实验方案设计(DesignofExperiment)课件

实验方案设计

（DesignofExperiment)实验方案设计

（DesignofExperiment)1ExperimentationWhatwelearnfromanexperimentmaydependonwherewelook,howwelook,andthescopeofourview!TheBlindManandtheElephantExperimentationWhatwelearnf2一、医学科研方法分类二、实验设计的基本原则三、实验设计的基本要素五、常用的实验设计方法一、医学科研方法分类二、实验设计的基本原则三、实验设计的基本3一、生物医学科研方法分类实验研究Experiment调查研究Survey生物医学科研方法分类一、生物医学科研方法分类实验研究调查研究生物医学科研方法分类4未加任何干预措施主动加以干预措施实验研究调查研究实验研究与调查研究的主要区别实验研究与调查研究的主要区别未加任何干预措施主动加以干预措施实验研究调查研究实验研究与调5实验研究的分类b.临床试验(clinicaltrial)实验研究a.基础实验(basicexperiment)c.现场试验(fieldtrial)现场试验又称社区干预试验（communityinterventiontrial)实验研究的分类b.临床试验实验研究a.基础实验c.现场试验现6一、实验设计的“三要素”1）

实验对象2）

实验因素3）

实验效应一、实验设计的“三要素”1）

实验对象71）

实验对象实验所用的材料即为实验对象。如用小鼠做实验，小鼠就是本次实验的实验对象，或称为受试对象。实验对象选择的合适与否直接关系到实验实施的难度，以及别人对实验新颖性和创新性的评价。一个完整的实验设计中所需实验材料的总数称为样本含量。最好根据特定的设计类型估计出较合适的样本含量。样本过大或过小都有弊端。1）

实验对象实验所用的材料即为实验对象。如用小鼠做实验，小82）

实验因素所有影响实验结果的条件都称为影响因素，实验研究的目的不同，对实验的要求也不同。影响因素有客观与主观，主要与次要因素之分。研究者希望通过研究设计进行有计划的安排，从而能够科学地考察其作用大小的因素称为实验因素（如药物的种类、剂量、浓度、作用时间等）；对评价实验因素作用大小有一定干扰性且研究者并不想考察的因素称为区组因素或称重要的非实验因素（如动物的窝别、体重等）；其他未加控制的许多因素的综合作用统称为实验误差。最好通过一些预实验，初步筛选实验因素并确定取哪些水平较合适，以免实验设计过于复杂，实验难以完成。2）

实验因素所有影响实验结果的条件都称为影响因素，实验研究9

3）

实验效应。实验因素取不同水平时在实验单位上所产生的反应称为实验效应。实验效应是反映实验因素作用强弱的标志，它必须通过具体的指标来体现。要结合专业知识，尽可能多地选用客观性强的指标，在仪器和试剂允许的条件下，应尽可能多选用特异性强、灵敏度高、准确可靠的客观指标。对一些半客观（比如读pH试纸上的数值）或主观指标（对一些定性指标的判断上），一定要事先规定读取数值的严格标准，只有这样才能准确地分析自己的实验结果，从而也大大提高了自己实验结果的可信度。3）

实验效应。实验因素取不同水平时在实验单位上所产生的10二、实验设计的“六原则”1）随机原则2）对照原则3）重复原则4）

平衡原则5）

弹性原则6）

最经济原则二、实验设计的“六原则”1）随机原则111.随机原则即运用“随机数字表”实现随机化；运用“随机排列表”实现随机化；运用计算机产生“伪随机数”实现随机化。尽量运用统计学知识来设计自己的实验，减少外在因素和人为因素的干扰。1.随机原则即运用“随机数字表”实现随机化；运用“随机排列表122）对照原则：空白对照组的设立——只有通过对照的设立我们才能清楚地看出实验因素在当中所起的作用。当某些处理本身夹杂着重要的非处理因素时，还需设立仅含该非处理因素的实验组为实验对照组；历史或中外对照组的设立一一这种对照形式应慎用，其对比的结果仅供参考，不能作为推理的依据；多种对照形式同时并存。2）对照原则：空白对照组的设立——只有通过对照的设立我们才133）重复原则所谓重复原则，就是在相同实验条件下必须做多次独立重复实验。一般认为重复5次以上的实验才具有较高的可信度。3）重复原则所谓重复原则，就是在相同实验条件下必须做多次独14

