實驗設(shè)計及樣本量的估計

實驗設(shè)計與樣本含量的估計一、實驗設(shè)計的含義實驗研究是醫(yī)學(xué)研究中常用的方法之一研究者進(jìn)行實驗常常是判斷那種藥物更有效那些因子是致病因子它們的病理變化機(jī)制是什么那種手術(shù)生存時間長等等由于醫(yī)學(xué)研究的對象是人或是動物是生命的機(jī)體具有廣泛的變異性對于外界刺激的反映千變?nèi)f化例如同月齡同性別的一組小白鼠在某種同劑量毒物作用下其染色體突變發(fā)生率各不相同又如相同疾病患者在服用同一種藥物后其療效也不盡一致諸如此類現(xiàn)象滲透于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)加之偶然性變差不可避免地存在，這些情況將混淆或掩蓋人們關(guān)心的實驗結(jié)果的真實差異。研究者根據(jù)自己提出的假設(shè)如何運(yùn)用實驗研究結(jié)果來回答事先提出的假設(shè)呢？這就需要精心安排好實驗通過一組規(guī)劃來完成實驗全過程這一組規(guī)劃就是實驗設(shè)計因此我們可以這樣定義實驗設(shè)計是研究醫(yī)學(xué)科學(xué)中如何合理地安排實驗因素、考察醫(yī)學(xué)效應(yīng)的科學(xué)。它是生物統(tǒng)計學(xué)中的一個分支，主要由Fiser學(xué)派世紀(jì)20年代應(yīng)農(nóng)科的需而立展起的隨著學(xué)進(jìn)，這門學(xué)不充實完其本的仍是實結(jié)能夠確答先提出的題同時這精的結(jié)是最少力力時間件獲。第二節(jié) 實驗研究分類與常用設(shè)計方案根據(jù)研究對象的不同常用研究分為三類即動物實驗臨床實驗與社區(qū)干預(yù)實驗。一、動物實驗動物實（animalexperiment是在動物身體內(nèi)進(jìn)行實驗根據(jù)獲得的結(jié)果，毒突藥以傷術(shù)變驗。二床驗臨床實驗（cliicltis）一般局限于對病人身心無損傷的實驗?？梢允嵌唐谟^察也可以是中期或遠(yuǎn)期追蹤觀察目的多為某種藥物及某項療法的效果觀察。例如采用某新型化學(xué)藥物對防治乳腺癌根治術(shù)后復(fù)發(fā)的效果等。三、社區(qū)干預(yù)實驗社區(qū)干預(yù)實驗communityinterventtria）多在某一地區(qū)內(nèi)人群中進(jìn)行，持續(xù)時間一般較長，其目的是觀察某項保護(hù)措施對干預(yù)某種危險因素致病的效果。例如對新生兒注射乙肝疫苗預(yù)防乙型肝炎發(fā)病的作用又如在克山病地區(qū)對人群加服硒劑觀察克山病發(fā)病變化等由于社區(qū)干預(yù)實驗難于對受試者進(jìn)行良好的隨機(jī)分配，因此又稱為半實驗研究quasi-experimen。常用的實驗設(shè)計方案可分為單因素與多因素兩大類。但因素設(shè)計方案是一個觀察因素的不同強(qiáng)度水平作用效應(yīng)間差異的研究包括配對設(shè)計完全隨機(jī)設(shè)計序貫設(shè)計多因素設(shè)計方案是指觀察兩個以上因素不同強(qiáng)度水平下作用效應(yīng)差異的研究包括交叉設(shè)計（配伍組設(shè)計拉丁方設(shè)計裂區(qū)設(shè)計正交設(shè)計。此外還有三個變量及多個變量間關(guān)聯(lián)分析的研究設(shè)計，屬多元分析。第三節(jié) 實驗設(shè)計的基本要素和原則醫(yī)學(xué)實驗包括三個基本組成部分即處理因素受試對象和實驗效應(yīng)例如觀察某女性避孕藥的效果，那么避孕藥就是處理因素，已婚育齡婦女為受試對象，其妊結(jié)局則是實驗效應(yīng)這三部分內(nèi)容就構(gòu)成了完整的實驗基本要素缺一不來。