上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座

试验设计

药理祁红上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第1页设计意义无处不在设计经济－节约人力,物力,时间高效－考查多原因,多指标准确－样本总体可靠－控制误差,排除干扰上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第2页医学研究存在问题试验标准掌握不妥试验设计方面缺点统计数据处理时存在问题上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第3页设计关键内容四标准：随机，对照，重复，均衡三要素：试验原因,试验对象,试验效应设计类型：上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第4页研究设计基本要素

（一）处理原因(treatmentfactor)（二）受试对象(subject)（三）试验效应(experimentaleffect)降压药高血压病人血压值处理原因受试对象试验效应其它原因其它效应上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第5页原因试验原因（处理原因）区组原因（非处理原因）原因(factor)；水平(level)-剂量（几个？）试验点（原因间每一水平组合）设计上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第6页抓住试验主要原因（药剂、手术方法、毒物），明确处理原因和非处理原因（病人心理状态、生产、生活条件及社会心理原因）处理原因须标准化处理原因在整个试验过程中保持不变（不一样时期药品批号，手术操作者熟练程度，给药时间，给药路径，给药量（口服为100%，静脉为20%-25%。新药试用剂量，静脉注入量为LD501/15-1/5），麻醉，仪器校正）试验方法（几个）；整体，离体，细胞剂量递增，剂量换算（一）处理原因上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第7页剂量换算D2＝D1(R2/R1)例：某药在200g大鼠剂量为18mg,求在1.6kg家兔剂量。D2=18×28.78÷7.04=73.58mice161820220.8610.9311.0001.066rat1601802002206.6076.5627.0407.502rabbit1.41.61.82.026.3328.7831.1333.39上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第8页（二）受试对象受试对象选入标准（eligibilitycriteria）：纳入标准（inclusioncriteria）、排除标准（exclusioncriteria）受试对象控制（1）受试对象一致性（动物——种系、年纪、性别、体重）（2）受试对象影响原因控制季节、温度、湿度、生活环境、癖好、试验辅助办法等。注意标本采集及储存。上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第9页家兔对体温改变灵敏,适合用于发烧、解热和检验热原等试验研究豚鼠和大鼠对组织胺反应相反,豚鼠对组织胺反应十分敏感,适合用于平喘药和抗组织胺药试验研究,大鼠则不宜用家兔胸腔结构与其它不一样,胸膜中央有一层很薄纵膈膜将胸腔分为左右两部,互不相动物无需人工呼吸,很适合于开胸和心脏试验上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第10页（三）试验效应指标关联性：反应本质指标客观化：主观指标和客观指标指标灵敏度（单位？指标准确性：精密度准确度上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第11页（三）试验效应精密度(precision)：可靠性（reliabiliy）或重复性（repeatability）——重复观察时观察值与其均值靠近程度，受随机误差影响。CV准确度(accuracy)真实性(validity)——观察值与真实值靠近程度，受系统误差影响。上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第12页准确度与精密度上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第13页专业设计：

