第八章实验设计ppt课件

1、 医学研究若事先没有很好地进行安排，待研究医学研究若事先没有很好地进行安排，待研究结束后得到的数据可能并未反映客观实际规律，甚结束后得到的数据可能并未反映客观实际规律，甚至相互矛盾，这时无论采取什么统计方法进行统计至相互矛盾，这时无论采取什么统计方法进行统计分析也往往无济于事。分析也往往无济于事。 例如，某医师观察元参钩藤汤降血压的效果，例如，某医师观察元参钩藤汤降血压的效果，对对8080名高血压病患者进行试验，患者连服半月汤剂名高血压病患者进行试验，患者连服半月汤剂后查体，平均血压下降了后查体，平均血压下降了2.8KPa2.8KPa，如果就此认为元，如果就此认为元参钩藤汤有降压作用，显然是不

2、能令人信服的，因参钩藤汤有降压作用，显然是不能令人信服的，因为已知血压这一指标受心理因素等多种条件影响，为已知血压这一指标受心理因素等多种条件影响，缺乏对比药物的观察，很难推断下降的缺乏对比药物的观察，很难推断下降的2.8KPa2.8KPa是由是由于该药的作用。于该药的作用。第八章 实 验 设 计 研究设计包括专业设计与统计设计两个研究设计包括专业设计与统计设计两个部分，其中统计设计主要是依据研究目的，部分，其中统计设计主要是依据研究目的，从研究的现况出发，规定研究因素，选择效从研究的现况出发，规定研究因素，选择效应指标，确定研究对象的引入方式、方法和应指标，确定研究对象的引入方式、方法和规模

3、，拟订实施的方法，以及数据收集、整规模，拟订实施的方法，以及数据收集、整理和分析的模式，直至结果的解释。通过合理和分析的模式，直至结果的解释。通过合理的、系统的安排，达到控制系统误差，以理的、系统的安排，达到控制系统误差，以消耗最少的人力、物力和时间，而获得可靠消耗最少的人力、物力和时间，而获得可靠的结论。的结论。第八章 实 验 设 计 在医学研究中，根据观察者是否主动施加干预在医学研究中，根据观察者是否主动施加干预而分为实验研究与调查研究两类。而分为实验研究与调查研究两类。 实验研究是指研究者根据研究目的人为地对受实验研究是指研究者根据研究目的人为地对受试对象设置干预措施，控制非干预措施的影

4、响，总试对象设置干预措施，控制非干预措施的影响，总结干预因素的效果。结干预因素的效果。 例如，观察哌库溴铵不同剂量的肌松效应，研例如，观察哌库溴铵不同剂量的肌松效应，研究者选择了究者选择了2020例择期手术患者，随机分为两组，第例择期手术患者，随机分为两组，第一组注射一组注射0.05mg/kg0.05mg/kg，第二组注射，第二组注射0.075mg/kg0.075mg/kg，记录，记录起效时间。由于受试对象条件一致，很好的控制了起效时间。由于受试对象条件一致，很好的控制了不同疾病对肌松效应的影响，然后分析实验结果，不同疾病对肌松效应的影响，然后分析实验结果，便能获得该药不同剂量的效果。便能获得

5、该药不同剂量的效果。第八章 实 验 设 计 实验研究的特点实验研究的特点 : : 研究者能够按照实验设计的目的及要求人为设置处理因素；研究者能够按照实验设计的目的及要求人为设置处理因素； 受试对象可以通过随机化原则随机地接受某种处理因素或受试对象可以通过随机化原则随机地接受某种处理因素或某种处理因素的不同水平。某种处理因素的不同水平。 由于应用了随机化原则，使各比较组之间达到了较好的均由于应用了随机化原则，使各比较组之间达到了较好的均衡性，因此，最大限度地减少了非处理因素对实验效应及结衡性，因此，最大限度地减少了非处理因素对实验效应及结果的干扰和影响。果的干扰和影响。 由于实验研究具备这三个特

6、点，就使得实验研究中各比由于实验研究具备这三个特点，就使得实验研究中各比较较 组之间具有较好的均衡性及可比性，大大减少了各种非处理组之间具有较好的均衡性及可比性，大大减少了各种非处理因因 素或背景干扰因素对实验效应及结果的影响，可以更为有效素或背景干扰因素对实验效应及结果的影响，可以更为有效地地 控制实验误差，提高了实验研究的效率及实验结果的可靠性。控制实验误差，提高了实验研究的效率及实验结果的可靠性。第八章 实 验 设 计 调查研究是指对特定对象群体进行调查，影响调查研究是指对特定对象群体进行调查，影响被调查者的因素是客观存在的，研究者只能被动地被调查者的因素是客观存在的，研究者只能被动地观

7、察和如实记录。调查时的研究条件往往难以控制，观察和如实记录。调查时的研究条件往往难以控制，一般只有通过合理分组、设置对照等手段尽可能地一般只有通过合理分组、设置对照等手段尽可能地减少干扰。减少干扰。 例如，研究某县高山、平原与丘陵例如，研究某县高山、平原与丘陵3类地区儿童类地区儿童血红蛋白水平，已知血红蛋白与营养有一定关系，血红蛋白水平，已知血红蛋白与营养有一定关系，因此因此3个人群按经济收入、饮食习惯分层、确定各层个人群按经济收入、饮食习惯分层、确定各层样本含量进行随机抽样，以达到减少营养状况对调样本含量进行随机抽样，以达到减少营养状况对调查结果干扰的目的。查结果干扰的目的。第八章 实 验

