实验设计基本要素

实验设计基本要素第一页，共三十七页，2022年，8月28日第八章第一节实验设计的基本要素实验设计一、受试对象二、处理因素四、小结三、实验效应

第二页，共三十七页，2022年，8月28日第八章实验设计一、

实验设计的基本要素二、

实验设计的基本原则三、

常用的实验设计方案四、样本含量的估计五、临床试验设计

第三页，共三十七页，2022年，8月28日概述专业设计：选题、查阅文献、假说、预试验统计设计：对象、分组、数量、指标、分析方法设计好：（1）既省又可靠 （2）可估计误差 （3）获取多方面知识设计不好：（1）杂乱无章、虽多犹无 （2）只能罗列现象、无规律可言1.确定研究目的2.确定研究对象及其数量3.确定观察指标4.设立适当对照组及随机化分组5.制定较好的原始记录表6.考虑好统计分析方法7.预期会有何结果8.人员组织及经费预算第四页，共三十七页，2022年，8月28日是否主动施加干预?1.实验研究(干预，第8章):

受试对象：人——临床试验动物——动物实验临床试验：治疗——临床疗效实验

预防——社区干预实验

2.调查研究(无干预，第14章):被动地观察、如实记录联系：调查研究可为实验研究提供线索，而实验研究还需要通过调查研究加以证实。是指对社区中的所有人群施加某种处理因素并观察一段较长的时间。第五页，共三十七页，2022年，8月28日实验研究(experimentalresearch)是使设计的实验因素或处理因素在其它干扰因素被严格控制的条件下，观察其对实验结果或实验效应的作用及影响。实验设计(experimentdesign)是指研究人员对实验因素作合理的、有效的安排，最大限度地减少实验误差，使实验研究达到高效、快速和经济的目的。1.实验设计的概念第六页，共三十七页，2022年，8月28日医学实验设计(medicalexperimentaldesign)是将实验设计的基本原理和方法应用于医学领域，主要包括基础医学、临床医学和预防医学。其目的是研究如何科学地、合理地安排实验因素，研究并排除实验中所有影响实验结果及效应的各种干扰因素的作用。根据研究对象不同，实验研究设计分为：1.实验设计：以实验动物和实验样品为对象；2.临床试验设计：以人为对象。第七页，共三十七页，2022年，8月28日

一般多为受试对象本身的特征及外界环境因素，其来源复杂，范围广，经常不易控制或不易察觉。干扰因素也称为非处理因素或混杂因素，它是指处理因素以外的可以影响实验效应及实验结果的一切可能的因素。第八页，共三十七页，2022年，8月28日实验设计的基本构成三个基本要素四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均衡的原则2.实验设计的基本构成在实验设计阶段，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三个基本要素。只有这样，实验设计才会有明确的方向。实验设计是实验研究中最为重要和关键的第一步。必须给予高度重视。第九页，共三十七页，2022年，8月28日第一，研究人员能够按照实验设计的目的及要求设置处理因素。第二，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。第三，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，因而，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。3.实验研究的特点实验研究主要具有三个基本特点：第十页，共三十七页，2022年，8月28日由于实验研究具备这三个特点，就使得实验研究中各比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。第十一页，共三十七页，2022年，8月28日实验研究有多种分类方法，一般常根据受试对象的特征分为三大类：4.实验研究的分类1.动物实验2.临床试验3.社区干预试验1.动物实验(animalexperiment)是指用人工饲养繁殖的动物进行实验研究。其特点是，容易控制处理因素及干扰因素，实验误差较小，实验成本较低，观察的实验效应较为客观。如果在实验研究中，出现因各种原因而导致动物意外死亡或缺失时，可据情予以补充，收集资料及分析资料均较为方便。第十二页，共三十七页，2022年，8月28日

2.临床试验(clinicaltrial)研究对象基本单位是病人个体。在药物的临床试验效果评价中，通常，研究者将研究对象随机分为实验组和对照组，给予实验组某种干预措施（新药或新疗法），给予对照组安慰剂或现有的或传统的治疗方法，然后通过一系列临床、实验室或物理检查指标，随访观察并比较两组相应的疾病或健康状态差异，从而评价干预措施的效果。第十三页，共三十七页，2022年，8月28日

