10《醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)》

1、第9章直線相關(guān)與回歸,第 1 頁,醫(yī) 學(xué) 統(tǒng) 計 學(xué),主講 王桂明,黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)藥衛(wèi)生學(xué)院Huanggang Polytechnic Institute of Medical,第10章實驗設(shè)計,第 2 頁,第10章實驗設(shè)計 目錄,第五節(jié) 常用實驗設(shè)計方法,第二節(jié) 實驗設(shè)計的基本要素,第三節(jié) 實驗設(shè)計的基本原則,第四節(jié) 樣本含量的估計,第一節(jié) 實驗研究,第10章實驗設(shè)計,第 3 頁,第十章 實驗設(shè)計,1。掌握實驗設(shè)計

2、的基本概念及意義。2。掌握實驗設(shè)計的三個基本要素及四個基本原則。3。了解樣本含量估計的意義及常用方法。4。熟悉常用實驗設(shè)計方法。,第10章實驗設(shè)計,第 4 頁,第一節(jié) 實驗研究,一、實驗設(shè)計的概念 實驗研究(experimental research )是使設(shè)計的實驗因素或處理因素在其它干擾因素被嚴(yán)格控制的條件下，觀察其對實驗結(jié)果或?qū)嶒炐?yīng)的作用及影響。 實驗設(shè)計(experiment design)是指研究人員對實驗因素作

3、合理的、有效的安排，最大限度地減少實驗誤差，使實驗研究達到高效、快速和經(jīng)濟的目的。,第10章實驗設(shè)計,第 5 頁,醫(yī)學(xué)實驗設(shè)計(medical experimental design)是將實驗設(shè)計的基本原理和方法應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，主要包括基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)和預(yù)防醫(yī)學(xué)。其目的是研究如何科學(xué)地、合理地安排實驗因素，研究并排除實驗中所有影響實驗結(jié)果及效應(yīng)的各種干擾因素的作用。干擾因素也稱為非處理因素或背景因素，它是指處理因素以外的可以影響實驗

4、效應(yīng)及實驗結(jié)果的一切可能的因素。,第10章實驗設(shè)計,第 6 頁,非處理因素 一般多為受試對象本身的特征及外界環(huán)境因素，其來源復(fù)雜，范圍廣，經(jīng)常不易控制或不易察覺。實驗設(shè)計的基本構(gòu)成 包括三個基本要素及四個基本原則。三個基本要素是：受試對象，處理因素和試驗效應(yīng)。四個基本原則是：隨機化的原則，對照的原則，重復(fù)的原則及均衡的原則。,第10章實驗設(shè)計,第 7 頁,實驗設(shè)計的基本構(gòu)成,三個基本要素,四個基本原則,受試對象處理因素

5、試驗效應(yīng),隨機化的原則對照的原則重復(fù)的原則均衡的原則,,,,,第10章實驗設(shè)計,第 8 頁,實驗研究主要具有三個基本特點：第一，研究人員能夠按照實驗設(shè)計的目的及要求設(shè)置處理因素。第二，受試對象可以通過隨機化原則隨機地接受某種處理因素或某種處理因素的不同水平。第三，由于應(yīng)用了隨機化原則，使各比較組之間達到了較好的均衡性，因而，最大限度地減少了非處理因素對實驗效應(yīng)及結(jié)果的干擾和影響。,二、實驗研究的特點,第10章實驗設(shè)計,第 9

6、 頁,由于實驗研究具備這三個特點，就使得實驗研究中各比較組之間具有較好的均衡性及可比性，大大減少了各種非處理因素或背景干擾因素對實驗效應(yīng)及結(jié)果的影響，可以更為有效地控制實驗誤差，提高了實驗研究的效率及實驗結(jié)果的可靠性。,第10章實驗設(shè)計,第 10 頁,實驗研究有多種分類方法，一般常根據(jù)受試對象的特征分為三大類：1.動物實驗(animal experiment) 是指用人工飼養(yǎng)繁殖的動物進行實驗研究。其特點是，容易控制處理因素及背景干

7、擾因素，實驗誤差較小，實驗成本較低，觀察的實驗效應(yīng)較為客觀。如果在實驗研究中，出現(xiàn)因各種原因而導(dǎo)致動物意外死亡或缺失時，可據(jù)情予以補充，收集資料及分析資料均較為方便。,三、實驗研究的分類,第10章實驗設(shè)計,第 11 頁,1。動物實驗 幾乎可用于醫(yī)學(xué)研究的各個領(lǐng)域。由于動物與人體之間在種屬等等方面存在巨大差異，因此，動物實驗的研究結(jié)果不能直接推論到人體上，而是可以作為人體研究的參考依據(jù)或基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。常用于醫(yī)學(xué)研究的實驗動物有大白鼠、小白鼠

8、、豚鼠、兔子、貓、狗、羊和豬等，還可以是猴及靈長目類動物。各種動物都有其自身的特點，選擇動物時，要根據(jù)研究目的先確定動物的種類，還應(yīng)特別注意動物的性別、年齡、品系等特征。,第10章實驗設(shè)計,第 12 頁,臨床試驗 是指按科學(xué)的實驗方法，研究疾病在臨床階段規(guī)律的試驗。臨床試驗研究的對象主要是病人或健康人。1）選擇病人可以作為實驗組也可以作為對照組。一般是選擇患某種確診疾病的患者為觀察病例。選擇病人除考慮病人本身的特征外，還要考慮疾病的特

9、征，如病情的發(fā)展?fàn)顩r，常規(guī)治療方案的療效情況，病人的生存狀況是否存在危險等等方面。,2.臨床試驗（clinical trial）,第10章實驗設(shè)計,第 13 頁,2）選擇健康人 一般是作為試驗的對照組，考慮的各方面因素與病人相同或相近。由于人的背景因素及個性特征極為復(fù)雜，在進行臨床試驗研究時，除考慮上述因素外，還要考慮醫(yī)德等方面的問題。在選擇病人及健康人、選擇處理因素時，要非常慎重。試驗前應(yīng)該經(jīng)過科研小組成員及有關(guān)專家的認(rèn)真討論

