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1、實驗設計原則,主講：李東陽 南華大學公共衛(wèi)生學院 2010.09,“預事則立 ，不預則廢”,實驗設計的目的 1.有目的、有計劃、有步驟地進行實驗。 2.最大限度地減少實驗誤差。 3.節(jié)省時間、樣本、經(jīng)費開支，減少人力物力財力，獲得較高的效率。,實驗設計的目的和任務,實驗設計的任務：合理安排三要素 1、受試因素（處理因素、施加因素、干擾因素） 要抓住實驗中的主要問題 要確定處理因素與非處理因素 處理因素必須標化 多因素的交互作用 2、受試對象 病人、動物、組織、器官、細胞等 3、受試效應 選擇指標,指標選擇要注意： 指標的關聯(lián)性 指標的客觀性 指標的靈敏性 指標的精確性 指標的特異性,實驗設計原
2、則,對照原則 隨機原則 重復原則 均衡原則 盲法原則,一、對照原則（control） 例：某醫(yī)師為了研究某中藥煎劑的利尿作用，隨機抽取10名健康人進行研究，結果10名健康人服藥2小時內(nèi)較未服藥前平均增加100ml/小時，因此認為該中藥煎劑有利尿作用。你認為該結論正確嗎？并說明理由；你認為應如何設計 意義： 鑒別處理因素與非處理因素的差異 減少實驗誤差，避免產(chǎn)生錯誤的結論,要求： 均衡:即組間一致，除處理因素外，對照組具備與實驗組對等的非處理因素 同步：對照組與實驗組在整個研究進程中，始終處于同一空間和時間 專設：為相應的實驗組專門設立對照。不得借用文獻上記載或以往的結果或其他研究資料作為本研究
3、的對照。,對照的幾種形式 1、空白對照 2、實驗對照 3、安慰劑對照 4、標準對照 5、歷史對照與正常值對照 6、陰性對照與陽性對照 對照的設計方案 設計對照要注意的問題,1、空白對照,空白對照:即對照組不加任何處理因素 實驗組：TS1eS1 對照組：0S20S2 注:T為處理因素;S為非處理因素;e為實驗效應 如果S1 = S2 實驗后得到的S1和S2也必然相等。 那么效應e必然是T作用的結果。,例: 使用新藥A治療高血壓，結果實驗組血壓下降20mmHg，對照組血壓下降5mmHg，兩組相差15mmHg。如果S1=S2，那么S1=5mmHg，S2=5mmHg。所以說實驗組多下降15mmHg應當
4、是實驗藥A的效應。 T( ？) + S1( 5 ) = 20 0 + S2( 5 ) = 5 15,2、實驗對照,實驗對照：指給對照組施加與實驗組操作條件一 致的干擾因素。凡是對實驗結果有影響的操作、溶媒、試劑等都應該設立實驗對照 常用的實驗對照有： 實驗操作對照:給對照組施加與實驗組條件一致的操作稱為操作對照，操作對照在于控制操作影響產(chǎn)生的誤差。 藥物溶媒對照:以性狀相同的溶媒作對照可防止誤將溶媒的作用當作藥物的作用，得出假陽性結果。,3、安慰劑對照,1、安慰劑與安慰劑效應 安慰劑:是指外觀等與受試藥物相同且無藥理活性的物質，在臨床研究中用來替代受試藥物。安慰劑應該在劑型、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，否則導致安慰劑的失效和實驗的失敗。 安慰劑效應: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、安慰劑對照的設立 給對照組受試者使用無藥理活性的安慰劑稱安慰劑對照。 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。 安慰劑對照與雙盲法同時實施效果更好。,對受精神因素影響較大的慢性疾病，應盡量采用安慰劑對照； 新藥和老藥新用治療慢性病的臨床試驗最好設立安慰劑對照； 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照。,4、標準對照,標準
6、對照又稱有效對照，要注意選擇療效被公認或肯定的藥物或療法，而且與所試驗的藥物或療法是屬于同一類型的。 不能用安慰劑對照時，可用標準對照。即用公認的標準療法(或常規(guī)療法)作對照。 例如：試驗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照。,5、歷史對照與正常值對照,歷史對照：是將研究者以往的研究結果或文獻上他人的研究結果與本次研究結果作對比 缺點：難以實現(xiàn)前后的一致性，違背實驗設計的均衡性原則，一般不主張采用。 采用正常值作對照也存在如何均衡的問題，應用時要注意指標應無波動性，不受時間和地域的影響。,6、陰性對照與陽性對照,在毒理學和藥理學研究的一些實驗中通常要設立陰性
