1、2022-6-231第三章第三章 实验研究设计实验研究设计2022-6-232 学习要求学习要求 了解：了解：实验研究设计的基本概念实验研究设计的基本概念。 熟悉：熟悉：实验研究设计的基本要素；样本含量估计的基本实验研究设计的基本要素；样本含量估计的基本方法。方法。 掌握：掌握：实验设计的基本原则，常用实验设计的方法。实验设计的基本原则，常用实验设计的方法。2022-6-233 第一节 实验研究设计的概念一、一、 研究设计的意义研究设计的意义 在进行医学科研工作之前，首先要进行医学研究设计。研在进行医学科研工作之前，首先要进行医学研究设计。研究设计就是对科学研究的具体内容、方法的设想和计划的安
2、排。究设计就是对科学研究的具体内容、方法的设想和计划的安排。研究设计主要是依据研究目的，确定研究因素，选择效应指标，研究设计主要是依据研究目的，确定研究因素，选择效应指标，拟定研究对象的数量和实施方法，以及数据收集、整理和分析拟定研究对象的数量和实施方法，以及数据收集、整理和分析模式，直至结果的解释。通过合理的、系统的安排，达到控制模式，直至结果的解释。通过合理的、系统的安排，达到控制系统误差，以消耗最少的人力、物力和时间，而获得可靠的信系统误差，以消耗最少的人力、物力和时间，而获得可靠的信息和结论。息和结论。2022-6-234 良好的设计是顺利进行科学研究和数据分析的前提，也是良好的设计是
3、顺利进行科学研究和数据分析的前提，也是获得预期结果的重要保证。如果设计错误，所得数据毫无价值，获得预期结果的重要保证。如果设计错误，所得数据毫无价值，任何统计方法也无法挽救。任何统计方法也无法挽救。 在医学研究中，根据观察者是否主动施加干预而分为实验在医学研究中，根据观察者是否主动施加干预而分为实验性研究性研究( (experimental study)和观察性研究和观察性研究(observational (observational study)study)两类。实验研究是指研究者根据研究目的人为地对受试两类。实验研究是指研究者根据研究目的人为地对受试对象（包括人或动物）设置干预措施，控制非
4、干预措施的影响，对象（包括人或动物）设置干预措施，控制非干预措施的影响，总结干预因素的效果。观察性研究是指对特定对象群体进行调总结干预因素的效果。观察性研究是指对特定对象群体进行调查，影响被调查者的因素是客观存在的，研究者只能被动地观查，影响被调查者的因素是客观存在的，研究者只能被动地观察和如实记录。察和如实记录。 2022-6-235 二、实验性研究的特点二、实验性研究的特点 实验研究主要具有实验研究主要具有三个基本特点三个基本特点。第一，研究人员能够按。第一，研究人员能够按照实验设计的目的及要求设置研究因素。第二，受试对象可以照实验设计的目的及要求设置研究因素。第二，受试对象可以通过随机化
5、原则进行随机分组。第三，由于应用了随机化原则，通过随机化原则进行随机分组。第三，由于应用了随机化原则，使各比较组之间达到了较好的均衡性，因而，最大限度地减少使各比较组之间达到了较好的均衡性，因而，最大限度地减少了非研究因素对实验效应及结果的干扰和影响了非研究因素对实验效应及结果的干扰和影响。 2022-6-236 三、实验研究的分类三、实验研究的分类 实验研究常根据受试对象的特征分为三大类：实验研究常根据受试对象的特征分为三大类： 1.1.动物实验动物实验( (animal experiment) ) 是指用人工饲养繁殖是指用人工饲养繁殖的动物进行实验研究。其特点是，容易控制研究因素及干扰的动
6、物进行实验研究。其特点是，容易控制研究因素及干扰因素，实验误差较小，实验成本较低，观察的实验效应较为因素，实验误差较小，实验成本较低，观察的实验效应较为客观。由于动物与人体之间在种属等等方面存在巨大差异，客观。由于动物与人体之间在种属等等方面存在巨大差异，因此，动物实验的研究结果不能直接推论到人体上，而是可因此，动物实验的研究结果不能直接推论到人体上，而是可以作为人体研究的参考依据或基础数据。以作为人体研究的参考依据或基础数据。2022-6-237 2.临床试验（临床试验（clinical trial） 临床试验是以人为研究对象，临床试验是以人为研究对象，是指按科学的实验方法，研究疾病在临床阶
