第七章試驗設計

第七章試驗設計第1頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月內容提要

一、研究設計的重要性

二、研究設計的基本類型三、研究設計的基本要素四、實驗設計的基本原則第2頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月一、研究設計的重要性

專業(yè)設計：選題、查閱文獻、假說、預試驗統(tǒng)計設計：研究對象（分組、設置對照、樣本含量）、處理因素、觀察指標、數(shù)據(jù)的質量控制與管理、統(tǒng)計分析方法設計好：（1）既省又可靠（2）可估計和控制誤差（3）獲取多方面知識設計不好：（1）雜亂無章、雖多猶無 （2）只能羅列現(xiàn)象、無規(guī)律可言第3頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月試驗計劃書1封面2國內外研究動態(tài)3試驗目的4預期結果5試驗設計的選擇6試驗方法的確定7試驗記錄表第4頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月二、研究設計的基本類型

1.實驗(Experiment)研究(干預)

受試對象：人——臨床試驗（clinicaltrial）

動物——動物實驗（animalexperiment

）臨床試驗：治療——臨床療效實驗

預防——社區(qū)干預實驗（communityinterventiontrial）2.調查(Survey)研究(無干預)被動地觀察、如實記錄

第5頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月兩種研究類型的區(qū)別與聯(lián)系第6頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月三、研究設計的基本要素

（一）處理因素(treatmentfactor)（二）受試對象(subject)（三）實驗效應(experimentaleffect)降壓藥高血壓病人血壓值處理因素受試對象實驗效應其他因素其他效應第7頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月確定處理因素的注意事項:

（1）抓住實驗中的主要因素

（2）明確處理因素和非處理因素（3）處理因素須標準化處理因素在整個試驗過程中保持不變例如，不同時期的藥物批號，手術操作者熟練程度。（一）處理因素(treatmentfactor)第8頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）受試對象(subject)例：人、動物1.受試對象的選入標準明確規(guī)定受試對象選入標準（eligibilitycriteria）：納入標準（inclusioncriteria）、排除標準（exclusioncriteria）

2.受試對象的控制（1）受試對象的一致性人——年齡、性別、病情、病程等動物——種系、年齡、性別、體重等（2）受試對象影響因素的控制季節(jié)、溫度、濕度、生活環(huán)境、嗜好、試驗輔助措施等。第9頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）實驗效應(experimentaleffect)處理因素作用于受試對象的結果，通過觀察指標表達。觀察指標應客觀、精確。

1.客觀性：主觀指標和客觀指標。

2.精確性：

準確度(accuracy)或真實性(validity)——觀察值與真實值的接近程度，受系統(tǒng)誤差的影響。

常用指標：靈敏度、特異度

精密度(precision)或可靠性（reliabiliy）或重復性（repeatability）——重復觀察時觀察值與其均值的接近程度，受隨機誤差的影響。

常用指標：Kappa值、一致百分率第10頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月準確度與精密度第11頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月四、實驗設計的基本原則（一）隨機化原則（randomization）（二）對照原則(control)（三）重復原則(replication)第12頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）隨機化原則隨機分組：每個受試對象以機會均等的原則被隨機地分配到各個處理組中。隨機抽樣：總體中每一個觀察單位以機會均等的可能性被抽取。1.隨機化的意義

（1）隨機分組使兩組樣本在非處理因素方面盡可能一致，使處理因素產生的效應更加客觀；（2）隨機抽樣使抽取的樣本具有代表（總體）性，減少誤差；（3）抽樣研究理論和統(tǒng)計分析方法的需要。第13頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月隨機與隨意隨機：random機會均等，客觀性隨意：aswill隨主觀意愿，主觀性隨機化分組，不僅能控制已知的混雜因素(非研究因素)，而且還能控制未知的混雜因素。第14頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月隨機的三個含義分組隨機－均衡性每個研究對象有同等機會被分配到各處理組抽樣隨機－代表性總體中每個觀察個體有同等機會被抽取實驗順序隨機－平衡順序或季節(jié)的影響每個研究對象先后接受處理的機會相同。第15頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月2.隨機化的方法

(1)

拋硬幣法“徽”與“字”

(2)

擲骰子法6面1~6點

(3)

抽簽法（捻鬮）

(4)隨機數(shù)字表法（隨機數(shù)字法）（5）計算器(計算機)產生隨機數(shù)

第16頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

幾種不同設計類型的隨機化分組：

（1）完全隨機實驗設計（2）隨機區(qū)組實驗設計（3）配對實驗設計（4）拉丁方設計（5）交叉設計第17頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月完全隨機實驗設計

