实验设计与调查设计

1、1 实验设计与调查设计实验设计与调查设计 2 主要内容主要内容 l实验设计的特点、目的 掌握实验设计的特点； 理解实验设计的目的。 l实验设计的要素、原则 掌握实验设计的三大要素、三大原则； 理解实验设计各要素、原则的具体要求。 l实验设计过程 理解常用的实验设计方案的过程； l观察性研究设计 特点与目的 理解常用的抽样方法。 3 研究设计类型研究设计类型 l调查设计（观察性研究）调查设计（观察性研究） 是指研究者通过客观地观察、描述调查对象来 搜集资料，未加任何的干预措施，比如：调查了 解某地学龄前儿童的乙肝表面抗原的阳性率，某 地新生儿出生缺陷的发生率等； l实验设计（实验研究）实验设计（

2、实验研究） 是指研究者根据研究假设主动地对研究对象加以 干预措施，并观察总结其结果，回答研究假设所 提出的问题。 4 实验设计的目的实验设计的目的 控制和降低系统误差对实验结果的影响，缩 小实验随机误差，以利于进行统计推断，更 确切地回答研究者事先提出的假设。 Fisher RA（1890-1962） To call in the statistician after the experiment is done may be no more than asking him to perform a postmortem examination: he may be able to say w

3、hat the experiment died of. 5 实验设计的分类实验设计的分类 l动物动物实验研究实验研究：以动物或标本（如细胞、组织等） 为研究对象，因此在研究中，研究者可以主动施 加干预措施。 l临床试验临床试验：以人为研究对象。 多中心、随机、盲法、平行对照临床试验（RCT) l社区干预试验社区干预试验：以社区人群为研究对象，接受某 种处理或干预措施的基本单位是整个社区或某一 人群的亚群。其主要目的是通过干扰某些危险因 素或施加某些保护性措施，观察其对人群产生的 预防效果。 6 实验研究的要素实验研究的要素 l处理因素 l受试对象 l实验效应 7 处理因素处理因素 l处理因素处

4、理因素是指研究者根据研究目的欲施加 或观察的、能作用于研究对象并引起直接 或间接效应的因素。 l要求：要求： 抓住主要的处理因素； 找出非处理因素（混杂因素）加以控制； 处理因素应标准化。 8 受试对象受试对象 l动物实验对象 和临床（现场）试验对象 受试对象的同质性 明确的疾病诊断的标准及纳入和排除标准 好的依从性 9 实验效应实验效应 l指处理作用于实验对象的反应，一般是通过某些 观察指标，定量或定性地反映实验效应。 l选择观察指标的基本原则 指标的选择必须与研究目的密切关联 客观性 尽可能选择客观指标，避免一些笼统的、不确切 的指标。 准确性 选用的指标应尽量精确。 灵敏性和特异性 实验

5、效应指标应当同时兼顾其灵敏性和 特异性，尽量使灵敏性和特异性都高。 10 实验设计的原则实验设计的原则 l随机化原则随机化原则 l对照原则对照原则 l 重复原则重复原则 l 盲法原则盲法原则 11 对照对照原则原则 l设立对照组的目的是衬托处理因素的效应。 所设立的对照组必须与实验组达到均衡可比。 l除干预措施外，组间其他影响结果的非处理因素等尽可 能相同。 l对所研究疾病的易感度及发病机会相等。 l检测和观察方法及诊断标准必须一致。 l空白对照、安慰剂对照、实验对照、标准对照、历 史对照等。 12 对照的基本形式对照的基本形式 l自身对照自身对照 对照与实验在同一受试者身上进行，如 用药前后

6、作为对比。 l空白对照空白对照 对照组不施加任何处理因素。 l安慰剂对照安慰剂对照 主要目的是为了平衡对照组病人心理 因素的影响。 l实验对照（阳性对照）实验对照（阳性对照） 对照组不施加处理因素， 但施加某种实验因素。 l标准对照标准对照 不设立专门的对照组，而是用现有标准 值或正常值做对照。 l历史对照历史对照 13 重复原则重复原则 l重复原则包含重现性和观察单位数量两方 面的含义。 可靠的实验结果应能在相同的条件下重现； 可靠的实验结论也不能凭一次实验或35例结 果获得，一定要有足够量的观察单位数。 14 盲法盲法 l 盲法：为了控制临床试验过程和解释结果时 产生的偏倚。 l单盲：受试