10、，并進行周密設(shè)計，以避免出現(xiàn)各種意外情況。因此，針對人體的臨床試驗研究與動物試驗研究存在很大的區(qū)別。這是每位醫(yī)學(xué)科研工作者應(yīng)該十分注意的。,第10章實驗設(shè)計,第 14 頁,3。社區(qū)干預(yù)試驗（community intervention trial） 是指對社區(qū)中的所有人群施加某種處理因素并觀察一段較長的時間。其目的是通過干擾某些在人群中存在的危險因素或施加某種保護性措施，觀察處理因素在社區(qū)人群中產(chǎn)生的效應(yīng)或預(yù)防效果。典型的社區(qū)干

11、預(yù)試驗的實例之一是在社區(qū)人群的飲水中加入氟化物以觀察是否能夠降低人群的齲齒發(fā)生率的試驗。由于社區(qū)干預(yù)試驗中涉及人群數(shù)量多，人群結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易控制處理因素及背景干擾因素，且難以對人群給予處理因素時進行隨機化分配，其試驗效果及效應(yīng)的確切性往往不易準(zhǔn)確判斷或確定。,第10章實驗設(shè)計,第 15 頁,典型的社區(qū)干預(yù)試驗的實例之一是在社區(qū)人群的飲水中加入氟化物以觀察是否能夠降低人群的齲齒發(fā)生率的試驗。由于社區(qū)干預(yù)試驗中涉及人群數(shù)量多，人群結(jié)構(gòu)復(fù)雜，

12、不易控制處理因素及背景干擾因素，且難以對人群給予處理因素時進行隨機化分配，其試驗效果及效應(yīng)的確切性往往不易準(zhǔn)確判斷或確定。,第一節(jié) 實驗研究,第10章實驗設(shè)計,第 16 頁,第二節(jié) 實驗設(shè)計的基本要素,實驗設(shè)計有三個基本要素，即受試對象、處理因素和實驗效應(yīng)。三個基本要素是相互聯(lián)系的。 在實驗設(shè)計階段，研究人員應(yīng)根據(jù)實驗研究的目的，緊緊抓住這三個基本要素，并應(yīng)通盤考慮如何去合理有效地安排這三個基本要素。只有這樣，實驗設(shè)計才會有明確的

13、方向。實驗設(shè)計是實驗研究中最為重要和關(guān)鍵的第一步。必須給予高度重視。有些研究人員未能充分認(rèn)識到這第一步的重要性。經(jīng)常是先進行實驗研究工作，其后才考慮實驗設(shè)計問題。,第10章實驗設(shè)計,第 17 頁,一、受試對象受試對象（study subjects）是指在實驗研究中研究人員所要觀察的客體，即處理因素作用的對象。受試對象主要包括人、動物、微生物以及人或動物的試驗材料。如器官、組織、細(xì)胞、血液、尿液、糞便等。,第二節(jié) 實驗設(shè)計的基本要素

14、,第10章實驗設(shè)計,第 18 頁,選擇受試對象是根據(jù)科研課題的研究目的而確定的。選擇受試對象應(yīng)考慮下列幾點：①進行基礎(chǔ)性的醫(yī)學(xué)研究，多選擇動物及其材料作為受試對象，并可由此積累資料和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；②觀察臨床療效、臨床檢驗水平、診斷水平及社區(qū)干預(yù)試驗等，多選擇人體及其材料作為受試對象。一般常以病人為實驗組，健康人為對照組；也可選擇幾組不同類型的病人分別作為實驗組和對照組。,第10章實驗設(shè)計,第 19 頁,（一）  &

15、#160;   受試對象的基本條件受試對象應(yīng)具備下列基本條件。（1）敏感性：是指受試對象接受處理因素后，容易顯示實驗效應(yīng)。（2）特異性：是指受試對象接受處理因素后，只產(chǎn)生特定的實驗效應(yīng)。（3）穩(wěn)定性：是指受試對象產(chǎn)生的實驗效應(yīng)僅在特定范圍內(nèi)波動，且波動相對較小。（4）經(jīng)濟性：是指受試對象容易獲取且價格便宜。（5）可行性：是指受試對象便于施加處理因素及獲取標(biāo)本。（6）相似性：是指動物產(chǎn)生的實驗效應(yīng)盡可能與

16、人體近似。,第10章實驗設(shè)計,第 20 頁,（一）      常用受試對象的基本特征1。動物 醫(yī)學(xué)研究中的各個領(lǐng)域幾乎都要用到實驗動物。使用動物作為受試對象非常方便，安全性高，價格相對便宜，而且不涉及人類的醫(yī)德問題。研究中動物意外缺失可以據(jù)情予以補充。飼養(yǎng)、管理及觀察動物十分方便且容易做到。選擇動物一般要考慮動物的種類、種屬、品系、窩別、性別、年齡、體重、健康狀況、是否容易飼養(yǎng)和

17、存活，對施加的處理因素的反應(yīng)特征等方面。,第10章實驗設(shè)計,第 21 頁,（1）小白鼠及大白鼠 嚙齒類動物。主要用于進行毒理學(xué)研究?？梢匝芯扛鞣N有害毒物的急慢性毒性作用及“三致”作用，即毒物的致突變作用，致畸變作用及致癌作用。用此類動物進行實驗研究，其特點是價格低，易飼養(yǎng)，可以大量使用。但由于嚙齒類動物缺乏嘔吐反射，故凡是能引起嘔吐反射的化合物的毒性研究，一般不能使用此類動物。（2）兔 也屬于嚙齒類動物。用于化合物的毒性試驗研究。

