1、 第五章第五章 科研设计的原则科研设计的原则 五原则五原则随机、对照、盲法、重复、均衡随机、对照、盲法、重复、均衡 基本原理 科研设计的目的就是在被试因素作用于受试科研设计的目的就是在被试因素作用于受试对象后，能产生效应，根据效应的性质和大对象后，能产生效应，根据效应的性质和大小来判断被试因素的作用。小来判断被试因素的作用。 但机体出现的效应（反应）不单是取决于被试但机体出现的效应（反应）不单是取决于被试因素，还受其它一些影响因素的干扰，如年因素，还受其它一些影响因素的干扰，如年龄、性别、病变程度、生活状况等。这些因龄、性别、病变程度、生活状况等。这些因素就是干扰因素（非被试因素）。素就是干扰
2、因素（非被试因素）。 例：抗高血压实验T为被试因素，效应为Et；C为干扰因素，效应为Ec。二者作用的总效应是E。则：T+C EEt Ec实验设计的根本目的就是要固定C，使C的效应可以抵消，T的效应能单独显示出来。可采用以下方法：（1）采用对照的方法，“你有我也有”，以相互抵消C。 A: T+C E Et Ec B： C E Ec AB:T+CC Et Ec- Ec T EtA: T1+C Et1 Ec B: T2+C Et2 Ec A-B: T1+C-（T2+C） Et1 Ec （Et2 Ec） T1-T2 Et1- Et2（2）尽量控制C，使对照的各组具有齐同可比性，这样抵消才有效。 一、随
3、机一、随机 随机是按照概率论的原则，使每个受试对象均有同等的机会被抽取到样本中或有均等的机会被分配到不同的组别。 抽样随机化，分组随机化，实验顺序随机化抽样随机化，分组随机化，实验顺序随机化 （一）目的（一）目的1.保证组间的均衡性和齐同性，以减小抽样误差。 即能将影响研究结果的未知因素能机会均等地分配到实验组和对照组中，从而保证组间的齐同可比性。2.保证实验资料的可统计性。 随机是对实验数据进行统计分析的前提。一、随机一、随机 （二）方法（二）方法 1. 随机数字表法随机数字表法（1）两组样本分配）两组样本分配 设总样本为设总样本为N，n1=n2 A.先对样本进行编号 B.从随机数字表中查随
4、机数RN的数字，先找出N/2的随机数字。（注意：重复的不取） C.规定先取的N/2随机数字对应编号的样本分在第一组，其余样本分在另一组。 优点：样本分配后，必定n1=n2，不需调整。适用于对小样本的分配。一、随机一、随机 （2）多组分配（多组分配（K3）依随机数依随机数R/N的余数进行分组的余数进行分组 每组样本数为N/Kn，R/N的余数分组为：1n：A; n12 n：B; 2 n13 n：C 缺点：不直观，实用性不强。依依R/K的余数分组的余数分组，余数为几则分到相应的组。 步骤：样本编号取随机数字（注意：取R时重复的不取） 计算R/K的余数，并进行初分调整，尽量使每组样本数相等。一、随机一
5、、随机 2.随机排列表法随机排列表法 适用于小样本，不适用于抽样研究。大样本（适用于小样本，不适用于抽样研究。大样本（N20）时可）时可分段进行。分段进行。 （1）两组分配两组分配 总样本为总样本为N 步骤： 样本编号，查随机数字（取0时RN,不取0时RN），分组 编号： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12R（不取0，8 6 5 12 1 4 3 9 2 11 7 10R12）P365，第一行第一个分组（按奇偶） B B A B A B A A B A A B （按N/2） B A A B A A A B A B B B一、随机一、随机 （2）多组分配）多组分配 每组分n=N
