实验设计原则

实验设计原则第1页，课件共61页，创作于2023年2月“预事则立，不预则废”第2页，课件共61页，创作于2023年2月实验设计的目的

1.有目的、有计划、有步骤地进行实验。

2.最大限度地减少实验误差。

3.节省时间、样本、经费开支，减少人力物力财力，获得较高的效率。实验设计的目的和任务第3页，课件共61页，创作于2023年2月实验设计的任务：合理安排三要素1、受试因素（处理因素、施加因素、干扰因素）①要抓住实验中的主要问题②要确定处理因素与非处理因素③处理因素必须标化④多因素的交互作用2、受试对象病人、动物、组织、器官、细胞等3、受试效应

选择指标第4页，课件共61页，创作于2023年2月指标选择要注意：①指标的关联性②指标的客观性③指标的灵敏性④指标的精确性⑤指标的特异性第5页，课件共61页，创作于2023年2月实验设计原则

对照原则

随机原则

重复原则

均衡原则

盲法原则第6页，课件共61页，创作于2023年2月

一、对照原则（control）

例：某医师为了研究某中药煎剂的利尿作用，随机抽取10名健康人进行研究，结果10名健康人服药2小时内较未服药前平均增加100ml/小时，因此认为该中药煎剂有利尿作用。你认为该结论正确吗？并说明理由；你认为应如何设计意义：①鉴别处理因素与非处理因素的差异②减少实验误差，避免产生错误的结论第7页，课件共61页，创作于2023年2月要求：①均衡:即组间一致，除处理因素外，对照组具备与实验组对等的非处理因素②同步：对照组与实验组在整个研究进程中，始终处于同一空间和时间③专设：为相应的实验组专门设立对照。不得借用文献上记载或以往的结果或其他研究资料作为本研究的对照。第8页，课件共61页，创作于2023年2月

对照的几种形式

1、空白对照

2、实验对照

3、安慰剂对照

4、标准对照

5、历史对照与正常值对照

6、阴性对照与阳性对照

对照的设计方案

设计对照要注意的问题第9页，课件共61页，创作于2023年2月1、空白对照空白对照:即对照组不加任何处理因素

实验组：T﹢S1→e﹢S1’

对照组：0﹢S2→0﹢S2’

注:T为处理因素;S为非处理因素;e为实验效应如果S1=S2实验后得到的S1’和S2’也必然相等。那么效应e必然是T作用的结果。第10页，课件共61页，创作于2023年2月例:使用新药A治疗高血压，结果实验组血压下降20mmHg，对照组血压下降5mmHg，两组相差15mmHg。如果S1=S2，那么S1’=5mmHg，S2’=5mmHg。所以说实验组多下降15mmHg应当是实验药A的效应。

T(？)+S1’(5)=200+S2’(5)=515第11页，课件共61页，创作于2023年2月2、实验对照

实验对照：指给对照组施加与实验组操作条件一致的干扰因素。凡是对实验结果有影响的操作、溶媒、试剂等都应该设立实验对照常用的实验对照有：⑴实验操作对照:给对照组施加与实验组条件一致的操作称为操作对照，操作对照在于控制操作影响产生的误差。⑶药物溶媒对照:以性状相同的溶媒作对照可防止误将溶媒的作用当作药物的作用，得出假阳性结果。第12页，课件共61页，创作于2023年2月3、安慰剂对照

