第三章第三章 医学实验设计概述医学实验设计概述一、医学实验设计的意义一、医学实验设计的意义（一）能够依据研究目的，规定具体的研究任务和采取的技术路线和方法（一）能够依据研究目的，规定具体的研究任务和采取的技术路线和方法（二）能够用较为经济的人力、物力、财力及时间进行实验，最大限度地减（二）能够用较为经济的人力、物力、财力及时间进行实验，最大限度地减 少误差，获得可靠的结果少误差，获得可靠的结果 实验设计是科研计划的具体实施方案，是进行实验和统计分析的先决条实验设计是科研计划的具体实施方案，是进行实验和统计分析的先决条件，是实验研究获得预期结果的重要保证件，是实验研究获得预期结果的重要保证u 医学实验设计内容医学实验设计内容1.1.理论设计理论设计 立题过程必须考虑选题的合理性、科学性、假设验证的可能性。立题过程必须考虑选题的合理性、科学性、假设验证的可能性。 其过程：初始意念（或提出问题）、文献查阅、假设形成和陈述问题其过程：初始意念（或提出问题）、文献查阅、假设形成和陈述问题 2.2.技术设计技术设计 如如 实验方法的可行性实验方法的可行性3.3.统计设计统计设计 如如 设计合理的样本含量及样本的代表性；实验经费的分配问题等设计合理的样本含量及样本的代表性；实验经费的分配问题等 二、医学实验设计内容二、医学实验设计内容1.1.科研题目的确立科研题目的确立（题目明确具体，主题有椐可依，课题性质和预期结果明确）（题目明确具体，主题有椐可依，课题性质和预期结果明确）2.2.科研构思科研构思（提出解决题意、验证假说和设想的基本思路和方法）（提出解决题意、验证假说和设想的基本思路和方法）3.3.处理因素处理因素4.4.受试对象受试对象5.5.实验效应实验效应6.6.实验方法实验方法7.7.医学科研中的对照医学科研中的对照8.8.误差控制误差控制9.9.记录资料的方法记录资料的方法1010统计处理方法统计处理方法1111研究步骤及顺序研究步骤及顺序12.12.其它其它 从广义上讲，医学实验设计分为专业设计和统从广义上讲，医学实验设计分为专业设计和统计设计两部分；二者互相配合，保证设计的专业性计设计两部分；二者互相配合，保证设计的专业性和科学性和科学性三、实验设计的特点三、实验设计的特点u实验研究：实验研究：将一组随机抽取的实验对象随机分配到两种或多种处理组，将一组随机抽取的实验对象随机分配到两种或多种处理组， 观察比较不同处理因素的效应的过程观察比较不同处理因素的效应的过程u 实验设计的特点：实验设计的特点：研究者能人为设置处理因素研究者能人为设置处理因素受试对象接受何种处理因素或水平是经随机分配而定的（均衡性）受试对象接受何种处理因素或水平是经随机分配而定的（均衡性）实验研究设计能使多种实验因素包括在较少实验次数的实验中，更有效实验研究设计能使多种实验因素包括在较少实验次数的实验中，更有效 地控制误差，达到高效的目的地控制误差，达到高效的目的四、实验设计的基本要素四、实验设计的基本要素包括包括处理因素处理因素、实验对象实验对象和和实验效应实验效应如如 用某种用某种降糖药降糖药治疗治疗糖尿病人糖尿病人，观察比较给药组，观察比较给药组血糖下降情况血糖下降情况（一）处理因素（一）处理因素 一般是指外加于受试对象，在实验中需要观察并阐明其处理效应的因素一般是指外加于受试对象，在实验中需要观察并阐明其处理效应的因素 物理因素物理因素 如如 电、磁、光、声、温度、射线、力等电、磁、光、声、温度、射线、力等处理因素处理因素 化学因素化学因素 如如 药物、营养素、激素、毒物等化学物质药物、营养素、激素、毒物等化学物质 生物因素生物因素 如如 寄生虫、真菌、细菌、病毒、生物制品等寄生虫、真菌、细菌、病毒、生物制品等 处理因素和非处理因素是相对的。如调查性研究，虽然未加处理因素，处理因素和非处理因素是相对的。如调查性研究，虽然未加处理因素，有时也存在一些固有处理因素；如在进行心脑血管疾病的调查性研究时，年有时也存在一些固有处理因素；如在进行心脑血管疾病的调查性研究时，年龄和饮食习惯都是固有因素，还包括受试者的个体差异等。所以实验设计时龄和饮食习惯都是固有因素，还包括受试者的个体差异等。所以实验设计时应注意应注意1.1.抓住实验中的主要因素抓住实验中的主要因素2.2.