7、段规律的试验。是指按科学的实验方法，研究疾病在临床阶段规律的试验。临床试验主要有两个目的：临床试验主要有两个目的：一是寻找有发展前景的新疗法或一是寻找有发展前景的新疗法或新药；二是确定新疗法是否给病人带来好处。新药；二是确定新疗法是否给病人带来好处。临床试验需注临床试验需注意两点：意两点：一是人的试验易受多个因素的影响，如人的社会性、一是人的试验易受多个因素的影响，如人的社会性、心理因素等，试验结果易造成偏倚；二是要考虑医德等方面心理因素等，试验结果易造成偏倚；二是要考虑医德等方面的问题。的问题。 2022-6-238 3.现场试验（现场试验（field trial） 又称为社区干预试验又称为
8、社区干预试验（community intervention trial），）， 是指对某社区中的所有人是指对某社区中的所有人群施加某种研究因素并观察一段较长的时间。其目的是通过群施加某种研究因素并观察一段较长的时间。其目的是通过干扰某些在人群中存在的危险因素或施加某种保护性措施，干扰某些在人群中存在的危险因素或施加某种保护性措施，观察研究因素在社区人群中产生的效应或预防效果。典型的观察研究因素在社区人群中产生的效应或预防效果。典型的社区干预试验的实例之一是在社区人群的饮水社区干预试验的实例之一是在社区人群的饮水中加入氟化物中加入氟化物以观察是否能够降低人群的龋齿发生率的试验。以观察是否能够降低
9、人群的龋齿发生率的试验。 2022-6-239 第二节 实验设计的基本要素 医学实验包括医学实验包括3 3个组成部分，即处理因素、受试对象和实个组成部分，即处理因素、受试对象和实验效应。验效应。例如，观察某降压药的效果，那么某降压药就是处理例如，观察某降压药的效果，那么某降压药就是处理因素，高血压患者为受试对象，被测的血压值则是实验效应，因素，高血压患者为受试对象，被测的血压值则是实验效应，这三部分内容就构成了完整的实验基本要素，缺一不可。因此这三部分内容就构成了完整的实验基本要素，缺一不可。因此任何一项实验研究在进行设计时，首先应明确这三个要素，再任何一项实验研究在进行设计时，首先应明确这三
10、个要素，再根据它来制订详细的研究计划。根据它来制订详细的研究计划。2022-6-2310 一、处理因素（一、处理因素（study factorstudy factor） 研究者根据研究目的施加于受试对象并能产生一定实验效研究者根据研究目的施加于受试对象并能产生一定实验效应的因素，称为处理因素。应的因素，称为处理因素。处理因素可以是主动施加的，如实处理因素可以是主动施加的，如实施某种药物等；也可以是客观存在的，如观察两种病人体内的施某种药物等；也可以是客观存在的，如观察两种病人体内的某种理化指标等，两种病人即为处理因素。在确定处理因素时，某种理化指标等，两种病人即为处理因素。在确定处理因素时，应
11、注意以下几个问题：应注意以下几个问题： 2022-6-2311 1.明确实验研究的非处理因素明确实验研究的非处理因素 非处理因素是指不是此次实非处理因素是指不是此次实验研究的因素，但也能使受试对象产生效应的因素。验研究的因素，但也能使受试对象产生效应的因素。如观察某如观察某药物治疗慢性胃炎的疗效，病人的病情、年龄、饮食结构等都药物治疗慢性胃炎的疗效，病人的病情、年龄、饮食结构等都对疗效有一定的影响。故这些因素为实验的非处理因素，又称对疗效有一定的影响。故这些因素为实验的非处理因素，又称干扰因素或混杂因素（干扰因素或混杂因素（confounder)。一定要明确影响实验的非。一定要明确影响实验的非
12、处理因素，并尽可能地进行控制。处理因素，并尽可能地进行控制。 2.处理因素要标准化处理因素要标准化 是指在进行同一个实验研究时，施加是指在进行同一个实验研究时，施加于多个受试对象的处理因素要相同一致。如试验药物要同一厂于多个受试对象的处理因素要相同一致。如试验药物要同一厂家、批号和生产日期；检测仪器、试剂、操作者要相同。家、批号和生产日期；检测仪器、试剂、操作者要相同。2022-6-2312 二、受试对象二、受试对象(study subjects)(study subjects) 受试对象是处理因素作用的客体。医学研究的对象一般为受试对象是处理因素作用的客体。医学研究的对象一般为人和动物，在实
13、验进行前必须对研究对象的条件作严格的规定，人和动物，在实验进行前必须对研究对象的条件作严格的规定，以保证受试对象的同质性。受试对象应满足两个基本条件：以保证受试对象的同质性。受试对象应满足两个基本条件：对处理因素敏感，反应必须稳定。对处理因素敏感，反应必须稳定。例如，观察某药物对高血例如，观察某药物对高血压的疗效，一般情况压的疗效，一般情况期高血压患者对药物不够敏感，而期高血压患者对药物不够敏感，而期期患者本身血压波动较大，结果不稳定，因此宜选择患者本身血压波动较大，结果不稳定，因此宜选择期高血压期高血压患者为受试对象。又如，猫和鸽子对呕吐反应比较敏感，而豚患者为受试对象。又如，猫和鸽子对呕吐
