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1、实验设计,医学科学研究根据研究者是否能够人为的设置处理因素，即是否给予干预措施分为实验性研究和观察性研究。实验性研究对应的设计为实验设计，观察性研究对应的设计为调查设计。,实验性研究是指研究者根据研究目的人为地对实验单位设置干预措施，按照对照、重复、随机化的基本原则控制非干预措施的影响，通过对实验结果的分析，评价干预措施的效果。实验研究不同于调查研究，第一，在实验研究中的处理因素是人为施加的干预；第二实验研究中受试对象接受何种处理是随机分配的。,观察性研究是指在没有任何干预措施的条件下，客观的观察和记录研究对象的现状及其相关特征。其特点是：研究的对象及其相关因素是客观存在的，不能人为的施加干预
2、措施；不能随机分组来平衡混杂因素对调查结果的影响。,第一节 实验设计的基本要素,实验设计的基本要素包括：处理因素、受试对象和实验效应。实验性研究的目的就是阐明某种或某些处理因素对受试对象产生的效应。因此三个基本要素确定的是否正确，会直接影响实验结果，在实验设计阶段要认真、科学、合理的安排好三个要素。,受试对象是处理因素作用的客体，是接受处理因素的基本单位，也称实验对象。根据研究目的不同，实验单位可以是人、动物和植物，也可以是某个组织、器官、细胞、亚细胞或血清等生物材料。,一、受试对象（实验单位）,根据实验单位的不同，实验分为：动物实验：动物临床实验：病人现场实验：自然人群,医学科研中受试对象的
3、要求：对处理因素敏感反映稳定,受试对象在选择上应有统一的标准。如动物要种系、品系、窝别、性别、体重、年龄和营养状况等尽量一致；临床试验选择时应诊断明确、依从性好，还应注意病人的病情、病程、性别、年龄、生活条件、生活环境等。现场试验受试对象应考虑其性别、年龄、民族、职业、文化程度、经济条件等方面。,根据研究目的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。 处理因素包括物理因素、化学因素和生物因素。根据因素的多少，实验分为单因素实验和多因素实验。,二、处理因素, 明确处理因素和非处理因素处理因素一般是根据研究目的确定的主要因素，是人为施加的干预。在一次实验中处理因素不宜太多，否则
4、会使分组及所需样本容量增多，实验难于控制。在实验研究中还用一些其他的会影响实验结果的因素（非处理因素），对于这些因素要能够正确区分，并要严格控制非处理因素，否则会影响实验结果。, 处理因素应标准化。所谓处理因素必须标准化是指在整个实验中作用的受试对象上的处理因素要保持不变，始终如一。,实验效应是处理因素作用在受试对象上所产生的反应，是研究结果的最终体现，是实验研究的核心内容。实验效应主要通过观察指标显示出来。为使实现效应真实地、充分的显示出来，在选择观察指标时应选择客观性强、灵敏性和特异性高、精确性高的指标。,三、实验效应,1。客观性：指标包括主观指标和客观指标，主观指标是受试对象的主观感觉、
5、记忆、陈述或实验者的主观判断结果；客观指标是借助测量仪器和检验手段获得的观测结果。一般主观指标易受研究者和受试对象心理因素的影响，具有随意性和偶然性，而客观指标具有较好的真实性和可靠性。,2。精确性：精确性包括准确度和精密度两层含义。准确度指观测值与真实值的接近程度，主要受系统误差的影响；精密度指重复观察时，观测值与其均数的接近程度，其差值属于随机误差。选择时首先要保证有较高的准确度，然后要求有一定的精密度。,3。特异性和灵敏性：特异性是指该指标鉴别出真阴性的能力，特异度高的指标能较好的揭示处理因素的作用，不易受混杂因素的干扰，可以减少假阳性率；灵敏性是指该指标检测出真阳性的能力，灵敏度高的指
