生物医学研究统计方法课件：第12章 实验设计.ppt

12 实验设计 实验设计实验设计（（Design of Experiment，，DOE））Ø顺利进行科学研究和数据统计分析的先决条件顺利进行科学研究和数据统计分析的先决条件Ø获得预期结果的重要保障获得预期结果的重要保障设设计计专业设计专业设计：统计设计统计设计：从从各专业角度各专业角度考虑考虑实验的科学安排实验的科学安排从从统计学角度统计学角度考虑考虑资料的搜集、整资料的搜集、整理和分析的设计理和分析的设计研究设计研究设计专业设计专业设计统计设计统计设计n 研究对象研究对象: 分组、对照、样本含量分组、对照、样本含量n 处理因素处理因素n 观察指标观察指标n 数据的质量控制数据的质量控制n 设计类型与统计分析方法设计类型与统计分析方法选题选题查阅文献查阅文献建立假说建立假说预试验预试验医学研究的主要分类：观察性研究观察性研究-调查设计调查设计干预性研究干预性研究-实验设计实验设计例：例：1. 研究吸烟与肺癌的关系；研究吸烟与肺癌的关系； 2. 研究母乳、人工喂养对儿童生长发育的影响研究母乳、人工喂养对儿童生长发育的影响Ø不能人为地施加干预措施（即处理因素）；不能人为地施加干预措施（即处理因素）；Ø不能对人群进行随机分组：受试对象接受何种处理不能对人群进行随机分组：受试对象接受何种处理因素或同处理的何种水平不是由随机化决定的。

因素或同处理的何种水平不是由随机化决定的特点：特点： 以客观、真实的观察为依据，对结果进行对比分析以客观、真实的观察为依据，对结果进行对比分析观察性研究观察性研究（（Observational study））例：例：1.健康教育能否预防小学生发生意外伤害；健康教育能否预防小学生发生意外伤害； 2. 两种毒物致畸变研究两种毒物致畸变研究 -- 大白鼠染毒实验大白鼠染毒实验Ø优点优点：可：可 1. 施加处理因素，施加处理因素，2. 实现分组的随机化，故实现分组的随机化，故可较好地控制处理因素，排除干扰，使比较组间有较可较好地控制处理因素，排除干扰，使比较组间有较好的均衡性和可比性好的均衡性和可比性Ø缺点缺点：样本量较小时，均衡性和可比性难以保证；伦：样本量较小时，均衡性和可比性难以保证；伦理学方面的问题理学方面的问题实验性研究实验性研究（（Experiment study））举例：拟考察一种新药举例：拟考察一种新药“A脂脂”降血脂的疗效拟选择降血脂的疗效拟选择40只小鼠作为研究对象，考察只小鼠作为研究对象，考察A脂与脂与“洛伐他仃洛伐他仃”降血脂之降血脂之间的差别，以低密度脂蛋白（间的差别，以低密度脂蛋白（LDL）作为疗效判断的指标。

作为疗效判断的指标随机分组随机分组估计样本量估计样本量造动物模型造动物模型A脂组脂组洛伐洛伐他仃组他仃组选择受试对象选择受试对象处理处理测测LDL改变量改变量统计统计处理处理结论结论 实验设计实验设计三大支柱三大支柱三要素三要素四原则四原则实验设计类型实验设计类型实验设计实验设计12.1 实验设计的三要素实验设计的三要素12.2 实验设计的四原则实验设计的四原则12.3 常用的实验设计方案常用的实验设计方案12.4 样本含量的估算样本含量的估算 12.1 实验设计的三要素实验设计的三要素：实验设计的三要素：受试对象受试对象（Subject）实验效应实验效应（Experimental effect）处理因素处理因素（Treatment）受试对象受试对象处理因素处理因素实验效应实验效应其它因素其它因素其它效应其它效应举例举例：：研究某药对研究某药对2型糖尿病患者的降糖效果型糖尿病患者的降糖效果1.受试对象受试对象（Subject）： 人或动物：根据人或动物：根据敏感性敏感性选择选择 可根据对象不同将分为可根据对象不同将分为动物实验动物实验、、 临床实验临床实验、、现场实验现场实验A.受试对象的选入标准受试对象的选入标准明确规定受试对象选入标准：纳入标准和排除标准明确规定受试对象选入标准：纳入标准和排除标准B. 受试对象的控制受试对象的控制（（1）受试对象的一致性）受试对象的一致性 人人——年龄、性别、病情、病程等年龄、性别、病情、病程等 动物动物——种系、年龄、性别、体重等（是否有污染）种系、年龄、性别、体重等（是否有污染）（（2）受试对象影响因素的控制）受试对象影响因素的控制 季节、温度、湿度、生活环境、嗜好、试验辅助措施等。

