研究生班医学统计学2011-实验设计

处理组： 处理因素+非处理因素 对照组： 对比 -） 非处理因素
处理因素
实验效应+非实验效应 非实验效应 实验效应
含义：对照是随机选取一组或几组同质的研究 对象，分别接受与实验组不同的处理，以比较 对照组与实验组之间的差异，说明研究因素的 效应大小。
对照（Control）
• 在生物科学实验中，影响实验结果的因素很 多，有些因素是可以控制的，有些则难以控 制，为解决多因素及难以控制因素的影响， 实验中设立对照组，用对照组和实验组间的 比较来鉴别处理因素与非处理因素的差异， 消除各种非处理因素和无关因素的影响，以 便充分显示处理因素的作用，并使实验结果 误差得到尽可能地缩小。
– 它可以是外部的因素，如物理的、化学的、生 物的、社会的因素等，也可以是研究对象自身 具有的，如年龄、性别、遗传等。
选择处理因素应遵循以下基本原则：• 处理 Nhomakorabea素必须标准化
– 研究因素施加于研究对象，其成分、形式、施 加强度、时间、方法、环境条件和施加人员等 必须固定。 – 如何保证处理因素在整个实验过程中始终如一， 保持不变，如在进行药物疗效的试验观察中， 在整个试验过程中，所使用药物的生产厂家、 批号、药品标准等必须一致。所以，在实验设 计时，必须制定处理因素标准化的具体措施和 方法。
研究效应(experimental effect)
• 又称实验效应或效应指标，是研究因素作 用于研究对象后呈现的反应，或在研究因 素存在下研究对象受到的影响； • 效应的具体表现形式是指标，通过观察指 标表达，定量或定性地反映实验效应。
研究效应(experimental effect)(2)
• 选择指标的要求：
研究对象(study object)
• 研究对象必须具备
– 反应性（敏感性）和稳定性：指研究对象接受 研究因素后能做出有效反应，并且这种反应的 走向反应趋向一致。 – 同质性：所选的研究对象的种属、生物学特性 及其他条件均衡一致。 – 依从性：研究对象接受研究因素的合作程度。 临床研究的高依从性是建立在患者自愿、诊断 正确、研究因素有效、无严重毒副作用的基础 上，并与病情轻重、患病时间、患者的心理状 态、医务人员的服务质量以及环境条件等有密 切关系。
选择观察指标的基本原则
• 精密度(precision)：重复观察时观察值与其均值的 接近程度，受随机误差的影响； • 灵敏性(sensitivity)：表示指标检出真阳性的能力， 可减少假阴性率，如血红蛋白含量和血清铁蛋白 均为反映贫血的指标，但灵敏度不同。 • 特异性(specificity)：表示指标检出真阴性的能力， 减少假阳性率，如碱性磷酸酶和甲胚蛋白均为反 映原发性肝癌的指标。 • 先进性：要选择高、精尖、新的指标。
• 决定重复性的关键是样本含量，故常将重 复性简化为“样本含量”。
样本含量的估计
• 影响样本含量的因素
– 第一类错误的概率，α； – 第二类错误的概率，β，或检验效能1- β； – 容许误差，δ； – 观察资料的变异度，σ；
假设检验中常用的几 种样本含量估计方法
1. 样本均数与总体均数 （或配对设计的均数）的比较
• 只有通过随机化分组，才能避免由于各种客观因 素与主观因素可能引起的偏性，减少系统误差， 并可使其产生的总效应归于总的实验随机误差中。 此外，随机化也是对资料进行统计推断的前提， 只有满足随机化原则的资料才能应用各种统计分 析方法。
随机化（Randomization）
• 所谓随机，就是每一个受试对象都有同等 的机会被抽中或被分配到任何一个组中去， 抽中或分组的结果不受人为因素的干扰和 影响。
– 要反映研究目的和内容； – 指标分为主要指标和次要指标，主要指标是反 映研究的核心问题，必须齐全，一个不可少； 次要指标是辅助说明问题的，可依其价值大小 选取； – 标准化：指标的采集方法、部位、时间、保存、 运输、测定方法和测定条件等方面应固定化； – 指标应具备：客观性、准确性、精确性、特异 性或关联性、灵敏性、重复性、可行性、先进 性。
动物 编号
随机 68 数 序号 分组 结果 处理 3 C 丙
均衡性
• 含义：
– 在实验中，受试对象除了观察的某种被试因素 不同外，其他一切条件尽可能与对照组相同或 相近。
• 均衡的意义：
– 以消除非被试因素对试验效应的影响。
重复（Replication）
• 广义地讲，重复包括：整个实验的重复、 用多个实验单位进行重复、同一实验单位 的重复观察。
研究生班医学统计学2011
实验设计
实验性研究
• 实验（Experiment）指由研究者主动地决定给予 部分实验对象某种处理，给予另一部分对象某种 对照处理的研究设计形式，这种处理的分配常常 是随机的。 • 用随机化分组来平衡混杂因素对实验结果的影响。 • 常用的研究方法有：基础实验研究、临床试验研 究、现场试验研究
随机化的实施（方法）
• 随机≠随便
