实验设计概述

实验设计概述实验设计概述山东大学学公卫学院 科研设计的质量直接影响着实验结果的准确性、可靠性、严密性和代表性，是实验数据的前提，决定着科学研究的成败。一个完整的科研设计包括专业设计和统计设计。二者相互结合，缺一不可。u专业设计专业设计：指研究者对专业知识的把握能力，直接影响着实验的深度和水平。u统计设计统计设计：指研究者对统计知识的正确应用，直接影响着科学实验的质量。统计设计的任务是从研究的部署、实施、直到研究结果的解释，进行系统的安排，要做到以最少的人力和物力来获得可靠的结论与信息。根据搜集资料的方法，可将科学研究分为两大类：根据搜集资料的方法，可将科学研究分为两大类：研究者只是：研究者只是“被动被动”地观察客观实际情况，地观察客观实际情况，不对研究对象施加任何干预措施。不对研究对象施加任何干预措施。-：研究者给研究对象人为地施加干预因素，：研究者给研究对象人为地施加干预因素，然后观察这种干预因素产生的效应。然后观察这种干预因素产生的效应。-实验设计概述实验设计概述p实验设计是科研计划的具体实施方案，是进行实验和统计分析的依据，是科学研究顺利进行以达到预期目标的重要保障。p一个科学合理的实验设计应该包括：根据研究目的研究目的确定研究内容研究内容、技术路线技术路线和研究方法研究方法，特别是如何用较少的人力、物力、财力和时间，最大限度地减少误差来进行实验、获得可靠的结果。一、实验研究的特点及分类：一、实验研究的特点及分类：1、实验研究的特点实验研究的特点：（1）处理因素是研究者人为设置的；（2）受试对象接受何种处理因素或水平是由随机分配而定的，因此各组的非处理因素均衡性好，组间具有可比性。（3）能使多个实验因素包含在较少次数的实验中，能有效地控制误差。一、实验研究的特点及分类：一、实验研究的特点及分类：2、实验研究的分类、实验研究的分类：(1)实验室研究（experiment in laboratory）(2)临床试验（clinical trial）(3)社区干预试验(community intervening trial)实验研究的分类实验研究的分类(1)实验室研究实验室研究(experiment in laboratory)：以实验动物或某些标本为实验对象，容易随机化，研究者可以主动地施加任何干预措施。通常为一些探索性研究，例如毒物的致畸、致癌、致突变实验，一些药理实验等。实验研究的分类实验研究的分类p（2）临床试验（）临床试验（clinical trial）：以临床上的病人为实验对象。研究者在选择研究对象和施加干预措施时应特别注意要符合医学伦理学的要求，一般局限于对病人身心无损的实验，目的多为研究某种药物或某项疗法的疗效，且。另外，由于人具有自然属性和社会属性，其心理状态和依从性会影响实验结果，故在设计时，应严格控制误差和偏倚。实验研究的分类实验研究的分类(3)社区干预试验（社区干预试验（community intervening trial）：以社区中的健康人群为研究对象，目的往往是观察某项保护性措施对疾病的防治效果。由于社区干预试验难以对研究对象进行良好的随机分配，因此又称半实验研究（quasi-experiment）。p例如，观察肾综合征出血热疫苗对肾综合征出血热的预防作用。二、实验设计的基本原则：二、实验设计的基本原则：p对照(control)的原则p随机化(randomization)原则p重复(replication)的原则p均衡(homogeneity)的原则p医学实验的目的是能够得到处理因素处理因素(treatment,T)的实验效应实验效应(effect,E)，即TE。但在实验中，不可能是单纯的处理因素在起作用，非处理因素(S)也会起作用，即T+Se+s。如何得到T产生的效应e，就要有一个实验设计，设计的主要手段是通过设立对照组对S加以控制和抵销，从而显示出处理因素的作用。对照的原则对照的原则常用的对照形式常用的对照形式p空白对照p实验对照p标准对照p自身对照p配对对照p相互对照p历史对照p安慰剂对照对照的原则对照的形式1、空白对照：是指对照组不给以任何处理。例：为了解某疫苗效果，选两个发病率与人口构成和风俗习惯都接近的地区，一组接种疫苗(实验组)，一组不接种疫苗也不采取任何干预措施(空白对照组)，观察两地发病率的变化情况。临床试验中较少用。示意图示意图 试验组：T+S1 e+s1|对照组：0+S2 0+s2 -T e 对照的原则对照的形式2、实验对照：不给对照组施加处理因素，但施加某种实验因素，即对照组采用与实验组相同的操作程序但不含处理因素。例如：观察赖氨酸对儿童生长发育的影响，给实验组的儿童课间加餐含赖氨酸的面包，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，实验因素“面包量”是非处理因素，两组的非处理因素是相同的。对照的原则对照的形式 3、标准对照：不设立专门的对照组，而是用现有的标准值或正常值做对照。在临床试验中常以某疗法为标准对照组，这种对照应注意标准组必须是代表当时水平的疗法，切忌以降低标准组效应的方法使实验组效应提高。对照的原则对照的形式4、自身对照：对照和实验在同一批受试者身上进行，例如用药前后。这种对照具有了控制受试者间误差的特点，但对照和处理的效应指标是在不同时间测定的，因而引入了“时间”这一因子，所以一般情况下还要设立平行对照或采用交叉设计。