（专业角度）选题、建立假说、选择研究对象、确定观察指标、技术方法。

统计设计：（统计学角度）确定试验设计方案、抽样方法、样本容量、统计分析指标及统计分析方法等。如：研究对象（分组、设置对照、样本量）、处理原因、观察指标、数据质量控制与管理、统计分析。上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第14页统计研究设计分类按功效分：调查设计(surveydesign)试验设计(experimentdesign)临床试验设计(clinicaltrialdesign)按实施设计方案伎俩分：观察性研究设计—未施加干预试验性研究设计—对观察对象人为地施加了干预(即处理原因)。上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第15页观察性研究设计横断面研究设计（反应事物此时此刻状态）队列研究设计（前瞻性病例对照研究（回顾性混合研究设计（前瞻性＋回顾性上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第16页试验性研究设计研究者依据研究目标，经过施加干预，在“有利条件”下取得试验结果。从统计学意义上讲，“有利条件”就是在科学试验设计指导下，在排除其它非干预办法原因影响后，推论干预原因因果效应。上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第17页分类按试验原因：单原因试验设计多原因试验设计试验设计类型：单原因K水平设计析因设计含有重复测量设计上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第18页单原因K水平设计配对：本身配对设计（self-matching)同源配对设计(homogenetic-条件相近者配对设计不配对：成组设计上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第19页完全随机设计将样本中全部受试对象随机地分配到各个处理组(包含对照）中,分别接收不一样处理;对效应进行平行观察，结果行成组统计分析。分别从不一样总体中随机抽样进行对比观察,后者亦称成组设计。上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第20页1061年《本草图经》(宋)评价人参效果1747年苏格兰医生Lind进行了治疗坏血病对照试验1948年在英国医学研究会领导下开展了世界上第一个临床随机对照试验(randomizedcontrolledtrial,RCT)必定了链霉素治疗肺结核疗效。1955年Truelove进行了胃肠病方面首项RCT，证实了肾上腺皮质激素治疗溃疡性结肠炎优于抚慰剂1969年Ruffin一项双盲RCT证实了胃冰冻疗法对治疗十二指肠溃疡引发出血是无效。上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第21页优点:最惯用，适应面广，设计和统计分析比较简单可行，组间样本可不一样，耐受缺失缺点:1）小样本可造成抽样误差2）试验效率低，只能分析一个原因；样本量大分组方法：试验研究中现将试验动物编号后，按随机数字或随机排列表将它们分为两组或多组后，施于不一样处理；临床试验中常从不一样对象中随机抽样，观察比较不一样治疗组反应或疗效。上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第22页注意事项：尽可能注意各样本间均衡性，降低抽样误差样本量相同时效率高上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第23页配对设计本身前后配对左右配对异体配对上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第24页本身前后配对选择符合纳入标准若干个个体，并将每一个体在接收处理前、后测得相同指标进行配对为本身对照（处理前为对照）同一标本两种测量方法也属本身对照

上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第25页

例：问以下4名病人药前与药后差异是否显著？

1234药前10.19.85.73.4药后10.39.95.753.6上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第26页按本身配对t算:t=3.667，DF=3

∵t0.05(3)=3.18,P<0.05Pp=0.0377按分组t算:x1=7.250SD1=3.258

x2=7.388SD2=3.257(CV>30%)ts=0.0596t0.05(6)=2.46

P>0.05Ps=0.9093

上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第27页本身配对设计（本身对照）处理前以后自同一对象，抽样误差小要求被试原因施加前后保持一致。普通用于急性或短期试验，以免随时间延长混入干扰原因（气候，心理）对于病情稳定慢性病，仅观察短期对症治疗效果也可用。（溃疡，失眠）上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第28页注意事项：控制试验条件，确保前后条件可比性离体试验生物反应改变大，可安排异体配对个体差异大时，可用改变率表示上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第29页抗精神病药品治疗急性期体脂分布特征及其与血脂代谢相关性研究

国家自然科学基金资助项目(课题号:30170344)