8、设 计 实验研究实验研究实验设计实验设计 调查研究调查研究调查设计调查设计实验设计实验设计(experiment design)(experiment design)：是指研究人员对实验：是指研究人员对实验 因素作合理的、有效的安排，最大限度地减因素作合理的、有效的安排，最大限度地减 少实验误差，使实验研究达到高效、快速和少实验误差，使实验研究达到高效、快速和 经济的目的。经济的目的。 实验设计是实验研究中最为重要和关键的第一步。实验设计是实验研究中最为重要和关键的第一步。必须给必须给予高度重视。有些研究人员未能充分认识到这第一步予高度重视。有些研究人员未能充分认识到这第一步的重要的重要性。经

9、常是先进行实验研究工作，其后才考虑实验设性。经常是先进行实验研究工作，其后才考虑实验设计问题。计问题。第八章 实 验 设 计实验设计的基本构成三个基本要素三个基本原则受试对象处理因素试验效应 随机化的原则对照的原则重复的原则 处理因素、受试对象和实验效应是实验设计的三个基本要处理因素、受试对象和实验效应是实验设计的三个基本要素，它们贯穿于整个实验研究过程。素，它们贯穿于整个实验研究过程。例如：用两种药物治疗糖尿病病人，观察比较两组病人血糖、例如：用两种药物治疗糖尿病病人，观察比较两组病人血糖、尿糖的下降情况，这里所用的药物为处理因素、糖尿病病人为尿糖的下降情况，这里所用的药物为处理因素、糖尿病

10、病人为受试对象，血糖值、尿糖值为实验效应。受试对象，血糖值、尿糖值为实验效应。 在实验设计阶段，研究人员应根据实验研究的目的，紧紧在实验设计阶段，研究人员应根据实验研究的目的，紧紧抓住这三个基本要素，并应通盘考虑如何去合理有效地安排这抓住这三个基本要素，并应通盘考虑如何去合理有效地安排这三个基本要素。只有这样，实验设计才会有明确的方向。三个基本要素。只有这样，实验设计才会有明确的方向。 第一节 实验设计的基本要素 一、受试对象一、受试对象 受试对象选择的合适与否，也是受试对象选择的合适与否，也是一项实验是否成功的关键。医学研究受试对一项实验是否成功的关键。医学研究受试对象有人和动物和植物，也可

11、以是某个器官、象有人和动物和植物，也可以是某个器官、细胞和血清等生物材料。细胞和血清等生物材料。 实验可以分为三类：实验可以分为三类： 动物实验动物实验(animal experiment),(animal experiment),其受试对其受试对象为动物；临床试验象为动物；临床试验(clinical trial),(clinical trial),其受其受试对象为患者；现场试验试对象为患者；现场试验(field trial),(field trial),也也称社区干预试验其受试对象为正常人群。称社区干预试验其受试对象为正常人群。第一节 实验设计的基本要素 一般先做动物实验后再做人体观察，如新

12、药疗一般先做动物实验后再做人体观察，如新药疗效的观察一般是先做动物实验，初步观察其疗效和效的观察一般是先做动物实验，初步观察其疗效和副作用后，再进一步在患者身上做临床试验，以确副作用后，再进一步在患者身上做临床试验，以确定其疗效和副作用。有些实验则可直接在人体进行定其疗效和副作用。有些实验则可直接在人体进行观察，如生理、生化正常值的测定等。根据受试对观察，如生理、生化正常值的测定等。根据受试对象是动物还是人，选择受试对象应遵循以下基本原象是动物还是人，选择受试对象应遵循以下基本原则。则。第一节 实验设计的基本要素 v在实验进行前必须对受试对象作严格的规定，以保证其同质在实验进行前必须对受试对象

13、作严格的规定，以保证其同质性和代表性。性和代表性。v受试对象应满足两个基本条件：一是对处理因素敏感，是指受试对象应满足两个基本条件：一是对处理因素敏感，是指受试对象接受处理因素后，容易显示实验效应。二是反应必受试对象接受处理因素后，容易显示实验效应。二是反应必须稳定，指受试对象产生的实验效应仅在特定范围内波动，须稳定，指受试对象产生的实验效应仅在特定范围内波动，且波动相对较小。且波动相对较小。v 例如，研究某药物对高血压的治疗效果，宜选用例如，研究某药物对高血压的治疗效果，宜选用期高血期高血压患者作为研究对象。压患者作为研究对象。v同时选择受试对象应明确纳入标准和排除标准。同时选择受试对象应明

14、确纳入标准和排除标准。v动物的选择应注意其种类、品系、年龄、性别、体重、窝别动物的选择应注意其种类、品系、年龄、性别、体重、窝别和营养状况等。和营养状况等。第一节 实验设计的基本要素 正常人群选择应注意其性别、年龄、民族、职业、文正常人群选择应注意其性别、年龄、民族、职业、文化程度和经济状况等。化程度和经济状况等。病人选择应诊断明确、依从性好，还应注意性别、年病人选择应诊断明确、依从性好，还应注意性别、年龄、病情和病程等的基本一致。龄、病情和病程等的基本一致。第一节 实验设计的基本要素 二、处理因素二、处理因素treatment factortreatment factor） 在实验过程中，影

15、响实验结果的因素是在实验过程中，影响实验结果的因素是多方面的，根据研究目的可分为处理因素和多方面的，根据研究目的可分为处理因素和非处理因素二类。处理因素是指研究者通过非处理因素二类。处理因素是指研究者通过统计研究设计有计划的安排实验，从而科学统计研究设计有计划的安排实验，从而科学地考察其作用大小的因素，例如药物的种类、地考察其作用大小的因素，例如药物的种类、剂量、浓度、作用时间等；非处理因素混剂量、浓度、作用时间等；非处理因素混杂因素是指对评价处理因素作用有一定干杂因素是指对评价处理因素作用有一定干扰，但研究者并不想通过实验考察其作用大扰，但研究者并不想通过实验考察其作用大小的因素，例如，病人