7、者不知道分组情况。 l双盲：研究者和受试者均未知分组情况和接受处 理的具体内容。 l第三方盲法评价 l开放性试验 l 盲法技术 l胶囊技术 l双盲双模拟 15 随机化原则随机化原则 lWhat：将实验对象按相同的概率分配到预 先设定的几个处理组中。 lWhy：保证各处理组间在大量不可控制的 非处理因素的分布方面尽量保持均衡一致。 避免研究者主观因素对分组的干扰。 lHow：常用的随机化方法有抽签法、随机 数字表、随机排列表和随机函数法随机函数法。 16 常用的实验设计方案常用的实验设计方案 l单因素：一个观察因素的不同强度水平 作用效应间差异的研究。 完全随机设计、序贯设计。 l多因素：观察两

8、个以上因素不同强度水 平下作用效应差异的研究。 交叉设计、随机区组设计、拉丁方设计、析 因设计、裂区设计、正交设计。 17 completely random design l完全随机设计完全随机设计不考虑个体差异的影响，仅涉及 一个处理因素，但可有两个或多个水平，两个 水平时也称为成组设计。 l设计方法：将受试对象编号，按预先规定，利 用随机排列表、随机数字表或随机函数产生的 随机数字将受试对象随机分配到各组中。 l各处理组的样本例数可以相等，也可以不等， 但相等时检验效率最高。 18 完全随机设计实例完全随机设计实例 l将24只大白鼠随机分成3个处理组进行实验，并 要求每个处理组8只大白鼠

9、。 l随机分组过程： 1. 将大白鼠按体重编号； 2. 任意指定随机数字表中第3行，从第7、8列开始由上向下 抄录24个两位的随机数，重复数字删掉； 3. 将抄录的随机数按大小排序，用秩次R表示； 4. 规定秩次R为1-8者分入甲组，9-16者分入乙组，17-24者 分入丙组。 19 1. 将大白鼠按体重编号将大白鼠按体重编号 编号编号123456789101112 编号编号131415161718192021222324 20 2. 任意指定随机数字表中第任意指定随机数字表中第3行，从第行，从第7、8列列 开始由上向下抄录开始由上向下抄录24个两位的随机数，重复数字删掉个两位的随机数，重复数

10、字删掉 编号编号123456789101112 随机数随机数027126645470303395414227 编号编号131415161718192021222324 随机数随机数841724591806567544681297 21 3. 将抄录的随机数按大小排序，用秩次将抄录的随机数按大小排序，用秩次R表示表示 编号编号123456789101112 随机数随机数027126645470303395414227 R12071714199102311128 编号编号131415161718192021222324 随机数随机数841724591806567544681297 R2246165

11、215211318324 22 4. 规定秩次规定秩次R为为1-8者分入甲组，者分入甲组， 9-16者分入乙组，者分入乙组，17-24者分入丙组。者分入丙组。 编号编号123456789101112 随机数随机数027126645470303395414227 R12071714199102311128 组别组别甲甲丙丙甲甲丙丙乙乙丙丙乙乙乙乙丙丙乙乙乙乙甲甲 编号编号131415161718192021222324 随机数随机数841724591806567544681297 R2246165215211318324 组别组别丙丙甲甲甲甲乙乙甲甲甲甲乙乙丙丙乙乙丙丙甲甲丙丙 23 完全随机设

12、计的优缺点完全随机设计的优缺点 l优点：设计和分析简单易行。 l缺点：只分析一个因素，没有考虑个体间 的差异，因而要求各观察单位要有较好的 同质性，否则，需扩大样本含量。 24 Randomized block design l随机区组设计随机区组设计亦称配伍组设计，是将受试对 象先按配比条件配成区组，再将各区组中的 受试对象分配到各个处理组。 l每个区组有两个或两个以上受试对象，当每 个区组只有两个受试对象时，也称为配对设 计（paired design)。 l随机区组设计一般以主要的非实验因素作为 配比条件，而不以实验因素作为配比条件。 25 随机区组设计实例随机区组设计实例 l将24只大

13、白鼠随机分成3个处理组进行实验， 并要求每个处理组8只大白鼠。 l随机分组步骤： 1. 将24只大鼠按体重顺序编号； 2. 按照体重相近的原则将大白鼠分成8个区组； 3. 各区组分别指定随机排列表中第1-8行，抄录1-3之 间的随机数； 4. 规定随机数为1者分入甲组，2者分入乙组，3者分 入丙组。 26 1. 将将24只大鼠按体重顺序编号只大鼠按体重顺序编号 编号编号123456789101112 编号编号131415161718192021222324 27 2. 按照体重相近的原则将大白鼠分成按照体重相近的原则将大白鼠分成8个区组个区组 编号编号123456789101112 区组区组1

