研究生实验设计方法.ppt

1、 12 12 实验设计实验设计 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获得预期结果的重要保障设设计计专业设计专业设计：统计设计统计设计：从从各专业角度各专业角度考虑考虑实验的科学安排实验的科学安排。选题、建立假说、确定研究对象选题、建立假说、确定研究对象和技术方法等。和技术方法等。从从统计学角度统计学角度考虑考虑资料的搜集、整理资料的搜集、整理和分析的设计和分析的设计。设计类型、样本含量、统计分析设计类型、样本含量、统计分析指标及统计分析方法。指标及统计分析方法。

2、医学科学研究方法分类：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 进行对比分析 不能人为地施加干预措施（即处理因素）；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。同水平不是由随机化而定的。1.观察性研究观察性研究（Observational study）：又称又称非实验性研究非实验性研究（Non-experiment study）；对比研究对比研究（Comparative study）；是以客观；是以客观、真实的观察

3、为依据，对结果进行对比分析。、真实的观察为依据，对结果进行对比分析。举例：举例：1.研究吸烟与肺癌的关系。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。研究母乳喂养和人工喂养儿童的生长发育情况。特点：特点：2.实验性研究实验性研究（Experiment study）：从指研究者能够人为给予干预措施的研究。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它的设计叫作实验设计，包括专业设计和统计设计两部分。两部分。举例：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。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

4、的研究 两种毒物致畸变作用的研究-大白鼠染毒实验。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均衡性和可比性。较组间有较好的均衡性和可比性。缺点：样本量较小时，均衡性和可比性难以保证；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。伦理学方面的问题。举例：拟考察一种新药“举例：拟考察一种新药“A 脂”降血脂的疗效。拟选择脂”降血脂的疗效。拟选择40 只小鼠作为研究对象，考察只小鼠作为研究对象，考察 A 脂与“洛伐他仃”降血脂与“洛伐他仃”降血脂之间的差别，以低密度脂蛋白（脂之间的差别，以低密度脂蛋白（LDL

5、）作为疗效判断）作为疗效判断的指标。的指标。随机分组随机分组估计样本量估计样本量造动物模型造动物模型A 脂组脂组洛伐洛伐他仃组他仃组选择受试对象选择受试对象处理处理测测LDL改变量改变量统计统计处理处理结论 结论 实验设计实验设计三大支柱三大支柱三要素三要素四原则四原则实验设计类型实验设计类型 实验设计 教学内容12.1 12.1 实验设计的概念 实验设计的概念 。12.2 12.2 实验设计的三要素实验设计的三要素12.312.3 实验设计的四原则实验设计的四原则12.4 12.4 实验设计的类型 实验设计的类型 。12.2 12.2 实验设计的三要素实验设计的三要素 实验设计的三要素：实验

6、设计的三要素：受试对象受试对象（object）实验效应实验效应（Experimental effect）实验因素实验因素（Treatment）受试对象受试对象处理因素处理因素实验效应实验效应其它因素其它因素其它效应其它效应举例举例：研究某药对研究某药对 2 型糖尿病患者的降糖效型糖尿病患者的降糖效果果 1.1.受试对象受试对象（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根据对象不同分动物实验动物实验、临床实验临床实验、现场实验现场实验三大类。三大类。动物选择：动物选择：种类、品系、年龄、体重、窝别、营养等种类、品系

7、、年龄、体重、窝别、营养等保证其同质性和代表性保证其同质性和代表性明确其纳入标准和排除标准明确其纳入标准和排除标准病例选择：病例选择：诊断明确、依从性好、年龄性别、病情病程等诊断明确、依从性好、年龄性别、病情病程等现场人群：现场人群：正常人，注意性别、年龄、民族、职业、文化 正常人，注意性别、年龄、民族、职业、文化 程度、经济状况等。程度、经济状况等。抓住主要处理因素；抓住主要处理因素；区分处理因素与非处理因素；区分处理因素与非处理因素；处理因素标准化，且实施中恒定不变。处理因素标准化，且实施中恒定不变。2.实验因素实验因素（Treatment）：研究者希望着重考察的某些实验条件，能引起受试研

8、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。对象直接或间接反应的因素。非实验因素非实验因素：与处理因素同时存在，能使受试对：与处理因素同时存在，能使受试对象产生效应的因素，叫象产生效应的因素，叫 ，因其常常干扰效应与所研，因其常常干扰效应与所研究因素间的观察与分析，又常叫究因素间的观察与分析，又常叫混杂因素混杂因素（Confounder）。举例：举例：药剂、手术方法、药剂、手术方法、射线、射线、毒物等毒物等等等研究中注意：研究中注意：肺肺癌癌？年龄举例：举例：考察吸烟与肺癌的关系考察吸烟与肺癌的关系 3.实验效应实验效应（Experimental effect）：是实验

