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1、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則,主講：李東陽 南華大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院 2010.09,“預(yù)事則立 ，不預(yù)則廢”,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的 1.有目的、有計(jì)劃、有步驟地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 2.最大限度地減少實(shí)驗(yàn)誤差。 3.節(jié)省時(shí)間、樣本、經(jīng)費(fèi)開支，減少人力物力財(cái)力，獲得較高的效率。,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的和任務(wù),實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的任務(wù)：合理安排三要素 1、受試因素（處理因素、施加因素、干擾因素） 要抓住實(shí)驗(yàn)中的主要問題 要確定處理因素與非處理因素 處理因素必須標(biāo)化 多因素的交互作用 2、受試對(duì)象 病人、動(dòng)物、組織、器官、細(xì)胞等 3、受試效應(yīng) 選擇指標(biāo),指標(biāo)選擇要注意： 指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性 指標(biāo)的客觀性 指標(biāo)的靈敏性 指標(biāo)的精確性 指標(biāo)的特異性,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原
2、則,對(duì)照原則 隨機(jī)原則 重復(fù)原則 均衡原則 盲法原則,一、對(duì)照原則（control） 例：某醫(yī)師為了研究某中藥煎劑的利尿作用，隨機(jī)抽取10名健康人進(jìn)行研究，結(jié)果10名健康人服藥2小時(shí)內(nèi)較未服藥前平均增加100ml/小時(shí)，因此認(rèn)為該中藥煎劑有利尿作用。你認(rèn)為該結(jié)論正確嗎？并說明理由；你認(rèn)為應(yīng)如何設(shè)計(jì) 意義： 鑒別處理因素與非處理因素的差異 減少實(shí)驗(yàn)誤差，避免產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)論,要求： 均衡:即組間一致，除處理因素外，對(duì)照組具備與實(shí)驗(yàn)組對(duì)等的非處理因素 同步：對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組在整個(gè)研究進(jìn)程中，始終處于同一空間和時(shí)間 專設(shè)：為相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)組專門設(shè)立對(duì)照。不得借用文獻(xiàn)上記載或以往的結(jié)果或其他研究資料作為本研究
3、的對(duì)照。,對(duì)照的幾種形式 1、空白對(duì)照 2、實(shí)驗(yàn)對(duì)照 3、安慰劑對(duì)照 4、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照 5、歷史對(duì)照與正常值對(duì)照 6、陰性對(duì)照與陽性對(duì)照 對(duì)照的設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)對(duì)照要注意的問題,1、空白對(duì)照,空白對(duì)照:即對(duì)照組不加任何處理因素 實(shí)驗(yàn)組：TS1eS1 對(duì)照組：0S20S2 注:T為處理因素;S為非處理因素;e為實(shí)驗(yàn)效應(yīng) 如果S1 = S2 實(shí)驗(yàn)后得到的S1和S2也必然相等。 那么效應(yīng)e必然是T作用的結(jié)果。,例: 使用新藥A治療高血壓，結(jié)果實(shí)驗(yàn)組血壓下降20mmHg，對(duì)照組血壓下降5mmHg，兩組相差15mmHg。如果S1=S2，那么S1=5mmHg，S2=5mmHg。所以說實(shí)驗(yàn)組多下降15mmHg應(yīng)當(dāng)