14、11222333444 编号编号131415161718192021222324 区组区组555666777888 28 3. 各区组分别指定随机排列表各区组分别指定随机排列表 中第中第1-8行，抄录行，抄录1-3之间的随机数之间的随机数 编号编号123456789101112 区组区组111222333444 随机数随机数132213123132 编号编号131415161718192021222324 区组区组555666777888 随机数随机数123213321321 29 4. 随机数为随机数为1者入甲组，者入甲组，2者入乙组，者入乙组，3者入丙组。者入丙组。 编号编号1234567

15、89101112 区组区组111222333444 随机数随机数132213123132 组别组别甲甲丙丙乙乙乙乙甲甲丙丙甲甲乙乙丙丙甲甲丙丙乙乙 编号编号131415161718192021222324 区组区组555666777888 随机数随机数123213321321 组别组别甲甲乙乙丙丙乙乙甲甲丙丙丙丙乙乙甲甲丙丙乙乙甲甲 30 两种设计方法分组结果对比两种设计方法分组结果对比 l完全随机设计： 甲：1、3、12、14、15、17、18、23； 乙：5、7、8、10、11、16、19、21； 丙：2、4、6、9、13、20、22、24。 l随机区组设计： 甲：1、5、7、10、13、

16、17、21、24； 乙：3、4、8、12、14、16、20、23； 丙：2、6、9、11、15、18、19、22。 31 随机区组设计的优缺点随机区组设计的优缺点 l优点： 该类设计按配比条件将受试对象配成对子或配伍组， 从而排除了诸多非处理因素对实验的影响，保证了各 组间的可比性，减少了抽样误差； 增加了区组信息，可减少样本含量，提高统计效率。 l缺点： 受配对或配伍条件的限制，有时难以将受试对象配成 区组，从而损失部分受试对象的信息； 区组内有受试对象脱落时会影响统计分析； 自身配对时，两种处理施加于受试对象的顺序效应会 混杂在实验效应中。 32 factorial designfacto

17、rial design l析因设计析因设计：是一种将两个或多个因素的各水平交 叉分组，进行实验（或试验）的设计。 l它不仅可以检验各因素内部不同水平间有无差异， 还可检验各因素间是否存在交互作用。 若因素间存在交互作用，表示各因素不是独立的，一个因 素的水平发生变化，会影响其它因素的实验效应； 反之，若因素间不存在交互作用，表示各因素是独立的， 任一因素的水平发生变化，不会影响其它因素的实验效应。 33 析因设计析因设计 l析因设计与完全随机设计的区别：析因设计的处理组 是由两个或两个以上处理因素的不同水平的全面组合 而成，即处理组数等于因素数与水平数的乘积。 例如，两个因素各有3个水平时，实

18、验组数为33=9； 四个因素各有2个水平时，实验组数为 2222=16。 l应用析因实验设计时，分析的因素数和各因素的水平 数不宜过多。一般因素数不超过4，水平数不超过3。 34 析因设计析因设计 l常见的设计模型有22析因设计，两因素析因实验设计 用于研究A、B两个因素内部不同水平间有无差异，特别 是研究A、B因素间是否存在交互作用。 l22析因设计是指有两个因素，每个因素各有两个水平， 共有4个组合。设A1代表A因素1水平，A2代表A因素2水 平；B1代表B因素1水平，B2代表B因素2水平，交叉组合 后的22析因设计模型如下： B1B2 A1A1B1A1B2 A2A2B1A2B2 35 析

19、因设计实例析因设计实例 l某医师欲研究A、B两药是否有治疗缺铁性贫血的作用， 以及两药间是否存在交互作用。用何试验设计可达到研究 者的研究目的，并做出设计分组。 l按22析因设计有4个实验组，分别为A1B1、A1B2、 A2B1和A2B2。设计分组如下： 第一组（A1B1）：A药 + B药 + 一般疗法 第二组（A1B2）：A药 + 一般疗法 第三组（A2B1）：B药 + 一般疗法 第四组（A2B2）：一般疗法 36 析因设计的优缺点析因设计的优缺点 l优点：是一种高效率的实验设计方法，不 仅能够分析各因素内部不同水平间有无差 别，还具有分析各种组合的交互作用的功 能。 l缺点：析因设计随因素