4）

平衡原则：一个实验设计方案的均衡性好坏，关系到实验研究的成败。应充分发挥具有各种知识结构和背景的人的作用，群策群力，方可有效地提高实验设计方案的均衡性。在实验设计的过程中要注意时间上的分配，只有在时间上分配好了，才不会出现一段时间特别忙而一段时间特别闲的情况。4）

平衡原则：一个实验设计方案的均衡性好坏，关系到实验15

5）

弹性原则指的是在时间分配图上留有空缺。适当的空缺是非常必要的，只有这样才能富有弹性的实施实验计划，并不断地调整好自己的实验进度。

5）

弹性原则指的是在时间分配图上留有空缺。适当的空缺166）

最经济原则：不论什么实验，都有它的最优选择方案，这包括在资金的使用上，也包括人力时间的损耗上，必要时可以预测一下自己实验的产出和投入的比值，这个比值越大越好，当然是以你所拥有的实验条件作基础的。6）

最经济原则：不论什么实验，都有它的最优选择方案，这包17实验方案设计(DesignofExperiment)课件18二、实验设计的基本原则基本原则随机化原则对照原则重复的原则二、实验设计的基本原则基本原则随机化原则对照原则重复的原则19随机化的原则二、实验设计的基本原则随机化的原则二、实验设计的基本原则20意义

提高组间均衡性得到随机变量应用随机抽样随机分组随机确定实验顺序方法抽签法随机数字表法随机排列表法其它法随机化的意义、应用及方法意义提得应用随随随方法抽签法随机数字表法随机排列表法21对照的原则二、实验设计的基本原则对照的原则二、实验设计的基本原则22对照的意义排除或控制自然变化和非处理因素对观察结果的影响消除或减少实验误差其它作用找出综合因素中的主要有效因素验证实验方法的可靠性修正实验数据找出实验的最适条件分析实验中的问题或差错原因对照的意义排除或控制自然变化和非处理因素对观察结果的影响消除23常见对照形式安慰剂对照实验对照标准对照自身对照历史对照潜在对照空白对照对照形式常见对照形式安慰剂对照实验对照标准对照自身对照历史对照潜在对24重复的原则二、实验设计的基本原则重复的原则二、实验设计的基本原则25重复的意义及样本含量的确定方法意义消除非处理因素影响的另一重要手段验证实验结果的真实可靠性重复程度表现为样本含量的大小和重复次数的多少确定样本含量的方法查表法公式计算法重复的意义及样本含量的确定方法意义消除非处理因素影响的另一重26三、实验设计的基本要素处理因素受试对象实验效应基本要素三、实验设计的基本要素处理因素受试对象实验效应基本要素27处理因素三、实验设计的基本要素处理因素三、实验设计的基本要素28处理因素注意以下几点分清处理因素和非处理因素处理因素应当标准化，如处理因素是指药品，应确定药品的名称、性质、成份、作用、用法，明确生产厂家、药品批号、出厂日期及保存方法等。根据研究目的而施加的特定实验措施处理因素的概念及注意事项抓住实验中的主要因素处理因素注意以下几点分清处理因素和非处理因素处理因素应当标准29受试对象三、实验设计的基本要素受试对象三、实验设计的基本要素30动物：种属、品系、年龄、性别、窝别、毛色、体重、健康状况微生物、寄生虫、细胞等：门、纲、目、科、属、群、株病人正常人分类人受试对象的概念及分类受试对象接受实验的被研究对象。动物：种属、品系、年龄、性别、窝别、毛色、体重、健康状况微生31

