第3章实验研究设计

1、全国成人高等医学教育系列教材第三章第三章实验研究设计 广东医学院广东医学院 王效军王效军全国成人高等医学教育系列教材第一节第一节 实验研究设计特点和类型实验研究设计特点和类型一、实验研究设计特点l 人为设置处理因素 实验研究设计中，处理因素可以是物理的、化学的、生物的，也可以是社会因素。根据研究目的，研究者可人为设计处理因素。 全国成人高等医学教育系列教材l 随机化方法控制非处理因素 实验研究设计中，受试对象被分到试验组还是对照组、是接受处理因素或者非处理因素不是由研究者主观决定，而是通过随机化的方法来确定的，此方法的目的是控制或消除非处理因素对研究结果的影响。 全国成人高等医学教育系列教材二

2、、实验研究设计类型l 动物实验（animal experiment） 动物实验即以动物作为研究对象。在动物实验设计中，可以严格地控制实验条件，包括实验的环境、温度、湿度等。全国成人高等医学教育系列教材l 临床试验（clinical trial） 临床试验是以病人为研究对象。临床患者是具有心理和社会等属性的复杂个体，因此，在设计时必须要缜密周全，设置相应措施控制误差和偏倚，以保证研究结果的真实及可靠。 全国成人高等医学教育系列教材l 社区干预试验（community intervention trial）社区干预试验是在社区一般人群中进行，持续时间一般较长，目的是通过控制某些危险因素或施加某些保

3、护性措施，以了解其在人群中产生的效应。由于社区干预试验中难以贯彻随机分配，故又称为准试验性研究（quasi-experiment）。 全国成人高等医学教育系列教材第二节第二节 实验研究设计基本要素和基本原则实验研究设计基本要素和基本原则l 实验研究（experimental study）是指研究者根据研究目的人为地对受试对象（包括人或动物）施加处理因素，控制非处理因素，分析比较处理因素效应的一种研究方法。 全国成人高等医学教育系列教材一、实验研究设计的基本要素l 受试对象 受试对象又称研究对象，是处理因素作用的客体。根据研究目的不同，受试对象可以是人、动物和植物，也可以是某个器官、细胞或者是机

4、体的生物材料。 全国成人高等医学教育系列教材l 处理因素 处理因素是根据研究目的施加于受试对象的干预措施。处理因素可以是物理的、化学的或者生物学因素，是研究者主动施加的干预措施。 全国成人高等医学教育系列教材确定处理因素时应注意以下问题：区分处理因素和非处理因素。一次研究中的处理因素不宜过多，否则研究的质量难以控制，同时还应根据专业知识判断实验中存在的非处理因素，并加以控制；处理因素要标准化。在实验过程中处理因素的施加方法、强度、频度以及持续时间等因素必须保持一致，否则没有实际的可比性。全国成人高等医学教育系列教材l 实验效应 实验效应是指处理因素作用于受试对象的反应（response）或结局

5、（outcome），通过观察指标来体现。 全国成人高等医学教育系列教材l 观察指标应该具有客观性、精确性、灵敏度和特异度。 客观性：指标则借助测量仪器和检验等手段来反应的观察结果，具有较好的客观性。在现代医学研究中对实验效应的评价除了可利用客观指标外，还可以采用经过严格测试而制定的量表来处理因素的效应。全国成人高等医学教育系列教材 精确性： 包括准确度（accuracy）和精密度（precision）两个方面。准确度是指观察值与真值的符合程度，说明观察有无系统误差。精密度是指重复测量或观察时，观察值与其平均值的接近程度，说明随机误差的大小。 全国成人高等医学教育系列教材 灵敏度和特异度： 灵敏

6、度（sensitivity）是指检出阳性的能力，灵敏度高的指标，能将处理因素的效应更好地表现出来。特异度（specificity）是指检出阴性的能力，特异度高的指标不易受混杂因素的干扰。灵敏度和特异度的提高主要依靠改进检测方法和仪器。 全国成人高等医学教育系列教材二、实验研究设计的基本原则l 对照原则 对照是比较的基础，有比较才有鉴别，对照的设立是控制混杂因素不可缺少的重要原则。对照是指除试验组外，再设置一个或多个对照组进行同步试验，其目的在于使处理因素和非处理因素的差异有一个科学对比，消除或减少实验误差。 全国成人高等医学教育系列教材 对照的形式有以下几类： 1.空白对照 是指对照组不接受任

7、何处理因素。如在观察某伤寒疫苗的免疫效果时，试验组接种伤寒疫苗，对照组不接种疫苗，比较两组的血清学和流行病学的效果。全国成人高等医学教育系列教材 2.安慰剂对照 安慰剂（placebo）是一种无药理作用的“假药”或伪药物，安慰剂对照的目的在于克服研究者、受试对象的主观因素引起的偏倚。如观察某药治疗某心理疾病疗效时，将药物和安慰剂制成一样剂型，实验组用该药治疗，对照组用安慰剂治疗。 全国成人高等医学教育系列教材 3.标准对照 标准对照是使用现有的标准方法或常规药物作对照。考虑伦理学问题，在临床试验中，一般使用标准对照，如实验组用待评价的某种新药，对照组则用常规药物。 全国成人高等医学教育系列教材

