机能学实验设计与数据分析医学

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机能学实验设计与数据分析,第一节 实验设计的基本程序,概念,-,实验设计是通过学生自行设计实验，了解机能实验学研究的基本过程，使学生具有一定的实验研究能力。,(,培养创新、开拓型人才,),实验设计的意义,严谨,：控制影响因素和确保实验严谨可信；,经济,：能用比较经济的人力、物力和时间，得到较为可靠的结果；,误差,：准确地控制误差和估计误差的大小；,效率,：使多种实验因素包括在很少的实验之中，达到高效的目的。,良好的设计是顺利进行实验和处理结果的先决条件，也是使实验研究获得预期结果的重要保证。,研究,(,设计,),的类型,医学研究按照有无人为施加的干预,又分为实验性研究和观察性研究两大类型。,观察性研究,是以客观、真实的观察为依据,对观察结果进行描述和对比分析,;,实验性研究,是在排除其他因素影响的条件下,推论干预措施的因果效应。,这两类研究在研究设计和统计结果的解释上有很大不同,一定要认真区别,实验研究的基本程序,立题,(,选题,),-,文献检索,+,实践经验,:,难,!,设计,-,实验方法和步骤，三要素三原则,预实 验,-,苗头趋势，可行性，假说修正,正式实验,-,重复与深入,实验资料的收集与分析,论文撰写,第二节 实验设计三要素,实验对象,-,人或动物。注意动物的人代表性、经济性、品系及个体齐同性,(,年龄、体重、性别,),处理因素,-,对实验对象施加某种外部干预：复制疾病模型,(,探讨机理,),与实验治疗,(,观察药效,),。处理因素标准化，注意非处理因素,观察指标（实验效应）,-,特异性,(,本质,),，客观性,(,可检测,),，灵敏性,(,假阴性少,),，重现性,(,误差大小,),，精确性。体现实验的先进性和创新性的重要环节。,高血压病人,降压药,血压,第三节 实验设计三原则,对照原则,（有可比性）,-,使非处理因素尽量相同，通过对比发现特异变化：空白对照、实验对照、标准对照、自身对照、相互对照等。,重复原则,（保证实验再现性，估计误差，,保证结果可靠。计量资料每组样本数不少于,5,例，以,10-20,例为好，计数资料每组样本数不少于,30,例。,）,随机化原则,（实验顺序和分组机会均等，保证非处理因素均衡一致）,抽签法，随机数字表，随机排列表,对照的原则,对照的意义在于它可以使处理因素,(,治疗因素,),和非处理因素,(,气候、营养、休息、精神状态等,),的差异有一个科学的对比。,对照组除缺少一个处理因素外，其他条件应当与实验组完全一致或基本一致。,（,1,）,空白对照,-,对照组不施加任何处理因素。例如，观察某种疫苗预防某种传染病的效果，实验组的一批儿童接种该疫苗，对照组的一批儿童不接种该疫苗，也不接种任何其他制剂，处理因素完全空白。这种对照只有在处理因素很强，非处理因素很弱的情况下才可使用。,（,2,）,实验对照,-,对照组不施加处理因素，但施加某种实验因素。如观察赖氨酸对儿童发育的影响，实验组儿童的间食加赖氨酸的面包，对照组的间食为不加赖氨酸的面包。处理因素是赖氨酸，非处理因素的面包量两组是相同的。,（,3,）,标准对照,-,不设立专门的对照组，而是用现有标准值或正常值做对照。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。在临床研究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，切不可用降低标准组的办法使实验效应提高。,（,4,）,自身对照,-,对照与实验在同一受试者身上进行，如以用药前后作对比。,（,5,）,相互对照,-,各实验组间互为对照，如比较新药与旧药的疗效。,观察性研究要在主要的影响因素均衡可比的前提下选择对照组,1995,年,5,月,1,日,1 996,年,6,月,3 0,日,将,54,例在我院就诊住院分娩的有不良妊娠史妇女作为试验组,同期随机选取,54,例无不良妊娠史正常孕妇作为对照组。