目标探讨抗精神病药品治疗急性期体脂分布特征及其与血脂代谢关系。方法对46例入选患者采取本身配对设计,给予单一抗精神病药品(APS)治疗10周,检测患者治疗前后体重、体重指数(BMI)和血脂……上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第30页左右配对左右器官或组织反应靠近为同一个体，为本身对照，可比性强（局麻药）限于浅表部位适于局部作用原因（扩瞳），经过反射或血液循环，不宜用上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第31页异体配对将样本中受试对象按一些特征或条件配成对子,再将每对中两个受试对象随机分配到两个不一样处理组中。平行进行，可排除时间，气候干扰可用于慢性试验但异体配对较难实施（同窝，同种上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第32页配对设计优点：降低个体差异节约样本量较少伦理学问题上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第33页例1：研究某降压药，拟采取A、B两剂量,已知此药连续时间小于6h,6h后血压又会恢复到原先水平。每一组最少要用5只猫。问:怎样设计类型?上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第34页方案一10只猫完全随机均分成2组,1组给A剂量,另1组给B剂量,即采取“成组设计”完全随机化好不好？－取决于样本量样本小，非试验原因不齐，分层随机很好方案二按性别、体重、年纪、健康情况、基础血压值等靠近每两只猫配成1对,用随机方法决定其中1只猫接收A剂量,另1只接收B剂量,即采取“条件相近者配对设计”。上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第35页方案三每一窝中取出2只“性别相同、健康情况和基础血压值等各方面都相同或靠近”猫配成1对,用“同源配对设计”方案四先用A剂量,后用B剂量,间隔为8h,每次用药前后都测血压值,用其差值作为观察指标,即采取“本身配对设计”。（次序误差）上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第36页方案五将10只猫完全随机地均分成2组,用随机方法决定第1组5只猫使用该药两种剂量次序,如先A后B,则第2组中5只猫使用该药剂量次序恰好相反。每只猫两次用药时间间隔为8h,每次用药前后都测血压值,用其差值作为观察指标,即采取“成组交叉设计”上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第37页特殊本身对照－交叉设计（cross-overdesign)同一试验单位在不一样试验阶段先后接收不一样处理,不一样组别试验单位接收处理次序不一样。优点：将本身对照与组间比较结合，兼有异体与本身配对，节约样本量上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第38页22交叉二周期交叉对照试验(Two-periodcross-overtrial,TPCOT)研究A、B两种药品疗效是否不一样？设两种次序,即AB和BA,并将2n名试验对象随机分配到两组中,AB组先接收A药,而BA组先接收B药,经过一段“效应去除时间”(washouttime)(5t1/2)后,AB组病人改用B药,BA组病人改用A药。上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第39页交叉设计数据变异起源处理效应－研究主要原因阶段效应次序效应－在惯用统计分析中被忽略个体变异冗余效应(nuisanceeffects):次序效应,个体变异优点：较准确判断被试原因有效性。上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第40页历史五十年代,交叉设计应用在农业试验研究近二十年应用临床试验,是用得广而误用最多设计,还称为“Grizzle”设计或“Hills-Armitage”设计FDA在1992年颁布了一个指南,包括到2×2交叉设计适用病情稳定慢性病对症治疗（高血压，类风湿）临床新药试验及生物等效性试验中比较两种处理办法A和B效果惯用方法上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第41页次序效应(sequenceeffect)反应了残留效应(carry-overeffect)大小,即上一阶段处理因为效应去除时间(washouttime)不足或其它原因干扰了下一阶段处理效果。分为正残留效应（多见）和负残留效应两种。上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第42页残留效应,第一阶段用药造成耐药性而产生撤退效应(withdrawaleffect)；心理效应(psychologicalcarry—overeffect)；患者身体情况因用药而改变所造成遗留效应(nonuniformcarry-effect)上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第43页与平行对照试验相比：随机分组防止组间差异防止人为选择性偏倚采取本身对照，使病人间比较改为病人内比较，消除个体差异降低样本量符合医学伦理上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第44页缺点：冗余效应与处理效应混迭(aliasing),尤其是残留效应与处理效应混迭。需足够洗脱期。（阿司匹林即使半衰期为0.5h，但其对血小板影响最少1周。）

经过合理设计,足够间隔时间，遵照双盲法消除。病人依从性上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第45页交叉设计条件：病情是稳定，慢性病人随机分配药品只能改进，不能根治上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第46页国产硝苯地平控释片药动学和