季节、温度、湿度、生活环境、嗜好、试验辅助措施等（（1 1）动物的选择）动物的选择 u常用的有小白鼠、大白鼠、豚鼠、家兔等常用的有小白鼠、大白鼠、豚鼠、家兔等u为为保保证证动动物物试试验验的的准准确确性性，，通通常常按按实实验验目目的的和和要要求求选选择择适适宜宜的的动动物物做做试试验验，，如如在在分分离离、、鉴鉴定定病病原原菌菌时时选用最敏感的动物选用最敏感的动物 如：小白鼠对肺炎链球菌、破伤风外毒素敏感；如：小白鼠对肺炎链球菌、破伤风外毒素敏感； 豚鼠对结核分枝杆菌敏感豚鼠对结核分枝杆菌敏感u还应注意动物的年龄、性别和生理状态还应注意动物的年龄、性别和生理状态 ü来源：郑州大学学报（医学版），来源：郑州大学学报（医学版），2011，，46（（3））ü目的目的: 探讨不同探讨不同pH 值的值的十二指肠胃混合食管反流十二指肠胃混合食管反流对对食管食管腺癌腺癌发生的影响发生的影响ü方法方法:选用选用大鼠大鼠建立动物模型建立动物模型 建立低和高建立低和高pH值十二指肠胃混合食管反流值十二指肠胃混合食管反流SD大鼠模型大鼠模型，，每组各每组各30只（只（雌、雄雌、雄各半），分别观察造模各半），分别观察造模40周后动物周后动物食管炎、食管炎、Barrett’ s食管、腺体不典型增生和食管腺癌的食管、腺体不典型增生和食管腺癌的发生率。

发生率题目：题目：《《不同反流物对十二指肠胃混合食管反流大鼠不同反流物对十二指肠胃混合食管反流大鼠食管腺癌发生的影响食管腺癌发生的影响》》（（2 2）人的选择）人的选择 临临床床试试验验中中，，受受试试对对象象是是人人（（患患者者或或健健康康志志愿愿者者）），其要求也更加严格其要求也更加严格u 要有明确的诊断标准、纳入标准和排除标准，要有明确的诊断标准、纳入标准和排除标准，u 还要有患者的知情同意（或知情不拒绝），还要有患者的知情同意（或知情不拒绝），u 还要有医学伦理委员会的认可还要有医学伦理委员会的认可1.受试人群选择受试人群选择：受试者依知情同意，自愿参加为原则，近期：受试者依知情同意，自愿参加为原则，近期无流感病毒感染史、无流感疫苗接种史及接种禁忌症者无流感病毒感染史、无流感疫苗接种史及接种禁忌症者 2. 受试者入选标准受试者入选标准①①3岁及其以上不同年龄的健康人群，智力正常，本人（或其岁及其以上不同年龄的健康人群，智力正常，本人（或其监护人）知情同意，并签署知情同意书监护人）知情同意，并签署知情同意书②②受试者能遵守临床研究方案的要求参加随访受试者能遵守临床研究方案的要求参加随访。

③③愿意在疫苗临床试验期间提供血样，协助填写研究资料愿意在疫苗临床试验期间提供血样，协助填写研究资料④④经查问病史、体检和临床判定健康者，且符合本制品的免经查问病史、体检和临床判定健康者，且符合本制品的免疫接种的受试者疫接种的受试者⑤⑤受试者能遵守临床研究方案的要求受试者能遵守临床研究方案的要求⑥⑥过去未接种过流感疫苗，且近过去未接种过流感疫苗，且近1周内未接种其他预防制品周内未接种其他预防制品⑦⑦腋下体温腋下体温≤37℃者甲型甲型H1N1流感病毒裂解疫苗安全性及免疫原性临床试验流感病毒裂解疫苗安全性及免疫原性临床试验3. 受试者排除标准：受试者排除标准：①①研究者认为有可能影响试验评估的任何患有任何严重疾病，研究者认为有可能影响试验评估的任何患有任何严重疾病，如：肿瘤、自身免疫病等如：肿瘤、自身免疫病等②②对研究疫苗中的任何成份过敏者对研究疫苗中的任何成份过敏者③③有神经系统症状或体征病史者有神经系统症状或体征病史者④④有已知或可疑（或有高危发生可能）的免疫功能损伤或异常有已知或可疑（或有高危发生可能）的免疫功能损伤或异常者⑤⑤有出血体质或出血时间延长情况者有出血体质或出血时间延长情况者。

⑥⑥在过去在过去6个月内曾确诊流感感染、或至少接受过一次流感疫个月内曾确诊流感感染、或至少接受过一次流感疫苗接种者苗接种者⑦⑦在过去在过去1周内曾接受其他疫苗或免疫球蛋白注射、任何研究周内曾接受其他疫苗或免疫球蛋白注射、任何研究性药物⑧⑧在过去在过去7天内曾有任何急性疾病、需要全身应用抗生素或抗天内曾有任何急性疾病、需要全身应用抗生素或抗病毒治疗的感染者病毒治疗的感染者⑨⑨在过去在过去3天内曾有发热（腋下体温天内曾有发热（腋下体温≥38℃）者⑩⑩正在参加另一项临床研究者正在参加另一项临床研究者2.处理因素处理因素（Treatment）： 根据研究目的确定的欲施加的或欲观察的，能引起根据研究目的确定的欲施加的或欲观察的，能引起受试对象直接或间接反应的因素受试对象直接或间接反应的因素n 动物的染毒与不染毒；动物的染毒与不染毒；n 患者的给药、不给药或给药的剂量患者的给药、不给药或给药的剂量n 手术方法手术方法n 用什么干预？等用什么干预？等举例：举例：受试对象受试对象处理因素处理因素实验效应实验效应其它因素其它因素其它效应其它效应举例举例：：研究某药对研究某药对2型糖尿病患者的降糖效果型糖尿病患者的降糖效果 病人对治疗的反应除了治疗因素外，还包括其心理状病人对治疗的反应除了治疗因素外，还包括其心理状态、工作环境、生活条件及社会心理因素等，后者可称态、工作环境、生活条件及社会心理因素等，后者可称为为非处理因素非处理因素，但对处理因素有重要影响。