一、處理因素一般是指對受試對象給予某種外部干預(yù)（或措施，稱為處理因素ratet。這種預(yù)以主動加某藥物可以客存的如察養(yǎng)基在空氣中的污染程度與季節(jié)的關(guān)系“不同季節(jié)“就是處理因素，而“季節(jié)”這個處理卻不是人為實施而是客觀存在的。與“處理因素”相對應(yīng)（同時出現(xiàn)）的是“非處理因素，例如不同季節(jié)制作培養(yǎng)基的條件、培養(yǎng)基放置的位置和時起，素。平。況需。提，同作用d)用c)例如觀察某試劑不同計量的反應(yīng)率變化，如果同時分析溫度變化對反應(yīng)率的影響，表、某試劑在不同溫度、不同劑量下的實驗反應(yīng)率實驗序號 溫度 劑量 反應(yīng)率1 X1 X12 X132 X21 X22 X23。 … … … 根據(jù)這些數(shù)據(jù)，不僅可分別分析溫度，劑量單個因素對反應(yīng)率的影響，還可分析兩個因素對反應(yīng)率的聯(lián)合作用。（三）搜索非處理因素處理因素一般為研究者所重視但不能忽略非處理因素的存在應(yīng)同時尋找出來并加以控制否則會使實驗結(jié)果產(chǎn)生混雜效應(yīng)所以這些非處理因素又稱混雜因素（confoundingfacor。例如使用避孕藥的已婚婦女，她們的職業(yè)、文化程度等等是否相同或相近都會影響她們的生育觀服藥的自覺性以及最終影響實驗的結(jié)局。二、受試對象受試對象(studysubjects)究行。）象觀察任何藥物的療效、手術(shù)的效果，預(yù)先都要進(jìn)行一系列動物實驗，然后才能試用于人體研究各種外環(huán)境對人體的影響常常人工模擬各種外環(huán)境條件如高溫高壓或低壓以觀察動物體的生理變化可見動物實驗是醫(yī)學(xué)研究的重要月。象、準(zhǔn)(n)和排除標(biāo)準(zhǔn)(exclusioncriteria)，同時這些標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該形成條文，以便執(zhí)行和檢查。例如觀察肺癌患者化療效果限定受試對象為原發(fā)性肺癌患者診斷依據(jù)為病理和細(xì)胞學(xué)結(jié)果，病程為未轉(zhuǎn)移的早期狀態(tài)，年齡在20歲以上，性別不限，病理類型包括鱗癌與腺癌兩種轉(zhuǎn)移性肺癌者不納入對于現(xiàn)場健康人群亦應(yīng)有明確要求例如欲探討某地成年人外周血象水平規(guī)定在當(dāng)?shù)鼐幼∥迥暌陨喜唤佑|有害工種受檢時無發(fā)熱癥狀的健康人群為受試對象對患有血液病肝腎病的患者應(yīng)排除。三、實驗效應(yīng)實驗效應(yīng)(experimentalfet)是處理因素作用于受試對象的反應(yīng)是研究結(jié)果的最終體現(xiàn)也是實驗研究的核心內(nèi)容它將通過實驗指標(biāo)來表達(dá)如果指標(biāo)選擇不當(dāng)未能準(zhǔn)確地反應(yīng)處理因素的作用那么獲得的研究結(jié)果就缺乏科學(xué)性，因此選擇好實驗指標(biāo)是關(guān)系研究成敗的重要環(huán)節(jié)選擇指標(biāo)的依據(jù)是指標(biāo)應(yīng)具有客觀性、特異性、敏感性、精確性和靈敏性?？陀^性：觀察指標(biāo)有主觀指標(biāo)和客觀指標(biāo)之分，主觀指標(biāo)是由病人回答或醫(yī)生判斷來描述觀察結(jié)果而客觀指標(biāo)則是借助儀器或試驗等進(jìn)行測量和檢驗來反”很。：揭蛋（P患。我們已知實驗研究的目的是獲取處理因素作用于受試對象后產(chǎn)生的真實效應(yīng)，例如觀察某降壓藥對高血壓病人的降壓效果，降壓藥為處理因素()，下降實驗但物的作用，往往病人的精神、環(huán)境、護(hù)理情況等非處理因素（NT）也會對高血壓起干擾作用，我們統(tǒng)稱為非處理實驗效應(yīng)S）,可示意如下：某藥物 高血壓患者 下降的血壓值處理理 試象 驗應(yīng)處非理因素