7、對照與陽性對照組。（如：三致） 對評價方法的可靠性有重要意義,設計方案,1、配對對照：節(jié)省樣本，提高效率。主要是減少個體間的差異。 同源配對：實驗前后、同一個體左右器官 異體配對：同卵雙胎、同窩動物 2、組間對照(平行對照):適用于不能應用配對對照的情況。其缺點是組間差異較大，所需要的樣本數(shù)要更多些 3、交叉對照,交叉對照 不宜作空白對照設置。用同一批動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動物健康的影響，設立三組。 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,還應設立一組未污染的米糠組,例如：對某藥A進行臨床試驗，用B藥作安慰劑對照，C藥作已知有效藥對照，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、隨機原則（Randomization）,概念： 隨機抽樣:總體中每個個體有相同的機會被抽到樣本中來 隨機分組:每個實驗對象分配到不同處理組的機會相同。 隨機實驗順序：每個實驗對象接受處理先后的機會相同,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、半隨機、單純隨機抽樣) 隨機數(shù)目表法、隨機排列表：分兩組、分三組 計算器
9、隨機數(shù)法(略),隨機數(shù)目表法,分兩組隨機方法 分三組或三組以上的隨機法,隨機數(shù)目表法,初步結果 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、重復原則（Replication）,意義：實驗的樣本量要足夠大經(jīng)得起重復實驗的考驗?！耙粋€不可重復的研究是沒有科學性的”。 設計樣本數(shù)時要考慮的因素 1、處理的效果 2、實驗誤差： 3、資料性質：等級分組計數(shù)資料計量資料的樣本量,4、顯著性水平：樣本量a隨機區(qū)組設計配對設計拉丁方
10、設計,樣本大小的估計 1、一般情況下預定樣本的大小 (1)動物實驗： 大動物（犬、貓）5-15只 中等動物（兔、豚鼠）10-20只 小動物（大鼠、小鼠）15-30 (2)臨床：難治愈的病，療效顯著時：5-10例， 急性病死亡率高的：30-50例， 一般慢病：200-300-500例,2、用計算法估計 (1)了解基本數(shù)據(jù) (2)確定條件： 確定P值 確定把握度 確定是單側還是雙側 3、計算樣本大小的公式與舉例 關于對照組樣本大小的確定 當n1+n2之和不變時，n1與n2的乘積以n1=n2時最大,例 題,1、兩個率比較樣本大小的計算 2、計量資料配對比較或樣本均數(shù)與總體比較樣本量估計 3、計量資料
11、兩組間比較樣本量估計 4、計量資料多組實驗樣本量確定,兩個率比較樣本大小的計算 n = n：每組所需樣本含量 p1、p2：分別為總體率的估計值 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)轉陰的療效，初篩甲藥轉陰率約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)計學意義 ？,本例計算法：p1 =0.5 p2 =0.3 P=0.4 =0.05 =0.10, 雙側,查表 u=1.96 u=1.28 故每組需要126例。 查表法：查表(雙側表)，根據(jù)本例=0.05 、1-=0.90，
12、較小率差=50%-30%=20%，=0.05時，n=125 計算法為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,樣本估計的u 與u 值,計量資料配對比較或樣本均數(shù)與總體比較實驗樣本量估計,例二：門診觀察發(fā)現(xiàn)，某中藥對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，標準差為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=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：請附查表5，得n=38例,計量資料兩組間比較樣本量估計,例三： 研究黃芪與生血散對粒細胞減少癥的療效，據(jù)以往經(jīng)驗黃芪可升1000個/l生血散可升2000個/l。