6、/K，取RN（0不取），规定： 1-n为A，n12n为B，2n1-3n为C. 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 R（5行第 1 2 7 4 5 12 10 9 8 6 3 11 一个起） 分组 A A B A B C C C B B A C一、随机一、随机 二、对照二、对照 （一）目的（一）目的 通过对照排除非被试因素的干扰，鉴别被通过对照排除非被试因素的干扰，鉴别被试因素和非被试因素的差异，消除和减小试因素和非被试因素的差异，消除和减小实验误差，从而使被试因素的效应能显示实验误差，从而使被试因素的效应能显示出来。出来。 为实验设计的第一原则。为实验设计的第一原则。
7、（二）原则（二）原则 根本原则是根本原则是“齐同对比齐同对比”原则。原则。 除被试因素外，实验组和对照组的各种非被试因除被试因素外，实验组和对照组的各种非被试因素应尽量相同或接近，使实验组和对照组的干扰素应尽量相同或接近，使实验组和对照组的干扰因素处于对等状态，从而减小由此引起的实验误因素处于对等状态，从而减小由此引起的实验误差，使实验效应能显示出来。差，使实验效应能显示出来。二、对照二、对照 （三）形式（三）形式 1.依时间划分依时间划分（1）同期平行对照：同期平行对照：在同一时期内进行对照组和实验组的平在同一时期内进行对照组和实验组的平行实验。行实验。 特点：可比性强。特点：可比性强。（2
8、）历史对照（回顾性对照）：历史对照（回顾性对照）：以过去的资料（本人的或他以过去的资料（本人的或他人的）与本次研究结果进行比较。人的）与本次研究结果进行比较。 特点：由于各种致病因素及医疗条件等现在和历史不一致特点：由于各种致病因素及医疗条件等现在和历史不一致，故其可比性差，属不完善对照。不主张使用。，故其可比性差，属不完善对照。不主张使用。二、对照二、对照 （三）形式（三）形式 2.依对照物分依对照物分（1）安慰剂对照：安慰剂对照：指外形指外形 、颜色、大小均与试验药物相近、颜色、大小均与试验药物相近，但不含任何有效成份的制剂。减少心理因素引起的偏倚，但不含任何有效成份的制剂。减少心理因素引
9、起的偏倚。 以不损害病人健康为前提。以不损害病人健康为前提。（2）空白对照：）空白对照：对照组不给予任何处理措施，只是干扰因素对照组不给予任何处理措施，只是干扰因素与实验组相同。与实验组相同。 特点：由于不施加任何处理措施，故主要用于了解疾病自特点：由于不施加任何处理措施，故主要用于了解疾病自然的发生、发展规律、预防。可主要用于动物实验。不主然的发生、发展规律、预防。可主要用于动物实验。不主张用于临床效应的研究。张用于临床效应的研究。二、对照二、对照 （三）形式（三）形式 2.依对照物分依对照物分（3）实验对照：实验对照：对照组除无拟研究的被试因素外，施加被试对照组除无拟研究的被试因素外，施加
10、被试因素的方式、途径、操作等均与实验组相同。相当于假手因素的方式、途径、操作等均与实验组相同。相当于假手术对照组、无药物的空白对照组。术对照组、无药物的空白对照组。（4）标准对照标准对照 阳性对照：以一种公认的被试因素作为对照。阳性对照：以一种公认的被试因素作为对照。 阴性对照：以无某种效应的因素处理对照组。阴性对照：以无某种效应的因素处理对照组。 参考值对照：通过建立正常参考值，以参考值作为对照。参考值对照：通过建立正常参考值，以参考值作为对照。二、对照二、对照 （三）形式（三）形式 3.以对照方式分以对照方式分（1）配对对照配对对照A.自身配对对照：自身配对对照：同一个体在处理因素作用前后
11、比较前后效应的同一个体在处理因素作用前后比较前后效应的差异。差异。B.异体配对对照：异体配对对照：将条件相似的两个个体配对，其中一个样本用将条件相似的两个个体配对，其中一个样本用拟研究的被试因素，另一样本用对照的处理因素。拟研究的被试因素，另一样本用对照的处理因素。（2）交叉对照：交叉对照：同一受试对象按先后接受对照物和被试因素同一受试对象按先后接受对照物和被试因素，或先接受被试因素再接受对照因素。，或先接受被试因素再接受对照因素。 实际上为一种交叉配对对照。实际上为一种交叉配对对照。二、对照二、对照 （三）形式（三）形式 3.以对照方式分以对照方式分（3）相互对照：相互对照：不设立单独的对照