1、安慰剂与安慰剂效应安慰剂:是指外观等与受试药物相同且无药理活性的物质，在临床研究中用来替代受试药物。安慰剂应该在剂型、包装、颜色、大小、形状、气味等外观上完全与处理组受试药物一样，使病人不能分辨，否则导致安慰剂的失效和实验的失败。安慰剂效应:安慰剂产生与药物相似的药理作用。包括产生主观感觉和客观指征的变化第13页，课件共61页，创作于2023年2月2、安慰剂对照的设立给对照组受试者使用无药理活性的安慰剂称安慰剂对照。原则是在不损害病人健康的前提下使用。危重、病情发展迅速的病人，不得使用安慰剂。安慰剂对照与双盲法同时实施效果更好。第14页，课件共61页，创作于2023年2月对受精神因素影响较大的慢性疾病，应尽量采用安慰剂对照；新药和老药新用治疗慢性病的临床试验最好设立安慰剂对照；轻度精神忧郁、癔病可以使用安慰剂作为心理治疗的一部分；诊断已确定不需要药物治疗的病人可作安慰剂对照。第15页，课件共61页，创作于2023年2月4、标准对照标准对照又称有效对照，要注意选择疗效被公认或肯定的药物或疗法，而且与所试验的药物或疗法是属于同一类型的。不能用安慰剂对照时，可用标准对照。即用公认的标准疗法(或常规疗法)作对照。例如：试验人参皂甙的抗心肌缺血作用，可用已知的有效药物普萘洛尔或长效硝酸酯类作对照。第16页，课件共61页，创作于2023年2月5、历史对照与正常值对照历史对照：是将研究者以往的研究结果或文献上他人的研究结果与本次研究结果作对比缺点：难以实现前后的一致性，违背实验设计的均衡性原则，一般不主张采用。采用正常值作对照也存在如何均衡的问题，应用时要注意指标应无波动性，不受时间和地域的影响。第17页，课件共61页，创作于2023年2月6、阴性对照与阳性对照在毒理学和药理学研究的一些实验中通常要设立阴性对照与阳性对照组。（如：三致）对评价方法的可靠性有重要意义第18页，课件共61页，创作于2023年2月设计方案1、配对对照：节省样本，提高效率。主要是减少个体间的差异。同源配对：实验前后、同一个体左右器官异体配对：同卵双胎、同窝动物2、组间对照(平行对照):适用于不能应用配对对照的情况。其缺点是组间差异较大，所需要的样本数要更多些3、交叉对照第19页，课件共61页，创作于2023年2月交叉对照

不宜作空白对照设置。用同一批动物或人作两种甚至两种以上处理，适合比较短期作用的药物，且两药中间必须间隔足够的时间使作用消失。病情等条件必须基本不变，否则就失去可比性。第20页，课件共61页，创作于2023年2月某人研究杀虫剂污染粮食以后对动物健康的影响，设立三组。第一组：以污染的米作饲料第二组：以污染的米糠作饲料第三组：以非污染米作饲料

还应设立一组未污染的米糠组第21页，课件共61页，创作于2023年2月例如：对某药A进行临床试验，用B药作安慰剂对照，C药作已知有效药对照，可作拉丁方交叉排列：第一组病人：A药-B药-C药第二组病人：B药-C药-A药第三组病人：C药-A药-B药第22页，课件共61页，创作于2023年2月二、随机原则（Randomization）概念：①随机抽样:总体中每个个体有相同的机会被抽到样本中来②随机分组:每个实验对象分配到不同处理组的机会相同。③随机实验顺序：每个实验对象接受处理先后的机会相同第23页，课件共61页，创作于2023年2月目的：在于克服偏性，避免人为因素的主观影响和其他因素。方法：抽签法(简单随机、半随机、单纯随机抽样)随机数目表法、随机排列表：分两组、分三组计算器随机数法(略)第24页，课件共61页，创作于2023年2月随机数目表法分两组随机方法分三组或三组以上的随机法动物号123456789101112131415随机数33357267477734554570818273890除3余数020112110120020分组ACABBCBBABCAACA第25页，课件共61页，创作于2023年2月随机数目表法初步结果A组：1、3、9、12、13、15（6)B组：4、5、7、8、10（5）

C组：2、6、11、14（4）最后结果A组：1、3、9、13、15B组：4、5、7、8、10C组：2、6、11、14、12

第26页，课件共61页，创作于2023年2月三、重复原则（Replication）意义：①实验的样本量要足够大②经得起重复实验的考验。“一个不可重复的研究是没有科学性的”。设计样本数时要考虑的因素