但对处理因素有重要影响设计要注意：设计要注意：Ø 抓住实验中的主要因素；抓住实验中的主要因素；Ø 明确处理因素和非处理因素；明确处理因素和非处理因素；Ø 处理因素须标准化：处理因素须标准化： 实验因素在整个试验过程中保实验因素在整个试验过程中保持不变，例如，不同时期的药物批号、手术操作者熟持不变，例如，不同时期的药物批号、手术操作者熟练程度 非处理因素非处理因素：：与处理因素同时存在，能使受试对象产与处理因素同时存在，能使受试对象产生效应的因素，因其常常干扰效应与所研究因素间的生效应的因素，因其常常干扰效应与所研究因素间的观察与分析，又常叫混杂因素（观察与分析，又常叫混杂因素（Confounder ） 研究者应通过研究者应通过随机分组随机分组、、设对照组设对照组及及采用最适采用最适当的试验设计方法当的试验设计方法等，尽量地使全部的非处理因素，等，尽量地使全部的非处理因素，或者重要的非处理因素在各组的或者重要的非处理因素在各组的分布均衡分布均衡（需进行（需进行假设检验），最大限度的控制非处理因素对实验结假设检验），最大限度的控制非处理因素对实验结果的影响果的影响注注 意：意： 为了尽可能减少各组受试对象的自身条件对实验为了尽可能减少各组受试对象的自身条件对实验结果的影响，常常根据专业知识和实验条件，找出重结果的影响，常常根据专业知识和实验条件，找出重要的非实验因素，对其进行控制，这样的设计有配对要的非实验因素，对其进行控制，这样的设计有配对设计、随机区组设计。

设计、随机区组设计例：如果例：如果“窝别、性别、及体重窝别、性别、及体重”是影响小鼠效应是影响小鼠效应的主要混杂因素，可考虑将其作为区组因素，的主要混杂因素，可考虑将其作为区组因素，则不同窝别就是其不同的水平则不同窝别就是其不同的水平3.实验效应实验效应（ Experimental effect ）： 是处理因素作用于受试对象的反应（是处理因素作用于受试对象的反应（response）和结）和结局（局（outcome），通过观察指标来体现通过观察指标来体现关键是指标的选择：关键是指标的选择：选择好的指标选择好的指标Ø 准确性（准确性（accuracy））Ø 精密性（精密性（precision））Ø 特异性（特异性（specificity））Ø 灵敏性（灵敏性（sensitivity））指标的选择：指标的选择：n 指标的观察：实施盲法指标的观察：实施盲法n 客观性客观性四四性性 实验因素实验因素作用于受试对象的结果，通过观察作用于受试对象的结果，通过观察指标表达指标表达观察指标观察指标应客观、精确应客观、精确1. 客观性：客观性：2. 精确性：精确性： ⑴⑴ 准确度准确度或真实性或真实性——观察值与真实值的接近程观察值与真实值的接近程度，受度，受系统误差系统误差的影响的影响。

常用指标：常用指标：灵敏度、特异度灵敏度、特异度 ⑵⑵ 精密度精密度或可靠性或重复性或可靠性或重复性——重复观察时观察重复观察时观察值与其均值的接近程度，受值与其均值的接近程度，受随机误差随机误差的影响 常用指标：常用指标：Kappa值、一致百分率值、一致百分率对指标的观察在对指标的观察在实验效应实验效应中带有偏倚，会影中带有偏倚，会影响结果的比较和分析响结果的比较和分析 12.2 实验设计的基本原则四原则：四原则：对照原则对照原则重复原则重复原则随机原则随机原则英国统计学家英国统计学家 R.A.Fisher 提出实验设计三原则：提出实验设计三原则：均衡原则均衡原则一、一、 对照原则对照原则（（Control）） 对照是比较的对象；设置的目的是对照是比较的对象；设置的目的是 1. 用以比较；用以比较； 2. 控制混杂因素和偏倚，以减少实验误差和系统误差控制混杂因素和偏倚，以减少实验误差和系统误差Ø同期对照同期对照（（concurrent control）：在整个实验过程）：在整个实验过程中，实验组与对照组始终处于同时同地。

中，实验组与对照组始终处于同时同地Ø基线比较基线比较（（baseline）：对照组设置后，应检验两）：对照组设置后，应检验两组开始时的状态是否均衡组开始时的状态是否均衡常用的对照形式：常用的对照形式：⑴ ⑴ 安慰剂对照安慰剂对照（（Placebo controlPlacebo control））对象对象 I处理效应处理效应其它因素其它因素其它效应其它效应处理因素处理因素对象对象 II效应效应其它因素其它因素其它效应其它效应安慰剂安慰剂实验组：实验组：对照组：对照组： 安慰剂安慰剂（Placebo ）Ø无药理作用的无药理作用的“假药假药”或或“伪药伪药”(dummy medication)Ø外观（剂型、大小、顔色）、重量、气味及口味等与外观（剂型、大小、顔色）、重量、气味及口味等与试验药物一致试验药物一致目的目的：Ø克服研究者、受试对象、评价者等由于心理因素所克服研究者、受试对象、评价者等由于心理因素所造成的偏倚；造成的偏倚；Ø消除疾病自然进程的影响，分离出由于试验药物引消除疾病自然进程的影响，分离出由于试验药物引起的真正反应起的真正反应注意：注意：慎用，以不影响人的健康为前提慎用，以不影响人的健康为前提。