12、组，而是以不同的被试因不设立单独的对照组，而是以不同的被试因素作用于不同实验组的样本，在几个实验组之间进行比较。素作用于不同实验组的样本，在几个实验组之间进行比较。 相互对照多作平行对照，被试因素同时施加。相互对照多作平行对照，被试因素同时施加。（4）潜在对照：潜在对照：以史无前例作为对照。在接受某因素时，某以史无前例作为对照。在接受某因素时，某些不能自愈或进行性加重的疾病治愈或好转，由于前无先例些不能自愈或进行性加重的疾病治愈或好转，由于前无先例，故可以肯定该因素有效。，故可以肯定该因素有效。 主要用于不能自愈、或可快速致命的疾病的研究。主要用于不能自愈、或可快速致命的疾病的研究。二、对照二
13、、对照 （四）注意事项（四）注意事项1.保持良好的保持良好的齐同可比性齐同可比性。注意实验组和对照组的。注意实验组和对照组的各项条件（非被试因素）应具有整齐可比性。各项条件（非被试因素）应具有整齐可比性。2.根据研究目的，正确选择对照，并力求完善根据研究目的，正确选择对照，并力求完善。二、对照二、对照 三、盲法三、盲法（一）定义（一）定义在进行研究时，不可避免地要受观察者和观察者心在进行研究时，不可避免地要受观察者和观察者心理因素的影响；此外，实验指标的结果判断也易受理因素的影响；此外，实验指标的结果判断也易受观察者主观因素的影响。观察者主观因素的影响。 为得到被试因素不受干扰的自然结果，应当
14、使为得到被试因素不受干扰的自然结果，应当使观察者和被观察者事先不知道被观察者接受何种处观察者和被观察者事先不知道被观察者接受何种处理，这就是盲法。理，这就是盲法。 （二）分类（二）分类 1.双盲设计双盲设计 观察者和被观察者双方事先都不知道何组接受被试因素或对观察者和被观察者双方事先都不知道何组接受被试因素或对照因素，只有第三者知道。第三者在整个研究计划中起监督照因素，只有第三者知道。第三者在整个研究计划中起监督和保密作用。和保密作用。 意义：消除了双方心理因素对效应的影响，结论的可信性大意义：消除了双方心理因素对效应的影响，结论的可信性大。 应用：慢性非危重病证的研究。应用：慢性非危重病证的
15、研究。双盲双模拟双盲双模拟实验室研究。实验室研究。三、盲法三、盲法 （二）分类（二）分类 2.单盲设计单盲设计 受试者不知道处理方式（是盲的），而观察者知道处理受试者不知道处理方式（是盲的），而观察者知道处理方式（不是盲的）。方式（不是盲的）。 意义：消除了受试者心理因素对效应的影响，便不能消意义：消除了受试者心理因素对效应的影响，便不能消险观察者的影响，故其结论的可信性小于双盲研究。险观察者的影响，故其结论的可信性小于双盲研究。 应用：适用于急性病或危重病的临床研究。应用：适用于急性病或危重病的临床研究。三、盲法三、盲法 （二）分类（二）分类 3.非盲设计非盲设计 在某些无法做到盲法的研究中
16、，此时不能消除观察者和在某些无法做到盲法的研究中，此时不能消除观察者和被观察者心理因素对效应的影响。被观察者心理因素对效应的影响。 缺点：因无法做到盲法，故偏差大，可信性小。缺点：因无法做到盲法，故偏差大，可信性小。 注意：注意：尽量以客观指标和治愈率进行比较，以消除主观尽量以客观指标和治愈率进行比较，以消除主观因素对效应的影响。因素对效应的影响。 不能单纯以自觉症状或体征的改善来进行比较，否则难不能单纯以自觉症状或体征的改善来进行比较，否则难以避免心理因素的影响。以避免心理因素的影响。三、盲法三、盲法 四、重四、重 复复 重现性：在相同的条件下，能重复出相同的结果。重现性：在相同的条件下，能