3.社区干预实验(communityinterventiontrial)，也叫社区干预项目（communityinterventionprogram，CIP）或者社区实验(communitytrial)，其研究对象基本单位是社区人群而不是个体。有些实验研究不适合以个体为单位来进行，而更适合于以社区或某一地理区域为单位来划分实验组和对照组，如食盐加碘预防地方性甲状腺肿、自来水加氟预防龋齿等。第十四页，共三十七页，2022年，8月28日第一节实验设计的基本要素降压药高血压病人血压值处理因素受试对象实验效应三个基本要素：1.受试对象；2.处理因素；3.实验效应其他因素其他效应第十五页，共三十七页，2022年，8月28日受试对象（studysubjects）是指在实验研究中研究人员所要观察的客体，即处理因素作用的对象。受试对象主要包括人、动物、微生物以及人或动物的试验材料。如器官、组织、细胞、血液、尿液、粪便等。一、受试对象受试对象的选择：明确纳入标准和排除标准第十六页，共三十七页，2022年，8月28日②观察临床疗效、临床检验水平、诊断水平及社区干预试验等，多选择人体及其材料作为受试对象。一般常以病人为实验组，健康人为对照组；也可选择几组不同类型的病人分别作为实验组和对照组。选择受试对象是根据科研课题的研究目的而确定的。选择受试对象应考虑下列几点：①进行基础性的医学研究，多选择动物及其材料作为受试对象，并可由此积累资料和基础数据；第十七页，共三十七页，2022年，8月28日受试对象应具备下列基本条件。（1）敏感性：是指受试对象接受处理因素后，容易显示实验效应。（2）特异性：是指受试对象接受处理因素后，只产生特定的实验效应。（3）稳定性：是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。（4）经济性：是指受试对象容易获取且价格便宜。（5）可行性：是指受试对象便于施加处理因素及获取标本。（6）相似性：是指动物产生的实验效应尽可能与人体近似。（一）受试对象的基本条件第十八页，共三十七页，2022年，8月28日1.动物医学研究中的各个领域几乎都要用到实验动物。使用动物作为受试对象非常方便，安全性高，价格相对便宜，而且不涉及人类的医德问题。研究中动物意外缺失可以据情予以补充。饲养、管理及观察动物十分方便且容易做到。选择动物一般要考虑动物的种类、种属、品系、窝别、性别、年龄、体重、健康状况、是否容易饲养和存活，对施加的处理因素的反应特征等方面。（二）常用受试对象的基本特征第十九页，共三十七页，2022年，8月28日2.人体以人体作为观察对象，涉及的问题很多且较为复杂，一般应考虑下列几个方面：（1）一般条件性别、年龄、民族、个人嗜好、生活习惯、居住地区等。（2）健康状况既往病史、家族成员病史、目前健康状况，身体发育状况等。（3）社会因素职业、文化程度、经济条件、居住条件、家庭状况、心理状况、个性特征、病人及其家属的合作态度等。第二十页，共三十七页，2022年，8月28日（4）疾病因素病种、病型、病期、病程、病情、诊断方法、诊断标准、试验研究的时间期限等。（5）机体材料标本的获取部位、获取条件、新鲜程度、保存方法、培养条件、运输及传送方式等。（6）外界环境因素医院规模、医疗水平、医疗设备、医护人员的水平及素质、病房的大小、病房中病人数量、病人距离医院的远近，就诊的方便程度等。第二十一页，共三十七页，2022年，8月28日人体作为受试对象，常用于临床治疗方案的疗效观察研究以及某种疫苗在人群中预防某种疾病的效果观察等。在临床治疗工作中，每一位病人都可以作为一个观察对象。但是，按照实验设计的四个基本原则，如想在特定时期内选择几组除处理因素不同以外，其它各方面条件都基本一致的病例，则是一件相当困难的事情。病例的选择：明确纳入标准和排除标准第二十二页，共三十七页，2022年，8月28日1.物理因素电、磁、光、声、温度、射线、微波、超声波等。2.化学因素药物、营养素、激素、毒物、各种有机和无机化合物等。3.生物因素寄生虫、真菌、细菌、病毒及其生物制品等。二、处理因素处理因素:是指由研究人员施加于受试对象并能产生一定试验效应的因素。医学科研中常用的处理因素主要有下列几大类：第二十三页，共三十七页，2022年，8月28日非处理因素:

除了“处理因素”以外的对实验结果产生影响的其它影响因素。在非处理因素中，有的是可以控制，有的不能控制。因此在确定处理因素的同时，根据专业知识与实验条件，尽可能找出对研究结果产生影响的非处理因素，以便进行控制。混杂因素：干扰研究结果的指标。常见的混杂因素:年龄、性别病程、病情疾病史、家族史、伴发疾病第二十四页，共三十七页，2022年，8月28日处理因素为单个时,称为单因素。每个因素在数量上或强度上可有不同，这种数量或强度上的不同就称为水平。依照研究因素与水平的不同，可产生四类实验：1.单因素单水平2.单因素多水平4.多因素多水平3.多因素单水平如研究某药对原发性高血压患者的降压作用如研究某药不同剂量的降血糖作用。如比较不同药物或不同疗法对某病的治疗效果。如某肿瘤的联合化疗方案。第二十五页，共三十七页，2022年，8月28日在实验研究中，由于影响试验结果的因素很多，有时则十分复杂。因此，在安排施加处理因素时，应考虑下列几个方面。1.抓住实验中的主要因素任何一项实验研究都有其主要的方面或主要矛盾。2.确定处理因素和非处理因素实验研究中应根据研究目的确定处理因素和非处理因素。一般情况下，两者的区别并不困难。3.处理因素标准化是指在进行同一个实验研究时，施加于多个受试对象的处理因素是相同一致的。不能随意加以改变。尤其是用于病人的药物。第二十六页，共三十七页，2022年，8月28日

实验效应:是指处理因素施加于受试对象并经过一定时间，受试对象产生的各种反应及表现。这些反应可以是主观的，也可以是客观的。实验效应可以用各种各样的具体指标来表示。观察实验效应，应尽可能选择客观指标以及容易检测及分析的指标。三、实验效应第二十七页，共三十七页，2022年，8月28日

1.定量指标可以用具体的度量衡单位来表示的指标。如人体的身高用厘米表示，体重用公斤表示，脉搏用每分钟的次数来表示。计量指标可以根据具体指标的要求，精确到小数点后面若干位。

2.分类指标按受试对象的属性或特征先分类，再计数各类的个数。用绝对数或相对数来表示。如某检测指标的结果可以用“是”或“否”，“阴性”或“阳性”来表示。（一）观察指标的分类观察指标按其性质一般可以分为下列几类：第二十八页，共三十七页，2022年，8月28日3.等级指标按试验效应的程度分为若干等级，并计数各等级的个数。该指标介于定量及分类指标之间。如用某治疗方案治疗病人，其观察结果可以分为四个等级，即：无效，显效，好转，痊愈。这四个等级可以用一个或多个具体量度指标来确定。第二十九页，共三十七页，2022年，8月28日1.关联性是指观察指标与研究目的有着本质而密切的联系，能够确切反映处理因素的试验效应。这些指标可以通过查阅文献或根据以往经验而获得。2.客观性是指能够借助各种检测手段及方法所观测记录的指标。如血压，红细胞数，心电图，尿铅含量等指标。(二）选择观察指标的要求第三十页，共三十七页，2022年，8月28日准确度:即指实际测量值与真值的接近程度。准确度越高，测量值越接近真值，误差则越小。尽管真值往往未知，但准确度越高，指标的可靠性越高(效度)

。

3.精确性精确性包括两层含义。精密度:指在重复观察及测量时，观察值与其平均值的接近程度。精密度越高，说明重复的测量值越接近，检测设备或手段的稳定性越好(信度)。第三十一页，共三十七页，2022年，8月28日4.稳定性是指观察指标变异度的大小。稳定性高，则变异度小，指标的代表性强，反之亦然。稳定性一般可以用该指标的变异系数来表示。如果变异系数不超过15%～20%，则该指标的稳定性较好。5.灵敏性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力。灵敏性越高，则检测出试验效应微小变化的能力越强。随着科学技术的快速发展，检测手段的灵敏性将会越来越高。第三十二页，共三十七页，20