第二章 实验设计

② 处理因素应标准化。 所谓处理因素必须标准化是指在整个实验中作 用的受试对象上的处理因素要保持不变，始终
如一。 保证结果的准确性和稳定性 例 在实验过程中实验药物的批号、剂量应当一 致，手术和操作的熟练程度也都应从始到终保 持恒定。
三、实验效应
实验效应是处理因素作用在受试对象上所产
生的反应，是研究结果的最终体现，是实验研究
统计设计
绝经期妇女
设计类型：完全随机设计
样本含量的估计： n=60 n=60 统计分析指标： 有效率
实验组 对照组
1
2
P1(有效率)
P2(有效率)
统计分析方法：卡方检验
n1=30
n2=30
第一节
实验设计的基本要素
实验设计的基本要素包括：处理因素、受试
对象（实验单位）和实验效应。
实验性研究的目的就是阐明某种或某些处理
思考：完全随机化的缺点
2、分层随机化
① 配伍（或配对）：将受试对象按条件相同或
相近配成区组（或配成对）
② 编号：分别对每个区组（每对）中的受试对象编号 ③ 取随机数字：从随机数字表中的任意一行任意 一列开始，依次读取随机数字，每个受试对象可取 两位随机数字
④ 排序：对每个区组内的随机数字从小到大 编序号，若遇到数字相同的按出现的先后顺 序编号。 ⑤ 确定组别：依据每个区组内各受试对象获得 的随机数字的序号决定受试对象在哪个组。
研究者和受试对象心理因素的影响，具有随意性
和偶然性，而客观指标具有较好的真实性和可靠
性。 选用客观性较强的指标 最好选用易于量化，即经过仪器测量和检验而获 得的指标。 随着现代医学的发展，主观指标收到重视和应用 -生存质量
利用药物和手术治疗虽然可以使疾病得以控制，但如果由 此导致患者的生活受限或带来不良的影响的话，绝对不是 一值得高兴的事情。所以，应该从包括患者的生活方面和
例1
低盐饮食
降压药
对象
血压下降
血压下降
例2 研究综合防治高血压病的效果，处理因素为药物治疗 加体育锻炼及单纯药物治疗。合理调配饮食结构和其他的 辅助治疗措施也能缓解症状，有助于康复，但这并不是本 次研究的处理因素。研究者应采取各种措施，尽可能使某 些非处理因素在所比较的各组中基本相同，以便充分显示 处理因素的作用。
因素对受试对象产生的效应。
实验设计的关键：如何选择三个基本要素。 其他
处理
对象
效应 其他效应
一、受试对象subject （实验单位experiment Unit）
受试对象是处理因素作用的客体，是接受处理因
素的基本单位，也称实验对象。根据研究目的不同，
实验单位可以是人、动物和植物，也可以是某个组
织、器官、细胞、亚细胞或血清等生物材料。
二、随机化原则
遵循随机化是采用随机的方式，使每个受试对
象都有同等的机会被抽取或分到不同的实验组和
对照组。
可使样本的代表性较强，提高组间的均衡性，
控制非处理因素。 随机化是对资料进行统计推断的前提，各种 统计分析方法只有在资料满足随机化原则下才能 使用。
随机化原则是指做到： ① 随机抽样：从总体中随机抽取部分观察单位时， 总体中的每个观察单位被抽到的可能性一样。
5。标准对照：用现有方法或常规方法，或者现有 标准值或参考值作为对照。 6.相互对照：不专门设立对照，各实验组间互为对照 （研究目的比较疗效差别）。 7.潜在对照（历史对照）:由于不同期，缺乏可比，因 此仅适用公认难治疾病（恶性肿瘤，艾滋病等）。
设立对照时应注意两个问题： 1. 同期对照（concurrent control）: 在整个实验过程中，对照组和实验 组应始终处于同时同地 2. 基线（baseline）比较:对照组设立 后，应检验（运用适当的假设检验 方法）两组开始时的状态是否均衡。
的核心内容。实验效应主要通过观察指标(变量)
显示出来。为使实验效应真实地、充分的显示出
来，在选择观察指标时应选择客观性强、灵敏性
和特异性高、精确性高的指标。
1。客观性：指标包括主观指标和客观指标，主 观指标是受试对象的主观感觉、记忆、陈述或实 验者的主观判断结果；客观指标是借助测量仪器
和检验手段获得的观测结果。一般主观指标易受
素，是人为施加的干预。在一次实验中处理因素
不宜太多，否则会使分组及所需样本容量增多，
