實驗設(shè)計(基本原則)

衛(wèi)生統(tǒng)計學(xué)（版）衛(wèi)生統(tǒng)計學(xué)與數(shù)學(xué)學(xué)教研室2021/5/91第八章第二節(jié)實驗設(shè)計的基本原則實驗設(shè)計一、對照原則二、隨機化原則四、小結(jié)三、重復(fù)的原則2021/5/92第二節(jié)實驗設(shè)計的基本原則

一、對照原則二、隨機化原則三、重復(fù)原則對照組設(shè)置的要求對照的作用對照的形式重復(fù)的作用重復(fù)的次數(shù)隨機化的作用隨機的含義分層隨機、完全隨機化實驗設(shè)計的主要作用就是減小誤差，提高效率。2021/5/93確定接受處理因素的實驗組時，應(yīng)同時設(shè)立對照組，有比較才有鑒別，比較的基礎(chǔ)就是對照，對照設(shè)立正確與否，關(guān)系到科研結(jié)論的正確性及成果價值。設(shè)立對照有著極其重要的意義：

1、可排除或控制自然變化和非處理因素對觀察結(jié)果的影響。

2、可消除或減少實驗誤差。一、對照原則

2021/5/94均衡性(1)對等除處理因素外，對照組具備與實驗組對等的非處理因素。(2)同步對照組與實驗組設(shè)立之后，在整個研究進(jìn)程中始終處于同一空間和同一時間。(3)專設(shè)任何一個對照組都是為相應(yīng)的實驗組專門設(shè)立的。不得借用文獻(xiàn)上的記載或以往的結(jié)果或其它研究的資料作為本研究之對照。（一）對照組設(shè)置的要求2021/5/95

（二）對照的作用①區(qū)分處理因素與非處理因素的效應(yīng)，是比較的必要基礎(chǔ)

藥物治療例:老年性慢性支氣管炎氣候轉(zhuǎn)暖,自然緩解②消除和減少實驗誤差處理組：對照組：比較結(jié)果處理因素非處理因素+處理效應(yīng)+非處理效應(yīng)處理因素處理效應(yīng)非處理因素(無)非處理效應(yīng)(無)排除“非處理因素”的影響，從而襯托出“處理因素”的作用。2021/5/96對照的必要性（鑒別）疾病的自愈傾向——感冒、哮喘等100名感冒患者體溫、鼻塞流涕情況1周后觀察：體溫下降和鼻塞流涕緩解狀況服用感冒藥A結(jié)論：該藥能有效治療感冒，改善鼻塞流涕狀況例12021/5/971W后體溫下降，癥狀緩解1W后體溫下降，癥狀緩解200名感冒患者服用藥物A不服用藥物A

隨機服藥組100人不服藥組100人治療前癥狀差別無統(tǒng)計學(xué)意義治療1天時體溫差別有統(tǒng)計學(xué)意義1天后體溫降至正常3天后體溫降至正常分析：設(shè)計：結(jié)論：？？？2021/5/98（三）對照的形式

包括：空白對照、安慰劑對照、實驗對照、自身對照、標(biāo)準(zhǔn)對照、相互對照、歷史對照。安慰劑是指一種無藥理作用的假藥，其與治療藥物在外觀、劑型等方面不能被受試對象所識別。安慰劑對照則是指將安慰劑施加于對照組的受試對象。安慰劑對照是一種特殊的空白對照，其目的主要是排除病人或受試對象的心理偏見。人作為受試對象具有復(fù)雜的心理過程，極易受到各種外界因素的影響和干擾。1.安慰劑對照2021/5/99

空白對照是指對照組不施加任何處理因素。常用于防疫系統(tǒng)疫苗接種效果的觀察與研究。例如：實驗組兒童接種疫苗，對照組兒童不接種疫苗。

特點：簡單易行，但容易引起心理差異，從而影響實驗效應(yīng)的測定。2.空白對照注意：在動物實驗研究中，可以使用空白對照，而在針對人體的臨床試驗研究中，一般不能使用空白對照。對照組可以使用常規(guī)療法以保證病人的生命安全，而對危重病人則更要注意不能使用空白對照。2021/5/910

實驗對照是指對照組雖未施加處理因素，但卻施加了某種與處理因素有關(guān)的實驗因素。這是一種比較特殊的非處理因素。含賴氨酸面包+非處理因素→賴氨酸效應(yīng)

+面包效應(yīng)+非處理因素效應(yīng)

面包+非處理因素→

面包效應(yīng)+非處理因素效應(yīng)賴氨酸賴氨酸效應(yīng)

非處理因素→+非處理因素效應(yīng)3.實驗對照2021/5/911

自身對照是指對照和實驗在同一個受試對象身上進(jìn)行，只是在進(jìn)行對照組和實驗組的觀察時，在時間上有前后順序的不同。特點：簡單易行，使用廣泛。但若試驗前后某些環(huán)境或自身因素發(fā)生改變，并且會影響試驗結(jié)果，就難以說明問題。

