医学统计学第3章实验设计

设计类型、估算样本含量、选定统计分析指标和方法等。
根据研究者是否人为地设置处理因素，即是否给予干预
措施，可将医学研究分为调查研究和实验研究两大类。
1. 调查研究
又称观察性研究或非实验性研究，确切地说应是非随机
化对比研究。它对研究对象不施加任何干预措施，是在 完全“自然状态”下对研究对象的特征进行观察、记录， 并对观察结果进行描述和对比分析。
依照因素与水平的不同，可产生四类实验：
单因素单水平实验，如研究教育干预法预防小儿单纯性
肥胖的效果； 单因素多水平实验，如研究不同含氟制剂的防龋效果； 多因素单水平实验，如比较不同治疗方案对椎间盘突出 的治疗效果； 多因素多水平实验，如研究多种药物不同剂量的联合治 疗对消化溃疡的疗效。
与处理因素相对应并同时存在的是非处理因素。某些非
性。
三、实验效应
实验效应是处理因素作用下，受试对象的反应或结局，
它通过观察指标来体现。 选择观察指标时，应当注意以下几点：
1. 客观性
观察指标有主观指标和客观指标之分，主观指标是指被
观察者的主观感受、记忆、陈述或观察者的主观判断结 果；而客观指标则是借助测量仪器或实验室检查等手段 获得的结果。 在临床试验中，主观指标易受观察者和被观察者心理因
组的研究对象数量出现较大差异。应用随机化排列可避 免这种现象。（中医药统计学与软件应用：附表17）
1. 完全随机化 完全随机化就是直接对受试对象进行随机化 分组，分组后各组受试对象的例数不一定相 等。其具体步骤如下： (1) 编号 将n个受试对象按一定顺序编号，如动物可
对照形式有多种，常有以下几种： 1. 安慰剂对照 安慰剂或称伪药物，是一种无药理作用的制剂，不含试 验药物的有效成分，但其外观如剂型、大小、颜色、重
量、气味及口味等都与试验药物一样，不能为受试对象
所识别。
安慰剂对照的目的在于克服研究者、受试对象等由心理 因素导致的偏倚。 安慰剂对照还可消除疾病自然进程的影响，分离出试验 药物所引起的真正效应。 安慰剂的使用需慎重，应以不损害患者健康为前提，适 用于研究的疾病尚无有效药物治疗或使用安慰剂后对该 疾病病情、临床过程、预后无影响或不利影响小的情况，
二、随机化原则 随机化是采用随机的方式，使每个受试对象都有同等的
机会被抽取或分配到试验组和对照组。
随机化使大量难以控制的非处理因素在试验组和对照组
中的影响相当，并归于实验误差之中。
随机化应贯穿于实验研究全过程，在受试对象的抽样、 分组以及实验实施过程中均应遵循随机化原则，随机体 现在如下三个方面：
实验因素。
如研究膳食中强化铁预防缺铁性贫血的试验中，实验组
儿童食用强化铁酱油烹饪的饭菜，对照组为普通酱油。
这里酱油是与处理因素有关的实验因素，两组除是否强 化铁外，其他条件一致，这样才能显示和分析酱油中铁
的作用。
4. 标准对照 用现有的标准方法或常规方法作为对照。
标准对照在临床试验中用得较多，因为很多情况下不给
侧耳朵的对称部位采用针尖斜面向左进针法。
又如，研究某减肥茶的效果，以服用前的体重作为对照。 但严格地说，这一设计使用的不是同期对照，若实验前 后某些环境因素或自身因素发生了变化，并且可以影响 实验结果，这种对照就难以说明问题。 因此，在实验中常常需要另外设立一个平行的对照，用 实验组与对照组前后效应的差值来进行比极。
处理因素可干扰所研究因素与实验效应间关系的观察与
分析，又称混杂因素。 如研究某治疗方法对鼻咽癌的疗效，若对照组与实验组 鼻咽癌患者的临床分期不同，则鼻咽癌的分期会干扰该 治疗方法的治疗效果分析，成为一个混杂因素。
1. 分清处理因素和非处理因素
处理因素通常取决于研究者，是根据研究目的确定的，
对受试对象主动施加的外界干预，如对实验动物给药、 不给药及按不同剂量给药等。 非处理因素通常取决于受试对象本身，主要指不能人为 改变的，可能对实验结果有影响的因素，如实验动物的
受试对象、处理因素和实验效应是实验设计的三个基本
因素。实验设计的目的就是要阐明某种或某些处理因素
对受试对象产生的效应。