16、的病情、病程等。小的因素，例如，病人的病情、病程等。 第一节 实验设计的基本要素 依照实验因素和水平的不同，可产生四类实验：依照实验因素和水平的不同，可产生四类实验： 单因素单水平、单因素多水平、多因素单水平、单因素单水平、单因素多水平、多因素单水平、 多因素多水平。多因素多水平。选择处理因素应遵循以下基本原则：选择处理因素应遵循以下基本原则： 1 1要抓住实验中的主要因素要抓住实验中的主要因素 实验效应是多种因素作实验效应是多种因素作用的结果，由于研究目的不同，以及人力、物力和用的结果，由于研究目的不同，以及人力、物力和时间所限，研究者不可能通过一次或几次实验中把时间所限，研究者不可能通过一

17、次或几次实验中把已知的所有因素都进行处理与分析，只能抓主要的已知的所有因素都进行处理与分析，只能抓主要的因素，且因素的水平数不宜过多。因素，且因素的水平数不宜过多。 第一节 实验设计的基本要素 2 2要分清处理因素和非处理因素要分清处理因素和非处理因素 例如，研究综合治疗糖尿病的效果，处理因素为药例如，研究综合治疗糖尿病的效果，处理因素为药物治疗加饮食疗法；合理调配作息时间和其它辅助物治疗加饮食疗法；合理调配作息时间和其它辅助治疗措施也能缓解症状，有助于康复，但不是本次治疗措施也能缓解症状，有助于康复，但不是本次研究的处理因素，而是非处理因素。研究者应采取研究的处理因素，而是非处理因素。研究者

18、应采取各种措施，尽可能使非处理因素在所比较的各组中各种措施，尽可能使非处理因素在所比较的各组中基本相同，以便充分显示处理因素的作用。基本相同，以便充分显示处理因素的作用。 第一节 实验设计的基本要素 3 3处理因素必须标准化处理因素必须标准化 处理因素标准化就是如何保证处理因素在整个实验处理因素标准化就是如何保证处理因素在整个实验过程中始终如一，保持不变。如在进行药物疗效的过程中始终如一，保持不变。如在进行药物疗效的试验观察中，在整个试验过程中，所使用药物的生试验观察中，在整个试验过程中，所使用药物的生产厂家、批号、药品标准等必须一致。所以，在实产厂家、批号、药品标准等必须一致。所以，在实验设

19、计时，必须制定处理因素标准化的具体措施和验设计时，必须制定处理因素标准化的具体措施和方法。方法。 第一节 实验设计的基本要素 第一节 实验设计的基本要素 三、实验效应三、实验效应 实验效应是处理因素作用于受试对象的实验效应是处理因素作用于受试对象的反应和结局，它通过观察指标，一般是通过反应和结局，它通过观察指标，一般是通过某些观察指标，定量或定性地反映实验效应。某些观察指标，定量或定性地反映实验效应。 1 1选择观察指标的基本原则选择观察指标的基本原则 （1 1客观性客观性 尽可能选择客观指标，避免一尽可能选择客观指标，避免一些笼统的、不确切的指标。有时，客观指标些笼统的、不确切的指标。有时，

20、客观指标还具有判断的主观性问题，如还具有判断的主观性问题，如X X线胸片是客观线胸片是客观的，但判断时存在主观性问题，所以，对于的，但判断时存在主观性问题，所以，对于这种情况，须制定明确的判断标准。这种情况，须制定明确的判断标准。 第一节 实验设计的基本要素 （2 2精确性精确性 选用的指标应尽量精确。指标的精确选用的指标应尽量精确。指标的精确性包括准确性和精确性，准确性是指所观察结果的性包括准确性和精确性，准确性是指所观察结果的真实程度，即观测值与真值的接近程度，属系统误真实程度，即观测值与真值的接近程度，属系统误差；精确性是指所观察结果的深度，即重复观测时，差；精确性是指所观察结果的深度，

21、即重复观测时，观测值与平均值的接近程度，属随机误差。实验效观测值与平均值的接近程度，属随机误差。实验效应指标既要准确又要精密，而首先是准确可靠。应指标既要准确又要精密，而首先是准确可靠。 第一节 实验设计的基本要素 （3 3灵敏性灵敏性 应尽量选择高灵敏性的指标，是指各种应尽量选择高灵敏性的指标，是指各种检测手段和方法能够检测出试验效应微小变化的能检测手段和方法能够检测出试验效应微小变化的能力。灵敏性越高，则检测出试验效应微小变化的能力。灵敏性越高，则检测出试验效应微小变化的能力越强。选择能够显著提高灵敏性的仪器对观察指力越强。选择能够显著提高灵敏性的仪器对观察指标进行测量。但也要考虑实验经费

22、问题，灵敏度高标进行测量。但也要考虑实验经费问题，灵敏度高的仪器，往往费用昂贵，应根据实验经费，选择既的仪器，往往费用昂贵，应根据实验经费，选择既相对廉价，灵敏度又高的测量方法。相对廉价，灵敏度又高的测量方法。 （4 4特异性特异性 为了更好地揭示研究问题的本质，观察为了更好地揭示研究问题的本质，观察指标还应具备一定的特异性。是指检测指标的排它指标还应具备一定的特异性。是指检测指标的排它性性, ,是观察指标对某种特殊试验效应及结果的反映能是观察指标对某种特殊试验效应及结果的反映能力。如检测指标甲胎蛋白对确诊早期肝癌具有重要力。如检测指标甲胎蛋白对确诊早期肝癌具有重要意义。意义。第一节 实验设计