⑵ 空白对照空白对照（Blank control）对象对象 I处理效应处理效应其它因素其它因素其它效应其它效应处理因素处理因素对象对象 II效应效应其它因素其它因素其它效应其它效应不处理不处理实验组：实验组：对照组：对照组： 空白对照空白对照（Blank control） 对照组不施加任何措施，反映研究对象在实验过程对照组不施加任何措施，反映研究对象在实验过程中的自身变化中的自身变化 ⑴⑴ 由于处理手段非常特殊，安慰剂盲法试验无法执由于处理手段非常特殊，安慰剂盲法试验无法执行，行， 或执行起来非常困难或执行起来非常困难,如放射或手术治疗如放射或手术治疗 ⑵⑵ 试验药的不良反应非常特殊，以至无法使研究者试验药的不良反应非常特殊，以至无法使研究者处于盲态（处于盲态（blindness），用安慰剂意义不大，这），用安慰剂意义不大，这时采用空白对照时采用空白对照Ø一般物理化学实验中扣除本底值的差异；一般物理化学实验中扣除本底值的差异；Ø临床试验中，可用于不适合安慰剂对照或慢病研究中临床试验中，可用于不适合安慰剂对照或慢病研究中 ⑶⑶ 标准对照标准对照（Standard control）：实用现有的标准方实用现有的标准方法或常规方法，或现有的标准值或参考值作对照。

法或常规方法，或现有的标准值或参考值作对照对象对象 I新效应新效应其它因素其它因素其它效应其它效应新处理新处理对象对象 II标准效应标准效应其它因素其它因素其它效应其它效应实验组：实验组：对照组：对照组： 标准处理标准处理注意：注意：用现有的标准值或参考值作对照用现有的标准值或参考值作对照------不好！不好！⑷自身对照自身对照（Self control）：实验和对照在同一受试对实验和对照在同一受试对象身上进行，如身体对称部分或前后接受两不同处理象身上进行，如身体对称部分或前后接受两不同处理对象对象 IA效应效应其它因素其它因素其它效应其它效应A对象对象 IIB 效应效应其它因素其它因素其它效应其它效应B实验组：实验组：对照组：对照组：举例：举例：研究某治疗烧伤新药的疗效研究某治疗烧伤新药的疗效同个体某部位同个体某部位同个体对称的部位同个体对称的部位举例：举例：研究盐酸西布曲明的减肥效果研究盐酸西布曲明的减肥效果------前后对照前后对照 注意注意：单一的前后对照是不提倡的；要设对照组单一的前后对照是不提倡的；要设对照组Ø 前后对照不是同期对照；前后对照不是同期对照；Ø 在实验中同样需要另设一个对照组，用处理前后效在实验中同样需要另设一个对照组，用处理前后效应的差值来比较实验组和对照组。

应的差值来比较实验组和对照组 西布曲明西布曲明肥胖患者体重肥胖患者体重（服药前）（服药前）肥胖患者体重肥胖患者体重（服药后）（服药后）自身对照自身对照（Self control） 如果是治疗前后某项指标的比较，必需保证如果是治疗前后某项指标的比较，必需保证试验试验前后某些环境或自身因素保持不变！前后某些环境或自身因素保持不变！编号编号 服药前服药前服药服药5天天服药服药15天天服药服药20天天1141.3 124.7 123.3 124.0 2142.0 137.7 130.7 131.7 3142.7 138.0 148.7 147.3 4143.0 136.7 133.3 129.3 5143.7 123.3 123.3 116.7 6144.7 130.7 133.3 135.3 7145.0 130.0 136.7 133.3 8145.7 149.3 147.7 149.3 9147.0 143.7 140.0 140.7 10148.3 145.7 142.7 144.0 SBP(mmHg））⑸⑸ 相互对照相互对照（Mutual control）对象对象 IA 效应效应其它因素其它因素其它效应其它效应处理处理A对象对象 IIB 效应效应其它因素其它因素其它效应其它效应处理处理B实验组：实验组：对照组：对照组：⑹⑹ 实验对照实验对照（Experimental control）：对照组不施加对照组不施加处理因素，但施加与处理因素有关的实验因素。

处理因素，但施加与处理因素有关的实验因素对象对象 IA+B 效应效应其它因素其它因素其它效应其它效应A+B对象对象 IIB 效应效应其它因素其它因素其它效应其它效应B实验组：实验组：对照组：对照组：举例：举例：赖氨酸添加实验，考察补充赖氨酸对儿童发育的影响赖氨酸添加实验，考察补充赖氨酸对儿童发育的影响赖氨酸赖氨酸 + + 面包面包面包面包赖氨酸赖氨酸 + + 面包面包面包面包⑹⑹ 历史对照历史对照（（Experimental control）：）： 拿当前的实验结果与历史上的同类实验结果拿当前的实验结果与历史上的同类实验结果相比较，即为相比较，即为~ ~，一般不宜采用一般不宜采用n 安慰剂对照安慰剂对照n 空白对照空白对照n 标准对照标准对照 n 自身对照自身对照n 相互对照相互对照n 实验对照实验对照n 历史对照历史对照对对 照照二、二、 随机原则随机原则（（Randomization ））Ø随机抽样随机抽样：每个附合条件的受试对象被抽取的机：每个附合条件的受试对象被抽取的机 会均等。