18、尤其是經(jīng)皮膚接觸的毒作用試驗。也可用于胃腸道對外來化合物的吸收動力學(xué)研究。,第10章實驗設(shè)計,第 22 頁,（3）貓和狗 為非嚙齒類動物的典型代表?？捎糜诙纠韺W(xué)試驗研究，也可用于生理學(xué)研究。如進行血壓、睡眠等方面的研究。但貓與狗的價格較高，不適于大數(shù)量使用。（4）豬 其皮膚結(jié)構(gòu)與人體較近似，可用于各種毒物對皮膚的毒性作用研究。豬的軀體較大，價格較高，不便于大量使用。（5）其它 猴與靈長目類動物與人類較接近，但其價格昂貴，只用于

19、某些特殊研究。一般情況下不使用此類動物。,第10章實驗設(shè)計,第 23 頁,2。人體 以人體作為觀察對象，涉及的問題很多且較為復(fù)雜，一般應(yīng)考慮下列幾個方面：（1）一般條件 性別、年齡、民族、個人嗜好、生活習(xí)慣、居住地區(qū)等。（2）健康狀況 既往病史、家族成員病史、目前健康狀況，身體發(fā)育狀況等。（3）社會因素 職業(yè)、文化程度、經(jīng)濟條件、居住條件、家庭狀況、心理狀況、個性特征、病人及其家屬的合作態(tài)度等。,第10章實驗設(shè)計,第 24

20、 頁,（4）疾病因素 病種、病型、病期、病程、病情、診斷方法、診斷標(biāo)準(zhǔn)、試驗研究的時間期限等。（5）機體材料 標(biāo)本的獲取部位、獲取條件、新鮮程度、保存方法、培養(yǎng)條件、運輸及傳送方式等。 （6）外界環(huán)境因素 醫(yī)院規(guī)模、醫(yī)療水平、醫(yī)療設(shè)備、醫(yī)護人員的水平及素質(zhì)、病房的大小、病房中病人數(shù)量、病人距離醫(yī)院的遠(yuǎn)近，就診的方便程度等。,第10章實驗設(shè)計,第 25 頁,人體作為受試對象，常用于臨床治療方案的療效觀察研究以及某種疫苗在人群中預(yù)

21、防某種疾病的效果觀察等。在臨床治療工作中，每一位病人都可以作為一個觀察對象。但是，按照實驗設(shè)計的四個基本原則，如想在特定時期內(nèi)選擇幾組除處理因素不同以外，其它各方面條件都基本一致的病例，則是一件相當(dāng)困難的事情。,第10章實驗設(shè)計,第 26 頁,處理因素（study factor） 是指由研究人員施加于受試對象并能產(chǎn)生一定試驗效應(yīng)的因素。醫(yī)學(xué)科研中常用的處理因素主要有下列幾大類：1.物理因素 電、磁、光、聲、溫度、射線、微波、超聲波

22、等。2.化學(xué)因素 藥物、營養(yǎng)素、激素、毒物、各種有機和無機化合物等。3.生物因素 寄生蟲、真菌、細(xì)菌、病毒及其生物制品等。,第10章實驗設(shè)計,第 27 頁,處理因素 在實驗設(shè)計階段也要認(rèn)真考慮并仔細(xì)分析。尤其是處理因素的劑量及水平數(shù)應(yīng)該通過預(yù)試驗或據(jù)以往經(jīng)驗有一定的了解和把握。處理因素劑量過小，受試對象不產(chǎn)生反應(yīng)，達不到觀察試驗效應(yīng)的目的。如果劑量過大，則可能導(dǎo)致受試對象的強烈反應(yīng)乃至死亡。對動物進行毒理學(xué)研究時，處理因素

23、的劑量變化范圍較大，可以使動物不出現(xiàn)反應(yīng)，剛出現(xiàn)反應(yīng)，到動物出現(xiàn)較大反應(yīng)或死亡。對于臨床試驗，由于針對的是人體，控制處理因素的劑量范圍是非常重要的。其注意點是，應(yīng)在保證人體安全的前提下，將處理因素安全劑量范圍內(nèi)的不同劑量水平施加于人體，觀察機體的反應(yīng)及試驗效應(yīng)。,第10章實驗設(shè)計,第 28 頁,在實驗研究中，由于影響試驗結(jié)果的因素很多，有時則十分復(fù)雜。因此，在安排施加處理因素時，應(yīng)考慮下列幾個方面 。1。抓住實驗中的主要因素 任何一

24、項實驗研究都有其主要的方面或主要矛盾。 2。確定處理因素和非處理因素 實驗研究中應(yīng)根據(jù)研究目的確定處理因素和非處理因素。一般情況下，兩者的區(qū)別并不困難。 3。處理因素標(biāo)準(zhǔn)化 是指在進行同一個實驗研究時，施加于多個受試對象的處理因素是相同一致的。不能隨意加以改變。尤其是用于病人的藥物。,第10章實驗設(shè)計,第 29 頁,三、實驗效應(yīng)實驗效應(yīng)（experimental effect）是指處理因素施加于受試對象并經(jīng)過一定時間，受試對

25、象產(chǎn)生的各種反應(yīng)及表現(xiàn)。這些反應(yīng)可以是主觀的，也可以是客觀的。實驗效應(yīng)可以用各種各樣的具體指標(biāo)來表示。觀察實驗效應(yīng)，應(yīng)盡可能選擇客觀指標(biāo)以及容易檢測及分析的指標(biāo)。,第二節(jié) 實驗設(shè)計的基本要素,第10章實驗設(shè)計,第 30 頁,（一）觀察指標(biāo)的分類 觀察指標(biāo)按其性質(zhì)一般可以分為下列幾類：1.定量指標(biāo) 可以用具體的度量衡單位來表示的指標(biāo)。如人體的身高用厘米表示，體重用公斤表示，脈搏用每分鐘的次數(shù)來表示。計量指標(biāo)可以根

