生物医学科研：第六章 研究设计

第六章

研究设计研究设计研究立题研究设计

做什么？

怎么做？研究要素的合理组合遵循对照、重复、随机原则研究条件的控制研究过程的规范化一、一般原则1、科学性研究设计应当符合科学性原则，即要合乎一般的自然规律。创新性是科学的灵魂。要注意尽可能在研究采用新的设计、方法及步骤，特别要注重提出自己的见解，这样研究才能具有较好的创新性。一、一般原则对各种技术和方法的原理和适用范围，应当有一个明确的认识，这样才能在研究中准确有效地应用。一、一般原则

2、规范性研究设计除了要有科学性，在制订及实施研究计划中，要严格按照质量管理规范。这样，才能减少差错和遗漏，使研究结果客观、真实、可靠、可信，也能够促进研究与国际先进水平相适应。一、一般原则（1）研究人员和条件（2）研究前准备（3）研究实施（4）研究记录（5）研究资料处理和管理一、一般原则3、统计学考虑

充分考虑统计学原则，即对照、随机、重复的原则。诸如分组、例数、采用指标等，都应事先考虑研究结束后的数据统计方法，以及这些方法需要在设计时注意的问题。二、研究设计的三项要素处理因素：采用各种处理方法来探讨有关现象，这是研究者操纵的因素（自变量）。试验对象：生物医学的试验对象是人或动物，以及以此为来源的器官、组织、细胞等，如何合理选择和利用，关系到正确结论的得出。试验效应：观察处理因素对试验对象产生的作用（即试验效应，或称因变量），是研究所要解决的问题，需要有多种观察指标来进行分析和评价。二、研究设计的三项要素（一）处理因素一级处理（一般为病理模型诱导）二级处理（一般为观察药物等干预的效应）三级处理（一般为拮抗/增强药物等的效应）一些试验采用单一处理因素，一些实验有更多的处理因素，还有一些实验单纯观察某种自然变化而无处理因素。二、研究设计的三项要素

1、处理因素和处理水平（1）单因素单水平

（2）单因素多水平

（3）多因素单水平

（4）多因素多水平二、研究设计的三项要素

2、处理因素的标准化通过预实验确定并统一采用一致的：

强度时间频率持续时间施加方法等二、研究设计的三项要素（1）单一因素单一水平组别目的

处理组施加处理因素，观察处理引起的变化 对照组 不加处理，其它条件一致，以排除条件因素引起的变化二、研究设计的三项要素（2）单一因素五种水平

组别目的 处理组0、5、10、观察不同刺激强度对气道阻力的影响

20、50V

对照组0、5、10、

刺激无关的神经或部位，排除电刺激20、50V

本身对气道阻力的影响二、研究设计的三项要素（3）两种因素单一水平

处理因素A：诱导脑缺血；处理因素B：低温（32℃）处理。二、研究设计的三项要素（4）三种因素和一种因素的三种水平例如：处理因素A：以卵白蛋白（OA）致敏动物，处理因素B：OA气雾吸入；处理因素C：药物，处理因素C（药物）水平：腹腔注射地塞米松0.1、0.5、1.0mg/kg（每天1次，共3天）。二、研究设计的三项要素标准设计应包含16组只有少量的对照组的情况，各种对照应当都在实验中采用；如对照组数量多，可以精简其中一些组别，但是应当有充足的理由。如前期研究、预实验或文献中已经证明某些组别无特殊效应，可以考虑精简。但是，对各种理论上应当设置的对照，必须加以考虑，不能无故忽略！二、研究设计的三项要素二、研究设计的三项要素（二）试验对象1、试验对象的选择对处理因素敏感;反应稳定;人/动物/细胞2、试验对象的控制淘汰、分层、生理及病理因素二、研究设计的三项要素选择试验对象或不同动物品系时，应当考虑到：

①

对摸拟临床疾病的符合程度；

②

对病理刺激或药物的敏感性和稳定性；

③

对其相关基因或功能了解程度；

④

国内外公认程度；

⑤

前期研究经验积累的多少；

⑥

获得、保持、饲养、繁殖的难易程度；

⑦

同等条件下的价格因素；

⑧

其他有关因素。二、研究设计的三项要素（三）试验效应试验效应：变化（形态、功能、分子等）观察指标：反映效应的定量测量、定性评估等1、指标的采用

(1)定量指标

(2)定性指标

(3)半定量指标二、研究设计的三项要素

(4)定量指标与定性指标的转换

(5)等效量及等效时间

LD50,ED50,EC50,IC50,MIC,PD100

诱导一定程度反应的电刺激强度（所需的电压或频率）潜伏期，效应持续期，半衰期。二、研究设计的三项要素2、指标的要求

(1)指标的关联性

(2)指标的客观化

(3)指标的灵敏度

(4)指标的可用性敏感性(真阳性率)和特异性(真阴性率)三、研究设计原则对照控制试验条件随机分组的客观化减少抽样误差重复

样本数及重复次数提高可靠性盲法降低人为主观因素的干扰（四）三项要素的组合（1）每项实验研究都应当根据研究目的合理组合三项要素，并且每次实验必须保持一致的要素条件，改变任何一项要素条件都会造成实验的失败。三、研究设计原则（2）控制每项要素，减少系统误差的发生。

事先确定要素条件，研究中途不随意改变条件！（3）在任何可能的情况下，应当对试验效应进行定性、定量、定位、定时研究，阐明准确的时空关系。三、研究设计原则（4）主要实验组别与相应的对照组，应当在同一时间和同一批次实验中交叉、平行进行。