对照的原则对照的形式5、配对对照：将受试对象按非处理因素条件相同或相近者配对，然后采用随机分组的方法将它们分别置于实验组和对照组中去。这将减少样本间的个体误差，使两种处理存在的差别更好地显示出来。对照的原则对照的形式6、相互对照：不专门设置对照组，而是2 个或几个实验组间相互对照。例如，用莫雷西嗪治疗室性早搏，设立冠心病组、高血压病组和心肌病组，比较该药对由这三种疾病引起的室性早搏的疗效。示意图示意图：试验组：试验组：T1+S1 e1+s1|对照组：对照组：T2+S2 e2+s2 -T1-T2 e1-e2 比较e1与e2孰优孰劣。对照的原则对照的形式7、历史对照：以本人过去的研究或他人的研究结果与本次研究结果作对照。例如：第一只克隆羊的诞生，第一例非体外循环条件下的冠状动脉搭桥术成功的报告，都能得到承认。历史对照仅适用于非处理因素影响较小的少数疾病，常规实验一般不宜使用，若用时，必须考虑资料间的可比性。对照的原则对照的形式8、安慰剂对照：实验组用某一种药物，对照组则采用一种无药理作用的安慰剂(placebo)，它们在外观上不能为受试者所识别。使用安慰剂有助于避免对照组与试验组病人不同的心理作用的影响，但使用时必须遵守医德，并且通常要采用盲法(单盲、双盲、三盲)。p所谓随机化所谓随机化(randomization)，就是每一个受试对象都有同等的机会被分配到任何一组中，分组的结果不受人为因素的干扰和影响。实验设计中必须遵循随机化的原则，这是保证各组受试对象的非处理因素均衡一致的重要手段。p随机分配的方法随机分配的方法：抽签、随机数字表、随机排列表。p所谓重复(replication)，是指在实验中，每一个处理组要通过足够数量的受试对象(即足够的样本含量)，才能排除非处理因素和偶然因素的影响。是消除非处理因素影响的又一重要手段，同时也消除偶然因素的影响。p正确估计观察例数的原则：在保证研究结果具有一定的代表性和可靠性的基础上所需要的最少例数。重复的原则决定样本含量的参数重复的原则决定样本含量的参数p1.检验水准:越小,所需的样本量越大;p2.检验效能(1-):1-越大,样本量越大;p3.总体中研究指标的变异程度:越大,所需样本量越大；p4.组间总体参数的差值或容许误差:越小,所需样本量越大。（四）均衡的原则（四）均衡的原则 所谓均衡，就是各组的受试对象除接受的处理因素不同外，其他影响试验效应的非处理因素要基本相同。只有在均衡的条件下，各组才具有可比性例如，例如，有人在研究耐力训练与提高战士体质的关系时，设计了如下试验：以血乳酸为主要观察指标；从连队和机关中各随机抽取了年龄相近的20名战士。其中，20名连队战士为试验组（按训练方案进行耐力训练），20名机关战士为对照组（进行日常活动），4周后，观察两组战士在定量运动前后的血乳酸的变化情况。该设计有无问题？该设计有无问题？该设计具有严重的缺陷：虽设立了对照组，但试验组和对照组的非处理因该设计具有严重的缺陷：虽设立了对照组，但试验组和对照组的非处理因素不均衡素不均衡。三、实验设计的基本要素三、实验设计的基本要素 p处理因素 p受试对象p实验效应例如：用某种降压药物降压药物治疗高血压患者高血压患者，观察其 处理因素处理因素 受试对象受试对象血压下降血压下降的情况。实验效应实验效应(一一)处理因素处理因素(study factor,treatment)v所谓处理因素，就是指在试验中研究者希望着重考察的某些试验条件或给受试对象施加的外部干预措施。v实验中影响实验结果的因素有很多，在一次实验中，研究者不可能也不必要对所有影响因素都进行研究，因此，在实验设计中，常常将处理因素以外的影响因素称为非处理因素。实验设计中，确定处理因素时需注意以下几点：实验设计中，确定处理因素时需注意以下几点：p1、明确处理因素和非处理因素；p2、抓住实验中的主要因素；p3、处理因素必须标准化。（二）（二）受试对象受试对象(subjects)：医学研究的受试对象有人和动物1 1、实验动物的选择、实验动物的选择：不同实验内容和实验目的有不同的要求，实验中应明确其种属、品系、月龄、生理状态、性别、体重、窝别等。具体方法参见“实验动物学”。2 2、人的选择、人的选择：病人：应注意病例的来源、诊断标准、纳入标准、排除标准，另外，病人的依从性要好。健康人：明确健康的概念，排除有某些特定疾病的人。具体参见“临床试验设计”。（三）实验效应（三）实验效应(effect of the treatment)：p指受试对象接受处理因素后的反应，是研究结果的最终体现，也是实验研究的核心内容。p应具体化为观察指标，通过观察指标定量或定性地反映实验效应。研究者应当对所研究的问题有全面的了解，避免设计时遗漏重要的观察指标。选择效应指标的基本原则：选择效应指标的基本原则：客观性客观性：尽可能地选用客观指标。关联性关联性：即指标应与研究目的有本质的联系，可通过查阅文献、预备实验或理论分析而定。精确性精确性：包括准确度和精确度。准确度准确度是指观察值与真值的接近程度，反映系统误差；精确度精确度是指重复观察时，观察值与平均值的接近程度，反映随机测量误差。选择指标时应在保证准确度的在保证准确度的同时兼顾精确度同时兼顾精确度。灵敏性灵敏性：尽量选择高灵敏度的指标和测量方法。特异性特异性：为了更好地揭示研究问题的本质，观察指标还应具备一定的特异性。例如，诊断糖尿病时，血糖比尿糖的特异性高。