26、據(jù)具體指標(biāo)的要求，精確到小數(shù)點后面若干位。2.分類指標(biāo) 按受試對象的屬性或特征先分類，再計數(shù)各類的個數(shù)。用絕對數(shù)或相對數(shù)來表示。如某檢測指標(biāo)的結(jié)果可以用“是”或“否”，“陰性”或“陽性”來表示。,第10章實驗設(shè)計,第 31 頁,3.等級指標(biāo) 按試驗效應(yīng)的程度分為若干等級，并計數(shù)各等級的個數(shù)。該指標(biāo)介于定量及分類指標(biāo)之間。如用某治療方案治療病人，其觀察結(jié)果可以分為四個等級，即：無效，顯效，好轉(zhuǎn)，痊愈。這四個等級可以用一個或多個具體量

27、度指標(biāo)來確定。,第10章實驗設(shè)計,第 32 頁,(二）選擇觀察指標(biāo)的要求1.關(guān)聯(lián)性 是指觀察指標(biāo)與研究目的有著本質(zhì)而密切的聯(lián)系，能夠確切反映處理因素的試驗效應(yīng)。這些指標(biāo)可以通過查閱文獻或根據(jù)以往經(jīng)驗而獲得。2.客觀性 是指能夠借助各種檢測手段及方法所觀測記錄的指標(biāo)。如血壓，紅細(xì)胞數(shù)，心電圖，尿鉛含量等指標(biāo)。,第10章實驗設(shè)計,第 33 頁,3.精確性 精確性包括兩層含義。其一是準(zhǔn)確度，即指實際測量值與真值的接近程度。準(zhǔn)確度越高

28、，測量值越接近真值，誤差則越小。盡管真值往往未知，但準(zhǔn)確度越高，指標(biāo)的可靠性越高。其二是精密度，指在重復(fù)觀察及測量時，觀察值與其平均值的接近程度。精密度越高，說明重復(fù)的測量值越接近，檢測設(shè)備或手段的穩(wěn)定性越好。,第10章實驗設(shè)計,第 34 頁,4.穩(wěn)定性 是指觀察指標(biāo)變異度的大小。穩(wěn)定性高，則變異度小，指標(biāo)的代表性強，反之亦然。穩(wěn)定性一般可以用該指標(biāo)的變異系數(shù)來表示。如果變異系數(shù)不超過15%～20%，則該指標(biāo)的穩(wěn)定性較好。5.靈敏性

29、 是指各種檢測手段和方法能夠檢測出試驗效應(yīng)微小變化的能力。靈敏性越高，則檢測出試驗效應(yīng)微小變化的能力越強。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，檢測手段的靈敏性將會越來越高。,第10章實驗設(shè)計,第 35 頁,6.特異性 是指檢測指標(biāo)的排它性,是觀察指標(biāo)對某種特殊試驗效應(yīng)及結(jié)果的反映能力。特異性越強，觀察指標(biāo)反映某種試驗效應(yīng)的能力越強。特異性對診斷嚴(yán)重疾病的意義非常重要。如果某檢測指標(biāo)特異性強，則該指標(biāo)對確診和早期發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重疾病具有直接意義。如檢測指

30、標(biāo)甲胎蛋白對確診早期肝癌具有重要意義。,第10章實驗設(shè)計,第 36 頁,6.特異性 是指檢測指標(biāo)的排它性,是觀察指標(biāo)對某種特殊試驗效應(yīng)及結(jié)果的反映能力。特異性越強，觀察指標(biāo)反映某種試驗效應(yīng)的能力越強。特異性對診斷嚴(yán)重疾病的意義非常重要。如果某檢測指標(biāo)特異性強，則該指標(biāo)對確診和早期發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重疾病具有直接意義。如檢測指標(biāo)甲胎蛋白對確診早期肝癌具有重要意義。,第10章實驗設(shè)計,第 37 頁,（三）    

31、;消除心理偏性的方法心理偏性是指研究人員及受試對象由于各自的心理偏見而在觀察或描述試驗效應(yīng)時產(chǎn)生的誤差。如醫(yī)護人員容易認(rèn)為自己使用的治療方案要好于其他人的治療方案。病人則容易受醫(yī)院規(guī)模大小，醫(yī)療設(shè)備的先進程度，醫(yī)院醫(yī)療水平的高低，權(quán)威醫(yī)護人員或普通醫(yī)護人員治療等等方面的心理影響。這些影響可以導(dǎo)致病人主觀感覺的偏見。消除上述心理偏性的方法一般是使用盲法設(shè)計。,第10章實驗設(shè)計,第 38 頁,第三節(jié) 實驗設(shè)計的基本原則,實驗設(shè)計包括四項

32、基本原則，即隨機化的原則，對照的原則，重復(fù)的原則和均衡的原則。一、隨機化的原則1.概念及用途 隨機化（randomization）是指總體中的每一個個體都有均等的機會被抽取或被分配到實驗組及對照組中去。隨機化原則的核心是機會均等。使用隨機化方法可以消除在抽樣及分組過程中，由于研究人員對受試對象主觀意愿的選擇而造成試驗效應(yīng)的誤差。,第10章實驗設(shè)計,第 39 頁,2.隨機化的方法 隨機化的方法有多種。常用的有抽簽法，抓鬮法，隨機數(shù)

33、字法等。隨機數(shù)字法一般有隨機數(shù)字表和隨機排列表。普通函數(shù)型電子計算器也可以顯示隨機數(shù)字。隨機數(shù)字表中出現(xiàn)數(shù)字0－9的機會或概率是均等的。利用隨機數(shù)字分組的方法很多也很靈活。,第10章實驗設(shè)計,第 40 頁,對照（control）是指在實驗研究中使受試對象的處理因素和非處理因素的試驗效應(yīng)的差異有一個科學(xué)的對比。主要目的是為了排除對照組和實驗組中非處理因素對試驗效應(yīng)的影響或干擾作用，并使得實驗組和對照組具有可比性。對照的基本要求是，除處理因