17、重复出相同的结果。 重复数：当受试对象足够多时，才可得到可靠的结果。重复数：当受试对象足够多时，才可得到可靠的结果。（一）重复数的必要性（一）重复数的必要性1.使各组均数或差值逼真。使各组均数或差值逼真。2.使实验误差确定合理，主要是使误差（标准误）减小使实验误差确定合理，主要是使误差（标准误）减小。3.使统计学推断正确。使统计学推断正确。4.排险偶然性，发现必然性。排险偶然性，发现必然性。 四、重四、重 复复（二）重复的方式（二）重复的方式1.整个实验重复。整个实验重复。2.用多个受试对象进行重复。用多个受试对象进行重复。3.同一个受试对象的重复观察与测量。同一个受试对象的重复观察与测量。
18、（三）样本数的影响因素（三）样本数的影响因素1.组间差异越大，所需样本越少。组间差异越大，所需样本越少。2.标准差越大（误差越大），所需样本越多。标准差越大（误差越大），所需样本越多。3.效应指标的性质：计数资料样本大于计量资料。效应指标的性质：计数资料样本大于计量资料。4.显著性水平：样本数与显著性水平成反比。显著性水平：样本数与显著性水平成反比。但过大地增大样本数可能会出现假阳性结论。但过大地增大样本数可能会出现假阳性结论。5.实验结果的可能性：双向实验样本数实验结果的可能性：双向实验样本数单向实验。单向实验。6.设计的类型：设计效率高的方法所需样本少。设计的类型：设计效率高的方法所需样本
19、少。四、重四、重 复复 （四）（四） 样本数的估计样本数的估计 1.基本估计法基本估计法 2.计算法和查表法：确定实验样本的主要方计算法和查表法：确定实验样本的主要方法。法。四、重四、重 复复 （1）两样本率比较各组样本数的估算两样本率比较各组样本数的估算 n=（p1*q1+p2*q2）（）（Z +Z ）2/（p1-p2）2 p130%，p250%，q170%，q250%本例为双向实验，查表得本例为双向实验，查表得Z 1.961-=90%, =1-90%=0.1 为双侧实验为双侧实验 查表查表Z =1.96 Z =1.28n=（0.3*0.7+0.5*0.5）*（1.96+1.28）2/（0.
20、3-0.5）2=121查表法：查表法： 四、重四、重 复复 （2）计量资料配对设计样本数的估算）计量资料配对设计样本数的估算计算法：计算法：n=（s/D）2（Z +Z ）2 查表法：查表法：（3）计量资料成组比较样本数的估算）计量资料成组比较样本数的估算计算法：计算法：查表法：查表法：四、重四、重 复复 （4）计量资料随机区组设计实验样本量的估算计量资料随机区组设计实验样本量的估算（n1=n2.=n） 在在=0.05的条件下，样本量估算公式为：的条件下，样本量估算公式为： n=2*（MSe/D2）*（Q+Z）2 n为每组样本估算量，为每组样本估算量，MSe为误差的均方，为误差的均方，D为组间的
21、差异（最大均数和为组间的差异（最大均数和最小均数之差），最小均数之差），Z意义同前，一般取意义同前，一般取=0.05，Q指两组均数之差在指两组均数之差在P=0.05时应为标准误的倍数，查表时应为标准误的倍数，查表5-7。四、重四、重 复复 例：例：拟比较四种不同的药物降低血清谷草转氨酶拟比较四种不同的药物降低血清谷草转氨酶的作用，根据预试，误差的均方（的作用，根据预试，误差的均方（MSe）为）为30U/dl,组间差值（组间差值（D）达）达8U/dl，现取，现取 =0.05， =0.05，求每组需要的样本数？，求每组需要的样本数？ 查表查表Q=3.8, Z=1.65， n=2*（30/82）*（
22、3.8+1.65）2=28四、重四、重 复复 （四）实验组和对照组样本数大小的确定（四）实验组和对照组样本数大小的确定 在设计时，应尽可能使实验组和对照组的样本数在设计时，应尽可能使实验组和对照组的样本数接近或相等，这有利于显著性检验接近或相等，这有利于显著性检验。四、重四、重 复复 五、均五、均 衡衡 随机的目的是为了保证组间的齐同可比性和资料的可统计随机的目的是为了保证组间的齐同可比性和资料的可统计性。性。 但完全按随机分配样本则由于抽样误差的存在，使干扰因但完全按随机分配样本则由于抽样误差的存在，使干扰因素影响研究结果，从而影响组间的齐同可比性。素影响研究结果，从而影响组间的齐同可比性。