23、的基本要素 2指标的观察指标的观察 对实验效应的观察应避免偏倚对实验效应的观察应避免偏倚 若实验效应的观察若实验效应的观察代有偏性，则会影响结果的比较和分析。在设计时代有偏性，则会影响结果的比较和分析。在设计时常采用盲法常采用盲法(blind method) 单盲法：受试对象不知道自己分在哪一组；单盲法：受试对象不知道自己分在哪一组； 双盲法：受试对象和实验执行者均不知道受试对象双盲法：受试对象和实验执行者均不知道受试对象分在哪一组；分在哪一组； 三盲法：受试对象、实验执行者和统计分析人员三三盲法：受试对象、实验执行者和统计分析人员三者均不知道受试对象分在哪一组。者均不知道受试对象分在哪一组。

24、第二节 实验设计的基本原则 实验设计的主要作用就是减少误差，提高效率。因实验设计的主要作用就是减少误差，提高效率。因此在设计中，应当严格遵守对照、随机、重复的基此在设计中，应当严格遵守对照、随机、重复的基本原则。本原则。 一、对照的原则一、对照的原则 1) 1) 设立对照组的意义设立对照组的意义 在于使实验组和对照组内在于使实验组和对照组内的非处理因素基本一致，即均衡可比。对照的意义的非处理因素基本一致，即均衡可比。对照的意义还可以用以下符号表达：还可以用以下符号表达：果果）（非非处处理理因因素素影影响响的的结结（实实验验效效应应）（非非处处理理因因素素）（处处理理因因素素）seST 第二节

25、实验设计的基本原则 实验效应实验效应e e是与是与s s混在一起的，实验设计的主要混在一起的，实验设计的主要任务是如何使任务是如何使e e能单独显示出来。设立对照，使实验能单独显示出来。设立对照，使实验中两组或多组的中两组或多组的S S均衡，即均衡，即S1=S2S1=S2。这样，实验。这样，实验组组T T的效应的效应e e就可以显示出来。就可以显示出来。 eTsoSO|seST2211 dd22221111eTseST|seST T T：处理因素；：处理因素；S1S1与与S2S2：相同的非处理因素；：相同的非处理因素；TdTd：T1T1与与T2T2之差；之差；e e：实验效应，：实验效应，s1

26、s1与与s2s2是是S1S1与与S2S2的影响结果；的影响结果；eded：T1T1与与T2T2之差之差TdTd的效应。的效应。这样，通过对照就消除了非处理因素对实验效应的影响。这样，通过对照就消除了非处理因素对实验效应的影响。 2对照的基本形式对照的基本形式 对照的形式有多种，可根据研究目的和内容加以选对照的形式有多种，可根据研究目的和内容加以选 择，常用的有下列几种。择，常用的有下列几种。 （1安慰剂对照安慰剂对照placebo control) 其外观与试验药其外观与试验药物一致，它不含试验药物的有效成分，不能为受试物一致，它不含试验药物的有效成分，不能为受试对象所识别。对象所识别。 目的

27、：克服研究者、受试对象、评价者等由于心理因目的：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；还可消除疾病自然进程的影响，分素所形成的偏倚；还可消除疾病自然进程的影响，分 离出由于试验药物所引起的真正反应，从而直接度量离出由于试验药物所引起的真正反应，从而直接度量 试验药物和安慰剂之间的不同。试验药物和安慰剂之间的不同。第二节 实验设计的基本原则 （2 2空白对照空白对照(blank control) (blank control) 对照组不施加任何对照组不施加任何处理因素。例如，观察某种疫苗预防肾综合征出血处理因素。例如，观察某种疫苗预防肾综合征出血热的效果，选择人口数量和构成、

28、发病水平、地理热的效果，选择人口数量和构成、发病水平、地理环境、主要宿主鼠类基本相似的两个疫区，一个作环境、主要宿主鼠类基本相似的两个疫区，一个作为试验区，在人群中接种疫苗，另一个作为对照区，为试验区，在人群中接种疫苗，另一个作为对照区，不施加任何干预措施，处理因素完全空白。这种对不施加任何干预措施，处理因素完全空白。这种对照只有在处理因素很强，非处理因素很弱的情况下照只有在处理因素很强，非处理因素很弱的情况下才能使用。在临床试验中，一般不用空白对照。才能使用。在临床试验中，一般不用空白对照。 第二节 实验设计的基本原则 第二节 实验设计的基本原则 （3 3实验对照实验对照(experimen

29、tal control) (experimental control) 对照组不施对照组不施加处理因素，但施加某种实验因素。如观察赖氨酸加处理因素，但施加某种实验因素。如观察赖氨酸对儿童发育的影响，实验组儿童课间加食含赖氨酸对儿童发育的影响，实验组儿童课间加食含赖氨酸的面包，对照组儿童课间加食不含赖氨酸的面包。的面包，对照组儿童课间加食不含赖氨酸的面包。处理因素是赖氨酸，非处理因素的面包量两组是相处理因素是赖氨酸，非处理因素的面包量两组是相同的。同的。（4 4标准对照标准对照(standard control) (standard control) 不设立专门的对不设立专门的对照组，而是用现有