14、反应比较敏感，而豚鼠、家兔则缺乏此种反应。鼠、家兔则缺乏此种反应。 2022-6-2313 同时受试对象还应具有明确的标准，例如，动物实验时，受试同时受试对象还应具有明确的标准，例如，动物实验时，受试动物的种属、性别、体重和窝别要有可比性，因为这些条件可动物的种属、性别、体重和窝别要有可比性，因为这些条件可能影响实验结果，必须控制一致。能影响实验结果，必须控制一致。 三、实验效应三、实验效应(experimental effect)(experimental effect) 实验效应是处理因素作用于受试对象的反应和结果，它通实验效应是处理因素作用于受试对象的反应和结果，它通过观察指标来表达。如
15、果指标选择不当，未能准确的反映处理过观察指标来表达。如果指标选择不当，未能准确的反映处理因素的作用，那么获得的研究结果就缺乏科学性，因此选好观因素的作用，那么获得的研究结果就缺乏科学性，因此选好观察指标是关系研究成败的重要环节。选择指标的依据是：察指标是关系研究成败的重要环节。选择指标的依据是：指标指标应具有关联性、客观性、特异性与敏感性。应具有关联性、客观性、特异性与敏感性。2022-6-2314 1.1.关联性关联性 是指观察指标与研究目的有着本质而密切的联是指观察指标与研究目的有着本质而密切的联系，能够确切反映处理因素的试验效应。如观察苯对人体的作系，能够确切反映处理因素的试验效应。如观
16、察苯对人体的作用，应检查白细胞数，因为苯可直接是白细胞数下降。指标的用，应检查白细胞数，因为苯可直接是白细胞数下降。指标的选择可以通过查阅文献或根据以往经验而获得。选择可以通过查阅文献或根据以往经验而获得。 2.2.客观性客观性 观察指标有主观指标与客观指标之分，主观指观察指标有主观指标与客观指标之分，主观指标是由病人回答或医生定性判断来描述观察结果；而客观指标标是由病人回答或医生定性判断来描述观察结果；而客观指标则是借助仪器进行测量来反映观察结果。特别是在临床试验中，则是借助仪器进行测量来反映观察结果。特别是在临床试验中，主观指标易受研究者和受试对象心理因素的影响，例如主观指标易受研究者和受
17、试对象心理因素的影响，例如“疼痛疼痛程度程度”、“咳喘程度咳喘程度”等。因此应尽量选用客观的、定量的指等。因此应尽量选用客观的、定量的指标。标。2022-6-2315 3.精确性精确性 包括准确度包括准确度(accuracy)和精密度和精密度(precision)。准。准确度指观察值与真值的接近程度，主要受系统误差的影响。精确度指观察值与真值的接近程度，主要受系统误差的影响。精密度指相同条件下对同一对象的同一指标进行重复测量时，测密度指相同条件下对同一对象的同一指标进行重复测量时，测量值与其均数的接近程度。观察指标应当既准确又精密。量值与其均数的接近程度。观察指标应当既准确又精密。 4.特异性
18、与敏感性：特异性与敏感性：特异性表示该指标能鉴别真阴性的能特异性表示该指标能鉴别真阴性的能力，敏感性则表示该指标检出真阳性的能力。力，敏感性则表示该指标检出真阳性的能力。2022-6-2316%100dbd特异度%100caa敏感度%100dbb假阳性率%100cac假阴性率特异度特异度=1-=1-假阳性率（误诊率）假阳性率（误诊率） 灵敏度灵敏度=1-=1-假阴性率（漏诊率）假阴性率（漏诊率）2022-6-2317 选择指标应能反映处理因素的效应本质，高特异性高敏感选择指标应能反映处理因素的效应本质，高特异性高敏感性是指标可用性的体现。特异性高的指标最易揭示处理因素的性是指标可用性的体现。特
19、异性高的指标最易揭示处理因素的作用，不易受混杂因子所干扰，减少假阳性率；同时敏感性高作用，不易受混杂因子所干扰，减少假阳性率；同时敏感性高的指标则可减少假阴性率。例如，血糖高低是诊断糖尿病患者的指标则可减少假阴性率。例如，血糖高低是诊断糖尿病患者基本依据，显然血糖在糖尿病研究中是特异性高的指标。如血基本依据，显然血糖在糖尿病研究中是特异性高的指标。如血沉在结核活动期明显升高，属敏感性指标，但他在风湿病活跃沉在结核活动期明显升高，属敏感性指标，但他在风湿病活跃期也发生改变，显然对研究结核病不具有高特异性，仅能作为期也发生改变，显然对研究结核病不具有高特异性，仅能作为辅助指标或次要指标。辅助指标或