20、与水平数的增加， 所需要受试对象和分析工作量急剧增加， 分析结果的解释也比较复杂。 37 crossover design l交叉设计：是在自身配对设计基础上发展起 来的。 该设计考虑了一个处理因素（A、B两水平），两 个与处理因素无交互作用的非处理因素（试验阶 段和受试对象）对试验结果的影响。 l A B I 洗脱期 B A II 观察结果 38 交叉设计的适用条件和注意事项交叉设计的适用条件和注意事项 l处理因素只有2水平，且两个非处理因素（试验阶段、受 试对象）与处理因素间无交互作用。 l试验要求两个阶段之间必须安排一定的间隔时间（洗脱 期），以便消除前阶段治疗措施的残留效应，保证两阶段

21、 的起始条件一致，间隔时间的长短决定于药物从体内的排 除时间，可参照药典或预试验中药物在血清中的衰减速度， 决定其间隔时间。 l适用于病情较稳定、病程可以分阶段、短期治疗可见疗效 的疾病。 39 交叉设计优缺点交叉设计优缺点 l优点： 具备自身配对的全部优点，如减少个体差异对处理因素的 影响，节省样本含量等； 能控制时间因素（试验阶段）对处理方式的影响，因而优 于自身对照设计； 各试验对象皆接受了试验因素和对照，符合医德要求。 l缺点： 由于洗脱期要停止治疗，给临床实际应用带来较大困难。 40 观察性研究（观察性研究（Observation Study) l观察性研究：调查研究，根据实际情况提

22、出问题， 经资料收集、整理和分析得出初步的或中期结果， 为下一步建立或验证假设，得到更肯定的结论提 供依据。 41 观察性研究观察性研究 l观察性研究的特点： 研究/分析因素是客观存在的，研究过程中没有 人为的施加干预措施，而是客观地观察记录某 些现象的现状及其相关特征； 不能采用随机分配的方法来平衡或消除非研究 因素对研究结果的影响。 l观察性研究目的可分为两种： 了解样本信息来推断总体特征； 掌握和探索变量间的相互关系。 42 调查方法简介调查方法简介 l普查： 对总体中所有的观察单位进行调查,一般用 于了解总体在某一特定“时点”上的情况，如年 中人口数、时点患病率。 l典型调查：亦称案例

23、调查。即对事物进行全面了 解的基础上，有目的选择典型的人和单位进行调 查。 l抽样调查：是医学研究中最常用的方法，是通过 随机抽样方法从总体中随机抽取一定数量具代表 性的观察单位组成的样本进行调查，然后根据样 本信息来推断总体特征。 43 常用的抽样方法常用的抽样方法 l单纯随机抽样（simple random sampling） 将调查总体全部观察单位编号，再用抽签法或随 机数字表随机抽取部分观察单位组成样本。 优点：操作简单，均数、率及相应的标准误计算 简单。 缺点：总体较大时，难以一一编号。 44 常用的抽样方法常用的抽样方法 l系统抽样（systematic sampling） 又称机

24、械抽样、等距抽样，即先将总体的观察单 位按某一顺序号分成n个部分，再从第一部分随 机抽取第k号观察单位，依次用相等间距，从每 一部分各抽取一个观察单位组成样本。 优点：易于理解、简便易行。 缺点：总体有周期或增减趋势时，易产生偏性。 45 常用的抽样方法常用的抽样方法 l整群抽样(cluster sampling) 总体分群，再随机抽取几个群组成样本，群内全 部调查。 优点：便于组织、节省经费。 缺点：抽样误差大于单纯随机抽样。 46 常用的抽样方法常用的抽样方法 l分层抽样（stratified sampling） 先按对观察指标影响较大的某种特征，将总体分为若干 个类别，再从每一层内随机抽

25、取一定数量的观察单位，合 起来组成样本。有按比例分配和最优分配两种方案。 优点：样本代表性好，抽样误差减少。 l以上四种基本抽样方法都属单阶段抽样，实际应 用中常根据实际情况将整个抽样过程分为若干阶 段来进行，称为多阶段抽样多阶段抽样（multi-stage sampling）。 47 按研究时间分组按研究时间分组 l横断面调查（横断面调查（cross-sectional study）；）； l病例对照研究（病例对照研究（case-control study）；）； l队列研究（队列研究（cohort study）。）。 48 cross-sectional study l横断面调查、现况研究、患病率调查横断面调查、现况研究、