34、素作有計劃的變化外，實驗組與對照組的其它條件盡量保持一致。,二、對照的原則,第10章實驗設(shè)計,第 41 頁,實驗研究中設(shè)置對照組是非常重要的。常用的對照方法有下列幾種。（一）空白對照 空白對照是指對照組不施加任何處理因素。常用于防疫系統(tǒng)疫苗接種效果的觀察與研究。注意：在動物實驗研究中，可以使用空白對照，而在針對人體的臨床試驗研究中，一般不能使用空白對照。對照組可以使用常規(guī)療法以保證病人的生命安全，而對危重病人則更要注意不能

35、使用空白對照。,第10章實驗設(shè)計,第 42 頁,（二）標(biāo)準(zhǔn)對照 標(biāo)準(zhǔn)對照是指以公認(rèn)或習(xí)慣的標(biāo)準(zhǔn)方法、標(biāo)準(zhǔn)值或正常值作為對照。這些對照值或標(biāo)準(zhǔn)值一般是多個地區(qū)多年累積的經(jīng)驗結(jié)果，具有參考價值和意義。實驗研究中一般不用標(biāo)準(zhǔn)值作對照，主要是某項實驗研究中的實驗條件難以與標(biāo)準(zhǔn)值的實驗條件相一致，不具備良好的可比性。臨床試驗研究中可以用常規(guī)療法或經(jīng)驗療法作為標(biāo)準(zhǔn)對照組。,第10章實驗設(shè)計,第 43 頁,（三）  

36、0;   實驗對照實驗對照是指對照組雖未施加處理因素，但卻施加了某種與處理因素有關(guān)的實驗因素。這是一種比較特殊的非處理因素。 例如，研究賴氨酸對促進兒童的生長發(fā)育作用，實驗組兒童的課間餐為加賴氨酸的面包，對照組為不加賴氨酸的面包，兩組兒童面包的數(shù)量是一致的。,第10章實驗設(shè)計,第 44 頁,（四）自身對照自身對照是指對照和實驗在同一個受試對象身上進行，只是在進行對照組和實驗組的觀察時，在時間上有前后順序的不同。

37、（五）  相互對照相互對照是指不專門設(shè)置對照組，而以各實驗組之間互為對照，比較各處理因素試驗效應(yīng)的相對大小及作用。,第10章實驗設(shè)計,第 45 頁,（六）      安慰劑對照安慰劑（placebo）是指一種無藥理作用的假藥，其與治療藥物在外觀、劑型等方面不能被受試對象所識別。安慰劑對照則是指將安慰劑施加于對照組的受試對象。安慰劑對照是一種特殊的空白對照，其目的

38、主要是排除病人或受試對象的心理偏見。人作為受試對象具有復(fù)雜的心理過程，極易受到各種外界因素的影響和干擾。,第10章實驗設(shè)計,第 46 頁,（七）   歷史對照歷史對照是指以過去或以往的研究結(jié)果作為對照。主要用于對難治或無法治愈的疾病的研究，如晚期惡性腫瘤，狂犬病等疾病。由于這些疾病難以治愈或無法治愈，這種累積下來的治療結(jié)果就成為歷史對照。例如，狂犬病一但發(fā)病，其治愈率幾乎為零，這是一個歷史的治療結(jié)果。

39、歷史對照一般不宜使用，應(yīng)用時應(yīng)特別注意資料的各種背景條件因素及其可比性。,第10章實驗設(shè)計,第 47 頁,三、重復(fù)的原則重復(fù)（replication）是指實驗組和對照組的受試對象應(yīng)具有一定的數(shù)量。重復(fù)表現(xiàn)為二個含義：其一是樣本含量的大?。黄涠峭辉囼炛貜?fù)次數(shù)的多少，兩者的本質(zhì)是相同的。按照抽樣誤差變化的規(guī)律，在抽樣中，隨著樣本含量的增大或重復(fù)次數(shù)的增加，抽樣誤差將逐漸減小。,第10章實驗設(shè)計,第 48 頁,如果研究總體中的所有個體，

40、其優(yōu)點是研究的指標(biāo)準(zhǔn)確可靠，沒有抽樣誤差，具有較高或很高的參考價值；缺點是耗費大量的人力、物力、財力和時間，一般情況下是不采用的。研究樣本的優(yōu)點是節(jié)省人力、物力、財力和時間；缺點是觀察指標(biāo)存在抽樣誤差，降低了指標(biāo)的準(zhǔn)確性和可靠性。如果未認(rèn)真進行實驗設(shè)計和考慮抽樣方法，則樣本指標(biāo)?？蓪?dǎo)致錯誤的結(jié)論。這也是在抽樣研究中要十分注意的問題。,第10章實驗設(shè)計,第 49 頁,四、均衡的原則均衡的原則也稱為齊同原則，是指對照組除處理因素與實驗組不

41、同外，其它各種條件及因素應(yīng)基本一致。這些條件及因素即指非處理因素或稱為背景因素。對照組與實驗組應(yīng)具有較好的均衡性，這樣才能保證各組之間具有較好的可比性，才能充分顯示出實驗組處理因素的效應(yīng)和作用，排除其它各種因素的干擾和影響。,第10章實驗設(shè)計,第 50 頁,第四節(jié) 樣本含量的估計,一、確定樣本含量的意義正確確定樣本含量是實驗設(shè)計中的一個重要部分，在估計樣本含量時，應(yīng)當(dāng)注意克服兩種傾向：1。某些研究工作者片面追求增大樣本例數(shù)，認(rèn)為樣

42、本例數(shù)越大越好，甚至提出“大量觀察”是確定樣本含量的一個重要原則，其結(jié)果導(dǎo)致人力、物力和時間上的浪費。,第10章實驗設(shè)計,第 51 頁,2. 確定總體標(biāo)準(zhǔn)差σ 由于總體標(biāo)準(zhǔn)σ差往往未知或不易獲得，一般可用預(yù)試驗的樣本標(biāo)準(zhǔn)差S來估計或代替。3. 確定第一類錯誤的概率α 也稱為檢驗水準(zhǔn)或顯著性水平，α越小，所需樣本例數(shù)越多。習(xí)慣上，檢驗水準(zhǔn)一般取α ＝0.05，并可根據(jù)專業(yè)要求決定取單側(cè)α或雙側(cè)α 。,第10章實驗設(shè)計,第