生物等效性研究

ChinJHypertension,;13(5):310采取双周期本身交叉设计(TwoperiodCrossoverDesign),将受试者随机分成A、B两组,A组首次口服受试制剂,B组首次口服参比制剂。1周后交叉服药。结论主要药动学参数AUC、Cmax经统计学处理(方差分析和双单侧t检验),结果表明两制剂具生物等效性。上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第47页“生物等效性”(bioequivalence)评价同一药品不一样配方或不一样药品产品其效用是否相当,仿制药与专利药是否相当。均以试验品与参考品作比较,二者应有相同剂量形式,而且它们在生物体内吸收速率和延缓(吸收率和吸收度)没有显著差异.上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第48页上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第49页上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第50页配伍组设计（随机区组设计）分别用A,B,C3种药品治疗30例糖尿病患者,研究用药后血糖值是否有差异？随机抽样；将样本中30例受试对象按性别相同,年纪、病情相近者配成10组；用随机排列表将每个配伍组中3个受试对象随机分配到A,B,C3个处理组中;临床试验。上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第51页用于配伍原因通常为影响试验效应主要非处理原因,如将受试对象按年纪、性别、体重等原因进行匹配,其目标是使得各处理组间除欲研究原因外尽可能保持均衡可比,从而提升试验检验效能。区组内非处理原因基本相近区组间非处理原因可相同或不一样各区组次序随机排列上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第52页特点：各区组内条件基本相同，抽样误差小，效率高可分析两原因（药品对肾功效，年纪；药品对癌细胞，细胞类型）注意事项：原因选择区组划分不耐受缺失上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第53页氯胺酮、芬太尼、咪唑安定及异丙酚对TNF-α/IL-10平衡影响

成年健康雄性新西兰大白兔(由广西医科大学试验动物中心提供)30只,以体重作为划分区组原因以消除体重对麻醉药品影响,按配伍组设计分为5组,处理原因分别为氯胺酮、芬太尼、咪唑安定、异丙酚和生理盐水。上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第54页ABCDCBADBCDABADCCDAB拉丁方随机化ADCBDABC

DCBA标准方上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第55页拉丁方设计假如一个方阵是用r个拉丁字母排成r行r列,方阵每行每列中,每个拉丁字母只出现一次,那么这个方阵就叫r阶拉丁方,或r×r拉丁方上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第56页受试对象：ⅠⅡⅢⅣ四个药品：ABCD处理原因,用字母表示,另外两个是需要加以控制原因,分别用行和列表示。观察4种药品对不一样起源动物及不一样用药部位影响上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第57页给药受试对象号部位ⅠⅡⅢⅣ1AAAA2BBBB3CCCC4DDDD

F给药部位=1.5335,P>0.05;F受试对象间=0.6193,P>0.05;F药品=7.1811,0.01<P<0.05。上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第58页多原因试验设计多原因试验设计与多原因方差分析多原因试验设计析因设计(factorialdesign)正交设计(orthogonaldesign)嵌套设计(nesteddesign)裂区设计(split-plotdesign)上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第59页多原因试验设计－析因设计将两个或两个以上原因及其各种水平进行排列组合,交叉分组试验设计。

优点：全方面、均衡、效率高，信息多每个原因各水平之间是否有差异;原因间交互作用;最正确组合。上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第60页2×2析因设计两个原因A和B,每个原因有两个水平:A1、A2,B1、B2。两原因交互作用称为一阶交互作用。3×2×4:A原因3水平,B2水平,C4水平上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第61页复方黄黛片中药血清药理学研究方法建立

第四军医大学学报;26(17)

目标:建立复方黄黛片(CRNIT)中药血清药理学研究方法.方法:以兔为含药血清供体,以NB4,K562等人白血病细胞株为研究对象,采取析因设计,观察给药是否、血清灭活是否、血清浓度及培养时间各原因（2×2×5×2）对白血病细胞株抑制率影响及四原因间交互作用.上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第62页中药血清药理学