30、标准值或正常值做对照。在临床照组，而是用现有标准值或正常值做对照。在临床试验中常以某疗法为标准对照组，这种对照应注意试验中常以某疗法为标准对照组，这种对照应注意标准组必须是代表当时水平的疗法，切不可用降低标准组必须是代表当时水平的疗法，切不可用降低标准组的方法使实验效应提高。但实验研究一般不标准组的方法使实验效应提高。但实验研究一般不用标准对照，因为实验条件不一致，常常影响对比用标准对照，因为实验条件不一致，常常影响对比效果。效果。 第二节 实验设计的基本原则 （5 5自身对照自身对照(self control) (self control) 对照与实验在同一受对照与实验在同一受试者身上进行，

31、如用药前后作为对比。一般情况下试者身上进行，如用药前后作为对比。一般情况下还要求设立平行对照组。还要求设立平行对照组。（6 6相互对照相互对照 这种对照不设立对照组，而是两个或这种对照不设立对照组，而是两个或几个试验组相互对照。例如用莫雷西嗪治疗冠心病、几个试验组相互对照。例如用莫雷西嗪治疗冠心病、高血压、心肌病和失调症引起的室性早搏时，设立高血压、心肌病和失调症引起的室性早搏时，设立冠心病组、高血压组、心肌病组和失调症组四个治冠心病组、高血压组、心肌病组和失调症组四个治疗组，相互比较它们的疗效。疗组，相互比较它们的疗效。 第二节 实验设计的基本原则 （7 7历史对照历史对照(historic

32、al control) (historical control) 以本人过去的以本人过去的研究或他人研究结果与本次研究结果做对照。除了研究或他人研究结果与本次研究结果做对照。除了非处理因素影响较小的少数疾病外，一般不宜使用非处理因素影响较小的少数疾病外，一般不宜使用这种对照。用时要特别注意资料的可比性。这种对照。用时要特别注意资料的可比性。 第二节 实验设计的基本原则 二、随机的原则二、随机的原则 1 1随机的意义随机的意义 所谓随机，就是每一个受试对象都有同等的机所谓随机，就是每一个受试对象都有同等的机会进入样本以及有同等的机会被分配到任何一个组会进入样本以及有同等的机会被分配到任何一个组中

33、去，抽样以及分组的结果不受人为因素的干扰和中去，抽样以及分组的结果不受人为因素的干扰和影响。影响。 实验设计中必须贯彻随机化原则，因为在实验实验设计中必须贯彻随机化原则，因为在实验过程中许多非处理因素在设计时研究者并不完全知过程中许多非处理因素在设计时研究者并不完全知道，通过采用随机化的办法可以抵消这些干扰因素道，通过采用随机化的办法可以抵消这些干扰因素的影响。的影响。 第二节 实验设计的基本原则 (1)抽样的随机：每个符合条件的受试对象被抽取的机抽样的随机：每个符合条件的受试对象被抽取的机会相等，即总体中每个个体都有相同机会被抽到样会相等，即总体中每个个体都有相同机会被抽到样本中来。它保证所

34、得样本均有代表性。本中来。它保证所得样本均有代表性。(2)分组的随机：每个受试对象被分配到各组的机会相分组的随机：每个受试对象被分配到各组的机会相等。它保证受试对象的其他状况在对比组间尽可能等。它保证受试对象的其他状况在对比组间尽可能均衡，以提高组间的可比性。均衡，以提高组间的可比性。(3)实验顺序的随机：每个受试对象先后接受处理的机实验顺序的随机：每个受试对象先后接受处理的机会相等，它使实验顺序的影响也达到均衡。会相等，它使实验顺序的影响也达到均衡。第二节 实验设计的基本原则 2随机化的方法：如最简单的是抽签或掷硬币，以及随机化的方法：如最简单的是抽签或掷硬币，以及随机数随机数字表和计算机的

35、伪随机数发生器）。随机数随机数字表和计算机的伪随机数发生器）。 常用的两种随机化方法：完全随机化和分层随机化。常用的两种随机化方法：完全随机化和分层随机化。完全随机化：直接对受试对象进行随机化分组，但分完全随机化：直接对受试对象进行随机化分组，但分组后各组受试对象的例数不一定相同。组后各组受试对象的例数不一定相同。（1编号编号（2取随机数取随机数（3确定组别：两组可按随机数的奇偶；分确定组别：两组可按随机数的奇偶；分K组可按组可按随机数除以随机数除以k后的余数进行分组。后的余数进行分组。第二节 实验设计的基本原则 例例8-1 试将同性别、体重相近的试将同性别、体重相近的30只动物分到只动物分到

36、A、B、C三组。三组。编号编号123456789101112131415随机数随机数885653275933357267477734554570除除3取余取余122020201221101分组分组BCCACACABCCBBAB编号编号161718192021222324252627282930随机数随机数081827389016958670750972958429除除3取余取余200201221000202分组分组CAACABCCBAAACAC30只动物完全随机分组的结果只动物完全随机分组的结果第二节 实验设计的基本原则 分层随机化分层随机化 先对可能影响实验过程和结果的混杂因先对可能影响实验

37、过程和结果的混杂因素进行分层，然后在每一层内进行完全随机化，即素进行分层，然后在每一层内进行完全随机化，即进行分层随机化。配对随机化和区组随机化可看成进行分层随机化。配对随机化和区组随机化可看成是分层随机化的实际应用。是分层随机化的实际应用。 （1编号排序编号排序 （体重、时间）（体重、时间） （2取随机数取随机数 每个受试对象可取两位数每个受试对象可取两位数 （3确定组别确定组别 每层受试对象获得的随机数的大小每层受试对象获得的随机数的大小顺序决定受试对象在哪一组。顺序决定受试对象在哪一组。第二节 实验设计的基本原则 例例8-2 为比较四种抗癌药物为比较四种抗癌药物A,B,C,D的疗效，将小