会均等Ø随机分配随机分配：每个受试对象被分到各组的机会均等每个受试对象被分到各组的机会均等Ø实验顺序的随机实验顺序的随机：每个受试对象先后接受处理的机：每个受试对象先后接受处理的机 会均等随机化应随机化应贯穿研究设计和实施的全过程，包括：贯穿研究设计和实施的全过程，包括：（一）目的：使实验组与对照组之间在非实验因素的分（一）目的：使实验组与对照组之间在非实验因素的分布尽量保持均衡一致，统计学上常采用随机化的方法布尽量保持均衡一致，统计学上常采用随机化的方法1. 抽签或掷硬币抽签或掷硬币2. 随机数字表随机数字表 （（Table of random number））3. 计算机的伪随机数发生器计算机的伪随机数发生器（（Pseudo random number，PRN））（二）随机化的方法（二）随机化的方法软件软件种子数种子数 （（1）） 抽样的随机抽样的随机n 单纯随机抽样单纯随机抽样n 系统抽样系统抽样n 分层抽样分层抽样n 整群抽样整群抽样【【SPSS-软件实现软件实现】】 产生对象编号产生对象编号→ 设计种子数设计种子数→ 运行随机抽样过程运行随机抽样过程⑴⑴ 单纯随机抽样单纯随机抽样排序：随机编号排序：随机编号单纯随机抽样单纯随机抽样-STATA实现实现nset obs 100 产生数据文件，含100个记录ngen id=_n 产生变量idnsave d:\mydata 保存数据nset seed 12345 设定种子数nsample 15 抽取15%的观察单位nList 显示抽中的15个编号STATA 程序：结果3. 2 分组的随机分组的随机 研究者可从研究目的、处理因素的多少，并研究者可从研究目的、处理因素的多少，并结合专业要求选择适合的设计方案，如：结合专业要求选择适合的设计方案，如：完全随完全随机设计、配对设计、随机区组设计机设计、配对设计、随机区组设计等，然后进行等，然后进行随机分组。

随机分组目的：目的：使各组之间的非处理因素均衡使各组之间的非处理因素均衡⑴⑴ 完全随机化分组完全随机化分组（（Complete randomization））：： 直接将受试对象进行随机化分组直接将受试对象进行随机化分组方法一：方法一：随机数字表法随机数字表法⑴⑴ 编号：动物按体重大小、患者按就诊次序编号：动物按体重大小、患者按就诊次序⑵⑵ 取随机数（与取随机数（与n的位数相同）的位数相同）⑶⑶ 确定组别确定组别【举例举例】】 采用随机化的方法将同性别、体重相近采用随机化的方法将同性别、体重相近的的 30只动物分到只动物分到 A、、B、、C三组 附表附表1 1 随机数字表（部分）随机数字表（部分） 方法一：随机数字表法方法一：随机数字表法⑴⑴ 编号：动物按体重大小、患者按就诊次序编号：动物按体重大小、患者按就诊次序⑵⑵ 取随机数（与取随机数（与n的位数相同）的位数相同）编号12345678910随机数16772302770961872521÷3的余数1222201010编号11121314151617181920随机数28062425931671135978÷3的余数1001012120编号21222324252627282930随机数23054747257843767161÷3的余数2222101121A 组 6 8 10 12 13 15 20 26 B组 1 7 9 11 14 16 18 25 27 28 30C组 2 3 4 5 17 19 21 22 23 24 29⑶⑶ 按号分组：按号分组： 方法二：采用随机数排秩的办法，事先规定随机数排方法二：采用随机数排秩的办法，事先规定随机数排序为序为1-10的的A组，组，11-20的为的为B组，组，21-30的为的为C组。

组编号12345678910随机数167723 02770961872521排序排序625912642029128编号111213 14151617181920随机数280624 25931671135978排序排序15311 133072251928编号212223 24252627282930随机数230547 47257843767161排序排序10217 18142716242321A 组 1 3 4 6 10 12 16 18 21 22 B组 7 9 11 13 14 19 23 24 25 27C组 2 5 8 15 17 20 26 28 29 30方法三方法三：通过计算机编程实现完全随机化分组：通过计算机编程实现完全随机化分组nset obs 30 产生数据文件，含30个记录ngen id=_n 产生变量idnset seed 124 设定种子数ngen r= uniform() 产生随机数rnsort r 随机数r 排序ngen treat=group(3) 将所有记录按随机数排序并分到3组nList 显示分组结果STATA 程序：运行结果：运行结果： 《《高压氧综合治疗婴幼儿脑瘫临床疗效观察高压氧综合治疗婴幼儿脑瘫临床疗效观察》》一文一文ü选择选择2006.1~2006.12在中国人民解放军在中国人民解放军91医院确诊医院确诊的的6月～月～3岁脑瘫患儿岁脑瘫患儿140 例。

例ü采用随机分组法分为两组，一个为实验组（采用随机分组法分为两组，一个为实验组（70例）例），另一个为对照组（，另一个为对照组（70例），实验组在对照组常例），实验组在对照组常规综合治疗（头针、穴位注射及功能训练等）的规综合治疗（头针、穴位注射及功能训练等）的基础上加用高压氧治疗基础上加用高压氧治疗 仅笼统说“随机分组”，未说明随机分组的具体方法案例找错：案例找错：u随机：随机：random 机会均等，机会均等， 客观性客观性u随意：随意：as will 随主观意愿，主观性随主观意愿，主观性研究设计及论文中常见随机化方面的问题有：研究设计及论文中常见随机化方面的问题有：①①未注明分组是否随机，或未采用随机化分组方法未注明分组是否随机，或未采用随机化分组方法 ②②未说明随机的方法，只是笼统地说未说明随机的方法，只是笼统地说“将病例随机分将病例随机分为两组为两组” ；；③③随机化方法错误，如按奇偶数、单双日、入院顺序随机化方法错误，如按奇偶数、单双日、入院顺序分组等；分组等；④④随机不同于随意，随机不代表均衡随机不同于随意，随机不代表均衡 三、重复原则三、重复原则 在相同的实验条件下，进行多次研究或多次观察，在相同的实验条件下，进行多次研究或多次观察，以提高实验的可靠性和科学性。