例如：研究某降血糖药物对II型糖尿病患者的降血糖效 果，其中II型糖尿病患者为受试对象，该降血糖药物为 处理因素，血糖的变化为实验效应。
一、受试对象
受试对象是处理因素作用的客体，应根据研究目的而确
但空白对照可用于以下情况： 一是由于处理手段非常特殊，安慰剂盲法试验无法执行，
或执行起来非常困难，如实验组为放射治疗或手术治疗
等； 二是试验药物的不良反应非常特殊，以至于无法使研究 者处于盲态，这时使用安慰剂对照意义不大，不如采用 空白对照。
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
第三章
实验设计
良好的设计是顺利进行科学研究和数据统计分析的前提, 也是获得预期结果的重要保证。 设计包括专业设计和统计设计两部分。 专业设计是从专业角度考虑实验的科学安排，它包括选 题、建立假设、确定研究对象和技术方法等。 统计设计则是从统计学的角度考虑设计的科学性，使研 究结果具有较好的可靠性和重现性。统计设计是对资料 的搜集、整理和分析过程总的设想和安排，它包括确定
性别、体重或患者的年龄、病情轻重等。
在确定处理因素的同时，还需根据专业知识和实验条件，
找出重要的非处理因素。
2. 处理因素应当标准化
在试验过程中同一处理因素应始终保持不变，包括处理
因素的施加方法、强度、频率过滤和持续时间等。 如在临床试验中，药物的性质、成分、批号、剂型、剂 量、使用方法等应完全相同，手术或其他操作的熟练程 度都应当自始至终保持恒定，否则将会影响结果的稳定
一般与盲法结合使用。
2. 空白对照 即对照组不接受任何处理，在动物实验和实验室方法研
究中最常用，常用于评价测量方法的准确度，评价实验
是否处于正常状态。 例如，在实验室中设置空白管并同时测定，以检测本底 值。 在临床试验中，空白对照虽简单易行，但涉及伦理方面 的问题，且实施过程中容易引起实验组与伦理组在心理 上的差异，从而影响结果的可靠性，因此较少使用。
① 随机抽样 每个符合条件的受试对象被抽中的机会相等，即总体中
每个个体都有相同的机会被抽到样本中来，它保证了所
得样本有代表性。
② 随机分配 每个受试对象被分配到各组的机会相等。它保证了大量
难以控制的非处理因素在对比组间尽可能均衡，以提高
组间的可比性。
③ 试验顺序随机 每个受试对象先后接受处理的机会相等，它使实验顺序
则可灵敏地反应出处理因素的效应。 指标的特异度反映其鉴别真阴性的能力，特异度高的指 标不易受混杂因素的干扰。
总之，所确定的指标应当灵敏而准确地反映处理因素的
效应，经对观察指标的分析，能够较为圆满地回答研究
假设所提出的问题。 此外，指标的观察应避免带有偏性或偏倚，如研究者的 心理常偏向于阳性结果，医生常偏向于新疗法组，而患 者则对新疗法持怀疑态度等。为消除或最大限度减少这
患者任何治疗是不道德的。
另外，在实验室中常用于某种新检验方法是否能代替传
统方法的研究。
5. 自身对照 对照与实验在同一受试对象身上进行，如身体对称部位
或实验前后两阶段分别接受不同的实验因素，一个为对
照，一个为实验，比较其差异。自身对照简单易行，使 用广泛。 例如：研究不同进针法的静脉穿刺对血管组织的损伤， 对大白兔一侧耳缘静脉采用针尖斜面向上进针法，另一
保健操，不进行健康教育。观察一段时间后，比较两组
小学生视力下降发生情况。
实验研究的优点为： 不但能较好地控制重要的非处理因素(即混杂因素)的影 响，使比较组间具有均衡性和可比性，还能将多种实验 因素包括在较少次数的试验中，达到高效的目的。 缺点为：小样本不能保证非处理因素对各组的影响相同。
第一节 实验设计的基本要素
3. 灵敏性与特异性
指标的灵敏度反映其检出真阳性的能力，灵敏度高的指
标能将处理因素的效应更好地显示出来。 例如，研究某药治疗缺铁性贫血的效果，既可选用临床 症状、体征，也可选用血红蛋白含量作为观察指标，但 这些观察指标只有在缺铁比较明显的情况下才有较大变
动，所以不够灵敏。而选用血清铁蛋白作为观察指标，
种偏性，在设计时常采用盲法。
第二节 实验设计的基本原则