8、 4.自身对照 对照与实验在同一受试对象进行，同一受试对象即作对照，又作实验者接受处理因素，这种对照形式称为自身对照。自身对照的应用受一定条件的限制，其结论的外推应慎重。全国成人高等医学教育系列教材 5.相互对照 是指几种处理因素互为对照。相互对照可比较几种处理因素的实验效应之强弱。如在高血脂的防治中，将高血脂的患者随机分成三组，分别给予3种不同的药物进行治疗，3种药物互为对照，比较各种药物的治疗效果。全国成人高等医学教育系列教材 6.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。如在研究牛奶中强化钙预防佝偻病的试验中，试验组儿童食用强化钙的牛奶，对照组儿童食用普通牛奶，

9、这里的牛奶为实验因素，该对照类型为实验对照。全国成人高等医学教育系列教材l 随机化原则 随机化（randomization）是采用随机的方式，使每个受试对象有同等的机会被抽取或分配到不同的实验组和对照组。其作用是使样本具有较好的代表性，使各组受试对象在重要的非处理因素方面具有较好的均衡性。 全国成人高等医学教育系列教材随机化体现在下面三个方面：1.抽样的随机化 总体中的每个个体有同等的机会被抽到样本中来，这种随机抽样保证了样本的代表性。2.分组的随机化 每个受试对象被分到实验组和对照组的机会均等，这种随机分组保证了对比组之间的均衡性。3.实验顺序的随机化 每个受试对象先后接受处理的机会均等，它

10、均衡了实验顺序对实验效应的影响。全国成人高等医学教育系列教材l 重复原则 重复（replication）是指在相同实验条件下进行多次实验或多次观察。重复性实验中如果样本例数太少，不能反映事物的必然规律；如果样本例数太多，不易控制实验误差，容易造成人力、物力和财力的浪费。 全国成人高等医学教育系列教材重复包括三种情形：1.整个实验的重复 在相同的实验条件下，做多次的独立实验。2.用多个受试对象进行重复 通过多个受试对象进行实验，使结论可信。3.多个受试对象进行重复 过对同一受试对象进行重复实验，可以保证观察结果的精度。全国成人高等医学教育系列教材l 均衡原则 均衡（balance）是要求实验研究

11、设计中的实验组和对照组之间除处理因素不同外，其他非处理因素尽可能保持一致，目的在于使实验组和对照组在非处理因素方面具有可比性。 全国成人高等医学教育系列教材第三节第三节 实验研究设计的基本步骤实验研究设计的基本步骤l 确定研究目的 l 确定研究对象 l 确定试验组和对照组 l 确定样本含量 l 受试对象分配到各处理组 l 确定方法和指标 l 控制实验误差全国成人高等医学教育系列教材第四节第四节 常用的实验研究设计方案常用的实验研究设计方案l 完全随机设计 完全随机设计（completely randomized design）又称简单随机设计（simple randomized design）

12、，属于单因素研究设计，是将受试对象随机分配到两个或多个处理组中，然后给予不同的处理因素，比较不同处理产生的效应间有无差别。 全国成人高等医学教育系列教材l 完全随机设计优点： 易于理解，实施简单l 完全随机设计缺点： 样本例数小时，可能均衡性较差全国成人高等医学教育系列教材l 配对设计 配对设计（paired design）是将受试对象按照一定条件配成对子，再将每对中的两个受试对象随机分配到不同的处理组。配对的因素可能为影响实验结果的主要混杂因素。 全国成人高等医学教育系列教材 在医学科研中常用的配对方法有下列情形: 将两个相同或相近的受试对象配成对子； 同一受试对象分别接受两种不同的处理；

13、同一受试对象接受处理的前后。 全国成人高等医学教育系列教材l 配对设计的优点： 可以控制非处理因素对实验的影响； 实验组和对照组具有可比性； 统计分析方法简单。l 配对设计的缺点： 受配对条件的限制，样本不易获得； 自身配对时，受试对象的顺序效应会混杂在实验效应中。 全国成人高等医学教育系列教材l 随机区组设计 随机区组设计（randomized block design）又称配伍组设计，是将受试对象按照一定条件划分为若干个区组（block），并将各区组中的受试对象随机地分配到各个处理组的一种设计类型。划分区组的条件通常是性别、年龄、体重、病情等非处理因素。 全国成人高等医学教育系列教材第五节第五节 样本含量的估计样本含量的估计l 影响样本含量的因素有： 检验水准：即第一类错误，越小所需样本含量越多； 检验效能：又称把握度，越高所需样本含量越多； 变异程度：变异程度越大所需样本含量越多； 容许误差：越小所需样本含量越多。全国成人高等医学教育系列教材l 样本均数与总体均数比较的样本含量估计 2ZZn表示所需的样本含量单侧或双侧的界值单侧界值容许误差总体标准差 nZZl 两样本均数比较的样本含量估计22ZZn表示所需的样本含量单侧或双侧的界值单侧界值容许误差总体标准差 nZZl 样本率与总