20、次要指标。2022-6-2318 第三节 实验设计的基本原则 实验设计的目的是使处理因素对机体的实验效应能单独地实验设计的目的是使处理因素对机体的实验效应能单独地显示出来，如果处理因素用显示出来，如果处理因素用T表示，表示，T的实验效应用的实验效应用e表示，即表示，即T e，但是，由于，但是，由于T对机体的作用还受到非处理因素的影响，对机体的作用还受到非处理因素的影响，所以实验效应的大小也就不单是处理因素所以实验效应的大小也就不单是处理因素T的结果。如用某药的结果。如用某药治疗某病，药物是处理因素，疗效是实验效应，患者的年龄、治疗某病，药物是处理因素，疗效是实验效应，患者的年龄、病情、饮食、环
21、境等各种非处理因素都对疗效有作用，如非病情、饮食、环境等各种非处理因素都对疗效有作用，如非处理因素用处理因素用S表示，其对疗效的作用用表示，其对疗效的作用用s表示，即表示，即 T+S e+s e 称为真实效应，称为真实效应，s称为干扰效应。称为干扰效应。 2022-6-2319 如果实验设立对照组，使实验组和对照组的非处理因素如果实验设立对照组，使实验组和对照组的非处理因素S均衡，均衡，S1=S2,则理论上两组的干扰效应也均衡，即则理论上两组的干扰效应也均衡，即s1=s2，则，则T的真实效应的真实效应e就显示出来。就显示出来。空白对照：空白对照： 实验组：实验组：T+S1 e+s1 对照组：对
22、照组：O+S2 o+s2相互对照：相互对照： T1+S1 e1+s1 T2+S2 e2+s2 在实验设计时必须遵守在实验设计时必须遵守4个基本原则，即个基本原则，即对照原则、均衡对照原则、均衡原则、随机原则和重复原则。原则、随机原则和重复原则。2022-6-2320 一、对照原则一、对照原则 对照（对照（control）是科学实验中消除非处理因素的影响不可）是科学实验中消除非处理因素的影响不可缺少的重要手段，没有对照就没有比较和鉴别，也就谈不上实缺少的重要手段，没有对照就没有比较和鉴别，也就谈不上实验结果的正确性和科学性。但有些很难治愈治愈的疾病也可不验结果的正确性和科学性。但有些很难治愈治愈
23、的疾病也可不设对照组。设对照组。 常用对照的形式：常用对照的形式： 1.空白对照：空白对照：对照组不施加任何处理因素，完全在对照组不施加任何处理因素，完全在“空白空白”的情况下进行对照。的情况下进行对照。 2.实验对照：实验对照：对照组不施加处理因素，但施加某种试验因素。对照组不施加处理因素，但施加某种试验因素。 2022-6-2321 3.自身对照：自身对照：对照和试验在同一受试者身上进行。此对照对照和试验在同一受试者身上进行。此对照应注意观察指标随时间、环境变化而自然变化的问题，如治疗应注意观察指标随时间、环境变化而自然变化的问题，如治疗前后血压值的变化。前后血压值的变化。 4.4.相互对
24、照：相互对照：不单设对照组，各试验组之间互为对照。不单设对照组，各试验组之间互为对照。 5.5.标准对照：标准对照：以最好的以最好的“标准标准”疗法或药物作对照。此对疗法或药物作对照。此对照安全、稳妥、易于病人接受。照安全、稳妥、易于病人接受。 6.安慰剂对照安慰剂对照 安慰剂（安慰剂（placebo）是指一种无药理作用的假）是指一种无药理作用的假药，其与治疗药物在外观、剂型等方面不能被受试对象所识别。药，其与治疗药物在外观、剂型等方面不能被受试对象所识别。安慰剂对照则是指将安慰剂施加于对照组的受试对象。安慰剂安慰剂对照则是指将安慰剂施加于对照组的受试对象。安慰剂对照是一种特殊的空白对照，其目
25、的主要是排除病人或受试对对照是一种特殊的空白对照，其目的主要是排除病人或受试对象的心理偏见。主要用于双盲试验。象的心理偏见。主要用于双盲试验。 2022-6-2322 7.7.历史对照历史对照 历史对照是指以过去或以往的研究结果作为历史对照是指以过去或以往的研究结果作为对照。应特别注意资料的各种背景条件因素及其可比性。对照。应特别注意资料的各种背景条件因素及其可比性。 二、均衡原则二、均衡原则 均衡均衡(balance)的原则也称为齐同原则，是指对照组除处理的原则也称为齐同原则，是指对照组除处理因素与实验组不同外，其它各种非处理因素应基本一致因素与实验组不同外，其它各种非处理因素应基本一致。