选入标准Eligibilitycriteria纳入标准Inclusioncriteria排除标准Exclusioncriteria受试对象的选入标准选入标准应用条文明确规定，成为书面形式！选入标准纳入标准32实验效应三、实验设计的基本要素实验效应三、实验设计的基本要素33实验效应实验效应的概念及选择指标的要求主要指处理因素作用于实验对象的反应，这种效应通过观察指标显示出来。选择指标的要求关联性客观性灵敏性特异性精确性稳定性准确度(accuracy)精密度(precision)实验效应实验效应的概念及选择指标的要求主要指处理因素作用于实34川芎嗪对新生大鼠缺氧缺血性脑损伤的保护作用例1川芎嗪对新生大鼠缺氧例135通过对各实验组动物脑组织MDA、SOD、NO生化指标的比较，进一步阐明氧自由基及NO损伤在新生儿HIE的发病机制中的重要作用及川芎嗪抗新生儿HIE的作用机制。江西医学院实验动物部提供7日龄SD新生大鼠，雌雄各半。数量共40只研究目标研究对象研究目标和研究对象通过对各实验组动物脑组织MDA、SOD、NO生化36对照及分组情况

按随机区组设计如下：假手术组、HI组、川芎嗪Ⅰ组和川芎嗪Ⅱ组共四组，每窝4只鼠为一区组，共10窝，每窝随机分配至各处理组。分组假手术组HI组川芎嗪Ⅰ组川芎嗪Ⅱ组对照及分组情况按随机区组设计如下：假手术组、HI组、37

为对照组。只切开皮肤游离左颈总动脉，不进行缺氧处理。于缺氧前30分钟腹腔注射等量生理盐水。假手术组为对照组。只切开皮肤游离左颈总动脉，不假手术组38HI组结扎左颈总动脉，并缺氧2小时。于缺氧前30分钟腹腔注射等量生理盐水。HI组结扎左颈总动脉，并缺氧2小时。于缺氧39川芎嗪Ⅰ组：

结扎左颈总动脉，并缺氧2小时。于缺氧前30分钟腹腔注射川芎嗪注射液100mg/Kg。川芎嗪Ⅰ组：结扎左颈总动脉，并缺氧2小时。于缺氧前40川芎嗪Ⅱ组于HI后即刻腹腔注射川芎嗪注射液100mg/Kg。川芎嗪Ⅱ组于HI后即刻腹腔注射川芎嗪注射液100mg/Kg。41采用随机区组实验设计方差分析及X2检验统计分析方法采用随机区组实验设计方差分析及X2检验统计分析方法42四、误差和偏倚误差(error)四、误差和偏倚误差(error)43误差的概念及分类误差(error)泛指实测值与真值之差随机误差非随机误差非系统误差系统误差误差的分类误差的概念及分类误差(error)泛指实测值与真值之差随机误44偏倚（bias）四、误差和偏倚偏倚（bias）四、误差和偏倚45偏倚偏倚的概念及种类在实验过程中由于某些非实验因素的干扰所形成的系统误差。种类选择性偏倚（selectionbias)测量性偏倚（measurementbias)混杂性偏倚（confoundingbias)偏倚偏倚的概念及种类在实验过程中由于某些非实验因素的干扰种类46选择性偏倚