4.自身對照2021/5/912

用公認(rèn)的有效藥物、現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)方法或常規(guī)方法作對照。例①某種新的方法能否代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法的研究；②某病患者與正常人的某生理、生化指標(biāo)是否相同。

——實驗室應(yīng)用較多5.標(biāo)準(zhǔn)對照

相互對照是指不專門設(shè)置對照組，而以各實驗組之間互為對照，比較各處理因素試驗效應(yīng)的相對大小及作用。例如：比較幾種藥物治療同一疾病的療效６.相互對照2021/5/9137.歷史對照

歷史對照是指以過去或以往的研究結(jié)果作為對照。主要用于對難治或無法治愈的疾病的研究，如晚期惡性腫瘤，狂犬病等疾病。

由于這些疾病難以治愈或無法治愈，這種累積下來的治療結(jié)果就成為歷史對照。例如，狂犬病一但發(fā)病，其治愈率幾乎為零，這是一個歷史的治療結(jié)果。歷史對照一般不宜使用，應(yīng)用時應(yīng)特別注意資料的各種背景條件因素及其可比性。2021/5/914二、隨機化原則

（一）隨機化原則隨機化（randomization）是指總體中的每一個個體都有均等的機會被抽取或被分配到實驗組及對照組中去。隨機化原則的核心是機會均等。使用隨機化方法可以消除在抽樣及分組過程中，由于研究人員對受試對象主觀意愿的選擇而造成試驗效應(yīng)的誤差。目的:是使各組非實驗因素的條件均衡一致，以消除對實驗結(jié)果的影響。2021/5/915(1)抽樣隨機

每一個符合條件的實驗對象參加實驗的機會相同，即總體中每個個體有相同的機會被抽到樣本中來；－代表性(2)分組隨機

每個實驗對象分配到不同處理組的機會相同；－均衡性(3)實驗順序隨機

每個實驗對象接受處理先后的機會相同。－平衡順序或季節(jié)的影響客觀性: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。隨機≠“隨意”2021/5/916隨機化方法：抽簽法、隨機數(shù)字表(附表15）、計算器或計算機隨機化分組等。（二）隨機化的方法隨機化原則：隨機≠“隨意”,指每個受試對象以機會均等的原則隨機地分配到試驗組和對照組。

完全隨機化分層隨機化（配對隨機化和區(qū)組隨機化）隨機抽樣;隨機分組;隨機分配處理的順序。2021/5/917隨機化應(yīng)符合下列原則：

醫(yī)生和病人不能事先知道或決定病人將被分配到哪一組接受治療。醫(yī)生和病人都不能從上一個病人已經(jīng)進(jìn)入的組別推測出下一個病人將分配到哪一組。

根據(jù)日期、病房等分組不是真正的隨機化分組方法。2021/5/9181.完全隨機化完全隨機化就是直接對受試對象進(jìn)行隨機化分組，但分組后各組受試對象的例數(shù)不一定相同。具體步驟如下：（1）編號：將n個受試對象編號,動物可按體重大小，患者可按就診順序。（2）取隨機數(shù)：可從隨機數(shù)字表、計算器和計算機獲得。每個受試對象獲得的隨機數(shù)可是一位數(shù)，也可以是兩位數(shù)或三位數(shù)，一般要求與n的的位數(shù)相同。（3）確定組別：根據(jù)受試對象獲得的隨機數(shù)決定受試對象在哪一組。分兩組可按隨機數(shù)的奇偶，分k組可按隨機數(shù)除以k后的余數(shù)進(jìn)行分組。2021/5/919完全隨機化分組設(shè)計

預(yù)選對象受試對象對照組納入標(biāo)準(zhǔn)實驗組隨機化完全隨機分組設(shè)計簡便易行，是目前最常用的實驗設(shè)計方案，該設(shè)計的試驗結(jié)果統(tǒng)計分析也較簡單，即使每組例數(shù)不相同，也可以進(jìn)行統(tǒng)計分析，缺點是，直接將實驗單位分組增加了處理組內(nèi)的誤差，特別是當(dāng)樣本較小時，各種非實驗因素在各處理組中的分布不易達(dá)到平衡，使試驗結(jié)果的統(tǒng)計分析的檢驗把握度較小，降低了研究結(jié)論的可靠性。2021/5/920隨機數(shù)字表分組例3試將10頭動物應(yīng)用隨機數(shù)字表分配到甲、乙兩組。⑴按動物體重編號⑵從附表15的第21行，第21列往上查10個隨機數(shù)⑶規(guī)定雙號為甲組，單號為乙組⑷調(diào)整：再接著查一個“6”以內(nèi)的隨機數(shù)，以決定甲組中哪一號撥到乙組。本例查得隨機數(shù)為4，將甲組第4個（5號）調(diào)到乙組。2021/5/921抄取隨機數(shù)字，從任一數(shù)字開始向任一方向方法：欲分為幾組，就除以幾，根據(jù)余數(shù)分組：隨機數(shù)字表分組2021/5/922計算(器)機隨機化分組2021/5/9232.分層隨機化根據(jù)已知對研究結(jié)果有影響的因素，事先設(shè)立若干個層次，然后在各層內(nèi)進(jìn)行隨機化分組。目的：減少這些因素在各研究組中分布的不平衡,從而識別出治療的真實作用。