兩組合并標準差估計約1800個/l。擬取雙側=0.05，=0.10，問每組需觀察多少病例？,本例：S=1800 =2000-1000=1000 雙側=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個樣本的均數(shù)和標準差的初估值，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，依次進行，直至前后兩次求得結果趨于穩(wěn)定為止，即所求樣本例數(shù)。 當區(qū)組隨機設計時，第一次2=(k-1)(n-1)，式中 用誤差均方代替。,完全隨機設計時值計算法,例：擬用A、B、C三種方案治療貧血患者，估計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，標準差分別為8.0、7.1、7.9，設0.05，0.1，若要得出差別有顯著意義的結論，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 兩次結果相近，故可以認為每組需要觀察50例。,四、均衡原則（balance）,均衡原則（balance）指各處理組非實驗因素均衡一致。 均衡的方法 交叉均衡法 分層均衡法 均衡性檢查,第一種設計:均衡性差,ADI+,乙100,甲100,ADI,第二種設計：交叉均衡,甲,乙,50 ADI+,50
17、 ADI,50 ADI+,50 ADI,分層均衡法,又稱分層隨機法 目的：增強組間的可比性。 要求：每一層內(nèi)反應值的變異越小越好，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。 設計方案有以下兩種：,第一種設計（非分層）,第二種設計（分層）,每日四種處理的設計,均衡性檢查 例2：比較復方青黛與馬利蘭治療慢性粒細胞白血病的療效，預定觀察20例，每組10例，按完全隨機已收治17例，如果新來一例符合受試條件，是青年，男性，病情較重，確診已達一年半，若將此患者納入，應進行均衡性檢查。,已有病例分層情況,復方青黛與馬利
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 三盲法(triple blandness),盲法：是指按試驗方案的規(guī)定，不讓參與研究的受試者和（或）觀察者、其他有關工作人員知道病人所接受的是何種處理(試驗藥或對照藥)，從而避免他們對實驗結果的人為干擾和心理因素的影響。,單盲法：在研究中，受試對象不知道自己接受的是什么處理，而觀察者知道。 優(yōu)點：可避免研究對象的主觀因素所致的偏差。,2.雙盲法：受試者和承擔觀察任務的研究人員均不知道每個受試對象接受處理的情況。 優(yōu)
19、點：可避免來自受試對象的主觀偏差，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處理或終止實驗。 安慰劑有時也可以產(chǎn)生一定的療效。,注意： (1)嚴格隨機分組，認真、客觀填寫病例報告表。 (2)實驗組與對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，受試對象的所有記錄、請求單、回報單等全采用代號,(4)每個盲法試驗應指定一個第三者作為統(tǒng)籌負責和監(jiān)督整個研究工作的監(jiān)視員。其職責是監(jiān)督盲法執(zhí)行，保證結果的可靠性，保證受試對象的安全，分發(fā)應急信件，保管盲底，試驗終末揭盲等。,(5)設有應急信件和緊急情況個別病例揭盲規(guī)定 臨床試驗必須符合科學和道德倫理原則，為防止試驗中出現(xiàn)緊急情況貽誤病人治療，應為每一個編盲號設置一個應急信件(內(nèi)容為病例用藥編號、藥名)，以便在緊急情況對個別病例揭盲搶救治療。,三盲法（Triple blindness） 三盲法是雙盲法的擴展，即受試對象、觀察究人員和資料分析人員均不知道受試對象的分組和處理情況。嚴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，但在分析時減弱了對整個研究工作的全局了解，對研究的安全性要求較高，在執(zhí)行時也較嚴密，難度較大。,
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