• 随机化的方法有多种，最简单的如抽签。 但在实验设计中广泛应用随机数字表和随 机排列表。
完全随机化
例
动物 1 编号
•设大鼠15只，编为1~15号，请利用随机数字表， 随机化分为3组。
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
55 45 70 8 B 5 A 12 C
对照的基本形式
• 安慰剂对照(placebo control)：对照组采 用一种无药理作用的物质,可以称它为“假 药”，但其剂型或处置上不能为受试者识 别,称之为安慰剂。目的消除病人心理作用。
随机化（Randomization）
• 在在实验过程中，许多非处理因素在设计时研究 者并不完全知道，即抵消未知干扰因素的影响， 保证实验组和对照组之间的均衡性，主要手段是 随机化。
u
u 有单侧和双侧之分， 只取单侧值。
例
• 某医师试验某种升白细胞药的疗效，先以9例低白 细胞病人做预试验，结果计算出用药前后白细胞 差值的标准差为2.5千个/mm3(或×109/L)，现要做 正式临床试验，且要求白细胞平均上升1千个 /mm3(或×109/L)才算该药有临床实际有效，问要 多少病人进行正式临床试验？
对照的基本形式
• 自身对照：对照与实验在同一受试者身上 进行，如用药前后作为对比。一般情况下 还要求设立平行对照组。
对照的基本形式
• 配对对照：把研究对象条件相同的两个配 成一对，分别给以不同的处理因素，对比 两者之间的不同效应。 • 配对对照常用于动物实验，临床试验也可 采用，但严格地说，很难找到相同或十分 相似的对子。
解：本例δ＝1，σ＝2.5，单侧α＝0.05, 单侧β＝0.1，先以γ＝∞查t界值表, 得u0.05＝ 1.645， u0.10＝1.282，代入上述公式：
2.两样本均数比较
对照的基本形式
• 实验对照：对照组不施加干预，但施加某 种与处理因素有关的实验因素。
• 例如，观察赖氨酸对儿童发育的影响，实 验组儿童课间加食含赖氨酸的面包，对照 组儿童课间加食不含赖氨酸的面包。处理 因素是赖氨酸，非处理因素的面包量两组 是相同的。
对照的基本形式
• 标准对照：对照组的干预采用标准方法和常规方 法。 • 例如，在临床试验某种新药或治疗方法中，对照 组患者采用目前疗效确定的某种药物或治疗方法， 试验组患者采用某种新药或治疗方法，前者就是 标准对照。 • 以某疗法为标准对照组时，应注意标准组必须是 代表当时水平的疗法，切不可用降低标准组的方 法使实验效应提高。但实验研究一般不用标准对 照，因为实验条件不一致，常常影响对比效果。
对照的基本形式
• 空白对照：对照组不施加干预，即对照组 的处理因素为“空白”。 • 例如，在某种可疑致癌物的动物诱癌实验 中，设立与实验组动物种属、窝别、性别、 体重相同或相近的动物空白对照组，以排 除动物本身可能自发肿瘤的影响。观察维 生素A预防肺癌的作用，试验组的石棉矿工 每天口服一定剂量的VA，对照组的石棉矿 工不服VA，比较两组工人肺癌发生率。 • 空白对照主要用于无损伤、无刺激的实验 研究。
随机 88 56 53 27 59 33 35 72 67 47 77 34 数字
秩次 15 9 R 分组 C 结果 B 7 B 1 A 10 2 B A 4 A 13 11 C C 6 B 14 3 C A
例
区组 号
将15只大白鼠，按窝别、体重、性别，分层5 层，每层3只，请按随机化方法分组
1 1 2 35 2 B 乙 3 26 1 A 甲 4 00 1 A 甲 2 5 99 3 C 丙 6 53 2 B 乙 7 93 3 C 丙 3 8 61 2 B 乙 9 28 1 A 甲 10 52 2 B 乙 4 11 70 3 C 丙 12 05 1 A 甲 13 48 2 B 乙 5 14 34 1 A 甲 15 56 3 C 丙
实验设计（Experimental design）
• 是通过对象的选择、处理因素的合理分配、 结果指标的准确测量和恰当的资料分析来 提高组与组间非处理因素的一致性，使实 验结果有较好的可比性，并且较好地控制 误差，用较小的样本获取可靠的结论。
实验性研究的一般特征(1)
• 对研究对象进行干预 • 在干预前，研究对象是同一群体 • 实验性研究的三个要素 研究对象 研究（处理）因素（何种干预） 效应指标（干预的评价指标）
对照的基本形式
• 相互对照：不专门设立对照组，而是两个 或几个实验组相互对照。
• 例如，用莫雷西嗪治疗冠心病、高血压、 心肌病和失调症引起的室性早搏时，设立 冠心病组、高血压组、心肌病组和失调症 组四个治疗组，相互比较它们的疗效。
对照的基本形式
• 潜在对照：不设立专门的对照组，而是以 过去研究结果作为对照，又称历史对照。 • 例如，断指再植第一次成功的报告。 • 除了公认的难治性疾病如恶性肿瘤、狂犬 病等的少数疾病外，一般不宜使用这种对 照。用时要特别注意资料的可比性。