26、例如观察药物例如观察药物ADI对预防儿童肠道传染病的效果，拟进行对预防儿童肠道传染病的效果，拟进行两种方案设计：两种方案设计： 2022-6-2323 第一方案第一方案:甲托儿所选甲托儿所选100名儿童，服用名儿童，服用ADI，乙托儿所选，乙托儿所选100名儿童作对照，观察其结果。名儿童作对照，观察其结果。 甲托儿所 100名 服ADI乙托儿所 100名 未 服ADI甲托儿所年肠道发病率8%乙托儿所年肠道发病率20%2 2 检验检验, ,P 0.052022-6-2324 第二方案：第二方案：甲托儿所选甲托儿所选100名儿童，其中名儿童，其中50名服用药物，名服用药物，50名名作对照；乙托儿所
27、选作对照；乙托儿所选100名儿童，其中名儿童，其中50名服用药物，名服用药物，50名作名作对照。对照。 甲托儿所 50名服ADI甲托儿所 50名未服ADI乙托儿所 50名服ADI乙托儿所 50名未服ADI服ADI年肠道发病率8%乙托儿所年肠道发病率20%2 2 检验检验, ,P 0.05），使试验结果失去真实性。），使试验结果失去真实性。2022-6-2328 有人调查我国有人调查我国1515种主要临床医学杂志中的种主要临床医学杂志中的450450个两样本率比个两样本率比较假设检验的阴性结果，经验证有较假设检验的阴性结果，经验证有8181的样本例数偏小，因此的样本例数偏小，因此文章中差异无显著
28、性的结论很可能是判断错误。但也不是样本文章中差异无显著性的结论很可能是判断错误。但也不是样本例数越多越好，样本例数太大，不仅会增加严格控制试验条件例数越多越好，样本例数太大，不仅会增加严格控制试验条件的困难，也造成人力、物力和时间上的浪费。因此，在试验设的困难，也造成人力、物力和时间上的浪费。因此，在试验设计中要对样本的大小作出合理的估计，即在保证试验结果具有计中要对样本的大小作出合理的估计，即在保证试验结果具有一定可靠性的条件下，确定最少的样本含量，以节约人力和经一定可靠性的条件下，确定最少的样本含量，以节约人力和经费。费。 2022-6-2329 二、样本含量估计的基本条件及要求二、样本含
29、量估计的基本条件及要求 估计样本含量应考虑下列基本条件和要求：估计样本含量应考虑下列基本条件和要求： 1.1.确定所比较的两个总体参数间的差值确定所比较的两个总体参数间的差值 可以是两个总可以是两个总体均数或总体率的差值。如两总体均数间的差值体均数或总体率的差值。如两总体均数间的差值1 1-2 2 ，两总体率间的差异两总体率间的差异1 1-2 2。总体参数可使用公认的标准值、。总体参数可使用公认的标准值、常规值或经样本预试验而获得的估计值。常规值或经样本预试验而获得的估计值。 2.2.确定总体标准差确定总体标准差 由于总体标准差由于总体标准差往往未知或不易往往未知或不易获得，一般可用预试验的样
30、本标准差获得，一般可用预试验的样本标准差S来估计或代替。来估计或代替。 2022-6-2330 3.确定第一类错误的概率确定第一类错误的概率 也称为检验水准或显著性水平，也称为检验水准或显著性水平，越小，所需样本例数越多。习惯上，检验水准一般取越小，所需样本例数越多。习惯上，检验水准一般取0.05，并可根据专业要求决定取单侧并可根据专业要求决定取单侧或双侧或双侧。 4.检验效能（检验效能（1-） 检验效能也称为把握度，是指在特定水检验效能也称为把握度，是指在特定水准下，若总体间确实存在差异，则该次试验能发现此差异的概准下，若总体间确实存在差异，则该次试验能发现此差异的概率。其中的率。其中的为第
31、二类错误。（为第二类错误。（1）越大，即把握度越高，）越大，即把握度越高，所需样本例数越多。通常取所需样本例数越多。通常取0.1或或0.2，相应的检验效能，相应的检验效能为为0.9或或0.8。一般检验效能不宜低于。一般检验效能不宜低于0.75，否则第二类错误增大，否则第二类错误增大，“存伪存伪”的概率增加。的概率增加。2022-6-2331 三、常用样本含量估计方法三、常用样本含量估计方法 （一）样本均数与总体均数比较检验或均数的配对检验（一）样本均数与总体均数比较检验或均数的配对检验2)(Szzn注意：注意：z一般根据专业知识可有单侧和双侧之分，而一般根据专业知识可有单侧和双侧之分，而z一般