4、是實(shí)驗(yàn)藥A的效應(yīng)。 T( ？) + S1( 5 ) = 20 0 + S2( 5 ) = 5 15,2、實(shí)驗(yàn)對(duì)照,實(shí)驗(yàn)對(duì)照：指給對(duì)照組施加與實(shí)驗(yàn)組操作條件一 致的干擾因素。凡是對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響的操作、溶媒、試劑等都應(yīng)該設(shè)立實(shí)驗(yàn)對(duì)照 常用的實(shí)驗(yàn)對(duì)照有： 實(shí)驗(yàn)操作對(duì)照:給對(duì)照組施加與實(shí)驗(yàn)組條件一致的操作稱為操作對(duì)照，操作對(duì)照在于控制操作影響產(chǎn)生的誤差。 藥物溶媒對(duì)照:以性狀相同的溶媒作對(duì)照可防止誤將溶媒的作用當(dāng)作藥物的作用，得出假陽性結(jié)果。,3、安慰劑對(duì)照,1、安慰劑與安慰劑效應(yīng) 安慰劑:是指外觀等與受試藥物相同且無藥理活性的物質(zhì)，在臨床研究中用來替代受試藥物。安慰劑應(yīng)該在劑型、包裝、顏色、大小、
5、形狀、氣味等外觀上完全與處理組受試藥物一樣，使病人不能分辨，否則導(dǎo)致安慰劑的失效和實(shí)驗(yàn)的失敗。 安慰劑效應(yīng):安慰劑產(chǎn)生與藥物相似的藥理作用。包括產(chǎn)生主觀感覺和客觀指征的變化,2、安慰劑對(duì)照的設(shè)立 給對(duì)照組受試者使用無藥理活性的安慰劑稱安慰劑對(duì)照。 原則是在不損害病人健康的前提下使用。危重、病情發(fā)展迅速的病人，不得使用安慰劑。 安慰劑對(duì)照與雙盲法同時(shí)實(shí)施效果更好。,對(duì)受精神因素影響較大的慢性疾病，應(yīng)盡量采用安慰劑對(duì)照； 新藥和老藥新用治療慢性病的臨床試驗(yàn)最好設(shè)立安慰劑對(duì)照； 輕度精神憂郁、癔病可以使用安慰劑作為心理治療的一部分； 診斷已確定不需要藥物治療的病人可作安慰劑對(duì)照。,4、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照,標(biāo)準(zhǔn)
6、對(duì)照又稱有效對(duì)照，要注意選擇療效被公認(rèn)或肯定的藥物或療法，而且與所試驗(yàn)的藥物或療法是屬于同一類型的。 不能用安慰劑對(duì)照時(shí)，可用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照。即用公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)療法(或常規(guī)療法)作對(duì)照。 例如：試驗(yàn)人參皂甙的抗心肌缺血作用，可用已知的有效藥物普萘洛爾或長效硝酸酯類作對(duì)照。,5、歷史對(duì)照與正常值對(duì)照,歷史對(duì)照：是將研究者以往的研究結(jié)果或文獻(xiàn)上他人的研究結(jié)果與本次研究結(jié)果作對(duì)比 缺點(diǎn)：難以實(shí)現(xiàn)前后的一致性，違背實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的均衡性原則，一般不主張采用。 采用正常值作對(duì)照也存在如何均衡的問題，應(yīng)用時(shí)要注意指標(biāo)應(yīng)無波動(dòng)性，不受時(shí)間和地域的影響。,6、陰性對(duì)照與陽性對(duì)照,在毒理學(xué)和藥理學(xué)研究的一些實(shí)驗(yàn)中通常要設(shè)立陰性
7、對(duì)照與陽性對(duì)照組。（如：三致） 對(duì)評(píng)價(jià)方法的可靠性有重要意義,設(shè)計(jì)方案,1、配對(duì)對(duì)照：節(jié)省樣本，提高效率。主要是減少個(gè)體間的差異。 同源配對(duì)：實(shí)驗(yàn)前后、同一個(gè)體左右器官 異體配對(duì)：同卵雙胎、同窩動(dòng)物 2、組間對(duì)照(平行對(duì)照):適用于不能應(yīng)用配對(duì)對(duì)照的情況。其缺點(diǎn)是組間差異較大，所需要的樣本數(shù)要更多些 3、交叉對(duì)照,交叉對(duì)照 不宜作空白對(duì)照設(shè)置。用同一批動(dòng)物或人作兩種甚至兩種以上處理，適合比較短期作用的藥物，且兩藥中間必須間隔足夠的時(shí)間使作用消失。病情等條件必須基本不變，否則就失去可比性。,某人研究殺蟲劑污染糧食以后對(duì)動(dòng)物健康的影響，設(shè)立三組。 第一組：以污染的米作飼料 第二組：以污染的米糠作飼