明确处理因素与非处理因素明确处理因素与非处理因素 处理因素处理因素是某项实验中所要阐明的因素；而参与实验、对实验结果有一是某项实验中所要阐明的因素；而参与实验、对实验结果有一定影响的其它因素则称为非处理因素定影响的其它因素则称为非处理因素 非处理因素非处理因素虽然不是研究因素，但它们有时会有意或无意地影响实验结虽然不是研究因素，但它们有时会有意或无意地影响实验结果，故称为混杂因素或干扰因素；如年龄、性别等。设计时应明确这些非处果，故称为混杂因素或干扰因素；如年龄、性别等。设计时应明确这些非处理因素，有意思地控制或减少其干扰理因素，有意思地控制或减少其干扰3.3.处理因素要标准化处理因素要标准化 所谓标准化，即在整个实验过程中保持不变；所谓标准化，即在整个实验过程中保持不变；如：如：药品：名称、性质、成分、作用、用法、厂家、批号、出厂日期、保存方法药品：名称、性质、成分、作用、用法、厂家、批号、出厂日期、保存方法检测方法：具体方法、原理及特点、具体操作规程检测方法：具体方法、原理及特点、具体操作规程实验条件：应明确规定需要控制的条件实验条件：应明确规定需要控制的条件（二）受试对象（二）受试对象 受试对象包括实验受试对象包括实验动物动物和和人人1.1.动物动物 实验动物的选择与研究内容对应（如发热一般选用家兔；血压一般选实验动物的选择与研究内容对应（如发热一般选用家兔；血压一般选用狗等）；另外动物的选择还需考虑品系、动物的年龄、性别、体重、窝用狗等）；另外动物的选择还需考虑品系、动物的年龄、性别、体重、窝别、生理状态等别、生理状态等2.2.人人 人的生理、心理、社会特征人的生理、心理、社会特征健康人：测定健康人进行生理、生化、解剖正常值，获得医学参考值健康人：测定健康人进行生理、生化、解剖正常值，获得医学参考值病人：病例的选择、疾病分期、能真实反应主观感觉、依从性好；另外还病人：病例的选择、疾病分期、能真实反应主观感觉、依从性好；另外还 要求病人坚持试验等要求病人坚持试验等敏感性敏感性 能明显地显示处理因素引起的效应能明显地显示处理因素引起的效应特异性特异性 不易受非处理因素的干扰不易受非处理因素的干扰稳定性稳定性 对处理因素的反应稳定，减少误差对处理因素的反应稳定，减少误差经济性经济性 如试验动物便宜、易得如试验动物便宜、易得可行性可行性 容易施加处理因素和采集标本容易施加处理因素和采集标本相似性相似性 所选择的实验动物对处理因素的反应应尽可能与人接近所选择的实验动物对处理因素的反应应尽可能与人接近3.3.对受试对象的基本要求对受试对象的基本要求（三）实验效应（三）实验效应 处理因素作用于受试对象后，一般用相应的指标来反映实验效应处理因素作用于受试对象后，一般用相应的指标来反映实验效应 计数指标：计数指标：如是、否，有、无，阴性、阳性，有效、无效，痊愈、显如是、否，有、无，阴性、阳性，有效、无效，痊愈、显指标指标 效、无效，存活、死亡等效、无效，存活、死亡等 计量指标：计量指标：可测量出相应数值的指标，如临床诊断指标可测量出相应数值的指标，如临床诊断指标 ALT ALT 等等1.1.选择指标选择指标关联性关联性 指标应与研究目的有本质联系，它必须能确切地反映处理因素指标应与研究目的有本质联系，它必须能确切地反映处理因素 的效的效客观性客观性 用来反映实验效应的指标应该是能借助相应的仪器测定出来，用来反映实验效应的指标应该是能借助相应的仪器测定出来， 而不光是凭实验对象的主观而不光是凭实验对象的主观“回答回答”灵敏性灵敏性 指标必须能灵敏地反映处理因素引起的实验效应指标必须能灵敏地反映处理因素引起的实验效应精确性精确性 指标是准确性和精密度的综合体；即真实程度和离群程度指标是准确性和精密度的综合体；即真实程度和离群程度稳定性稳定性 指标的稳定性与仪器的稳定性密切相关指标的稳定性与仪器的稳定性密切相关特异性特异性 指标的特异性强，易于揭示处理因素的效应，而不易受非处理指标的特异性强，易于揭示处理因素的效应，而不易受非处理 因素的干扰因素的干扰2.2.