以提高实验的可靠性和科学性Ø整个实验的重复整个实验的重复：：不可重复的实验是没有科学性的不可重复的实验是没有科学性的Ø用多个受试对象进行重复用多个受试对象进行重复：： 个体个体—普遍？普遍？ 偶然偶然—必然？必然？ 要有足够的样本含量（要有足够的样本含量（sample size）Ø同一受试对象的重复同一受试对象的重复：：保证了观察结果的精度保证了观察结果的精度包括：包括：目的：目的：估计变异的大小，降低变异的大小估计变异的大小，降低变异的大小举例：问为什么两个率没有意义？举例：问为什么两个率没有意义？ 分分 组组 阳阳 阴阴 合计合计 率率%试验组试验组 4 4 8 50 对照组对照组 0 7 7 0标标 题题 合合 计计 4 11 15 26.7 为什么要确定样本含量？它的意义和重要为什么要确定样本含量？它的意义和重要性？通过以上分析可见！性？通过以上分析可见！参考经验大概需要多少例？参考经验大概需要多少例？n数值变量：至少数值变量：至少7例才有意义，一般要大于例才有意义，一般要大于30例，例，最好最好100例以上。

例以上n分类变量：至少大于分类变量：至少大于30例，一般大于例，一般大于100例，常见例，常见病、多发病最好几百例病、多发病最好几百例 这些是经验要求，可靠还要在设计时计算所需这些是经验要求，可靠还要在设计时计算所需最小样本量最小样本量并或统计结果时估计并或统计结果时估计检验效能检验效能12.3 常用的实验设计方法常用的实验设计方法：常用的实验设计方法：单因素设计单因素设计多因素设计多因素设计随机区组设计随机区组设计交叉设计交叉设计析因设计析因设计重复测量设计重复测量设计单组设计单组设计配对设计配对设计完全随机设计完全随机设计成组设计成组设计单因素多水平设计单因素多水平设计一一、、完全随机设计完全随机设计 （（Complete randomized design）） 又叫简单随机设计又叫简单随机设计（（Simple randomized design）） ，，将同质受试对象随机地分配到各处理组，再观察其将同质受试对象随机地分配到各处理组，再观察其实验效应实验效应平衡设计平衡设计( Balanced design )：各组样本含量相等；：各组样本含量相等；非平衡设计非平衡设计( Unbalanced design )：各组样本含量不等：各组样本含量不等研究总体研究总体受试对象受试对象组组1组组2纳入标准纳入标准排除标准排除标准随机化随机化总体总体样本样本随机抽样随机抽样随机分组随机分组样本样本1样本样本2方案一：方案一：方案二：方案二：二二、、配对设计配对设计（（Paired design）） 配对因素：可能影响实验结果的主要混杂因素。

配对因素：可能影响实验结果的主要混杂因素A B配对的主要形式有：配对的主要形式有：①①将两条件相同或相近的受试对象配成对子（含同将两条件相同或相近的受试对象配成对子（含同一个体两对称器官或组织），分别接受两种不同一个体两对称器官或组织），分别接受两种不同的处理如：小鼠配对实验如：小鼠配对实验②②同一受试对象（人或标本）分别接受两种不同处同一受试对象（人或标本）分别接受两种不同处理③③前后配对：同一受试对象接受一种处理前后前后配对：同一受试对象接受一种处理前后配对设计配对设计的优缺点：的优缺点：优点优点：：⑴⑴ 可增强处理组间的均衡性，实验效率较高；可增强处理组间的均衡性，实验效率较高； ⑵⑵ 所需样本含量较小所需样本含量较小缺点缺点：：⑴⑴ 配成对子比较困难；配成对子比较困难； ⑵⑵ 丢失对子丢失对子 ⑶⑶ 配对欠佳或配对失败时，反而降低效率配对欠佳或配对失败时，反而降低效率三、随机区组设计（三、随机区组设计（配伍组设计）配伍组设计） A B C D随机区组设计随机区组设计（（Randomized block design）） 又称随机单位组设计，随机配伍组设计。

又称随机单位组设计，随机配伍组设计n b 个区组：个区组：A 和和 Bn 每个区组内：每个区组内：k 个受试对象个受试对象n k 个处理：有待比较个处理：有待比较特点：特点：Ø将受试对象按性质（如动物按窝别、性别、体重；病将受试对象按性质（如动物按窝别、性别、体重；病人按病情、性别、年龄等非处理因素）相同或相近者人按病情、性别、年龄等非处理因素）相同或相近者组成组成b个区组（或称单位组、配伍组）；个区组（或称单位组、配伍组）；Ø每个区组中每个区组中k个受试对象随机分配到每个区组个受试对象随机分配到每个区组k个处理个处理组中去 举例举例：： 30只实验用大白兔，按窝别同，体重近划分为只实验用大白兔，按窝别同，体重近划分为10个区组，每区组个区组，每区组3只大白兔随机采用只大白兔随机采用A、、B、、C三种处理方三种处理方案，问三方案处理后血白蛋白减少量有无不同？案，问三方案处理后血白蛋白减少量有无不同？随机区组设计：随机区组设计：优点优点：：每个每个区组中区组中k个受试对象有较好的同质性个受试对象有较好的同质性 均衡性较好均衡性较好 易查出各处理间的差别易查出各处理间的差别缺点缺点：：⑴⑴要求区组间受试对象数与处理数相等；要求区组间受试对象数与处理数相等； ⑵⑵若每区组试验过程中有一对象丢失，则若每区组试验过程中有一对象丢失，则整个区组就不能用了。