38、的疗效，将小白鼠体重作为分层或区组因素，试分配处理。白鼠体重作为分层或区组因素，试分配处理。分层分层随机数随机数随机数序号随机数序号随机排列结果随机排列结果鼠鼠1鼠鼠2鼠鼠3鼠鼠4鼠鼠1鼠鼠2鼠鼠3鼠鼠4鼠鼠1鼠鼠2鼠鼠3鼠鼠41814677614132DACB2083974002341BCDA3992472484132DACBb337215992314BCAD小白鼠区组随机化的结果小白鼠区组随机化的结果第二节 实验设计的基本原则 三、重复原则三、重复原则所谓重复，就是实验要有足够的样本含量。重复是消所谓重复，就是实验要有足够的样本含量。重复是消除非处理因素影响的又一重要手段。重复是指在相除非

39、处理因素影响的又一重要手段。重复是指在相同实验的条件下进行多次研究或多次观察，以提高同实验的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。实验的可靠性和科学性。（1整个实验的重复：反映实验的重现性，从而提高整个实验的重复：反映实验的重现性，从而提高实验的可靠性。实验的可靠性。（2用多个受试对象进行重复：要有足够的样本含量。用多个受试对象进行重复：要有足够的样本含量。（3同一受试对象的重复观察：保证观察结果的精度。同一受试对象的重复观察：保证观察结果的精度。重复的主要作用是估计实重复的主要作用是估计实验误差，另一作用是降低验误差，另一作用是降低实验误差。实验误差。第三节 常用的实验设

40、计方案一、完全随机设计一、完全随机设计completely randomized design） 是最为常用的考察单因素两水平或多水平的实验设是最为常用的考察单因素两水平或多水平的实验设计方法。包括平衡设计各组样本含量相等），和计方法。包括平衡设计各组样本含量相等），和非平衡设计各组样本含量不等）。非平衡设计各组样本含量不等）。优点：设计简单，易于实施，出现缺失数据时仍可进优点：设计简单，易于实施，出现缺失数据时仍可进行统计分析。行统计分析。缺陷：小样本时，可能均衡性较差，抽样误差大。缺陷：小样本时，可能均衡性较差，抽样误差大。第三节 常用的实验设计方案 例例8-3 8-3 按完全随机设计方法

41、将按完全随机设计方法将1515名患者随机分为甲、名患者随机分为甲、乙、丙三组。乙、丙三组。 先按患者的就诊顺序编号；再从随机数字表中任意先按患者的就诊顺序编号；再从随机数字表中任意指定某行某列，如从第指定某行某列，如从第6 6行行2929列开始列开始, ,向右录入向右录入1515个个两位数的随机数字，并依次列于各患者编号之下；两位数的随机数字，并依次列于各患者编号之下；最后将随机数字从小到大编秩后得序号最后将随机数字从小到大编秩后得序号R R，并规定，并规定R R：1 15 5者为甲组，者为甲组， 6 61010者为乙组，者为乙组，11111515者为丙组。者为丙组。结果如下：结果如下： 留意

42、：留意：随机数字的位数不应小于随机数字的位数不应小于n n的位数，遇有相同的位数，遇有相同的随机数字应舍去。的随机数字应舍去。如果设计上需要各组例数不如果设计上需要各组例数不相等时，可利用相等时，可利用R R调整各组例数。如调整各组例数。如, , 若要求例若要求例8-38-3中甲组中甲组8 8例、乙组例、乙组4 4例、丙组例、丙组3 3例时，可规定例时，可规定R R：1 18 8者为甲组，者为甲组， 9 91212者为乙组，者为乙组， 13131515者为丙组。者为丙组。患者编号患者编号123456789101112131415随机数字随机数字8845342844912079363170186

43、88558序序 号号 R148537152126411110139处理组别处理组别丙丙乙乙甲甲甲甲乙乙丙丙甲甲丙丙乙乙甲甲丙丙甲甲乙乙丙丙乙乙第三节 常用的实验设计方案二、配对设计二、配对设计paired design） 是将受试对象按一定条件配成对子，分别给予每对中是将受试对象按一定条件配成对子，分别给予每对中的两的两个受试对象以不同的处理。个受试对象以不同的处理。 配对的条件是影响实验效应的主要非处理因素。配对的条件是影响实验效应的主要非处理因素。 在这些非处理因素中，动物主要有：种属，性别，年在这些非处理因素中，动物主要有：种属，性别，年龄，龄，体重，窝别等因素；人群主要有：种族，性别，

44、年龄，体重，窝别等因素；人群主要有：种族，性别，年龄，体重，文体重，文化教育背景，生活背景，居住条件，劳动条件等。其中化教育背景，生活背景，居住条件，劳动条件等。其中病人还应病人还应考虑疾病类型，病情严重程度，诊断标准等方面。考虑疾病类型，病情严重程度，诊断标准等方面。 配对设计的目的是降低、减弱或消除两个比较组的非配对设计的目的是降低、减弱或消除两个比较组的非处理处理因素的作用。因素的作用。第三节 常用的实验设计方案该设计的特点是：可以节约样本含量，增强组间均衡性，提高该设计的特点是：可以节约样本含量，增强组间均衡性，提高试验效率，减轻人力、物力和财力负担。在临床试验中，配对试验效率，减轻人