8、料 第三組：以非污染米作飼料,還應(yīng)設(shè)立一組未污染的米糠組,例如：對(duì)某藥A進(jìn)行臨床試驗(yàn)，用B藥作安慰劑對(duì)照，C藥作已知有效藥對(duì)照，可作拉丁方交叉排列： 第一組病人：A藥-B藥-C藥 第二組病人：B藥-C藥-A藥 第三組病人：C藥-A藥-B藥,二、隨機(jī)原則（Randomization）,概念： 隨機(jī)抽樣:總體中每個(gè)個(gè)體有相同的機(jī)會(huì)被抽到樣本中來 隨機(jī)分組:每個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象分配到不同處理組的機(jī)會(huì)相同。 隨機(jī)實(shí)驗(yàn)順序：每個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象接受處理先后的機(jī)會(huì)相同,目的：在于克服偏性，避免人為因素的主觀影響和其他因素。 方法： 抽簽法(簡單隨機(jī)、半隨機(jī)、單純隨機(jī)抽樣) 隨機(jī)數(shù)目表法、隨機(jī)排列表：分兩組、分三組 計(jì)算器
9、隨機(jī)數(shù)法(略),隨機(jī)數(shù)目表法,分兩組隨機(jī)方法 分三組或三組以上的隨機(jī)法,隨機(jī)數(shù)目表法,初步結(jié)果 A組：1、3、9、12、13、15（6) B組：4、5、7、 8、10 （5） C組：2、6、11、14 （4） 最后結(jié)果 A組：1、3、 9、13、15 B組：4、5、 7、 8、10 C組：2、6、11、14、12,三、重復(fù)原則（Replication）,意義：實(shí)驗(yàn)的樣本量要足夠大經(jīng)得起重復(fù)實(shí)驗(yàn)的考驗(yàn)?！耙粋€(gè)不可重復(fù)的研究是沒有科學(xué)性的”。 設(shè)計(jì)樣本數(shù)時(shí)要考慮的因素 1、處理的效果 2、實(shí)驗(yàn)誤差： 3、資料性質(zhì)：等級(jí)分組計(jì)數(shù)資料計(jì)量資料的樣本量,4、顯著性水平：樣本量a隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)配對(duì)設(shè)計(jì)拉丁方
10、設(shè)計(jì),樣本大小的估計(jì) 1、一般情況下預(yù)定樣本的大小 (1)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)： 大動(dòng)物（犬、貓）5-15只 中等動(dòng)物（兔、豚鼠）10-20只 小動(dòng)物（大鼠、小鼠）15-30 (2)臨床：難治愈的病，療效顯著時(shí)：5-10例， 急性病死亡率高的：30-50例， 一般慢?。?00-300-500例,2、用計(jì)算法估計(jì) (1)了解基本數(shù)據(jù) (2)確定條件： 確定P值 確定把握度 確定是單側(cè)還是雙側(cè) 3、計(jì)算樣本大小的公式與舉例 關(guān)于對(duì)照組樣本大小的確定 當(dāng)n1+n2之和不變時(shí)，n1與n2的乘積以n1=n2時(shí)最大,例 題,1、兩個(gè)率比較樣本大小的計(jì)算 2、計(jì)量資料配對(duì)比較或樣本均數(shù)與總體比較樣本量估計(jì) 3、計(jì)量資料
11、兩組間比較樣本量估計(jì) 4、計(jì)量資料多組實(shí)驗(yàn)樣本量確定,兩個(gè)率比較樣本大小的計(jì)算 n = n：每組所需樣本含量 p1、p2：分別為總體率的估計(jì)值 P=(P1+P2)/2,2P(1-P) (u+ u)2,( p1-p2)2,例一:用兩種中藥治療乙肝表面抗原(HBsAg)轉(zhuǎn)陰的療效，初篩甲藥轉(zhuǎn)陰率約30，乙藥約50，取=0.05,把握度1-=0.9,問各組需要多少病才能顯示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ？,本例計(jì)算法：p1 =0.5 p2 =0.3 P=0.4 =0.05 =0.10, 雙側(cè),查表 u=1.96 u=1.28 故每組需要126例。 查表法：查表(雙側(cè)表)，根據(jù)本例=0.05 、1-=0.90，