实验难于控制。
在实验研究中还有一些其他的会影响实验结
果的因素（非处理因素-与处理因素相对应并同
时存在，也能使受试对象产生效应的因素，又称
混杂因素。），对于这些因素要能够正确区分，
并要严格控制非处理因素，否则会影响实验结果。
实验效应的观察如果带有偏性，会影响结果的 比较和分析，所以为消除或最大限度的减少这种 偏性，常在设计时采用盲法设计。
单盲：受试对象
双盲：受试对象和实验执行者
三盲：受试对象、实验执行者和统计分析人员
第二节
实验设计的基本原则
实验设计的主要作用是减小误差，提高效率。因此在设计 时必须遵循对照（control）、随机化(randomization)和 重复(replication)的原则。
2
39 0 7 86 2 12
4
70 1 9 77 2 14
5
99 0 10 65 2 15
随机数字 余数 小鼠编号 随机数字 序号 小鼠编号
随机数字
序号
15
0
33
0
59
2
05
2
28
1
规定：余数为0的进甲组，1进乙组，2进丙组
甲组：1，2，5，6，11，12；乙组：3，4，8，15；
丙组：7，9，10，13，14
地，即设立同期对照，尽量不要设历时对照或用其他
研究的资料作为对照。
训练 趋光速度 第一代 训练 趋光速度 趋光速度逐代增加 第二代 训练 趋光速度 第三代
由于训练获得的 遗传效应
Crew、Agar等人 第一代 训练
趋光速度
实验组
第二代
训练
趋光速度
趋光速度逐代增加
第三代
训练
趋光速度
这种遗传效应不是通过训 练获得的，而是多年健康 情况变化所致
3。特异性和灵敏性：特异性是指该指标鉴别出真
阴性的能力，特异度高的指标能较好的揭示处理
因素的作用，不易受混杂因素的干扰，可以减少
假阳性率；灵敏性是指该指标检测出真阳性的能
力，灵敏度高的指标对外界的反应灵敏，能将处
理因素的效应更好的显示出来，减少假阴性率。
选择指标时应选择特异性和灵敏性均较高的。
（4）指标观察时采用盲法
因素可能影响实验结果时应设立实验对照，以保
证组间的均衡性。
例 赖氨酸添加实验
其他 A+B 对象1 其他效应 处理组 对照组 A+B效应
B
其他 对象2 其他效应 B效应
4。自身对照：对照与实验在同一受试对象身上。 注意： 前后对照不是同期对照。 在实验中同样需要另外设立一个对照组，用处理 前后效应的差值来比较实验组与对照组。
② 随机分配：样本中的每个观察单位进哪个处理组
的机会均等。 ③ 实验顺序的随机：每个受试对象先后接受处理的 机会相等。
1。完全随机化
① 编号：将n个受试对象编号。 ② 取随机数字：从随机数字表中的任意一行任意 一列开始，依次读取随机数字，每次读取的随机
数字可以是一位数，也可是二位数或三位数，一
般要求与n的位数相同。
（3）受试对象在选择上应有统一的标准。 如动物要种系、品系、窝别、性别、体重、年龄和 营养状况等尽量一致；临床试验选择时应诊断明确、
依从性好，还应注意病人的病情、病程、性别、年
龄、生活条件、生活环境等。现场试验受试对象应
考虑其性别、年龄、民族、职业、文化程度、经济
பைடு நூலகம்条件等方面。
因为这些条件可能会影响试验结果，必须控制一致
人生充实感等各个方面总体地、客观地对患者的生存质量
进行评价。这就是生存质量（ QOL ）所代表的意义。 关于健康状态的问题包括： ○1是否感到心悸、气短？
○2是否出现食欲不振？
对于每一个问题都设定了“经常发生”、“偶尔发生”和 “从未发生”3个答案。
2。精确性：精确性包括准确度和精密度两层含 义。准确度指观测值与真实值的接近程度，主要 受系统误差的影响；精密度指重复观察时，观测 值与其均数的接近程度，其差值属于随机误差。 选择时首先要保证有较高的准确度，然后要 求有一定的精密度。
第一代
趋光速度
对照组
第二代
趋光速度
趋光速度逐代增加
第三代
趋光速度
对照的形式
1、安慰剂对照：安慰剂是一种无药理作用的“假 药”，其外观上与试验药物一致，不会被受试对
象识别。
设臵安慰剂对照目的在于克服研究者、受试对
象、评价者等由于心理因素所形成的偏倚。此外
安慰剂对照还可以消除疾病自然进程的影响，从