6、标对外界的反应灵敏，能将处理因素的效应更好的显示出来，减少假阴性率。选择指标时应选择特异性和灵敏性均较高的。,实验效应的观察如果带有偏性，会影响结果的比较和分析，所以为消除或最大限度的减少这种偏性，常在设计时采用盲法设计。单盲：受试对象双盲：受试对象和实验执行者三盲：受试对象、实验执行者和统计分析人员,第二节 实验设计的基本原则,一、对照原则,所谓对照原则就是要设立对照组。设立对照组的目的就是要消除非处理因素对实验结果的影响，从而使实验效应充分显示出来。在设立对照时，应满足均衡性，即除了处理因素外的所有可能的影响实验效应的非处理因素都保持与实验组一致。所以在设立对照后应对各组的基线情况进行比较
7、，检验各组开始时的状态是否均衡。整个实验过程中对照组和实验组应始终处于同时同地，即设立同期对照，尽量不要设历时对照或用其他研究的资料作为对照。,1。安慰剂对照：安慰剂是一种无药理作用的“假药”，其外观上与试验药物一致，不会被受试对象识别。设置安慰剂对照目的在于克服研究者、受试对象、评价者等由于心理因素所形成的偏倚。此外安慰剂对照还可以消除疾病自然进程的影响，从而真正显示试验药物的作用大小。,2。空白对照：对照组不接受任何处理因素。空白对照可以用于以下两种不适用于安慰剂对照的情况：(1)处理手段特殊，安慰剂对照无法执行，或执行困难(2)试验药物的不良反应特殊，无法使受试对象处理盲法状态,3。实验
8、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。当处理因素的施加需要伴随其他因素，而这些因素可能影响实验结果时应设立实验对照，以保证组间的均衡性。,4。自身对照：对照与实验在同一受试对象身上。,5。标准对照：用现有方法或常规方法，或者现有标准值或参考值作为对照。,6。相互对照：几个实验组互相对照。,例如：比较几种药物治疗同一疾病的疗效,二、随机化原则,遵循随机化原则可使样本的代表性较强，提高组间的均衡性，控制非处理因素。此外随机化是对资料进行统计推断的前提，各种统计分析方法只有在资料满足随机化原则下才能使用。,随机化原则是指做到： 随机抽样：从总体中随机抽取部分观察单位时，总体
9、中的每个观察单位被抽到的可能性一样。 随机分配：样本中的每个观察单位进哪个处理组的机会均等。 实验顺序的随机：每个受试对象先后接受处理的机会相等。,1。完全随机化, 编号：将n个受试对象编号。, 取随机数字：从随机数字表中的任意一行任意一列开始，依次读取随机数字，每次读取的随机数字可以是一位数，也可是二位数或三位数，一般要求与n的位数相同。, 确定组别：依据每个受试对象获得的随机数字的序号决定受试对象在哪个组。, 对随机数字排序：将全部随机数字从小到大编序号，若遇到数字相同的按出现的先后顺序编号。,从随机数字表的第9行第1列开始，依次读取2位作为一个随机数字,例：将15只小鼠随机分为3组。,规
10、定：序号为1-5的进甲组，6-10进乙组，11-15进丙组,甲组：1，3，11，14，15；乙组：2，8，10，12，13； 丙组：4，5，6，7，9,2。分层随机化, 配伍（或配对）：将受试对象按条件相同或相近配成组（或配成对）, 编号：分别对每个区组（每对）中的受试对象编号, 取随机数字：从随机数字表中的任意一行任意一列开始，依次读取随机数字，每个受试对象可取两位随机数字, 排序：对每个区组内的随机数字从小到大编序号，若遇到数字相同的按出现的先后顺序编号。, 确定组别：依据每个区组内各受试对象获得的随机数字的序号决定受试对象在哪个组。(如为配对设计可按照随机数字的单双号决定分组）,例：按随
11、机区组设计，分配15只小鼠接受甲、乙、丙三种抗癌药物,从第8行第3列开始,规定：序号为1的进甲组；序号为2的进乙组；序号为3的进丙组。,实验设计中的重复原则是指在相同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。从广义上讲，重复包括：1。整个实验重复2。用多个受试对象进行重复3。同一受试对象的重复观察,三、重复原则,狭义的讲遵循重复原则是指要保证实验重复的次数足够，即保证样本容量足够。所谓“足够”是指不要太少，也不要太多，必须用相应的公式进行估计。如果太多，质量不易控制，而且造成浪费；如果太少，所得的统计指标不稳定，用以推断总体的精密度和准确性差，检验功效低，应有的差别显示不出来，