不同组别的实验，如将其中一个实验组在同一时间和同一批次进行，其他组别在另外的时间和批次进行，会产生较大实验误差，应当严加避免。三、研究设计原则（5）一般应当采用组间对照，采用自身先后对照的实验也应当设置平行的组间对照。三、研究设计原则三、研究设计原则举例：研究目的：阐明A分子在脑缺血中的作用及有关特征处理因素：不同损伤模型（与哪类损伤有关）不同损伤时间（变化的时间过程）

A分子干预（增强/抑制）（阐明因果关系）试验对象：不同动物或细胞（发生在哪类对象）试验效应：不同检测手段（DNA、mRNA、蛋白等）不同分子检测（对A分子有无特异性）不同功能检测（与哪类功能相关）不同部位表达（脑内定位，脑内特异表达）三、研究设计原则举例：研究目的：阐明A药体外神经元保护作用及有关特征处理因素1：不同损伤模型（对哪类损伤的保护）处理因素2：不同药物（是否为该药特定作用）浓度（效应定量，浓度依赖特征）时间（时间依赖特征）试验对象：不同细胞类型（针对哪类细胞）试验效应：不同指标（对不同功能的影响）三、研究设计原则不同研究类型：方法学研究：从方法特点出发，阐明其优点或特色，与经典方法比较，评价其实用性描述性研究：确定某种现象存在与否，该现象的时空特征，排除各种可能干扰该现象观察的因素（没有假设）分析性研究：分析某种现象的发生流程、涉及的分子（求证性研究）及发生部位、各种调节或影响因素，（验证假设）注重上下游的联系、同类因素的比较三、研究设计原则（一）对照

齐同可比原则1、基础条件的对照正常对照或阴性对照，2、经典处理的对照

阳性对照。三、研究设计原则3、试验条件对照

如操作条件对照（假手术等）4、自身对照和组间对照

①自身对照

②组间对照

③两种对照的同时采用三、研究设计原则（二）随机

1、单纯随机法

2、均衡随机（分层随机）

3、均衡顺序随机三、研究设计原则（三）重复

同一试验的重复次数（样本量）；同一或不同时间地点的多次重复（1）如处理组与对照组的反应差别较大，可使所需的样本量减少。反之，若两者差别不大，除了增加样本量外，还应从专业角度考虑这种微小的差别是否有现实意义。三、研究设计原则（2）试验手段、仪器设备越精密，所需样本量可减少。在试验中设计中应尽量注意仪器的校正、操作的规范化、指标的统一等，以提高试验质量。三、研究设计原则（3）从统计学角度看，要提高试验效率应注意以下几点：①两组样本量相等，试验效率提高，可用较少的样本量取得显著的结论；②定量指标数据的试验效率高于定性指标数据，故尽量将采用定量指标以提高试验效率；③自身对照试验或配对试验可减少个体差异，提高试验效率，但应注意配对是否合理、前后两次测量值有无自然差异等。三、研究设计原则（4）拉丁方设计、正交设计和交叉设计等方法能提高试验效率，在可能时应优先应用。（5）应用样本量估算的公式

两均数组间比较、自身比较或配对比较、百分率比较的样本量可按相应的统计学公式计算。三、研究设计原则

（四）盲法

双盲法，单盲法，多盲法（五）各种设计方法的选择和组合研究设计中需要注意的问题明确的目标周密的考虑完善的设计：每次都应有对照每次仅改变一个条件开阔的思路：多个方面证明一件事上下游衔接四、研究条件控制1、条件的前后一致

研究的各种条件，如受试对象的基本特点、动物及其品系、采用的仪器设备、各种试剂和材料、试验环境（温度、湿度、光照、噪声等）、试验方法、操作过程、采用的观察指标等，应当在设计时确定，研究全过程都要按照统一标准进行，中途改变条件会使试验结果前后难以比较，导致返工等问题。四、研究条件控制各种研究人员的操作应当统一标准，或者由同一个人作试验的一个部分或观察一种指标，使得掌握条件或标准能够相同。如果按照原定计划无法实施或结果不佳，则应修改计划，重新按新计划执行。这种情况下，对已经做的试验，要区别情况，或放弃或作为不同条件的对照。四、研究条件控制2、环境条件的控制需要保持环境有适宜的气温和湿度、安静、相似的季节和昼夜时刻、无其他不良刺激等。对动物试验应当作更加严格的条件控制。由于有些试验动物生理过程的昼夜节律与人不同，如啮齿类动物（大鼠、小鼠等）是夜行性动物，其活动期在夜晚，静息期在白天，因此，用这些动物试验时，要选择适当和相同的昼夜时刻，并注意给动物保持光照和黑暗的时间。四、研究条件控制3、生理条件的控制受试对象的种族、性别、年龄、营养状况、遗传特征、各种生理功能状况等。在动物试验中，诸如血糖、血O2分压、血CO2分压、血及其他体液的pH、体温等生理因素。试验动物还应检测有无有关病原体（病毒、细菌、寄生虫等）感染。对动物实施麻醉，应当注意麻醉深度以及麻醉造成的生理功能改变，如体温降低、血压下降、心率加快等。四、研究条件控制4、试验条件的控制

受试对象仪器设备试剂材料试验实施条件操作规程（SOP）等四、研究条件控制（1）受试者或动物

应当按要求选择和随机分组，保证各组的基本条件基本一致，保持可比性。（2）仪器设备

仪器设备的精确性、稳定性、可靠性都应符合试验要求，并且定期或试验前加以校正；还要规范操作方法，以保证定量的准确。四、研究条件控制（3）试剂材料