配對隨機化和區(qū)組隨機化可看成分層隨機化的實際應(yīng)用。（1）編號：將每層的受試對象編號排序,可按體重大小，時間由前至后等。（2）取隨機數(shù)：可從隨機數(shù)字表、計算器和計算機獲得。每個受試對象獲得的隨機數(shù)可取兩位數(shù)。（3）確定組別：根據(jù)受試對象獲得的隨機數(shù)的大小順序決定受試對象在哪一組。對每個處理也可以規(guī)定順序，如處理 A，B，C，…分別對應(yīng)于序號1,2,3…。2021/5/924隨機分組

隨機分組

隨機分組

隨機分組

預(yù)

選

對

象

研

究

對

象

納入

標(biāo)準(zhǔn)

區(qū)組1

區(qū)組2

區(qū)組3

區(qū)組n

?

?

?

按配伍

條件

4個水平

4個水平

4個水平

4個水平

區(qū)組隨機設(shè)計2021/5/925區(qū)組隨機分組

每個區(qū)組內(nèi)的觀察單位按某一特征排序，如體重從輕到重。同時每個處理也規(guī)定順序，如處理A對應(yīng)序號為1，處理B對應(yīng)序號為2，處理C對應(yīng)序號為3，…，以此類推。選擇隨機排列的方法是：每個試驗對象取2位隨機數(shù)，用隨機數(shù)從小到大排列后的序號決定處理的排列順序，如某區(qū)組內(nèi)每個試驗對象的隨機數(shù)為83，15，05，27，排列后順序為4，2，1，3，則該區(qū)組四個處理的隨機排列順序是DBAC。2021/5/926隨機區(qū)組設(shè)計特點當(dāng)ｋ＝２時，隨機區(qū)組設(shè)計就是通常所說的配對設(shè)計，實驗單位的自然屬性通常是動物的窩別（同窩的ｋ只動物），受試者個體（屬于同一個體的ｋ個實驗單位）等，若按某個非實驗因素形成區(qū)組，則要選擇對試驗結(jié)果影響較大的因素，如果實驗日期對實驗結(jié)果有影響，則應(yīng)按實驗日期形成區(qū)組。根據(jù)不同的研究目的，區(qū)組的選擇方式亦可不同，但都應(yīng)遵循“區(qū)組間差別越大越好，區(qū)組內(nèi)差別越小越好”的原則。

與完全隨機分組設(shè)計相比，隨機區(qū)組設(shè)計在隨機分組以前，先將實驗單位按其自然屬性或某一非處理因素配成區(qū)組，保證了該因素在各處理組間的分布均衡，隨機區(qū)組設(shè)計多用于實驗室研究或動物試驗。2021/5/927例6試將10對受試者隨機分入甲、乙兩處理組。先將受試者編號，如第一對第1受試者編為1.1，第2受試者編為1.2，余仿此。隨機指定附表15隨機排列表，并規(guī)定單數(shù)取甲乙順序，雙數(shù)取乙甲順序。

按配對設(shè)計的要求將10對病人進(jìn)行分組2021/5/928例7研究人員在進(jìn)行科研時，要觀察2個因素的作用。欲用20只動物分為五個區(qū)組和四個處理組。試進(jìn)行設(shè)計及分組。設(shè)計及分組方法和步驟如下：（1）該設(shè)計可采用隨機區(qū)組設(shè)計方案。分析的兩個因素的作用可分別列為區(qū)組因素和處理組因素。（2）取同一品系的動物20只。其中每一區(qū)組取同一窩出生的動物4只。五個區(qū)組即為五個不同窩別的動物。2021/5/929（3）將每一區(qū)組的4只動物分別順序編號為1～4號，5～8號，9～12號，13～16號，17～20號，接受A、B、C、D四種處理方式。（4）查附表15隨機排列表，任意指定5行。每行只隨機取數(shù)1～4，其余數(shù)舍去。依次將隨機數(shù)字記錄于各配伍組的編號下，其隨機數(shù)字即為該動物應(yīng)分入的處理組，見下表。2021/5/930

按隨機區(qū)組設(shè)計要求對20只動物進(jìn)行分組20只動物的分組結(jié)果2021/5/931三、重復(fù)的原則

重復(fù)表現(xiàn)為二個含義：其一是樣本含量的大小；其二是同一試驗重復(fù)次數(shù)的多少，兩者的本質(zhì)是相同的。按照抽樣誤差變化的規(guī)律，在抽樣中，隨著樣本含量的增大或重復(fù)次數(shù)的增