（completelyrandomexperimentdesign）將觀察單位完全隨機地分配到實驗組與對照組或幾個對比組中去?！纠?】設有同性別的動物12頭，要求用隨機方法將其分為甲、乙兩組。第18頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月方法（1）編號：按動物體重依次編號為1,2,3,…,12號。（2）產生隨機數(shù)字：對于每一個編號，依次由計算器（計算機）產生隨機數(shù)（共12次）。（3）歸組：事先規(guī)定將較小隨機數(shù)的6只動物分入甲組，其他6只動物分入乙組。第19頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月【例2】

將【例1】中的12頭動物用隨機方法分配到甲、乙、丙三組中去。

第20頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月方法（1）編號：按動物體重依次編號為1,2,3,…,12號。（2）產生隨機數(shù)字：對于每一個編號，依次由計算器（計算機）產生隨機數(shù)（共12次）。以上兩點與分成兩組完全相同。（3）歸組：事先規(guī)定將較小隨機數(shù)的4只動物分入甲組，將較大隨機數(shù)的4只動物分入丙組，其他4只動物分入乙組。第21頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

配對實驗設計

(pairedexperimentdesign)配對實驗設計的兩種情況：1.同源配對：同一受試對象用兩種不同的實驗方法；受試對象自身實驗前后的對比。2.非同源配對：將具有相同條件的實驗對象配成對子。

第22頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月【例3】將已按近似條件配好的10對小白鼠，用隨機方法分配到實驗組和對照組。

方法（1）編號：對小白鼠進行對子編號，同時每個對子內的二只小白鼠也分別編號。（2）產生隨機數(shù)字：對于每一組合編號，依次由計算器（計算機）產生隨機數(shù)（共20個）。（3）歸組（對子內兩只小白鼠的隨機）：事先規(guī)定每個對子內隨機數(shù)字較小者分配到對照組；隨機數(shù)字較大者分配到實驗組。非同源配對隨機化分組第23頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月隨機區(qū)組實驗設計

(randomizedblockexperimentdesign)（1）將多方面條件相近的受試對象配成一組，稱作一個區(qū)組（block）。（2）每個區(qū)組的受試對象個數(shù)取決于對比組組數(shù)。

(3)每個區(qū)組的受試對象被隨機地分配到各對比組中。

配對設計的擴展，故又稱配伍組設計

第24頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月【例4】將【例1】中的12頭動物設計分為三個區(qū)組，進行四種處理的比較。

方法（1）編號：對12頭動物進行區(qū)組編號，同時每個區(qū)組內的四頭動物也分別編號。（2）產生隨機數(shù)字：對于每一組合編號，依次由計算器（計算機）產生隨機數(shù)（共12個）。（3）歸組（區(qū)組內四頭動物的隨機）：事先規(guī)定每一個區(qū)組內隨機數(shù)字由小到大對應動物分別分配到甲、乙、丙、丁處理組。第25頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

交叉設計

(cross-overexperimentdesign)每個受試者隨機地在兩個或多個不同試驗階段分別接受指定的處理(試驗藥或對照藥)。

同源配對設計的擴展優(yōu)點：（1）控制個體間的差異，（2）減少受試者人數(shù)。第26頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

交叉設計

(cross-overexperimentdesign)隨機化分組1組2組第27頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

交叉設計

(cross-overexperimentdesign)1組2組第28頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月【例5】某研究者擬采用交叉設計觀察A、B兩種藥物治療18例高血壓病患者的療效。

1.隨機數(shù)字法（1）編號：將受試者分別編號為1、2、3、4、…、17、18號。（2）產生隨機數(shù)字：由計算器（計算機）產生18個隨機數(shù)。（3）歸組：隨機數(shù)字較小的一半患者先用A藥后用B藥；較大的一半患者先用B藥后用A藥。

第29頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）對照原則1.對照的意義：①區(qū)分處理因素與非處理因素的效應，是比較的必要基礎

藥物治療例:老年性慢性支氣管炎氣候轉暖,自然緩解②消除和減少實驗誤差處理組：對照組：處理因素非處理因素+處理效應+非處理效應非處理因素非處理效應處理因素處理效應比較結果第30頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月2.對照的形式

(1)空白對照(blankcontrol)：對照組不加任何處理因素。

例如：①實驗組兒童接種疫苗，對照組兒童不接種疫苗。②試劑空白、血樣空白、無酶解空白、底物空白等。特點：簡單易行，但容易引起心理差異，從而影響實驗效應的測定。

——

安慰劑對照(placebocontrol)包括：空白對照、實驗對照、標準對照、自身對照、相互對照、歷史對照第31頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)實驗對照(experimentalcontrol)：施加基礎實驗條件（非處理因素，如面包、煙薰劑）。含賴氨酸面包+非處理因素→賴氨酸效應+面包效應+非處理因素效應