9、因素作用于受试对象的作用（是实验因素作用于受试对象的作用（response）和结局（和结局（outcome），通过观察指标来体现的。），通过观察指标来体现的。指标选择：指标选择：包括客观、主观指标；关键是选择好的指标。包括客观、主观指标；关键是选择好的指标。准确性（准确性（accuracy）精密性（精密性（precision）特异性（特异性（specificity）灵敏性（灵敏性（sensitivity）指标的选择：指标的选择：指标的观察：单盲、双盲、三盲指标的观察：单盲、双盲、三盲 客观性客观性四四性性 12.3 12.3 实验设计的四原则实验设计的四原则 四原则：四原则：对照原则对照原则重

10、复原则重复原则随机原则随机原则英国统计学家 英国统计学家 R.A.Fisher 提出实验设计三原则：提出实验设计三原则：均衡原则均衡原则 12.3.1 对照原则对照原则（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。偏倚，以减少实验误差和系统误差。同期对照同期对照（concurrent control）：在整个实验过）：在整个实验过程中，实验组与对照组始终处于同时同地。程中，实验组与对照组始终处于同时同地。基线比较基线比较（baseline）：对照组设置后，应检验两）：对照组设置后，应检验两组开始时的状态

11、是否均衡。组开始时的状态是否均衡。常用的对照形式：常用的对照形式：安慰剂对照安慰剂对照（Placebo controlPlacebo control）对象 对象 I处理效应处理效应其它因素其它因素其它效应其它效应处理因素处理因素对象 对象 II效应效应其它因素其它因素其它效应其它效应安慰剂安慰剂实验组：实验组：对照组：对照组：安慰剂安慰剂（Placebo）无药理作用的“假药无药理作用的“假药”或“伪药或“伪药”(dummy medication)外观（剂型、大小、顔色）、重量、气味及口味等与外观（剂型、大小、顔色）、重量、气味及口味等与试验药物一致。试验药物一致。目的目的：克服研究者、受试对象

12、、评价者等由于心理因素所克服研究者、受试对象、评价者等由于心理因素所造成的偏倚；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。起的真正反应。注意：注意：慎用，以不影响人的健康为前提。慎用，以不影响人的健康为前提。空白对照空白对照（Blank control）对象 对象 I处理效应处理效应其它因素其它因素其它效应其它效应处理因素处理因素对象 对象 II效应效应其它因素其它因素其它效应其它效应不处理不处理实验组：实验组：对照组：对照组：空白对照空白对照（Blank control）对照组不施加任何措施，反映研究对象在实验过对照组不

13、施加任何措施，反映研究对象在实验过程中的自身变化。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，以至无法使研究者试验药的不良反应非常特殊，以至无法使研究者处于盲态（处于盲态（blindness），用安慰剂意义不大，这时），用安慰剂意义不大，这时采用空白对照。采用空白对照。一般物理化学实验中扣除本底值的差异；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。临床试验中，可用于不适合安慰剂对照或慢

14、病研究中。标准对照标准对照（Standard control）：实用现有的标准方实用现有的标准方法或常规方法，或现有的标准值或参考值作对照。法或常规方法，或现有的标准值或参考值作对照。对象 对象 I新效应新效应其它因素其它因素其它效应其它效应新处理新处理对象 对象 II标准效应标准效应其它因素其它因素其它效应其它效应实验组：实验组：对照组：对照组：标准处理标准处理注意：注意：用现有的标准值或参考值作对照用现有的标准值或参考值作对照-不好！不好！自身对照自身对照（Self control）：实验和对照在同一受试对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。象身上进行，如

15、身体对称部分或前后接受两不同处理。对象 对象 IA效应效应其它因素其它因素其它效应其它效应A对象 对象 IIB 效效应应其它因素其它因素其它效应其它效应B实验组：实验组：对照组：对照组：举例：举例：研究某治疗烧伤新药的疗效。研究某治疗烧伤新药的疗效。同个体某部位同个体某部位同个体对称的部位同个体对称的部位 举例：举例：研究盐酸西布曲明的减肥效果研究盐酸西布曲明的减肥效果-前后对照前后对照 注意注意：单一的前后对照是不提倡的；要设对照：单一的前后对照是不提倡的；要设对照组。组。前后对照不是同期对照；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，用处理前后在实验中同样需要另设一个对照组，用

16、处理前后效应的差值来比较实验组和对照组。效应的差值来比较实验组和对照组。西布曲明西布曲明肥胖患者体重肥胖患者体重（服药前）（服药前）肥胖患者体重肥胖患者体重（服药后）（服药后）自身对照自身对照（Self control）相互对照相互对照（Mutual control）对象 对象 IA 效应效应其它因素其它因素其它效应其它效应处理处理A对象 对象 IIB 效应效应其它因素其它因素其它效应其它效应处理处理 B实验组：实验组：对照组：对照组：实验对照实验对照（Experimental control）：对照组不施加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。处理因素，但施加与处理因素有关的实验因素。对象 对象 IA+B 效应效应其它因素其它因素其它效应其它效应A+B对象 对象 IIB 效效应应其它因素其它因素其它效应其它效应B实验组：实验组：对照组：对照组：举例：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添加实验，考察补充赖氨酸对儿童发育的影响赖氨酸 赖氨酸+面包面包面包面包赖氨酸 赖氨酸+面包面包面包面包 历史对照历史对照（Experimental control