两组风疹病毒阳性率分别为,46.29%,和,1.85%,0.05),。研究结果,:,组血硒水平低于对照组,(,0.002),。,重复（,replication,）的原则,重复是消除非处理因素影响的又一重要手段。,重复程度表现为样本含量的大小和重复次数的多少。,样本含量越大或重复次数越多，则越能反映机遇变异的客观真实情况。但是，样本含量大大或实验次数太多，不仅会增加严格控制实验条件的困难，也会造成不必要的浪费。,在实验设计中，要对样本的大小作出科学估计，以满足数据处理的要求。,估计样本含量可以通过公式计算，也可通过查表,Sprague Dawley,种刚断奶大鼠,60,只,体重,46.50 4.3,雌雄各半,随机分为,对照组,(,饮用无离子水,),、,低剂量组,(,饮用含醋酸铅,18,/,无离子水,),、,高剂量组,(,饮用含醋酸铅,54,/,无离子水,),3,个月后,对各组分别取,6,只大鼠测脑铅和血铅浓度,(,试验,),8,只作电镜钙细胞化学,(,试验,),另,6,只断头处死做电镜硝酸镧示踪和,Golgi,染色,(,试验,),。,上述实例实际上是,三个试验。随机分组的方式可以有好几种。其中比较直接的方式,是雌雄分,2,组,每组,30,只。,30,只雄鼠随机等分为对照、低剂量染毒和高剂量染毒,3,个处理组,每组,10,只。每个处理组再随机分,实验组,例数分别为,3,3,4,。雌性鼠也用同样方式分组,结果,60,只大鼠,从总量上看似乎不少,但实际上最后要分,9,组,每组仅,6,8,只。,小样本试验的危害是不能灵敏地发现处理间存在的差别。所以当总的试验例数有限时,要明确主要研究目的,不能追求试验的规模。最好是在试验前,对所需的样本数作出正确估算,以免因,“,无统计学意义,”,埋没了原本存在的组间差别。,随机化,（,randomization,）,原则,在实验研究中，受试对象的,分组,及施于受试对象的,实验顺序,等都应随机化，这是保证实验中非处理因素均衡一致的又一重要手段。同时也是资料处理时，进行统计推断的前提。,随机数字表，常用于抽样研究及对患者、标本、实验动物等的分组随机化。表内数字互相独立，无论从横行、纵列或斜向等各种顺序均呈随机状态。使用时可从任何一个数字开始，接任何一个顺序录用。,某煤矿矿工中有,180,名,早,期矽肺及,10,名晚期矽肺病人。为比较这两组对象的血清铜蓝蛋白含量，试从,早,期矽肺者中随机抽,10,例与晚期矽肺病人作比较。,病例号分段,1,18 19,一,36 37,54,163-180,查随机数字,76 71 61,57,以,18,除后余数,4 17 7,13,抽取病例号,4 35 43,175,第四节 实验设计大纲,题目,实验动物选择与分组,动物处理,：,麻醉固定、给药时间、剂量、途径等,观察指标：,样本采集量、时间、仪器,实验方法与路线,数据收集与分析,论文撰写,(,可行性分析,),第二部分：实验数据收集与分析,数据收集的意义,实验研究中，主要研究结论大多以实验数据的分析结果作为重要、而且是必要的论据。,恰当、充分可靠的数据分析则是建立在完整的、准确的实验数据基础之上的。只有高质量的数据，才谈得上高质量的实验研究。,保证实验数据的,完整性,和,准确性,是对实验研究的最根本要求也是研究人员应该遵循的一个基本原则。,实验数据的完整性和准确性,数据的完整性,-,系指按照设计要求,收集,所有的实验数据。实验数据的缺失，应尽可能地补充,;,对于不可补救的实验（或因实验材料短缺，或因资金不足等），应科学地处理缺失数据。数据完整性的另一方面系指应将所有实验数据用于,分析,过程，不能因某些数据与研究者预期的结果有较大差距而随意剔除，或不引入分析过程。,数据的准确性,-,系指实验数据的记录应准确无误。一方面，应避免数据收集过程中出现任何过失,误差,，如点错小数点，抄错数字弄错度量衡单位，换算错误等。另一方面，应杜绝研究者根据个人意愿对数据做任何篡改或,杜撰,。