32、只取一般只取单侧。若为配对比较，单侧。若为配对比较，S取取Sd。2022-6-2332 例例3.1 用某药治疗高胆固醇血症，已知血清胆固醇平均降低用某药治疗高胆固醇血症，已知血清胆固醇平均降低0.52mmol/L在专业上认为有意义，经预试验得在专业上认为有意义，经预试验得Sd=1.28mmol/L。若若取单侧取单侧0.05，=0.10，需要多大样本含量？，需要多大样本含量？ 已知：已知：=0.52，Sd=1.28， z= z0.05=1.645, z= z0.10=1.282。 529 .5152. 028. 1)282. 1645. 1 ()(22Szzn 按条件要求，需要按条件要求，需要5
33、2例高胆固醇症患者。例高胆固醇症患者。2022-6-2333 （二）两样本均数的比较（二）两样本均数的比较 计算公式为计算公式为221)(2Szznn 式中：式中：n1和和n2为每个样本所需的例数为每个样本所需的例数,一般设计为两样本例数一般设计为两样本例数相等。相等。S为两总体标准差的估计值，通常假设其相等。为两总体标准差的估计值，通常假设其相等。为两为两均数差值。均数差值。z和和z的意义同前。的意义同前。2022-6-2334 例例3.2 某人欲比较某人欲比较A、B两种降压药物降低收缩压的疗效，两种降压药物降低收缩压的疗效，假设两药收缩压下降值相差假设两药收缩压下降值相差5mmHg及以上有
34、专业意义，若及以上有专业意义，若S=12mmHg，取双侧取双侧0.05，=0.10，每组例数相等，文每组需，每组例数相等，文每组需要多少病例？要多少病例？ 已知：已知：5，S=12, z/2 =z0.05=1.96, z= z0.10=1.282。12108.121512)282. 196. 1 (2)(22221Suunn 按条件要求，每组需按条件要求，每组需121例高血压患者。例高血压患者。 2022-6-2335 （三）样本率与总体率的比较（三）样本率与总体率的比较 )1 (002zzn 式中：式中：=-0，其中，其中0为已知的总体率，为已知的总体率，为预期实验结果为预期实验结果的总体率
35、。的总体率。 例例3.3 已知常规疗法治疗湿疹的有效率为已知常规疗法治疗湿疹的有效率为45%，现采用新，现采用新式疗法治疗湿疹，估计治疗有效率可达式疗法治疗湿疹，估计治疗有效率可达55%，取，取=0.05， =0.10，问需要多少病例？，问需要多少病例？ 2022-6-2336 本例本例0=0.45， =-0=0.55-0.45=0.10， z/2 =z0.05=1.96, z= z0.10=1.282，代入公式：，代入公式：1 .260)45. 01 (45. 010. 0282. 196. 12n 故需要故需要261例病例。例病例。2022-6-2337（四）两样本率的比较（四）两样本率的
36、比较 2221)1 ()(2ppzznn 式中：式中：n1和和n2为每组样本所需例数，为每组样本所需例数，p为两样本合并率，为两样本合并率， p(p1+p2)/2, =p1-p2，p1和和p2分别为两样本率，分别为两样本率，z和和z的意义的意义同前。同前。 2022-6-2338 例例3.4 研究针灸配合心理疗法治疗失眠的效果。预试验中，研究针灸配合心理疗法治疗失眠的效果。预试验中，针灸和心理联合治疗的有效率为针灸和心理联合治疗的有效率为94%，单纯应用针灸治疗的有，单纯应用针灸治疗的有效率为效率为85%。若取双侧。若取双侧=0.05，=0.10，问两组各需要多少例失，问两组各需要多少例失眠患
37、者？眠患者？ 已知已知p1=0.94，p2=0.85，=0.94-0.85=0.09， z/2 =z0.05=1.96, z= z0.10=1.282， p=(0.95+0.85)/2=0.895， 代入公式：代入公式：24509. 0)895. 01 (895. 0)282. 196. 1 (22221 nn两组各需要两组各需要245例失眠患者。例失眠患者。2022-6-2339 第五节第五节 常用实验设计方法常用实验设计方法一、完全随机设计（一、完全随机设计（completely random design） 完全随机设计也称为单因素设计，该设计是一种考察单因完全随机设计也称为单因素设计，
38、该设计是一种考察单因素二水平或多水平设计方案，他将同质受试对象不加任何条件素二水平或多水平设计方案，他将同质受试对象不加任何条件限制，采用随机数字表或随机排列表，随机的分配到各处理水限制，采用随机数字表或随机排列表，随机的分配到各处理水平组去。处理水平组数平组去。处理水平组数k=2时，适用成组时，适用成组t检验对两组均数进行检验对两组均数进行比较；比较；k2时适用单因素方差分析对多个均数进行比较，有统时适用单因素方差分析对多个均数进行比较，有统计学意义时，进行两两比较。计学意义时，进行两两比较。该设计的特点是，简单方便，易该设计的特点是，简单方便，易于实施，但只能分析一个因素的作用，检验效能较