23、 均衡的目的就是使对照组和实验组的各种干扰因素相近，均衡的目的就是使对照组和实验组的各种干扰因素相近，增强增强组间组间的均衡性，使之具有可比性。的均衡性，使之具有可比性。 方法：方法： 先分层再随机先分层再随机 五、均五、均 衡衡 （一）分层（一）分层-要求要求 同一层次内，非被试因素的变异范围较小（差异小），同一层次内，非被试因素的变异范围较小（差异小），不同层次之间的变异较大不同层次之间的变异较大使各组具有整齐可比性使各组具有整齐可比性例：某病受年龄和性别的影响。如完全按随机方法分组，例：某病受年龄和性别的影响。如完全按随机方法分组，则各组可能年龄和性别差别较大，从而干扰研究结果。则各组可
24、能年龄和性别差别较大，从而干扰研究结果。 正确的是：先分层，再随机。正确的是：先分层，再随机。 性别层次性别层次 男男 女女 55Y 55Y 1 4 3 2 6 7 5 8 A B B A A B A B （二）分层的依据 以对效应产生影响的重要的非被试因素作为分以对效应产生影响的重要的非被试因素作为分层的依据。层的依据。 常为年龄、病情、体重、病程、并发症等。常为年龄、病情、体重、病程、并发症等。 将这些干扰因素作为分层的依据，将干扰因素将这些干扰因素作为分层的依据，将干扰因素相近的样本划分为一个区段（区组），在区段相近的样本划分为一个区段（区组），在区段内将这些样本分到不同的组。使区组内各
25、样本内将这些样本分到不同的组。使区组内各样本之间的差异小，区组间样本之间的差异大。之间的差异小，区组间样本之间的差异大。五、均五、均 衡衡 例：某病主要受年龄、性别、病情的影响例：某病主要受年龄、性别、病情的影响 层次层次 性别性别 男男 女女 年龄年龄 55 55 病情病情 中中 较重较重 中中 较重较重 中中 较重较重 中中 较重较重 样本样本1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 分组分组A B C A B C B C A . 五、均五、均 衡衡 （三）均衡性检查三）均衡性检查 在不是按先分层再随机原则分组的设计，可能在不是按先分层
26、再随机原则分组的设计，可能出现不平衡状态。出现不平衡状态。 解决方法：应在实际样本数达预计样本数的解决方法：应在实际样本数达预计样本数的80-90%时，进行均衡性检查，计算不平衡指数，时，进行均衡性检查，计算不平衡指数，根据不平衡指数，对余下样本进行调整分组。根据不平衡指数，对余下样本进行调整分组。 原则：尽量使不平衡指数减小。原则：尽量使不平衡指数减小。五、均五、均 衡衡 例：某病受性别、年龄、病情、病程的影响例：某病受性别、年龄、病情、病程的影响 性别性别 年龄年龄 病情病情 病程病程 男男 女女 青年青年 中年中年 轻轻 中中 重重 1Y 1YA 4 5 6 3 4 3 2 5 4B 5
27、 3 4 4 2 3 3 3 5C 4 4 3 5 3 2 3 4 4差值差值 1 2 3 2 2 1 1 2 1不平衡指数不平衡指数=15现有一例：男，青年，病情中等，病程现有一例：男，青年，病情中等，病程1Y分在分在A：不平衡指数：不平衡指数=17分在分在B：不平衡指数：不平衡指数=18分在分在C：不平衡指数：不平衡指数=13五、均五、均 衡衡 均衡是否违反随机原则？均衡是否违反随机原则？ 均衡并不违反随机的原则。均衡并不违反随机的原则。 因为随机是为了保证抽样具有代表性（因为随机是为了保证抽样具有代表性（即抽样能代表总体），同时也应使组间即抽样能代表总体），同时也应使组间具有可比性。均衡的目的就是增强可比具有可比性。均衡的目的就是增强可比性，故均衡是随机的补充性，故均衡是随机的补充。五、均五、均 衡衡