1、处理的效果

2、实验误差：

3、资料性质：等级分组>计数资料>计量资料的样本量第27页，课件共61页，创作于2023年2月

4、显著性水平：样本量a<0.01大于a<0.055、抽样误差：

6、实验结果的可能性：样本量双向(存在A≤B和A≥B两种可能性)所需样本数多,单向结果(只存在A≥B或A≤B一种可能性)所需样本数少.7、实验设计类型:样本数量完全随机设计>随机区组设计>配对设计>拉丁方设计第28页，课件共61页，创作于2023年2月样本大小的估计

1、一般情况下预定样本的大小

(1)动物实验：大动物（犬、猫）5-15只中等动物（兔、豚鼠）10-20只小动物（大鼠、小鼠）15-30(2)临床：难治愈的病，疗效显著时：5-10例，急性病死亡率高的：30-50例，一般慢病：200-300-500例第29页，课件共61页，创作于2023年2月2、用计算法估计(1)了解基本数据(2)确定条件：①确定P值②确定把握度③确定是单侧还是双侧3、计算样本大小的公式与举例关于对照组样本大小的确定当n1+n2之和不变时，n1与n2的乘积以n1=n2时最大第30页，课件共61页，创作于2023年2月例题1、两个率比较样本大小的计算2、计量资料配对比较或样本均数与总体比较样本量估计3、计量资料两组间比较样本量估计4、计量资料多组实验样本量确定第31页，课件共61页，创作于2023年2月

两个率比较样本大小的计算

n=

n：每组所需样本含量

p1、p2：分别为总体率的估计值

P=(P1+P2)/22P(1-P)(uα+uβ)2(p1-p2)2第32页，课件共61页，创作于2023年2月例一:用两种中药治疗乙肝表面抗原(HBsAg)转阴的疗效，初筛甲药转阴率约30％，乙药约50％，取α=0.05,把握度1-β=0.9,问各组需要多少病才能显示差异具有统计学意义？

α

第33页，课件共61页，创作于2023年2月

本例计算法：p1=0.5p2=0.3P=0.4α=0.05β=0.10,双侧,查表

uα=1.96

uβ=1.28

故每组需要126例。查表法：查表(双侧表)，根据本例α=0.05、1-β=0.90，较小率差δ=50%-30%=20%，α=0.05时，n=125

计算法为126例,查表法125例,相差3.2%n=2×0.4(1-0.4)(0.5－0.3)2×(1.96+1.28)2≈126第34页，课件共61页，创作于2023年2月样本估计的uα与uβ值或uuβ单侧双侧0.012.322.582.320.051.651.961.650.101.281.651.280.200.841.280.84第35页，课件共61页，创作于2023年2月计量资料配对比较或样本均数与总体比较实验样本量估计例二：门诊观察发现，某中药对再生障碍性贫血具有一定疗效，经一疗程治疗后，可使Hb平均升高3g/dl，标准差为5.5g/dl，现欲用住院病人确定疗效，拟取α=β=0.05，问需要观察多少住院病人？第36页，课件共61页，创作于2023年2月

本例：=3，S=5.5

单侧α=β=0.05查表

uα=uβ

=1.65，

n=(S/)2×(uα+uβ)2

=(5.5/3)2×(1.65+1.65)2

=37例查表法：请附查表5，得n=38例第37页，课件共61页，创作于2023年2月计量资料两组间比较样本量估计例三：研究黄芪与生血散对粒细胞减少症的疗效，据以往经验黄芪可升1000个/l生血散可升2000个/l。两组合并标准差估计约1800个/l。拟取双侧α=0.05，β=0.10，问每组需观察多少病例？第38页，课件共61页，创作于2023年2月本例：S=1800=2000-1000=1000

双侧α=0.05，β=0.10uα=1.96uβ=1.28代入公式

n=2×(S/)2×(uα+uβ)2

=2×(1800/1000)2×(1.96+1.28)2=69例查表法:查附表4/S=0.56,利用内插法求出：第39页，课件共61页，创作于2023年2月0.56-0.55n-710.60-0.5660-n=/S=0.55n=71/S=0.60n=60/S=0.56n=?n=68.8内插法第40页，课件共61页，创作于2023年2月计量资料多组比较样本量确定第41页，课件共61页，创作于2023年2月