45、力、物力和财力负担。在临床试验中，配对设计应用广泛。设计应用广泛。 医学科研中常见的配对设计有下列几种类型：医学科研中常见的配对设计有下列几种类型：（1 1配对设计配对设计 将两个条件相近的受试对象按将两个条件相近的受试对象按1:11:1配成对子，配成对子，然后对每对中的个体随机分组，再施加处理因素观察效应。然后对每对中的个体随机分组，再施加处理因素观察效应。（2 2自身对照设计自身对照设计 临床上常见情况是，把病人治疗前与治疗临床上常见情况是，把病人治疗前与治疗后的检测指标值作为一对数据。若干个病人的检测值作为若后的检测指标值作为一对数据。若干个病人的检测值作为若干对数据。这种设计为配对设计

46、中的一种。干对数据。这种设计为配对设计中的一种。（3 3同一标本用两种方法检测同一标本用两种方法检测 采集的同一份标本或样品如果采集的同一份标本或样品如果用两种方法进行检测，则得到一对数据。检测一批样品则得用两种方法进行检测，则得到一对数据。检测一批样品则得到若干对数据。此种设计也属于配对设计。到若干对数据。此种设计也属于配对设计。第三节 常用的实验设计方案例例8-4 8-4 试将已配成试将已配成1010对的对的2020名受试者随机分配到甲、名受试者随机分配到甲、乙两处理组。乙两处理组。先将受试者编号，如第一对受试者编号为先将受试者编号，如第一对受试者编号为1.11.1，第二受，第二受试者编号

47、为试者编号为1.21.2，余仿此。再从随机排列表中随机指，余仿此。再从随机排列表中随机指定某行，例如第定某行，例如第6 6行，依次将行，依次将0 09 9之间的随机数字录之间的随机数字录于受试者编号下，舍去于受试者编号下，舍去10101919之间的数字，并规定之间的数字，并规定随机数字为奇数时取甲乙顺序，偶数时取乙甲顺序。随机数字为奇数时取甲乙顺序，偶数时取乙甲顺序。 第三节 常用的实验设计方案结果：结果：1.21.2、2.22.2、3.13.1、4.14.1、5.15.1、6.26.2、7.17.1、8.28.2、9.19.1、10.1 10.1 号受试者被分配到甲组，号受试者被分配到甲组，

48、 1.11.1、2.12.1、3.23.2、4.24.2、5.25.2、6.16.1、7.27.2、8.18.1、9.29.2、10.2 10.2 号受试者被分配到乙组。号受试者被分配到乙组。 受试者号受试者号1.11.22.12.23.13.24.14.25.15.26.16.27.17.28.18.29.19.210.110.2随机数字随机数字2811309675处处 理理乙乙甲甲乙乙甲甲甲甲乙乙甲甲乙乙甲甲乙乙乙乙甲甲甲甲乙乙乙乙甲甲甲甲乙乙甲甲乙乙第三节 常用的实验设计方案三、交叉设计三、交叉设计cross-over designcross-over design）：是在自身配对）：是

49、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设计基础上发展起来的。该设计考虑了一个处理因素素A A、B B两水平），两个与处理因素无交互作用的两水平），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非处理因素试验阶段和受试对象对试验结果的影响。影响。 第三节 常用的实验设计方案v设计：设计： v 首先将条件相近的观察对象配对并依次编号如首先将条件相近的观察对象配对并依次编号如1.11.1，1.21.2；v2.12.1，2.22.2；3.13.1，3.23.2；或或1,21,2；3,43,4；5,65,6；），再），再用随用随v机的方法将各对观察对象分配到机的方法将

50、各对观察对象分配到A A、B B两组；其中一个观察对两组；其中一个观察对象象v在第在第阶段接受阶段接受A A处理，第处理，第阶段接受阶段接受B B处理；另一个观察对处理；另一个观察对象象v在第在第阶段接受阶段接受B B处理，第处理，第阶段接受阶段接受A A处理。因而要求观察处理。因而要求观察对对v象的例数为偶数。象的例数为偶数。v 由于由于A A、B B两种处理在全部试验过程中两种处理在全部试验过程中“交叉进展，故交叉进展，故称为称为v交叉试验设计。该设计中交叉试验设计。该设计中A A、B B处理方式处于先后两个试验阶处理方式处于先后两个试验阶段段v的机会是均等的，因而平衡了试验顺序的影响；能

51、把处理方的机会是均等的，因而平衡了试验顺序的影响；能把处理方法法v之间的差别与时间先后之间的差别分开来分析。之间的差别与时间先后之间的差别分开来分析。 第三节 常用的实验设计方案例例13.18 13.18 某研究者在针刺麻醉研究中，欲通过某研究者在针刺麻醉研究中，欲通过1212只大只大白鼠研究白鼠研究A A、B B两种参数电针刺激后痛域值上升情况，两种参数电针刺激后痛域值上升情况，同时还考虑了个体差异与同时还考虑了个体差异与A A、B B顺序对痛域值的影响。顺序对痛域值的影响。根据此研究目的，用何种实验设计方法为宜，并作根据此研究目的，用何种实验设计方法为宜，并作分组设计。分组设计。根据研究者

52、的研究目的，该试验宜用交叉设计，其分根据研究者的研究目的，该试验宜用交叉设计，其分组设计如下：组设计如下： 第三节 常用的实验设计方案先将先将1212只大白鼠按条件相近者配对并依次编号只大白鼠按条件相近者配对并依次编号1.1,1.21.1,1.2；2.1,2.22.1,2.2；3.1,3.23.1,3.2；或或1,21,2；3,43,4；5,65,6；），再任意指定随机数字表中的任一行），再任意指定随机数字表中的任一行如第如第6 6行），并规定随机数字为奇数时，对子中的行），并规定随机数字为奇数时，对子中的单号观察单位先用单号观察单位先用A A后用后用B B，双号观察单位先用，双号观察单位先用