非理因素效應(yīng)現(xiàn)采用0”處理（即空白）對照來鑒別處理因素的效應(yīng)：T+NTT 0N0 0+S0T “0即NT=NT0,那么它們產(chǎn)生的非處理的效應(yīng)也相等，S-S0獲得的下降血值就是藥的真實應(yīng)若,處證NTT和H0完等因存科平現(xiàn)素忽非處使NTT與NT0，到NTT=NT0時，可以將非處理因素效應(yīng)的差異看作是隨機(jī)誤（E,即SST+E1和S0S0+E2，則ST-S0=E0,此時可建如模型：T+NTT e+SE10+N0 0+S0+E2T e+E我們稱這一模型為實際實驗?zāi)Ｐ徒y(tǒng)計推斷的基本思想就是以隨機(jī)誤差的產(chǎn)生為基礎(chǔ)的，如何判斷效應(yīng)eE是由T引起還是由NT引起的，這就是要看e與E的比重。一般來講，實驗效應(yīng)e+E可由實驗總效應(yīng)差來求得；隨機(jī)誤差E可用eE標(biāo)準(zhǔn)誤的大小來估計，在

Sx

中，假定E不，E愈，素T產(chǎn)生的效應(yīng)就愈明顯，比較組的差異(就愈易顯示出來。這種處理可以推廣到多個處理間的比較中去即方差分析問題隨著誤差項離差平方和的進(jìn)一步分解各種因素的處理效應(yīng)就能更好地顯示出來將要在以后介紹的各種設(shè)計方案都是基于實驗設(shè)計的這一基本原理而建立的。第四節(jié)實驗誤差與控制已知醫(yī)學(xué)實驗研究中“處理”具有真實效應(yīng)，同時受非實驗因素的干擾，使其真實效應(yīng)不能準(zhǔn)確地反映出來這樣獲得的觀測值既包含處理的真實效應(yīng)又包含這些非處理因素的作用效應(yīng)以及其他未知的偶然因素的作用加之生物具有的變異性特征使得所獲取的觀測值出現(xiàn)變查差上述這些因素使觀測值偏離實驗處理的真值，我們將這些偏差稱為實驗誤差experimenter）.弄清產(chǎn)生實驗誤差的來源，控制誤差的來源是實驗設(shè)計的重要任務(wù)。（一）系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差實驗誤差的控制實驗設(shè)計的主要作用是減少誤差提高實驗的精確度使研究者能從實驗結(jié)果中獲得無偏的處理統(tǒng)計量及實驗誤差的估計值，從而進(jìn)行正確地分析和比較。（一）對照cotrol）要理措如20世紀(jì)20-30病達(dá)5定論編入醫(yī)學(xué)院的講義。在沿用15年后，由于采用了有效的臨床試驗（controlledclinicaltr,ils對它作了否定的評價。（二）隨機(jī)化分組隨機(jī)化randomizato是將實驗對象的實驗順序及分組進(jìn)行隨機(jī)分配。這是保證非處理因素均衡一致的另一重要手段隨機(jī)分組的實質(zhì)就是要使每個受試對象分到實驗組和對照組的機(jī)會相等這已成為實驗設(shè)計中的一項重要原則。（三）重復(fù)重（rplcaton是處理與對照的受者要一定量也是一個（ee“重復(fù)最主要的是估計實驗誤差，我們已差。正確估計觀察例數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是保證研究課題具有一定代表性