12、难以获得正确的研究结果，结论也缺乏充分的依据。,样本含量是在保证研究结论具有一定可靠性的前提下，在设计阶段估计出的所需的最少实验单位数。,第四节 样本含量的估计,1.检验水准（）：越小，所需样本含量越大。 2.检验效能（1-）：1-越小，样本含量越小。 3.容许误差（）：越小，样本含量越大。 4.调查总体的标准差（）或总体率（）：越小，样本含量越小；越接近0.5，样本含量越大。,按照一定的检验水准()发现所比较因素间特定的效应差别为，同时又保证检验效能为(1-)时所需的最少实验单位数。,一、影响样本含量的条件,二、样本含量的估计方法,1.样本均数与已知总体均数比较（配对设计均数比较）,公式计算
13、法：,查表法：,2.两样本均数比较,公式计算法：,查表法：,3.多个样本均数比较,公式计算法：,4.样本率与已知总体率的比较,公式计算法：,查表法：,5.两独立样本率的比较,公式计算法：,查表法：,6.多个样本率的比较,公式计算法：,7.直线相关分析,公式计算法：,第四节 常用实验设计方法,完全随机设计（completely randomized design），又称成组设计，是医学科研中常用的一种研究设计方法，它是将同质的受试对象随机分配到各处理组中接受不同的处理，或从不同总体中随机抽样进行对比研究。各组样本含量可以相等，称平衡设计（balanced design）;也可不等，称非平衡设计（
14、unbalanced design）。平衡设计时检验效率高。,一、完全随机设计,1.概念,如：将15只大鼠随机分到甲、乙、丙3个组，每组5只，分别在地面办公楼、煤炭仓库和矿井下染尘，12周测量大鼠全肺湿重(g)。,如：为了解针刺麻醉效果，随机抽取需实施肺切除术的不同肺部疾病患者(肺癌、肺化脓症、肺结核)，观察针刺麻醉效果。,从随机数字表的第9行第1列开始，依次读取2位作为一个随机数字,例：将15只小鼠随机分为3组。,完全随机设计随机分配的方式为：完全随机化,甲组：1，3，11，14，15 乙组：2，8，10，12，13 丙组：4，5，6，7，9,规定：序号为1-5的进甲组，6-10进乙组，11
15、-15进丙组,完全随机设计的计量资料在进行统计分析时需要根据资料的分布特征选择方法，对于正态分布且方差齐的资料，应采用完全随机设计资料的方差分析或两样本t检验（g=2）。当不满足方差分析和t检验条件时，可对数据进行变换或采用完全随机设计资料的秩和检验。完全随机设计的计数资料和等级资料根据分析目的、样本个数、样本量大小，可选择2检验、确切概率法、秩和检验等方法进行分析。,2.完全随机设计资料的分析方法,二、配对设计,配对设计（paired design）是将实验单位按照一定条件配成对子，再将每对中的两个实验单位随机分配到不同处理组。配对的因素为可能影响实验结果的主要非处理因素。,1.概念,在医学
16、科研中，配对设计主要有以下情形：, 两同质对象分别接受两种不同的处理,如：将20只小鼠按照体重相近配成对子，随机分配到实验组和对照组中, 同一受试对象分别接受两种不同的处理,如：用A、B两种血红蛋白测定仪检测16名健康男青年的血红蛋白含量,将20只小鼠按照体重相近配成对子，随机分配到实验组和对照组中,配对设计随机分配的方式为：分层随机化,配对设计和完全随机设计相比，其优点在于抽样误差较小、实验效率较高、所需样本含量也较小；其缺点在于当配对条件未能严格控制造成配对失败或配对欠佳时，反而会降低效率。,3.优缺点,配对设计的计量资料在进行统计分析时需要根据资料的分布特征选择方法，若差值服从正态分布，应采用配对t检验，当差值不服从正态分布时，可对数据进行变换或采用符号秩检验；计数资料和等级资料可选用配对2检验和符号秩检验等方法进行分析。,2.配对设计资料的分析方法,随机区组设计（randomized block design）又称配伍组设计，是配对设计的扩展。首先从总体中随机抽样，然后将样本中的所有受试对象，按条件相同或相近配成若干组（随机区组或配伍组），再将每组中的几个受试对象随机分配到不同的处理组中去，这种设计的方法称随机区组设计。,