43、52 頁,4. 檢驗效能（1-β） 檢驗效能也稱為把握度，是指在特定水準(zhǔn)下，若總體間確實存在差異，則該次試驗?zāi)馨l(fā)現(xiàn)此差異的概率。其中的β為第二類錯誤。（1－β）越大，即把握度越高，所需樣本例數(shù)越多。通常取β＝0.1或β＝0.2，相應(yīng)的檢驗效能為0.9或0.8。一般檢驗效能不宜低于0.75，否則第二類錯誤增大，“存?zhèn)巍钡母怕试黾印?第10章實驗設(shè)計,第 53 頁,樣本含量估計的方法較多，有些公式較為復(fù)雜，計算繁瑣。最常用的幾種方法

44、有： 1。樣本均數(shù)與總體均數(shù)的比較 2。兩樣本均數(shù)的比較3。兩樣本率的比較 具體計算方法公式：略。,三、常用樣本含量估計方法,第10章實驗設(shè)計,第 54 頁,完全隨機設(shè)計（completely random design） 也稱為單因素設(shè)計，該設(shè)計只能分析一個處理因素的作用。處理因素可有2個或2個以上水平，每個水平代表一個分組。可用抽簽法、抓鬮法或隨機數(shù)字法等將受試對象隨機分配到各實驗組及對照組中。該設(shè)計的特點是，簡單方

45、便，應(yīng)用廣泛，容易進行統(tǒng)計分析；但只能分析一個因素的作用，效率相對較低。如果只有兩個分組時，可用t檢驗或單因素方差分析處理資料。如果組數(shù)大于等于3時，可用單因素方差分析處理資料。,一、完全隨機設(shè)計,第五節(jié) 常用實驗設(shè)計方法,第10章實驗設(shè)計,第 55 頁,該設(shè)計如果用于臨床試驗，也可稱為臨床試驗設(shè)計中的隨機對照試驗（randomized control trial）；如果其中采用了盲法設(shè)計，則又稱為隨機盲法對照試驗（randomize

46、d blind control trial）。注意，在受試對象分組前，應(yīng)使其非處理因素盡量達到均衡，然后再采用隨機方法對受試對象進行分組，這樣才能使得各組的可比性高，均衡性強。,第10章實驗設(shè)計,第 56 頁,例10.4 按單因素設(shè)計要求，將15只動物等量分為A、B、C三組。設(shè)計及分組步驟如下。（1）選取15只品系相同，性別相同，年齡相同或相近，體重相近的動物15只。（2）將15只動物任意編號為1～15號。,第10章實驗設(shè)計,第

47、 57 頁,表10-4 單因素設(shè)計動物分組方法,（3）查附表17，“隨機排列表”，預(yù)先規(guī)定：從該表第12行順序查抄1～15范圍內(nèi)的隨機數(shù)字15個，小于1及大于15的數(shù)字舍去。數(shù)字1～5歸入A組，6～10歸入B組，11～15歸入C組。（4）15只動物分組方法及結(jié)果，見表10-4。,第10章實驗設(shè)計,第 58 頁,配對設(shè)計（paired design）是將受試對象按一定條件配成對子，分別給予每對中的兩個受試對象以不同的處理。配對的條件

48、是影響實驗效應(yīng)的主要非處理因素。在這些非處理因素中，動物主要有：種屬，性別，年齡，體重，窩別等因素；人群主要有：種族，性別，年齡，體重，文化教育背景，生活背景，居住條件，勞動條件等。其中病人還應(yīng)考慮疾病類型，病情嚴(yán)重程度，診斷標(biāo)準(zhǔn)等方面。配對設(shè)計的目的是降低、減弱或消除兩個比較組的非處理因素的作用。,二、配對設(shè)計,第10章實驗設(shè)計,第 59 頁,該設(shè)計的特點是：可以節(jié)約樣本含量，增強組間均衡性，提高試驗效率，減輕人力、物力和財力負(fù)擔(dān)。在

49、臨床試驗中，配對設(shè)計應(yīng)用廣泛。醫(yī)學(xué)科研中常見的配對設(shè)計有下列幾種類型：（1）配對設(shè)計 將兩個條件相近的受試對象按1:1配成對子，然后對每對中的個體隨機分組，再施加處理因素觀察效應(yīng)。,第10章實驗設(shè)計,第 60 頁,（2）自身對照設(shè)計 臨床上常見情況是，把病人治療前與治療后的檢測指標(biāo)值作為一對數(shù)據(jù)。若干個病人的檢測值作為若干對數(shù)據(jù)。這種設(shè)計為配對設(shè)計中的一種。（3）同一標(biāo)本用兩種方法檢測 采集的同一份標(biāo)本或樣品如果用兩種方法進行

50、檢測，則得到一對數(shù)據(jù)。檢測一批樣品則得到若干對數(shù)據(jù)。此種設(shè)計也屬于配對設(shè)計。,第10章實驗設(shè)計,第 61 頁,交叉設(shè)計（cross-over design）是一種特殊的自身對照設(shè)計。它克服了由于施加于受試對象的處理因素在時間上的不同而導(dǎo)致的試驗效應(yīng)的偏差。（一）交叉設(shè)計的特點1.節(jié)約樣本含量，試驗效率高。2.可以均衡因施加處理因素的時間順序不同對試驗效應(yīng)的影響。3.每個受試對象均可接受A和B兩種處理因素。4.需用交叉設(shè)計的方差

51、分析方法處理數(shù)據(jù)，其計算稍嫌繁瑣。,三、交叉設(shè)計,第10章實驗設(shè)計,第 62 頁,例10.5 試將10對受試者隨機分入甲、乙兩處理組。先將受試者編號，如第一對第1受試者編為1.1，第2受試者編為1.2，余仿此。隨機指定附表17隨機排列表第2行，舍去10～19之間的數(shù)字，并規(guī)定單數(shù)取甲乙順序，雙數(shù)取乙甲順序。,表10-5 按配對設(shè)計的要求將10對病人進行分組,第10章實驗設(shè)計,第 63 頁,5.要求兩種處理因素不能相互影響。觀察時間不