选择性偏倚的概念及其防止措施由于纳入观察对象的方法不正确而产生的偏倚。防止措施

正确拟定观察对象的纳入和排除标准采用分层抽样的方法正确设立对照组贯彻随机化原则选择性偏倚选择性偏倚的概念及其防止措施由于47测量性偏倚的概念测量性偏倚在实验过程中对研究对象进行观察或测量而造成的偏倚。测量性偏倚的概念测量性偏倚在实验过程中对研究对象进行观察48导致测量性偏倚常见因素依从(compliance)和非依从(noncompliance)常见因素沾染(contamination)：使差异缩小干扰（co-intervention)：使差异扩大失访：失访率＜20%检查结果和诊断结果的不一致（disagreement)可采用Kappa检验进行一致性判断观察记录的失误规定记录的方式、时间、记录本、记录人员、定期检查可避免心理因素的干扰导致测量性偏倚常见因素依从(compliance)和非依从(49测量性偏倚的防止措施单盲法双盲法三盲法防止措施盲法（blindmethod)签订实验合同检查实验对象的依从性情况注意医德定期检查研究记录提高诊断一致性严格实验设计和实验操作测量性偏倚的防止措施单盲法双盲法三盲法防止措施盲法（blin50混杂性偏倚的概念及其防止与控制措施混杂性偏倚在总结分析阶段，由于某些非实验因素与实验因素同时并存的作用影响到观察结果，造成混杂性偏倚防止与控制措施严格实验设计，精选研究对象贯彻随机原则分层分析多因素分析混杂性偏倚的概念及其防止与控制措施混杂性偏倚在总结分析阶段，51①样本均数与总体均数比较（或配对比较）六、常用的估计样本含量的方法①样本均数与总体均数比较（或配对比较）六、常用的估计样本含量52例：用某药治疗矽肺患者，估计可增加尿的排出量，标准差89.0mmol/L,要求以α=0.05，β=0.10的概率，能够辨别出尿的排出量平均增加35.6mmol/L，需观察多少例矽肺患者？例：用某药治疗矽肺患者，估计可增加尿的排出量，标准差853实验方案设计

（DesignofExperiment)实验方案设计

（DesignofExperiment)54ExperimentationWhatwelearnfromanexperimentmaydependonwherewelook,howwelook,andthescopeofourview!TheBlindManandtheElephantExperimentationWhatwelearnf55一、医学科研方法分类二、实验设计的基本原则三、实验设计的基本要素五、常用的实验设计方法一、医学科研方法分类二、实验设计的基本原则三、实验设计的基本56一、生物医学科研方法分类实验研究Experiment调查研究Survey生物医学科研方法分类一、生物医学科研方法分类实验研究调查研究生物医学科研方法分类57未加任何干预措施主动加以干预措施实验研究调查研究实验研究与调查研究的主要区别实验研究与调查研究的主要区别未加任何干预措施主动加以干预措施实验研究调查研究实验研究与调58实验研究的分类b.临床试验(clinicaltrial)实验研究a.基础实验(basicexperiment)c.现场试验(fieldtrial)现场试验又称社区干预试验（communityinterventiontrial)实验研究的分类b.临床试验实验研究a.基础实验c.现场试验现59一、实验设计的“三要素”1）

实验对象2）

实验因素3）

实验效应一、实验设计的“三要素”1）

实验对象601）

实验对象实验所用的材料即为实验对象。如用小鼠做实验，小鼠就是本次实验的实验对象，或称为受试对象。实验对象选择的合适与否直接关系到实验实施的难度，以及别人对实验新颖性和创新性的评价。一个完整的实验设计中所需实验材料的总数称为样本含量。最好根据特定的设计类型估计出较合适的样本含量。样本过大或过小都有弊端。1）

实验对象实验所用的材料即为实验对象。如用小鼠做实验，小612）

实验因素所有影响实验结果的条件都称为影响因素，实验研究的目的不同，对实验的要求也不同。影响因素有客观与主观，主要与次要因素之分。研究者希望通过研究设计进行有计划的安排，从而能够科学地考察其作用大小的因素称为实验因素（如药物的种类、剂量、浓度、作用时间等）；对评价实验因素作用大小有一定干扰性且研究者并不想考察的因素称为区组因素或称重要的非实验因素（如动物的窝别、体重等）；其他未加控制的许多因素的综合作用统称为实验误差。最好通过一些预实验，初步筛选实验因素并确定取哪些水平较合适，以免实验设计过于复杂，实验难以完成。2）

