB 效应 其它因素 其它效应 B 实验组： 对照组： 举例：研究某治疗烧伤新药的疗效。 同个体某部位 同个体对称的部位 举例：研究盐酸西布曲明的减肥效果-前后对照 注意：单一的前后对照是不提倡的；要设对照组。 前后对照不是同期对照； 在实验中同样需要另设一个对照组

10、，用处理前后效 应的差值来比较实验组和对照组。 西布曲明 肥胖患者体重 （服药前） 肥胖患者体重 （服药后） 自身对照（Self control） 相互对照（Mutual control） 对象 IA 效应 其它因素 其它效应 处理A 对象 IIB 效应 其它因素 其它效应 处理B 实验组： 对照组： 实验对照（Experimental control）：对照组不施加 处理因素，但施加与处理因素有关的实验因素。 对象 IA+B 效应 其它因素 其它效应 A+B 对象 IIB 效应 其它因素 其它效应 B 实验组： 对照组： 举例：赖氨酸添加实验，考察补充赖氨酸对儿童发育的影响 赖氨酸 + 面包

11、 面包 赖氨酸 + 面包 面包 历史对照（Experimental control）： 拿当前的实验结果与历史上的同类实验结果 相比较，即为，一般不宜采用。 n 安慰剂对照 n 空白对照 n 标准对照 n 自身对照 n 相互对照 n 实验对照 n 历史对照 对照 A.实验对照 B.空白对照 C.安慰剂对照 D.相互对照 E.自身对照 1.为研究某新药治疗胃溃疡的效果，对照组选用雷尼 替丁治疗，这属于 。 2.为明确某食物疗法对贫血的疗效，选用治疗前、后 血红蛋白量作为疗效观察指标，这属于 。 3.为研究某感冒药物疗效，实验组服用该新药，对照 组不使用任何药物，这属于 。 4.若上题，对照组服用

12、感冒通胶囊，则属于 。 练习题： 12.3.2 重复原则 在相同的实验条件下，进行多次研究或多次观察， 以提高实验的可靠性和科学性。 重复实验：相同条件下，独立重复观测多个样品，或 受试对象，目的是降低以个体差异为主的各种实验误差 。关键：要有足够的样本含量。 重复取样：同一时间点从同一受试对象或样品中取多 个样本，目的是看受试对象身上某定量观测指标含量的 分布情况。 重复测量：保证了观察结果的精度 包括： 目的：估计实验误差、降低实验误差。 12.3.3 随机原则（Randomization ） （一）目的：使实验组与对照组之间在非实验因素的分 布尽量保持均衡一致，统计学上常采用随机化的方法

13、。 抽样的随机：每个附合条件的受试对象被抽取的机 会均等。 分组的随机：每个受试对象被分到各组的机会均等。 实验顺序的随机：每个受试对象先后接受处理的机 会均等。 随机化应贯穿研究设计和实施的全过程，包括： 抽样方法 概率抽样非概率抽样 单 纯 随 机 抽 样 整 群 抽 样 分 层 随 机 抽 样 系 统 抽 样 雪 球 抽 样 定 额 抽 样 立 意 抽 样 偶 遇 抽 样 随机抽样 抽样的随机： 【例1】 某班有学生100名，采用单纯随 机抽样的方法抽取15人参加英语口语考试 。 单纯随机抽样（simple random sampling） 【例2】如要在1000名新生中抽取50人作 样

14、本，其抽样间隔为100050=20；若随 机抽取的第一号为8，则抽取的个体号依 次为8，28，48，68，88 2. 系统抽样 (systematic sampling) 【例3】如调查某县农村妇女下生殖道感染情况，可 按乡镇分层（如好、中、差三层），在各个乡镇再随 机抽样，各个乡镇可以独立分析。 分层抽样（stratified sampling） ：先将总体全部个体按某种特征分成若干层，再从每 一层内随机抽取一定数量的个体合起来组成样本。 【例4】如调查某县农村儿童贫血状况，可按乡镇 分群体，再随机抽取几个乡镇，对其中的全部儿童 进行调查。 整群抽样（cluster sampling） ：先

15、将总体分成若干群，形成一个抽样框；从中随 机抽取几个群体组成样本；对抽中群体的全部个体 进行调查，称为整群抽样。 4. 整群抽样 Cluster sampling Section 4 Section 5 Section 3 Section 2Section 1 1. 抽签或掷硬币 2. 随机数字表 （Table of random number） 3. 计算机的伪随机数发生器 （Pseudo random number，PRN） 或：专业化软件RandA1.0 （二）随机化的方法 软件 种子数 （三）常用的两种随机化方法 1.完全随机化（Complete randomization）： 直接将受试对象进行随机化分组。 步骤： 编号：动物按体重大小、患者按就诊次序 取随机数（与n的位数相同） 确定组别 举例：试将同性别、体重相近的 30只动物分 到A、B、C三组。 编号 取随机数 定组别 表5-1 随机数字表（随机数字表的一部分） 采用完全随机化进行分组，通常得到不同组的观察 单