12、較小率差=50%-30%=20%，=0.05時(shí)，n=125 計(jì)算法為126例,查表法125例,相差3.2%,n =,2 0.4 (1-0.4),(0.50.3)2,(1.96+1.28)2, 126,樣本估計(jì)的u 與u 值,計(jì)量資料配對(duì)比較或樣本均數(shù)與總體比較實(shí)驗(yàn)樣本量估計(jì),例二：門診觀察發(fā)現(xiàn)，某中藥對(duì)再生障礙性貧血具有一定療效，經(jīng)一療程治療后，可使Hb平均升高3g/dl，標(biāo)準(zhǔn)差為5.5g/dl ，現(xiàn)欲用住院病人確定療效，擬取=0.05，問需要觀察多少住院病人？,本例：=3，S=5.5 單側(cè)=0.05 查表 u = u =1.65， n=(S/)2(u+u)2 =(5.5/3)2(1.65+1
13、.65)2 =37例 查表法：請(qǐng)附查表5，得n=38例,計(jì)量資料兩組間比較樣本量估計(jì),例三： 研究黃芪與生血散對(duì)粒細(xì)胞減少癥的療效，據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)黃芪可升1000個(gè)/l生血散可升2000個(gè)/l。兩組合并標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)約1800個(gè)/l。擬取雙側(cè)=0.05，=0.10，問每組需觀察多少病例？,本例：S=1800 =2000-1000=1000 雙側(cè)=0.05，=0.10 u=1.96 u=1.28 代入公式 n=2(S/)2(u+ u)2 =2(1800/1000)2(1.96+1.28)2 =69例 查表法:查附表4 /S=0.56, 利用內(nèi)插法求出：,0.56-0.55 n-71 0.60-0.56
14、60-n,=,/S=0.55 n=71 /S=0.60 n=60 /S=0.56 n=?,n=68.8,內(nèi)插法,計(jì)量資料多組比較樣本量確定,式中n為各組所需樣本例數(shù)，xi和si分別為第i個(gè)樣本的均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差的初估值，X= ，k為組數(shù)。 值由附表查得。據(jù)，1=k-1, 2=,查得值代入公式求得n1，第二次由1=k-1，2=k(n1-1)查值，代入式中求n2，依次進(jìn)行，直至前后兩次求得結(jié)果趨于穩(wěn)定為止，即所求樣本例數(shù)。 當(dāng)區(qū)組隨機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，第一次2=(k-1)(n-1)，式中 用誤差均方代替。,完全隨機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)值計(jì)算法,例：擬用A、B、C三種方案治療貧血患者，估計(jì)治療后血紅蛋白含量（g/l）增加的均數(shù)
15、分別為17.2、11.8、15.6，標(biāo)準(zhǔn)差分別為8.0、7.1、7.9，設(shè)0.05，0.1，若要得出差別有顯著意義的結(jié)論，每組需要觀察多少例？,本例XA=17.2，XB=11.8,XC=15.6；SA=8.0，SB=7.1，Sc=7.9；=0.05，=0.1。 X(17.2+11.8+15.6)/314.87 2=(17.2-14.87)2+(11.8-14.87)2+(15.6-14.87)2=5.39 8.02+7.12+7.92176.82 以=0.05, =0.1, 1=k-1=3-1=2, 2=, 查表得0.05,0.1,2,=2.52 代入式中 n1 =2.522(176.82/3
16、)/15.39/(3-1) =48.649 若=0.05，=0.1，1=k-1=3-1=2，2=k(n(1)-1)=3(49-1)=144，查表中2無144值，故取近似值2120，得 0.05,0.1,2, =2.25，代入式中： n22.552(176.82/3)/15.39/(3-1) 49.850 兩次結(jié)果相近，故可以認(rèn)為每組需要觀察50例。,四、均衡原則（balance）,均衡原則（balance）指各處理組非實(shí)驗(yàn)因素均衡一致。 均衡的方法 交叉均衡法 分層均衡法 均衡性檢查,第一種設(shè)計(jì):均衡性差,ADI+,乙100,甲100,ADI,第二種設(shè)計(jì)：交叉均衡,甲,乙,50 ADI+,50