39、低。于实施，但只能分析一个因素的作用，检验效能较低。 2022-6-2340 例例3.5 将体重相近的将体重相近的15只雌性小白鼠等分到只雌性小白鼠等分到A，B，C三组。三组。 设计及分组步骤如下。设计及分组步骤如下。 (1)将将15只动物任意编号为只动物任意编号为115号。号。2022-6-2341 (2)从随机数字表（附表从随机数字表（附表1）中任意一行，如第）中任意一行，如第20行最左端开始行最左端开始横向连续取横向连续取15个两位数（一般要求与个两位数（一般要求与n的位数相同）。按随机的位数相同）。按随机数从小到大的顺序编序号，如果随机数相同，则先出现的为小。数从小到大的顺序编序号，如
40、果随机数相同，则先出现的为小。事先设定规则：序号事先设定规则：序号15对应的小白鼠分到对应的小白鼠分到A组，序号组，序号610对对应的小白鼠分到应的小白鼠分到B组，序号组，序号1115对应的小白鼠分到对应的小白鼠分到C组。组。表表3.1 15只小白鼠完全随机分组的结果只小白鼠完全随机分组的结果编号编号123456789101112131415随机数随机数序序 号号分分 组组382A648B433A596B9814C9815C7711C8712C6810B071A9113C515A679B627B444A2022-6-2342 注意事项：注意事项： 1. 1.注意组间的均衡性，减少抽样误差。注意
41、组间的均衡性，减少抽样误差。 2. 2.各组样本含量相等时各组样本含量相等时, ,称为平衡设计称为平衡设计(balanced design);(balanced design);样本含量不等时样本含量不等时, ,称非平衡设计称非平衡设计(unbalanced design)(unbalanced design)。平衡设。平衡设计的统计检验效率高于计的统计检验效率高于非平衡设计非平衡设计。 二、配对设计（二、配对设计（paired desige） 配对设计是将受试对象按一定条件配成对子，再将每对中配对设计是将受试对象按一定条件配成对子，再将每对中的两个受试对象随机分配到两个不同的处理组。与完全随
42、机设的两个受试对象随机分配到两个不同的处理组。与完全随机设计相比，其优点是抽样误差较小，统计检验效率较高，所需样计相比，其优点是抽样误差较小，统计检验效率较高，所需样本含量相对较少。常用的统计方法为配对本含量相对较少。常用的统计方法为配对t检验。检验。2022-6-2343受试对象受试对象对子对子1对子对子2对子对子k按配对按配对条件条件实验组实验组对照组对照组随机分组随机分组实验组实验组对照组对照组实验组实验组对照组对照组随机分组随机分组随机分组随机分组2022-6-2344 常用设计方式有：常用设计方式有： 1.自身对照设计：自身对照设计：是以受试者接受处理因素前的测定值是以受试者接受处理
43、因素前的测定值作为对照，将处理因素作用后的测定值作为实验值，据此观察作为对照，将处理因素作用后的测定值作为实验值，据此观察一定数量的受试者。同一标本接受两种不同的测定方法。一定数量的受试者。同一标本接受两种不同的测定方法。 2.异体配对设计：异体配对设计：是将条件（年龄、性别、病种、病情）相是将条件（年龄、性别、病种、病情）相同或相近的个体配成对子，再按随机的方法将其分别分配到对同或相近的个体配成对子，再按随机的方法将其分别分配到对照组和试验组中。照组和试验组中。2022-6-2345 例例3.6 将符合实验要求的将符合实验要求的14只小鼠，按照月龄和体重相近的原只小鼠，按照月龄和体重相近的原
44、则配成则配成7对，每对随机分为对，每对随机分为A、B两组。两组。 先将每对小鼠编号，如第一对第先将每对小鼠编号，如第一对第1只编为只编为1.1，第，第2只编为只编为1.2，余仿此。从随机数字表（附表余仿此。从随机数字表（附表1）中任意一行，如第）中任意一行，如第11行最左端行最左端开始横向连续取开始横向连续取14个两位数，事先规定：每对中随机数较小者个两位数，事先规定：每对中随机数较小者序号为序号为1，对应，对应A组；随机数较大者序号为组；随机数较大者序号为2，对应，对应B组。组。表表3.2 配对设计的配对设计的14只小鼠随机分组结果只小鼠随机分组结果对子编号对子编号 1234567动物编号动