52、能過長，處理效應(yīng)不能持續(xù)過久。6.臨床試驗設(shè)計中，不適合于急性病的療效觀察。由于急性病的病程較短，在試驗的第一階段該病可能已經(jīng)治愈，則在第二階段不可能再顯示出療效。7.該設(shè)計應(yīng)采用雙盲法設(shè)計較好，以避免試驗執(zhí)行者和病人的心理偏見。,第10章實驗設(shè)計,第 64 頁,（二）設(shè)計方法 1.先將條件相近的受試對象按1:1配成若干對子；2.用隨機方法將每對中的兩個個體分為兩組；3.決定兩個組中的哪個組的受試對象先用A處理因素，后用B處

53、理因素；另一組的受試對象則與此相反。例如，第一組先給A，第二組先給B；經(jīng)一定時間后，第一組再給B，第二組再給A。4.在試驗的不同時期即前后兩個階段，A與B兩種處理因素既同時使用又交叉使用。兩組中A結(jié)果與B結(jié)果之差即為試驗效應(yīng)。,第10章實驗設(shè)計,第 65 頁,例10.6 已配成對子的10對病人（共計20例），請將他們按交叉設(shè)計要求進行A、B兩種處理方式的隨機分配。分組方法及步驟如下。（1）將10對病人任意編為1～10號，再將每對

54、病人依次編號為1.1、1.2，2.1、2.2，…等。（2）查附表17隨機排列表。任意指定隨機排列表一行，比如從該表第9行，舍去10～20，將隨機數(shù)字列于表10-6中。若遇隨機數(shù)字的單數(shù)，則對子中的第1個病人先A后B，對子中的第2個病人先B后A。若遇雙數(shù)，則對子中的第1個病人先B后A，第2個病人先A后B。余類推。,第10章實驗設(shè)計,第 66 頁,表10-6 按交叉設(shè)計要求對10對病人進行分組,注意：所謂“先A后B”是指試驗開始的

55、第一階段，先對相應(yīng)病人使用A處理因素；在試驗的第二階段對該病人使用B處理因素?！跋菳后A”的意義與此相反。,第10章實驗設(shè)計,第 67 頁,隨機區(qū)組設(shè)計（randomized block design）也稱為配伍組設(shè)計或雙因素設(shè)計。它是1:1配對設(shè)計的擴大。該設(shè)計是將受試對象按配對條件先劃分成若干個區(qū)組或配伍組，再將每一區(qū)組中的各受試對象隨機分配到各個處理組中去。,四、隨機區(qū)組設(shè)計,第10章實驗設(shè)計,第 68 頁,①進一步提高了各區(qū)組

56、及處理組的均衡性及可比性；②可控制一般設(shè)計中的混雜性偏倚；③節(jié)約樣本含量，增強試驗效率；④可同時分析兩個處理因素的作用，且兩因素應(yīng)相互獨立，無交互作用；⑤每一區(qū)組中受試對象的個數(shù)即為處理組數(shù)，每一處理組中受試對象的個數(shù)即為區(qū)組數(shù)；⑥可用雙因素方差分析方法處理數(shù)據(jù)，計算較為繁瑣；⑦應(yīng)特別注意該設(shè)計中受試對象的區(qū)組分組方法和處理組分組方法，否則將影響到該設(shè)計的均衡性及試驗效率。,該設(shè)計的特點是：,第10章實驗設(shè)計,第 69 頁,例1

57、0.7 研究人員在進行科研時，要觀察2個因素的作用。欲用20只動物分為五個區(qū)組和四個處理組。試進行設(shè)計及分組。設(shè)計及分組方法和步驟如下：（1）該設(shè)計可采用隨機區(qū)組設(shè)計方案。分析的兩個因素的作用可分別列為區(qū)組因素和處理組因素。兩因素服從正態(tài)分布、方差齊性且相互獨立。 （2）取同一品系的動物20只。其中每一區(qū)組取同一窩出生的動物4只。五個區(qū)組即為五個不同窩別的動物。,第10章實驗設(shè)計,第 70 頁,（3）將每一區(qū)組的4只動物分別順序

58、編號為1～4號，5～8號，9～12號，13～16號，17～20號，接受A、B、C、D四種處理方式。（4）查附表17 隨機排列表，任意指定5行，如第9至第13行。每行只隨機取數(shù)1～4，其余數(shù)舍去。依次將隨機數(shù)字記錄于各配伍組的編號下，其隨機數(shù)字即為該動物應(yīng)分入的處理組，見表10-7。,第10章實驗設(shè)計,第 71 頁,表10-7 按隨機區(qū)組設(shè)計要求對20只動物進行分組,表10-8 20只動物的分組結(jié)果,第10章實驗設(shè)計,第 72

59、頁,拉丁方（Latin square ）是指用r個拉丁字母排成r行r列的方陣，使每行每列中的每個字母都只出現(xiàn)一次，此方陣叫r階拉丁方或r×r拉丁方。拉丁方設(shè)計（Latin square design）是利用拉丁方來安排并觀察分析三個處理因素試驗效應(yīng)的設(shè)計方法。拉丁方設(shè)計的基本要求是：①必須是三個因素的試驗，而且三個因素的水平數(shù)相等；②三個因素相互獨立，無交互作用；③三個因素試驗效應(yīng)的測量指標(biāo)服從正態(tài)分布且方差齊性。,五*、拉

60、丁方設(shè)計,第10章實驗設(shè)計,第 73 頁,拉丁方設(shè)計的基本特點是：①拉丁方設(shè)計分別用行間、列間和字母間表示三個因素及其不同水平；②拉丁方方陣可以進行隨機化，目的是打亂原字母排列的有序性。具體方法是，將整行的字母上下移動或?qū)⒄械淖帜缸笥乙苿?。?jīng)多次移動即可以打亂字母的順序性并達到字母排列的隨機化；③無論如何隨機化，方陣中每行每列每個字母仍只出現(xiàn)一次；④拉丁方設(shè)計均衡性強，試驗效率高，節(jié)省樣本含量，可用拉丁方設(shè)計的方差分析處理數(shù)據(jù)，但計算