实验因素所有影响实验结果的条件都称为影响因素，实验研究62

3）

实验效应。实验因素取不同水平时在实验单位上所产生的反应称为实验效应。实验效应是反映实验因素作用强弱的标志，它必须通过具体的指标来体现。要结合专业知识，尽可能多地选用客观性强的指标，在仪器和试剂允许的条件下，应尽可能多选用特异性强、灵敏度高、准确可靠的客观指标。对一些半客观（比如读pH试纸上的数值）或主观指标（对一些定性指标的判断上），一定要事先规定读取数值的严格标准，只有这样才能准确地分析自己的实验结果，从而也大大提高了自己实验结果的可信度。3）

实验效应。实验因素取不同水平时在实验单位上所产生的63二、实验设计的“六原则”1）随机原则2）对照原则3）重复原则4）

平衡原则5）

弹性原则6）

最经济原则二、实验设计的“六原则”1）随机原则641.随机原则即运用“随机数字表”实现随机化；运用“随机排列表”实现随机化；运用计算机产生“伪随机数”实现随机化。尽量运用统计学知识来设计自己的实验，减少外在因素和人为因素的干扰。1.随机原则即运用“随机数字表”实现随机化；运用“随机排列表652）对照原则：空白对照组的设立——只有通过对照的设立我们才能清楚地看出实验因素在当中所起的作用。当某些处理本身夹杂着重要的非处理因素时，还需设立仅含该非处理因素的实验组为实验对照组；历史或中外对照组的设立一一这种对照形式应慎用，其对比的结果仅供参考，不能作为推理的依据；多种对照形式同时并存。2）对照原则：空白对照组的设立——只有通过对照的设立我们才663）重复原则所谓重复原则，就是在相同实验条件下必须做多次独立重复实验。一般认为重复5次以上的实验才具有较高的可信度。3）重复原则所谓重复原则，就是在相同实验条件下必须做多次独67

4）

平衡原则：一个实验设计方案的均衡性好坏，关系到实验研究的成败。应充分发挥具有各种知识结构和背景的人的作用，群策群力，方可有效地提高实验设计方案的均衡性。在实验设计的过程中要注意时间上的分配，只有在时间上分配好了，才不会出现一段时间特别忙而一段时间特别闲的情况。4）

平衡原则：一个实验设计方案的均衡性好坏，关系到实验68

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弹性原则指的是在时间分配图上留有空缺。适当的空缺是非常必要的，只有这样才能富有弹性的实施实验计划，并不断地调整好自己的实验进度。

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弹性原则指的是在时间分配图上留有空缺。适当的空缺696）

最经济原则：不论什么实验，都有它的最优选择方案，这包括在资金的使用上，也包括人力时间的损耗上，必要时可以预测一下自己实验的产出和投入的比值，这个比值越大越好，当然是以你所拥有的实验条件作基础的。6）

最经济原则：不论什么实验，都有它的最优选择方案，这包70实验方案设计(DesignofExperiment)课件71二、实验设计的基本原则基本原则随机化原则对照原则重复的原则二、实验设计的基本原则基本原则随机化原则对照原则重复的原则72随机化的原则二、实验设计的基本原则随机化的原则二、实验设计的基本原则73意义