45、物编号1.11.22.12.23.13.24.14.25.15.26.16.27.17.2随机数随机数序序 号号组组 别别572B351A271A332B722B241A531A632B942B091A412B101A762B471A2022-6-2346 三、随机区组设计（三、随机区组设计（randomized block designrandomized block design） 随机区组设计又称配伍组设计，是配对设计的扩展，也随机区组设计又称配伍组设计，是配对设计的扩展，也可看作可看作 1:X 的配对设计。该设计时将受试对象按配对的条件的配对设计。该设计时将受试对象按配对的条件划分成若
46、干个区组或配伍组，再将每一区组中的各受试对象划分成若干个区组或配伍组，再将每一区组中的各受试对象随机分配到各个处理组中去。随机分配到各个处理组中去。 2022-6-2347 2022-6-2348 该设计的特点：该设计的特点： 1.1.配伍组设计属两因素设计，能对处理组和配伍组进行配伍组设计属两因素设计，能对处理组和配伍组进行两因素方差分析。两因素方差分析。 2.2.由于各配伍组的条件基本相同，组间均衡性好，抽样由于各配伍组的条件基本相同，组间均衡性好，抽样误差小，试验效率较高。误差小，试验效率较高。 3.3.设计的原则为设计的原则为“区组内差别越小越好，区组间差别越区组内差别越小越好，区组间
47、差别越大越好大越好”。 4.4.按规定条件划分区组，若每个区组的例数是处理组的按规定条件划分区组，若每个区组的例数是处理组的倍数，则将条件更接近者再分为若干小区组。倍数，则将条件更接近者再分为若干小区组。2022-6-2349 例例3.73.7 16 16只大鼠，根据体重将其分为只大鼠，根据体重将其分为4 4个区组，每个区组个区组，每个区组4 4只大鼠，分别接受只大鼠，分别接受A A、B B、C C、D D四种处理。试进行设计及分组。四种处理。试进行设计及分组。 设计及分组方法和步骤如下：设计及分组方法和步骤如下： (1) 16(1) 16只大鼠按照体重从小到大依次编号，第一区组只大鼠按照体重
48、从小到大依次编号，第一区组1 14号，号，第二区组第二区组58号，第三区组号，第三区组912号，第四区组号，第四区组1316号。号。 (2)(2)从随机数字表（附表从随机数字表（附表1）中任意一行，如第）中任意一行，如第36行最左端开行最左端开始横向连续取始横向连续取16个两位数，再将每一区组内的四个随机数字由个两位数，再将每一区组内的四个随机数字由小到大排序。序号小到大排序。序号1，2，3，4分别对应分别对应A,B,C,D四个处理组。四个处理组。2022-6-2350表表3.3 随机区组设计的随机区组设计的16只大鼠随机分组结果只大鼠随机分组结果区组编号区组编号1 234动物编号动物编号12
49、345678910111213141516随机数随机数序序 号号组组 别别041A314D172B213C562B331A733C994D191A874D262B723C392B271A674D533C表表3.4 16只大鼠分组结果只大鼠分组结果区组区组处理组处理组ABCD一一二二三三四四169143511134712162810152022-6-2351 四、交叉设计四、交叉设计(cross over design)(cross over design) 交叉试验设计是指样本按异体配对方式分为两组，将交叉试验设计是指样本按异体配对方式分为两组，将A、B两种处理先后施加于两组试验对象，随机地使
50、一组对象先接受两种处理先后施加于两组试验对象，随机地使一组对象先接受A处理，后接受处理，后接受B处理；另一组先接受处理；另一组先接受B处理，后接受处理，后接受A处理。处理。两种处理在全部试验过程中两种处理在全部试验过程中“交叉交叉”进行。进行。2022-6-2352 该设计的优点：该设计的优点： 1.平衡了试验顺序对结果的影响，并可将处理间的差别与平衡了试验顺序对结果的影响，并可将处理间的差别与阶段间的差别分开统计。阶段间的差别分开统计。 2.每个受试者接受两种处理，较大程度地节约样本例数。每个受试者接受两种处理，较大程度地节约样本例数。 3.该设计用方差分析，可得到处理间、阶段间、个体间有该