61、較為繁瑣。,第10章實驗設(shè)計,第 74 頁,例10.8 將4×4拉丁方的有序字母隨機化。見表10-9。表10-9中，第（1）欄的拉丁方字母有順序，尚未隨機化。第（2）欄：將第（1）欄的第1行與第3行交換位置。第（3）欄：將第（2）欄的第1列與第3列交換位置。還可以繼續(xù)隨機化，直到滿意為止。,表10-9 拉丁方方陣的隨機化,第10章實驗設(shè)計,第 75 頁,六*、析因設(shè)計,(一)概念及特點析因設(shè)計（factorial d

62、esign）也稱為析因?qū)嶒灒╢actorial experiment），是一種多因素的交叉分組設(shè)計。它不僅可檢驗每個因素各水平間的差異，而且可檢驗各因素間的交互作用。交互作用 是指兩個或多個因素的作用相互影響，各因素間互不獨立，一個因素的水平有改變時，另一個或幾個因素的效應(yīng)也相應(yīng)有所改變。交互作用的結(jié)果是使總的試驗效應(yīng)增強或降低。,第10章實驗設(shè)計,第 76 頁,最簡單的析因設(shè)計為2×2（或22）析因設(shè)計。其意義為：試

63、驗中共有2個因素，每個因素各有兩個水平。再如，2×2×2（或23）析因設(shè)計，表示試驗中有三個因素，每個因素各有兩個水平。數(shù)字表達式中的指數(shù)表示因素個數(shù)，底數(shù)表示每個因素的水平數(shù)。析因設(shè)計的特點是：①可分析多個因素多個水平的試驗效應(yīng)，可以分析各因素的獨立作用及其各級交互作用；②節(jié)省樣本含量，試驗效率高；③設(shè)計時較為復(fù)雜，計算較為繁瑣?？捎梦鲆蛟O(shè)計的方差分析處理數(shù)據(jù)。當(dāng)因素個數(shù)較多時，計算量大，計算工作相當(dāng)繁瑣，對計

64、算結(jié)果的解釋也會變得十分錯綜復(fù)雜。,第10章實驗設(shè)計,第 77 頁,2×2析因?qū)嶒炞饔媚Ｊ?表10－10 2×2析因設(shè)計作用模式,第10章實驗設(shè)計,第 78 頁,（三）交互作用的類型,設(shè)實驗研究中有A、B、C、D四種因素，其交互作用的類型如下。（1）獨立作用： A、B、C、D，是四個因素各自的單獨作用。（2）一級交互作用： A×B，A×C，A×D，B×C，B

65、15;D，C×D，是任意兩個因素的共同作用。（3）二級交互作用： A×B×C，A×B×D，A×C×D，B×C×D，是任意三個因素的共同作用。（4）三級交互作用： A×B×C×D，是四個因素的共同作用。上述獨立作用與交互作用總共需進行15次試驗，目的在于得出各因素的最佳水平及其組合。隨著試驗因素的增加，交互作用

66、及試驗次數(shù)會急劇增加。當(dāng)試驗次數(shù)很多時，則宜采用正交試驗設(shè)計。,第10章實驗設(shè)計,第 79 頁,七*、正交試驗設(shè)計,(一)  概念及特點正交試驗設(shè)計（orthogonal experimental design）是一種高效的多因素試驗的設(shè)計方法。它利用一套規(guī)格化的正交表，合理地安排實驗，通過對實驗結(jié)果進行分析，獲得有用的信息。正交設(shè)計的特點是：①可分析三個及三個以上因素的作用及其交互作用。②用最少的試驗次數(shù)獲得更多的信息

67、。③可用方差分析處理正交設(shè)計的測量數(shù)據(jù)，但計算十分繁瑣。,第10章實驗設(shè)計,第 80 頁,（二）設(shè)計方法及步驟,正交實驗設(shè)計的步驟如下。（1）根據(jù)研究目的選擇因素及其水平數(shù)；（2）選擇正交表 正交表是已經(jīng)制好的統(tǒng)計用表，專供正交實驗設(shè)計使用。表格的類型表示符號為Ln(tk)。其中n 表示一套試驗所需受試對象的個數(shù)，t表示每個因素的水平數(shù)，k 表示可分析的因素數(shù)。例如，L8（27）的意義為：一套試驗需8個受試對象，每個因素有2個

68、水平，最多可分析7個因素的作用及其交互作用。選擇哪一種正交表取決于某項研究的因素數(shù)，各因素水平數(shù)及各因素間交互作用的項數(shù)。,第10章實驗設(shè)計,第 81 頁,（三）正交表應(yīng)用實例分析,例10.9 根據(jù)研究目的選擇一個L4（23）正交表，并對該正交表及其特點作出分析。,表10－11 L4（23）正交表,第10章實驗設(shè)計,第 82 頁,1.分析 該正交表L4（23）的意義為：每套試驗選擇4個受試對象，此處指表中試驗號。最多可安排3個試

69、驗因素，用列號表示。每因素有2個水平，水平1和水平2由表中數(shù)字1和數(shù)字2表示。在1號試驗中，第1，2，3列安排的3個因素均取水平1；第2號試驗中，第1，2，3列的因素則分別取1，2，2水平；余類推。,第10章實驗設(shè)計,第 83 頁,2．該正交表的特點(1)每列中出現(xiàn)水平1和水平2的次數(shù)相等。(2)對于任意兩列的同一橫行，由兩個數(shù)字構(gòu)成數(shù)據(jù)對。本例的數(shù)據(jù)對有：（1，1），（1，2），（2，1），（2，2）。在整個正交表中，上述四個不同