观察指标观察指标为了客观地反映出处理因素的实验效应，研究者在观察结果时应避免为了客观地反映出处理因素的实验效应，研究者在观察结果时应避免“偏性偏性”应注意处理因素与效应之间的关系应注意处理因素与效应之间的关系 如处理因素与效应之间往往存在一个阈反应的处理强度（象药物剂量如处理因素与效应之间往往存在一个阈反应的处理强度（象药物剂量过低不引起实验效应，过高回中毒，只有在正常剂量范围才有药物的治过低不引起实验效应，过高回中毒，只有在正常剂量范围才有药物的治疗效应）疗效应）五、实验误差及误差的控制五、实验误差及误差的控制（一）控制误差的意义（一）控制误差的意义 实验误差的来源甚多，实验研究各个环节都有可能引入；如果不予实验误差的来源甚多，实验研究各个环节都有可能引入；如果不予控制，即使效果显著，并进行了统计学处理，也是不科学和不可信的。控制，即使效果显著，并进行了统计学处理，也是不科学和不可信的。若不注意控制误差，实验结果的重复性往往较差。因此，研究人员了解若不注意控制误差，实验结果的重复性往往较差。因此，研究人员了解和掌握实验过程中的各种误差及对误差的控制方法，对和掌握实验过程中的各种误差及对误差的控制方法，对保证实验结果的保证实验结果的科学性科学性十分重要十分重要（二）误差的表现形式（二）误差的表现形式1.1.生物差异性生物差异性 如如 所选受试对象的个体差异所选受试对象的个体差异2.2.感官误差感官误差 由于视觉、听觉、嗅觉、触觉等感官判断引起的误差。其中包括受试由于视觉、听觉、嗅觉、触觉等感官判断引起的误差。其中包括受试者主观感受误差，又包括研究人员的感官误差及对测试技术的熟练程度等者主观感受误差，又包括研究人员的感官误差及对测试技术的熟练程度等3.3.条件误差条件误差 往往是由于非处理因素引起的误差；如实验仪器、用具、室温、光照、往往是由于非处理因素引起的误差；如实验仪器、用具、室温、光照、季节、动物饲养条件、不同实验人员的操作水平差异等季节、动物饲养条件、不同实验人员的操作水平差异等4.4.分配误差分配误差 由于实验分组时未注意分层和随机化引起的误差由于实验分组时未注意分层和随机化引起的误差5.5.非均匀误差非均匀误差 由于抽样不均匀导致的误差由于抽样不均匀导致的误差6.6.顺序误差顺序误差 实验过程中由于样品或动物的测试顺序不一引起的误差；如测试样品时实验过程中由于样品或动物的测试顺序不一引起的误差；如测试样品时，加样顺序与检测顺序的不统一引起的误差等，加样顺序与检测顺序的不统一引起的误差等7.7.过失误差过失误差 由于实验设计不当、受试对象分组不合理、处理组与对照组条件不均衡由于实验设计不当、受试对象分组不合理、处理组与对照组条件不均衡、实验人员记录遗漏或错误等引起的误差、实验人员记录遗漏或错误等引起的误差8.8.估计误差估计误差 研究者对观察结果进行分析和评价时发生的误差。往往是由于研究者心研究者对观察结果进行分析和评价时发生的误差。往往是由于研究者心理上的理上的“偏性偏性”或技术上的原因导致的或技术上的原因导致的（三）误差的性质（三）误差的性质1.1.系统误差系统误差 实验过程中由于实验过程中由于未发现或未确定的因素未发现或未确定的因素所引起的误差。这种误差所所引起的误差。这种误差所导致的测定值不是分散在真值的两侧，而是有一定的方向性和系统性；导致的测定值不是分散在真值的两侧，而是有一定的方向性和系统性；这种误差不能用统计方法估计这种误差不能用统计方法估计2.2.偶然误差偶然误差 偶然误差属于随机误差，是由于一些偶然误差属于随机误差，是由于一些无法控制的因素无法控制的因素所引起的，是所引起的，是医学生物学实验中一重医学生物学实验中一重无法避免的误差。无法避免的误差。但其大小可事先估计并加以控但其大小可事先估计并加以控制制 如受试对象的个体差异、同一批药品的差异等如受试对象的个体差异、同一批药品的差异等（四）误差的控制（四）误差的控制针对研究内容，合理设计研究方案和具体过程针对研究内容，合理设计研究方案和具体过程随机化是控制误差的主要方法随机化是控制误差的主要方法加大样本量和提高样本个体之间的同质性加大样本量和提高样本个体之间的同质性实验组、实验组与对照组之间均衡化实验组、实验组与对照组之间均衡化重复实验和平行实验也是增加实验结果可靠性的有效手段之一重复实验和平行实验也是增加实验结果可靠性的有效手段之一六、医学科研选题与实验设计举例六、医学科研选题与实验设计举例例一例一 饮水中钙含量与地方性甲状腺肿的关系饮水中钙含量与地方性甲状腺肿的关系例二例二 内科医生对某治疗慢性气管炎确切疗效的研究内科医生对某治疗慢性气管炎确切疗效的研究