式中n为各组所需样本例数，xi和si分别为第i个样本的均数和标准差的初估值，X=，k为组数。值由附表查得。据，，1=k-1,2=∞,查得值代入公式求得n1，第二次由1=k-1，2=k(n1-1)查值，代入式中求n2，依次进行，直至前后两次求得结果趋于稳定为止，即所求样本例数。

当区组随机设计时，第一次2=(k-1)(n-1)，式中用误差均方代替。

完全随机设计时值计算法第42页，课件共61页，创作于2023年2月例：拟用A、B、C三种方案治疗贫血患者，估计治疗后血红蛋白含量（g/l）增加的均数分别为17.2、11.8、15.6，标准差分别为8.0、7.1、7.9，设＝0.05，＝0.1，若要得出差别有显著意义的结论，每组需要观察多少例？第43页，课件共61页，创作于2023年2月本例XA=17.2，XB=11.8,XC=15.6；SA=8.0，SB=7.1，Sc=7.9；=0.05，=0.1。

X＝(17.2+11.8+15.6)/3＝14.87

2=(17.2-14.87)2+(11.8-14.87)2+(15.6-14.87)2=5.39

＝8.02+7.12+7.92＝176.82

以=0.05,=0.1,1=k-1=3-1=2,2=∞,查表得0.05,0.1,2,∞=2.52代入式中n1=2.522(176.82/3)/[15.39/(3-1)]=48.6≈49若=0.05，=0.1，1=k-1=3-1=2，2=k(n(1)-1)=3(49-1)=144，查表中2无144值，故取近似值2＝120，得0.05,0.1,2,∞=2.25，代入式中：

n2＝2.552(176.82/3)/[15.39/(3-1)]＝49.8≈50两次结果相近，故可以认为每组需要观察50例。第44页，课件共61页，创作于2023年2月四、均衡原则（balance）均衡原则（balance）指各处理组非实验因素均衡一致。均衡的方法

交叉均衡法分层均衡法

均衡性检查第45页，课件共61页，创作于2023年2月第一种设计:均衡性差ADI+乙100↓甲100↑ADI－第46页，课件共61页，创作于2023年2月第二种设计：交叉均衡甲乙50ADI+50ADI－50ADI+50ADI－↓↑第47页，课件共61页，创作于2023年2月分层均衡法又称分层随机法目的：增强组间的可比性。要求：每一层内反应值的变异越小越好，层间的差别尽量显著。例1：采用4种处理方法观察其处理以后对受试者皮肤温度的影响，观察32例病人，分四组，每种处理方法8人处理方案。设计方案有以下两种：第48页，课件共61页，创作于2023年2月第一种设计（非分层）实验日期受试人数处理方案

18A

28B

38C

48D第49页，课件共61页，创作于2023年2月第二种设计（分层）每日四种处理的设计

实验日期处理ABCD12222222223222242222第50页，课件共61页，创作于2023年2月均衡性检查例2：比较复方青黛与马利兰治疗慢性粒细胞白血病的疗效，预定观察20例，每组10例，按完全随机已收治17例，如果新来一例符合受试条件，是青年，男性，病情较重，确诊已达一年半，若将此患者纳入，应进行均衡性检查。已有病例分层情况第51页，课件共61页，创作于2023年2月复方青黛与马利兰治疗分组（分层情况）性别年龄病情病程男女中青轻中重≤1y≥1y复方青黛组456343254马利兰组534423335组差（di）122120121分至马利兰组2222分至青黛组0000分到马利兰：∑di=12→16青黛组：∑di=12→8第52页，课件共61页，创作于2023年2月五、盲法原则(blandness)盲法的定义单盲法(Singleblandness)双盲法(doubleblandness)

存在的问题

注意事项三