整个区组就不能用了 数据的丢失数据的丢失，统计麻烦，统计麻烦组别组别受试对象受试对象阶段阶段I清除阶段清除阶段(wash out)阶段阶段II组组11处理处理A无处理无处理处理处理B2…n1组组21处理处理B无处理无处理处理处理A2…n1 四、四、交叉设计交叉设计（（Cross-over design））举例举例：某医生为研究某新药：某医生为研究某新药A治疗哮喘的疗效，以旧治疗哮喘的疗效，以旧药舒喘宁药舒喘宁B为对照，测服药为对照，测服药8小时的最大呼气流量值小时的最大呼气流量值交叉设计：交叉设计：是一种特殊的自身对照设计，按事先设是一种特殊的自身对照设计，按事先设计好的试验次序，在各个时期对研究对象实施各种处计好的试验次序，在各个时期对研究对象实施各种处理，比较各处理组间的差异理，比较各处理组间的差异Ø 两种处理：两种处理：A 和和 BØ 两个阶段：两个阶段：I 和和 IIØ 随机分为两组：随机分为两组： 组组1 先先 A 后后 B 组组2 先先 B 后后 A2×2 交叉：交叉：能够分析：处理因素之间的差别能够分析：处理因素之间的差别 时间先后顺序的差别时间先后顺序的差别双因素设计双因素设计两阶段两阶段两处理两处理优点优点：：⑴⑴所需样本例数可少一些，节约样本含量；所需样本例数可少一些，节约样本含量； ⑵⑵控制个体差异和时间因素对处理因素的影响，控制个体差异和时间因素对处理因素的影响，效率较高；效率较高； ⑶⑶临床试验中，均等地考虑了每个患者的利益。

临床试验中，均等地考虑了每个患者的利益缺点缺点：：⑴⑴处理时间不能太长；处理时间不能太长； ⑵⑵若患者治愈或死亡，则后一阶段无法进行若患者治愈或死亡，则后一阶段无法进行 ⑶⑶受试对象在某一阶段退出实验，就会造成该阶受试对象在某一阶段退出实验，就会造成该阶段及以会数据的丢失，增加统计分析的困难段及以会数据的丢失，增加统计分析的困难交叉试验的优缺点：交叉试验的优缺点： ⑴⑴清除阶段旨在消除前一处理的剩余效应，其长短清除阶段旨在消除前一处理的剩余效应，其长短取决于药物在血清中衰减程度，一般大于取决于药物在血清中衰减程度，一般大于6~8个半个半衰期 ⑵⑵盲法：以提高受试对象的依从性，避免偏倚盲法：以提高受试对象的依从性，避免偏倚 ⑶⑶不宜用于有自愈倾向或病程较短的疾病研究不宜用于有自愈倾向或病程较短的疾病研究交叉试验的注意事项：交叉试验的注意事项：又称又称完全完全交叉分组设计，是将两个或多个实验因素的各交叉分组设计，是将两个或多个实验因素的各水平进行组合，对各种可能组合都进行实验，从而探讨：水平进行组合，对各种可能组合都进行实验，从而探讨： ①①各实验因素的主效应（各实验因素的主效应（main effect）） ②②各因素间的交互作用（各因素间的交互作用（interaction）：当某一因）：当某一因素在各水平间变化时，另一个或多个因素各水平的效应素在各水平间变化时，另一个或多个因素各水平的效应也相应地发生变化。

也相应地发生变化五五、、析因设计析因设计（（Factorial design））析因设计的表示方法：析因设计的表示方法：1.等水平析因设计：等水平析因设计： m个因素、个因素、k个水平，记作：个水平，记作：mk2.不等水平析因设计：不等水平析因设计： 如如 32×53表示：表示：3个因素个因素2个水平，个水平， 5个因素个因素3个水平个水平如如 32析因分析表示：析因分析表示：3个因素有个因素有2个水平个水平 举例举例：： 某研究人员要了解某升白细胞（某研究人员要了解某升白细胞（A）和纯苯）和纯苯（（B）对大鼠吞噬指数的影响，以及两者同时使用时）对大鼠吞噬指数的影响，以及两者同时使用时的效应，测得吞噬指数结果如下：的效应，测得吞噬指数结果如下：用升白药物（用升白药物（a1, i=1））不用升白药物（不用升白药物（a2, i=2））用纯苯用纯苯 （（ b1, j=1 ））不用纯苯（不用纯苯（ b2, j=1 ））用纯苯用纯苯 （（ b1, j=1 ））不用纯苯（不用纯苯（ b2, j=1 ））Xijm1.943.801.853.882.503.902.013.842.034.062.103.962.103.851.923.922.083.842.043.80 ①①各因素的各因素的主效应主效应（（main effect）） ②②各因素间的各因素间的交互作用交互作用（（interaction）：当某一因素在各水）：当某一因素在各水平间变化时，另一个因素各水平效应也发生相应地变化。