53、B B后用后用A A；随机数字为偶数时，对子中的单号观察单位先用；随机数字为偶数时，对子中的单号观察单位先用B B后用后用A A，双号观察单位先用，双号观察单位先用A A后用后用B B。 第三节 常用的实验设计方案v优点：优点： v（1 1具备自身配对的全部优点，如减少个体差异对处理因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；素的影响，节省样本含量等； v（2 2能控制时间因素试验阶段对处理方式的影响，因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；而优于自身对照设计；v（3 3各试验对象皆接受了试验因素和对照，符合医德要求。各试验对象皆接受了试验

54、因素和对照，符合医德要求。 大白鼠号大白鼠号 1 23 45 67 89 1011 12随机数字随机数字932253643907用药顺序用药顺序AB BABA ABAB BABA ABAB BA AB BA第三节 常用的实验设计方案v适用条件及应注意的问题：适用条件及应注意的问题：v（1 1处理因素只有处理因素只有2 2水平水平A A、B B），且两个非处理因素试），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。验阶段、受试对象与处理因素间无交互作用。v（2 2试验要求两个阶段之间必须安排一定的间隔时间，以试验要求两个阶段之间必须安排一定的间隔时间，以便消除前阶段治疗措施的残留效应

55、便消除前阶段治疗措施的残留效应carryover effectcarryover effect），），保证两阶段的起始条件一致。间隔时间的长短决定于药物从保证两阶段的起始条件一致。间隔时间的长短决定于药物从体内的排除时间体内的排除时间(washout time)(washout time)。可参照药典或预试验中药。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；物在血清中的衰减速度，决定其间隔时间；v（3 3两次观察的时间不能过长，处理效应不能持续过久；两次观察的时间不能过长，处理效应不能持续过久；v（4 4适用于病情较稳定、病程可以分阶段、短期治疗可见适用于病情较稳定、病程可以分

56、阶段、短期治疗可见疗效的疾病；疗效的疾病；v（5 5为消除患者的心理作用或防止研究者的暗示，一般多为消除患者的心理作用或防止研究者的暗示，一般多采用盲法。采用盲法。 第三节 常用的实验设计方案四、随机区组设计四、随机区组设计randomized block design）随机区组设计亦称配伍组设计，是配对试验的扩大。随机区组设计亦称配伍组设计，是配对试验的扩大。该设计是将受试对象先按配比条件如动物的性别、该设计是将受试对象先按配比条件如动物的性别、体重，病人的病情、性别、年龄等非实验因素配体重，病人的病情、性别、年龄等非实验因素配成成b个配伍组，每个配伍组有个配伍组，每个配伍组有k个受试对象，

57、再按随个受试对象，再按随机化原则分别将各配伍组中的受试对象、分配到各机化原则分别将各配伍组中的受试对象、分配到各个处理组。个处理组。例：研究人员在进行科研时，要观察例：研究人员在进行科研时，要观察2 2个因素的作用。欲用个因素的作用。欲用2020只动物分为五个区组和四个处理组。试进行设计及分只动物分为五个区组和四个处理组。试进行设计及分组。组。设计及分组方法和步骤如下：设计及分组方法和步骤如下：（1 1该设计可采用随机区组设计方案。分析的两个因素的该设计可采用随机区组设计方案。分析的两个因素的作用可分别列为区组因素和处理组因素。两因素服从正作用可分别列为区组因素和处理组因素。两因素服从正态分布

58、、方差齐性且相互独立。态分布、方差齐性且相互独立。 （2 2取同一品系的动物取同一品系的动物2020只。其中每一区组取同一窝出生只。其中每一区组取同一窝出生的动物的动物4 4只。五个区组即为五个不同窝别的动物。只。五个区组即为五个不同窝别的动物。 （3 3将每一区组的将每一区组的4 4只动物分别顺序编号为只动物分别顺序编号为1-41-4号，号，5-85-8号，号，9-129-12号，号，13-1613-16号，号，17-2017-20号号- -。（4 4查附表查附表17 17 随机排列表，任意指定随机排列表，任意指定5 5行，如行，如第第9 9至第至第1313行。每行只随机取数行。每行只随机取

59、数1-41-4，其余数舍，其余数舍去。依次将随机数字记录于各配伍组的编号下，去。依次将随机数字记录于各配伍组的编号下，其随机数字即为该动物应分入的处理组，见下其随机数字即为该动物应分入的处理组，见下表。表。 按随机区组设计要求对按随机区组设计要求对2020只动物进行分组只动物进行分组20只动物的分组结果只动物的分组结果 动物编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 随机数字 分配组别 3 C 2 B 1 A 4 D 4 D 3 C 2 B 1 A 3 C 1 A 2 B 4 D 3 C 1 A 2 B 4 D 3 C 2 B 1

60、 A 4 D 处理组 区组 A B C D 一 3 2 1 4 二 8 7 6 5 三 10 11 9 12 四 14 15 13 16 五 19 18 17 第三节 常用的实验设计方案v优点：优点：该类设计是按配比条件将受试对象配成对该类设计是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；影响，保证了各组间的可比性，减少了抽样误差； 该类设计增加了区组信息，可以减少样本含量，该类设计增加了区组信息，可以减少样本含量，提高统计效率。提高统计效率。v缺陷：缺陷：由于受配对或配伍条件的限