动物经口服给药后一定时间采血分离血清,用此含药血清进行体外药理试验一个试验方法。中药粗提物并不能代表体内环境真正发挥作用有效成份中药本身理化性质(如电解质、酸碱度等)及杂质成份等,都会对细胞生长产生一定影响,从而干扰试验结果,影响试验结论真实性和可靠性。上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第63页特点克服中药本身理化性质等原因对试验结果干扰不但反应药品中可吸收部分直接作用,也可反应药品在机体作用下形成代谢物和药品诱生机体内源性物质间接结果,真实地反应药品在体内实际作用。上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第64页整体动物选择和给药剂量罗焕敏等以服用当归芍药散改良方老年痴呆鼠血清研究了其对体外培养海马神经元形态改变影响。给药剂量应以整体模型动物有效剂量(即临床成人剂量8～18倍量)为妥。上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第65页给药方案及采血时间血清灭活与保留血清添加量和对照组设置血清中含有各种酶、抗体、补体及其生物活性物质,它们对体外培养细胞、病毒、病原菌以及直接用于体外试验组织器官等会产生影响而干扰。血清经灭活后可否排除这些干扰原因？同时对药效产生怎样影响?含药血清是否能够长久保留?上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第66页上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第67页上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第68页析因设计是各原因不一样水平全方面组合。当原因较多时(>4)，因为组合产生处理数急剧增加而难以实现。如试验包括7个试验原因，每个原因需考查3个水平，则全部组合数为37=2187上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第69页

析因设计缺点:需要试验次数较多可选取正交设计析因设计：全方面试验正交设计：非全方面试验,依据专业知识，分析主效应和部分主要原因一阶交互作用。上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第70页正交设计

利用规格化正交表-Ln(Km)安排多原因试验（原因间可能存在交互作用）。

L:正交表,n

:正交表行数,

K

:各列水平数,m

:列数。上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第71页原因水平12A(性别)男女B(临床类型)）经典非经典C(疗法)中西结合西药上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第72页正交表L4（23）TestNABC治愈天数11(水平)11212232124221上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第73页优点：正交表所确定“试验点”具:在空间含有“均匀分散性”、在统计分析时含有“整齐可比性”。大大降低试验次数,是一个高效、快速多原因试验方法。用于药品配方、工艺优化、生物体培养条件筛选上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第74页多原因重复测量设计重复测量数据（repeatedmeasurementdata)是指每一试验单位最少接收两次以上不一样处理，或接收相同处理后，最少在两个以上不一样时间点进行测量并取得对应次数统计数据上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第75页与配对设计区分：观察出发点不一样因为为同一对象不一样时间点，不具独立性。相邻两个数据之间关系十分亲密,相隔越远两个数据之间相关程度越低。（相关程度不等现象）上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第76页例：将15只家兔随机均分成3组(处理原因A),即A1、A2、A3。让全部家兔处于缺氧状态,对接收各种处理每组家兔中每1只,分别在缺氧前后不一样时间点(时间原因T,h)上观察血浆K+含量即T1(缺氧前)、T2(缺氧0.5h)、T3(缺氧1h)及T4(缺氧2h)。上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第77页上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第78页上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第79页常见误用情况重复进行各时间点t检验（增加假阳性错误）忽略个体改变上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第80页临床研究平行组对照设计(parallelgroupdesign)交叉设计(cross-overdesign)成组序贯设计（groupsequentialdesign)析因设计(factorial

design)上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第81页平行组设计

随机对照试验（Randomizedcontrolledtrial，RCT），随机分配到两个或多个组中一组,施以不一样处理（药品一个或多个剂量,一个或多个对照,如抚慰剂或/和阳性对照）优点：防止时间偏倚，常见简单缺点：工作量大，效率低。上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第82页观察期间出现了不良事件(不良反应)。该试验是继续下去或者马上停顿?交叉设计和平行设计难回答.上海交通大学医学院医学实验设计与分析课程试验设计专家讲座第83页传统标准序贯方法不要求样本量，配对随机分配到两个处理组(或同一受试者先后接收两种处理);每得到一对试验结果就进行一次统计分析,直至以一定显著性水平得出拒绝或接收零假设结论,即可结束试验。优点：降低样本量,缩短试验周期