面包+非處理因素→面包效應+非處理因素效應賴氨酸賴氨酸效應中草藥+煙薰劑與單純煙薰劑——

-空氣滅菌2.對照的形式

第32頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

(3)標準對照(standardcontrol)：以現(xiàn)有的標準或正常值作對照。

例①新方法與傳統(tǒng)方法②患者生理、生化指標與正常人生理、生化指標

——實驗室應用較多2.對照的形式

第33頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

(4)

自身對照（self-control）：實驗在同一受試對象上進行（同源配對設計、交叉設計）特點：簡單易行，使用廣泛。假定試驗前后某些環(huán)境或自身因素保持不變。

2.對照的形式

第34頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月(5)相互對照（inter-control）：幾個實驗組互相作為對照例如：比較幾種藥物治療同一疾病的療效2.對照的形式

第35頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)

歷史對照：以過去的研究結果作對照。與本人或他人過去的研究結果作比較——不好?。。。。?！2.對照的形式

第36頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3.設立對照應注意的事項(1)均衡對照組與實驗組除研究因素外，其他因素應盡可能相同(2)同步對照組與實驗組應處于同一空間和同一時間第37頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月4.設立對照存在的問題

(1)缺乏對照(2)缺乏適當?shù)膶φ?歷史對照（時間不同步）和中外對照

（空間不同步）

(3)對照不全(4)對照多余

第38頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月(三)重復的原則

重復(replication)是指各處理組與對照組要有一定樣本含量(samplesizes)。無限地增加樣本含量，將加大實驗規(guī)模，延長實驗時間，浪費人力物力，反而增加系統(tǒng)誤差出現(xiàn)的可能性。樣本含量不足，檢驗效能（Power，1－β）偏低，總體參數(shù)之間原本有差異也無法檢驗出來。第39頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月五、抽樣方法常用的抽樣方法

1.

單純隨機抽樣2.系統(tǒng)抽樣

3.分層抽樣4.整群抽樣第40頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月1.單純隨機抽樣(simplerandomsampling)

先將總體的全部觀察對象編號，再利用抽簽或隨機數(shù)字表的方法隨機抽取觀察對象組成樣本。最基本的抽樣方法其他抽樣方法的基礎

優(yōu)點：計算誤差比較簡便；缺點：對象較多時，甚為復雜。第41頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月抽樣步驟：（1）先將全校學生按點名冊編號，即編號為1、2、…、499、500；（2）對每個編號產生一個隨機數(shù)字（共500個隨機數(shù)）（3）事先規(guī)定隨機數(shù)較大（小）的50人組成樣本。例，調查某中學學生的血紅蛋白含量，在全體500名學生中，隨機抽取10%，即抽取50人。第42頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月2.系統(tǒng)抽樣(systematicsampling)

按照一定的順序，機械地每隔若干個單位抽取一個單位的方法。又稱間隔抽樣，機械抽樣如按門牌號，每個10個號抽取用戶，。。。優(yōu)點：節(jié)省抽樣時間和費用。缺點：在某些特殊情況下存在偏性。第43頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月例：欲從15000名兒童中，抽取750名組成樣本。（1）求抽樣間隔15000÷750＝20/1，即每間隔20人抽取1個人；（2）抽樣編號，確定在1~20號之間從何編號開始。然后每加上20抽取1名兒童。例如起始數(shù)字為8，則第8，28，48，68，……號兒童即構成所抽取的樣本。第44頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3.分層抽樣(stratifiedsampling)

先按某種特征將總體分為若干組別、類型或區(qū)域等（統(tǒng)稱為“層”），再用隨機抽樣的方法從每個子總體中抽取樣本。要求“層內齊同，層間不同”。比例分層法，最優(yōu)分層法優(yōu)點：抽樣誤差小，不同層可采用不同抽樣方法，各層可獨立進行分析，各層間可進行比較分析。缺點：分層較多時，調查和分析較麻煩。第45頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

4.整群抽樣(clustersampling)

按群體而不是按個體抽取觀察單位的抽樣方法。優(yōu)點：在大規(guī)模調查中，易于組織，節(jié)省人力物力。缺點：抽樣誤差大。各種抽樣方法的抽樣誤差順序：分層≤系統(tǒng)≤單純≤整群

第46頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月六、系統(tǒng)誤差與控制方法

誤差(error)：實測值與真值之差。隨機誤差：抽樣誤差不恒定、隨機、變化非隨機誤差非系統(tǒng)誤差：過失誤差系統(tǒng)誤差：方向性第47頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）系統(tǒng)誤差定義系統(tǒng)誤差(systematicerror)在一定實驗條件下，由某種未發(fā)現(xiàn)或未確定的因素所引起觀測值具有方向性和系統(tǒng)性的誤差，又稱偏倚（bias）。

第48頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）產生系統(tǒng)誤差的