17、 ADI,50 ADI+,50 ADI,分層均衡法,又稱分層隨機(jī)法 目的：增強(qiáng)組間的可比性。 要求：每一層內(nèi)反應(yīng)值的變異越小越好，層間的差別盡量顯著。 例1：采用4種處理方法觀察其處理以后對(duì)受試者皮膚溫度的影響，觀察32例病人，分四組，每種處理方法8人處理方案。 設(shè)計(jì)方案有以下兩種：,第一種設(shè)計(jì)（非分層）,第二種設(shè)計(jì)（分層）,每日四種處理的設(shè)計(jì),均衡性檢查 例2：比較復(fù)方青黛與馬利蘭治療慢性粒細(xì)胞白血病的療效，預(yù)定觀察20例，每組10例，按完全隨機(jī)已收治17例，如果新來一例符合受試條件，是青年，男性，病情較重，確診已達(dá)一年半，若將此患者納入，應(yīng)進(jìn)行均衡性檢查。,已有病例分層情況,復(fù)方青黛與馬利
18、蘭治療分組（分層情況）,五、盲法原則(blandness),盲法的定義 單盲法(Single blandness) 雙盲法(double blandness) 存在的問題 注意事項(xiàng) 三盲法(triple blandness),盲法：是指按試驗(yàn)方案的規(guī)定，不讓參與研究的受試者和（或）觀察者、其他有關(guān)工作人員知道病人所接受的是何種處理(試驗(yàn)藥或?qū)φ账?，從而避免他們對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的人為干擾和心理因素的影響。,單盲法：在研究中，受試對(duì)象不知道自己接受的是什么處理，而觀察者知道。 優(yōu)點(diǎn)：可避免研究對(duì)象的主觀因素所致的偏差。,2.雙盲法：受試者和承擔(dān)觀察任務(wù)的研究人員均不知道每個(gè)受試對(duì)象接受處理的情況。 優(yōu)
19、點(diǎn)：可避免來自受試對(duì)象的主觀偏差，也可避免觀察者的人為偏差。,雙盲法存在的問題,雙盲法存在一些問題，執(zhí)行有一定困難 容易破盲 不容易得到醫(yī)生合作 遇到病情變化不能得到及時(shí)處理或終止實(shí)驗(yàn)。 安慰劑有時(shí)也可以產(chǎn)生一定的療效。,注意： (1)嚴(yán)格隨機(jī)分組，認(rèn)真、客觀填寫病例報(bào)告表。 (2)實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組所用的藥物外觀、形狀、劑型等必須高度一致 (3)要有一套完善的執(zhí)行盲法編碼制度，受試對(duì)象的所有記錄、請(qǐng)求單、回報(bào)單等全采用代號(hào),(4)每個(gè)盲法試驗(yàn)應(yīng)指定一個(gè)第三者作為統(tǒng)籌負(fù)責(zé)和監(jiān)督整個(gè)研究工作的監(jiān)視員。其職責(zé)是監(jiān)督盲法執(zhí)行，保證結(jié)果的可靠性，保證受試對(duì)象的安全，分發(fā)應(yīng)急信件，保管盲底，試驗(yàn)終末揭盲等。,(5)設(shè)有應(yīng)急信件和緊急情況個(gè)別病例揭盲規(guī)定 臨床試驗(yàn)必須符合科學(xué)和道德倫理原則，為防止試驗(yàn)中出現(xiàn)緊急情況貽誤病人治療，應(yīng)為每一個(gè)編盲號(hào)設(shè)置一個(gè)應(yīng)急信件(內(nèi)容為病例用藥編號(hào)、藥名)，以便在緊急情況對(duì)個(gè)別病例揭盲搶救治療。,三盲法（Triple blindness） 三盲法是雙盲法的擴(kuò)展，即受試對(duì)象、觀察究人員和資料分析人員均不知道受試對(duì)象的分組和處理情況。嚴(yán)格地說三盲法也是雙盲法。 這種方法在理論上可以減少資料分析上的偏差，但在分析時(shí)減弱了對(duì)整個(gè)研究工作的全局了解，對(duì)研究的安全性要求較高，在執(zhí)行時(shí)也較嚴(yán)密，難度較大。,
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