而真正显示试验药物的作用大小。
③ 确定组别：依据每个受试对象获得的随机 数字决定受试对象在哪个组。分两组可按照
随机数字的奇偶决定，分k组可按照随机数
字除以k后的余数决定
例：将15只小鼠随机分为3组。
小鼠编号
从随机数 字表的第9 行第1列开 始，依次 读取2位作 为一个随 机数字
p832
3
25 1 8 52 1 13
1
15 0 6 93 0 11
上或强度上的不同就成为水平（level）
分类： （ 1）单因素单水平（某药的降压作用） 编号 1 2 … 10 血压（收缩压） 110 134 … 125
（2）单因素多水平（某药降血糖作用）
A药 1mg 1.5 1.3 2.5 2.5mg 3.3 5.4 3.6 3mg 4.2 5.6 6.4
（3）多因素单水平（ 不同药物的治疗效果） A药 B药
根据实验单位的不同，实验分为： 动物实验：动物 临床实验：病人
现场实验：自然人群
医学科研中受试对象的要求：
（1）对处理因素敏感
（2）反映稳定
如观察某药物对高血压的疗效，高血压临床分为3期， 其中，I期患者血压波动较大，III期高血压患者对药 物不够敏感，II期患者对药物敏感，且血压波动范围 小，较稳定。因此宜选II期高血压患者作为受试对象。
二、处理因素
根据研究目的确定的欲施加或欲观察的、并能引起受
试对象直接或间接效应的因素。
主动施加（脂健乳） 处理因素 客观存在（母乳喂养与人工喂养） 处理因素包括物理因素、化学因素和生物因素。 根据因素的多少，实验分为单因素实验和多因素实验。
因素与水平 水平：每个因素在数量上或强度上可有不同，这种数量
3.5 2.5 … 4.2
4.6 7.6 … 5.1
（ 4）多因素多水平（肿瘤的联合疗法） B 药
A 药
0.5mg 3.3 3.5 3.2 1.5mg 4.2 3.5 4.0
1.5mg
5.4
2.0 mg 5.6 4.9
5.6
6.1 6.0
① 明确处理因素和非处理因素
处理因素一般是根据研究目的确定的主要因
2。空白对照：对照组不接受任何处理因素。 空白对照可以用于以下两种不适用于安慰剂对
照的情况：
(1)处理手段特殊，安慰剂对照无法执行，或执
行困难
(2)试验药物的不良反应特殊，无法使受试对象
处于盲法状态
3。实验对照：对照组不施加处理因素，但施加某
种与处理因素有关的实验因素。
当处理因素的施加需要伴随其他因素，而这些
实验性研究是指研究者根据研究目的人为地对实
验单位设置干预措施，按照对照、重复、随机化的基
本原则控制非干预措施的影响，通过对实验结果的分
析，评价干预措施的效果。
良好的实验设计是顺利进行科学研究的和数据统计
分析的先决条件，也是获得预期结果的重要保证。
实验研究不同于调查研究，第一，在实验研究中
的处理因素是人为施加的干预；第二，实验研究中受
实验设计
（design of experiment，DOE）
统计工作的一般步骤 设计-----收集资料-----整理资料-----分析资料
影响因
设计
受试对 一处理 机化而
能否人为地设置处理因素
能 否
实验研究设计
案例 脂健乳是否有降血脂作用
观察性研究设计（调查研究设计）
案例 母乳喂养与人工喂养 儿童的生长发育情况
一、对照原则
所谓对照原则就是要设立对照组。设立对照组的
目的就是要消除非处理因素对实验结果的影响，从而
使实验效应充分显示出来。
在设立对照时，应满足均衡性，即除了处理因素外
的所有可能的影响实验效应的非处理因素都保持与实 验组一致。所以在设立对照后应对各组的基线情况进 行比较，检验各组开始时的状态是否均衡。 整个实验过程中对照组和实验组应始终处于同时同
试对象接受何种处理是随机分配的。
专业设计：从专业的角度考虑实验的科学 安排（选题、建立假说、确定 研究对象、技术方法） 实验设计 统计设计：从统计学的角度考虑设计的科 学性和逻辑性（设计类型、样 本含量的估计、统计分析指标 和统计分析方法）
案例 专业设计 研究目的：口服某种药物预防绝经期妇女骨 质疏松症（选题） 口服该药延缓绝经期妇女骨质疏松症是否有 效？（建立假说） 研究对象：绝经期妇女 技术方法：药物的口服方法等。