,实验数据的度量,实验数据的度量方式因度量精度不同而异。,数据的度量精度分为,4,个等级，按由低到高顺序依次为,定性度量,（,nominal scale,）、,等级度量,（,ordinal scale,）、,等差区间度量,（,interval scale,）,等比例度量,（,ratio scale,）。,一、定性度量,定性度量,-,最低级形式，系指将研究对象按某种属件进行归类记录。,例如：细菌培养结果：阳性和阴性，人类的,4,种血型：,A,、,B,、,AB,、,O,型,计数资料,-,定性度量所获得的数据资料经整理后称为,（,将观察单位按某种属性或类别分组，所得各组的观察单位数）。例如将,295,名急、慢性白血病患者的血型记录归类整理成表,4-1,的计数资料形式,。,表,4,1 295,名白血病患者的血型分布,分 组 血 型 合 计,O A B AB,急性组,5958,49,18184,慢性组,3343,27,8,111,合 计,92101,76,26295,定性度量有如下特点：,（,1,）,数据分类相互排斥,即每一测试对象只可能属于某一个类别，如一个人只可能为,4,种血型中的某一种血型。,（,2,）,数据分类无逻辑顺序,。,如,4,种血型并不存在任何优先顺序。,二、等级度量,等级度量,-,系指将研究对象按某种属性的等级进行归类记录。,例如，检查肝功能的麝香草酚浊度实验将结果划分为,-,、,+,、,+,、,+,等不同等级；出院病人的转归划分为治愈、好转、无效、死亡等不同等级等。,等级资料,-,等级度量所获得的数据资料经整理后称为,（,将观察单位按某种属性的不同程度分组，所得各组的观察单位数,）,。,例如，临床上两种疗法治疗肺部恶性肿瘤的疗效记录整理成表,4-2,的等级资料形式。,表,4,2,两种疗法治疗肺部恶性肿瘤的近期疗效,疗 效 疗 法 合 计,热放化组 热放组,显 效,4 913,有 效,1 7 8,无 效,0 1,1,合 计,5 17,22,等级度量有以下特点：,（,1,）数据分类相互排斥。,（,2,）数据分类有一定的逻辑顺序。,（,3,）数据的分类等级具有定量含义。,如麝香草酚浊度实验记录结果,“,+,”,比,“,+,”,意味着肝功能的损害程度更严重。,三、等差区间度量,度量的第三个水平是,等差区间度量,，它除了具有等级度量的全部特点外，还具有等标度差等量的特性。,例如在温度测量方面，,39,与,38,之差和,37,与,36,之差是相同的，均为,1,。,对于该度量形式，,0,只是标尺上的一个点而已，并不具有起始的含义或其他特殊含义。,四、等比例度量,等比例度量,-,度量的最高级形式，它除了具有等级度量的全部特点及等标度差等量的特性外，还有等标度比等量的特性。,例如，体重,100kg,与,50 kg,之差和,75 kg,与,25kg,之差是相同的，均为,50kg,。与此同时，我们还可以说,100kg,比,50kg,重,1,倍。但如果说等差区间度量中,20,比,10,热,1,倍就不合适。,该度量形式的另一个特性是，,0,为一个特殊的数值，意味着无，意味着起始点（如,0kg,）。相对而言，等差区间度量中,0,则无此特性。,实验数据的记录,为保证获取高质量的数据，有必要规范实验数据的记录方法。,一则可以保持记录数据的整洁和有序，便于日后的数据分析与整理存档；,二则有利于数据的核查与监察，保证数据的真实性。,实验数据的记录应包括：,（,1,）,实验对象编号,：,（,2,）,实验分组,：随机化处理,（,3,）,观察指标,：描述观察对象的一些基本特征，如性别、年龄、体重等，以及表达实验的效应。,（,4,）,记录时间,：一则反映实验的全过程；再则可为分,析某些可疑的实验结果提供参考线索。原则上，每个实,验数据都应有相应的时间记录。,（,5,）,记录人和审核人,：每页应有记录人和审核人的签名，对所记录实验数据的真实性和完整性负责。,实验数据质量的评价,实验数据的质量直接影响到研究结果的科学性和可靠性。,数据质量有两