平间变化时，另一个因素各水平效应也发生相应地变化析因设计：析因设计：优点优点：：⑴⑴全面高效性全面高效性 ——以最小实验次数探讨各因素的主效应，以最小实验次数探讨各因素的主效应， 同时获得各因素间的交互作用；同时获得各因素间的交互作用； ⑵⑵通过比较各种实验的组合，寻求最佳组合通过比较各种实验的组合，寻求最佳组合 缺点缺点：：⑴⑴工作量大；工作量大； ⑵⑵统计分析复杂统计分析复杂六、重复测量设计六、重复测量设计（（Repeated measurement design）） 按实验分组因素将受试对象分成若干个组，每一组按实验分组因素将受试对象分成若干个组，每一组对象接受一种特定的处理之后，在几个不同的时间点对象接受一种特定的处理之后，在几个不同的时间点从同一受试对象身体上重复获得指标的观察测，即为从同一受试对象身体上重复获得指标的观察测，即为~设计特点：设计特点：1.同一受试对象的数据高度相关；同一受试对象的数据高度相关；2.处理因素在受试对象间为随机分配的，但受试对象处理因素在受试对象间为随机分配的，但受试对象内各时间点往往是固定的，不能随机分配；内各时间点往往是固定的，不能随机分配；3.有专门用于重复测量资料的方差分析方法。

有专门用于重复测量资料的方差分析方法举例：研究两种药物举例：研究两种药物[噻胺酮、氯胺酮噻胺酮、氯胺酮]，对大鼠肌电图频，对大鼠肌电图频数的影响，实验测计与观测结果见下表示：数的影响，实验测计与观测结果见下表示：12.4 样本含量的估计1.概念：概念：指观察例数的多少，又称样本大小即指观察例数的多少，又称样本大小即指保证一定检验效能的前提下，所需要的样本指保证一定检验效能的前提下，所需要的样本的最小观察单位数的最小观察单位数 2. 原则原则：科学实验需要：科学实验需要重复一、样本含量一、样本含量（（Sample size））估计估计1. 忽视应当保证足够的样本含量：忽视应当保证足够的样本含量：n抽样误差大，所得结果不稳定，结论的可靠性差，抽样误差大，所得结果不稳定，结论的可靠性差，用于用于 推断总体的精度差推断总体的精度差n检验效能低，导致总体中事实上存在的差异未能检检验效能低，导致总体中事实上存在的差异未能检测出来，出现假阴性（测出来，出现假阴性（false negative）的结果）的结果2. 片面追求大样本：片面追求大样本：n 实际工作困难，浪费人力物力、时间；实际工作困难，浪费人力物力、时间；n 引入过多的混杂因素，影响数据质量。

引入过多的混杂因素，影响数据质量二、克服样本估计中的两种错误倾向：二、克服样本估计中的两种错误倾向：三、影响样本含量估计的三、影响样本含量估计的四个主要因素：四个主要因素：   ：：第第 I 类错误概率类错误概率，，也是检验水准也是检验水准；；   ：：第第 II 类错误概率类错误概率β，，或检验效能或检验效能1- β   ：：容许误差容许误差   ：：总体标准差总体标准差  或或总体概率总体概率π1. α ：第：第 I 类错误概率类错误概率，，也称检验水准也称检验水准αØ 所设所设α小，所需样本含量大；小，所需样本含量大；Ø 相同相同α，，双侧检验比单侧检验所需样本含量多；双侧检验比单侧检验所需样本含量多；Ø 所以要注意单双侧；所以要注意单双侧；Ø 一般设一般设α为为0.05，，0.012.   ：第：第 II 类错误概率类错误概率，，或检验效能或检验效能1-  Ø 所设所设 小或检验效能小或检验效能1-   高，则所需样本量大；高，则所需样本量大；Ø 一般设一般设ββ在在0.80 以上以上3. δ ：：容许误差容许误差Ø 容许误差容许误差δδ大大，，所需样本含量小；所需样本含量小；Øδ的数值由问题的性质决定。

的数值由问题的性质决定Ø 反映资料的变异度，反映资料的变异度，  愈大所需样本含量愈多愈大所需样本含量愈多Ø总体概率总体概率π越近于越近于0.50，说明资料变异度越大，则，说明资料变异度越大，则所需样本含量也愈多所需样本含量也愈多Ø 或或π的数值由预实验，或文献、专业知识决定的数值由预实验，或文献、专业知识决定4.   /π ：：总体标准差总体标准差 或或总体概率总体概率π四、样本含量的估计方法：四、样本含量的估计方法：1.经验法经验法：根据前人的研究结果或咨询同行专家：根据前人的研究结果或咨询同行专家的方法来确定样本例数，该方法较为粗略的方法来确定样本例数，该方法较为粗略2.查表法查表法：方便，但受到列表的限制；：方便，但受到列表的限制；3.计算法计算法：采用专用公式计算，可根据检验效能：采用专用公式计算，可根据检验效能的公式反推过来求样本含量的公式反推过来求样本含量小小 结结Ø科研方法按是否给预干预措施分为：科研方法按是否给预干预措施分为： 实验型研究实验型研究————实验设计实验设计 观察性研究观察性研究————调查设计调查设计Ø实验设计的实验设计的三要素三要素：： 实验对象、处理因素、实验效应实验对象、处理因素、实验效应Ø实验设计的实验设计的基本原则基本原则：： 对照原则、随机化原则、重复原则对照原则、随机化原则、重复原则Ø明确明确正确估计样本含量正确估计样本含量的重要意义，样本含量估的重要意义，样本含量估计的四要素，尽量用计算法求得样本含量。

计的四要素，尽量用计算法求得样本含量THANK YOU!。