在实验设计时，为更好地控制非处理因素对结果的影响，
以较少的受试对象取得较为可靠的信息，达到经济高效
的目的，必须遵循对照、随机化和重复的原则。
一、对照原则 在确定处理因素的试验组时，应同时设立对照组。只有
设立了对照才能较好地控制非处理因素对实验结果的影
可向下或向上，亦可向左或向右。
伪随机数是由计算机产生的介于0-1之间的均匀分布的数
字，若要得到0-99之间的随机数，将每个数乘以100， 取整数即可。 随机排列表 适用于分组排列等的随机化，用法比随机数 字表更为简便。当样本含量较少时，应用随机数字表往
往会遇到奇数和偶数出现机会不等的现象，致使分到各
例如：欲了解农村地区的卫生服务需求情况，随机抽取
部分农户询问患病与就医情况。居民的患病或就医不是
由研究者所确定的，也不是随机确定的，而是根据农户 自身的实际情况确定的，研究者只是被动的观察实际情
况。Biblioteka 2. 实验研究 又称干预性研究，是对研究对象人为给予干预措施的研 究。 例如：在关于健康教育能否预防小学生近视的研究中， 将小学生随机分为实验组和对照组，对实验组的小学生 给予有关近视的健康教育，对照组则只是每天做一次眼
定。 根据受试对象不同，实验可以分为三类： ① 动物实验 其受试对象为动物，也可以是器官、细胞 或血清等生物材料； ② 临床试验 其受试对象通常为患者； ③ 现场试验 其受试对象通常为人群。
医学研究一般需要先进行动物实验，在确定无害的条件
下再进行临床试验。
选择受试对象应有明确的纳入标准和排除标准以保证受 试对象的同质性。 首先，受试对象应满足两个基本条件： 一是对处理因素敏感；二是反应比较稳定。 例如，研究某药物对高血压的治疗效果，常选用I、II期 高血压患者作为受试对象，因为III期高血压患者对药物 不够敏感。 为使研究结果具有普遍性和推广价值，需保证受试对象
响，从而将处理因素的效应显示与分离出来，将效应归 因于处理因素。不设立对照往往会误将非处理因素产生 的效应当成处理效应，从而得出错误的结论。 例如，研究某药物对上呼吸道感染的疗效，由于上呼吸
道感染患者有自愈的倾向，如果没有设立对照，即使该
药物没有效果或者疗效甚微，也可能得到疗效较好的结 论。
设立对照应遵循均衡性原则。均衡是指在设立对照时除 给予的处理因素不同外，对照组和试验组的其他重要的、 可控制的非处理因素应保持一致。 在整个实验过程中，对照组和试验组应始终处于同时同 地，即应设立同期对照或平行对照。尽量不要用以往的 研究资料作为历史对照。
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。但在现代医学愈来愈重视主观指标 的应用，如进行生存质量分析时，采用公认的量表来测 量某些主观感受，反应处理效应的变化。
2. 精确性
包括准确度和精密度两层含义。
准确度指观察值与真值的接近程度，主要受系统误差的
影响。
精密度指相同条件下对同一对象的同一指标进行重复观 察时，观察值与其均数的接近程度，其差值受随机误差 的影响。 观察指标应当既准确有精密。
的同质性和代表性。
动物的选择应注意种属、品系、年龄、性别、体重、窝 别和营养状况等。 临床试验的受试对象大多数是患者，应选择诊断明确、 依从性好的病例，并应注意年龄、性别、病情和病程等。 预防医学现场试验的受试对象大多数是正常人，应注意 年龄、性别、民族、职业、文化程度和经济状况等。
二、处理因素 处理因素是根据研究目的而施加的特定的实验措施，又 称受试因素。 如给予某种降糖药。 当处理因素为单个时，称为单因素；处理因素为多个时， 称为多因素。每个因素在量或强度上可有不同，这种量 或强度的不同就称为水平。
的影响也达到均衡。
在实验设计中常通过随机数来实现随机化。 获得随机数的常用方法有三种：随机数字表、计算机的 伪随机数发生器与随机排列表。 随机数字表（李晓松附表1）常用于抽样研究及随机分 组。表内随机数字互相独立，无论横行、纵列或斜向等 各种顺序均是随机的。使用时可从任一个数字开始，可
查单行、单列，双行、双列，也可以多行、多列，方向