提高组间均衡性得到随机变量应用随机抽样随机分组随机确定实验顺序方法抽签法随机数字表法随机排列表法其它法随机化的意义、应用及方法意义提得应用随随随方法抽签法随机数字表法随机排列表法74对照的原则二、实验设计的基本原则对照的原则二、实验设计的基本原则75对照的意义排除或控制自然变化和非处理因素对观察结果的影响消除或减少实验误差其它作用找出综合因素中的主要有效因素验证实验方法的可靠性修正实验数据找出实验的最适条件分析实验中的问题或差错原因对照的意义排除或控制自然变化和非处理因素对观察结果的影响消除76常见对照形式安慰剂对照实验对照标准对照自身对照历史对照潜在对照空白对照对照形式常见对照形式安慰剂对照实验对照标准对照自身对照历史对照潜在对77重复的原则二、实验设计的基本原则重复的原则二、实验设计的基本原则78重复的意义及样本含量的确定方法意义消除非处理因素影响的另一重要手段验证实验结果的真实可靠性重复程度表现为样本含量的大小和重复次数的多少确定样本含量的方法查表法公式计算法重复的意义及样本含量的确定方法意义消除非处理因素影响的另一重79三、实验设计的基本要素处理因素受试对象实验效应基本要素三、实验设计的基本要素处理因素受试对象实验效应基本要素80处理因素三、实验设计的基本要素处理因素三、实验设计的基本要素81处理因素注意以下几点分清处理因素和非处理因素处理因素应当标准化，如处理因素是指药品，应确定药品的名称、性质、成份、作用、用法，明确生产厂家、药品批号、出厂日期及保存方法等。根据研究目的而施加的特定实验措施处理因素的概念及注意事项抓住实验中的主要因素处理因素注意以下几点分清处理因素和非处理因素处理因素应当标准82受试对象三、实验设计的基本要素受试对象三、实验设计的基本要素83动物：种属、品系、年龄、性别、窝别、毛色、体重、健康状况微生物、寄生虫、细胞等：门、纲、目、科、属、群、株病人正常人分类人受试对象的概念及分类受试对象接受实验的被研究对象。动物：种属、品系、年龄、性别、窝别、毛色、体重、健康状况微生84

选入标准Eligibilitycriteria纳入标准Inclusioncriteria排除标准Exclusioncriteria受试对象的选入标准选入标准应用条文明确规定，成为书面形式！选入标准纳入标准85实验效应三、实验设计的基本要素实验效应三、实验设计的基本要素86实验效应实验效应的概念及选择指标的要求主要指处理因素作用于实验对象的反应，这种效应通过观察指标显示出来。选择指标的要求关联性客观性灵敏性特异性精确性稳定性准确度(accuracy)精密度(precision)实验效应实验效应的概念及选择指标的要求主要指处理因素作用于实87川芎嗪对新生大鼠缺氧缺血性脑损伤的保护作用例1川芎嗪对新生大鼠缺氧例188通过对各实验组动物脑组织MDA、SOD、NO生化指标的比较，进一步阐明氧自由基及NO损伤在新生儿HIE的发病机制中的重要作用及川芎嗪抗新生儿HIE的作用机制。江西医学院实验动物部提供7日龄SD新生大鼠，雌雄各半。数量共40只研究目标研究对象研究目标和研究对象通过对各实验组动物脑组织MDA、SOD、NO生化89对照及分组情况

按随机区组设计如下：假手术组、HI组、川芎嗪Ⅰ组和川芎嗪Ⅱ组共四组，每窝4只鼠为一区组，共10窝，每窝随机分配至各处理组。分组假手术组HI组川芎嗪Ⅰ组川芎嗪Ⅱ组对照及分组情况按随机区组设计如下：假手术组、HI组、90

为对照组。只切开皮肤游离左颈总动脉，不进行缺氧处理。于缺氧前30分钟腹腔注射等量生理盐水。假手术组为对照组。只切开皮肤游离左颈总动脉，不假手术组91HI组结扎左颈总动脉，并缺氧2小时。于缺氧前30分钟腹腔注射等量生理盐水。HI组结扎左颈总动脉，并缺氧2小时。于缺氧92川芎嗪Ⅰ组：

结扎左颈总动脉，并缺氧2小时。于缺氧前30分钟腹腔注射川芎嗪注射液100mg/Kg。川芎嗪Ⅰ组：结扎左颈总动脉，并缺氧2小时。于缺氧前93川芎嗪Ⅱ组于HI后即刻腹腔注射川芎嗪注射液100mg/Kg。川芎嗪Ⅱ组于HI后即刻腹腔注射川芎嗪注射液100mg/Kg。94采用随机区组实验设计方差分析及X2检验统计分析方法采用随机区组实验设计方差分析及X2检验统计分析方法95四、误差和偏倚误差(error)四、误差和偏倚误差(error)96误差的概念及分类误差(error)泛指实测值与真值之差随机误差非随机误差非系统误差系统误差误差的分类误差的概念及分类误差(error)泛指