医学统计学实验设计基本原则
统计学方法在实验设计中的基本原则与应用
统计学方法在实验设计中的基本原则与应用摘要:统计学是保证医学研究顺利进行的重要工具，在实验设计、资料收集及数据分析等方面有着广泛地应用。
正确应用统计学方法对于有效开展科学研究和提高医学科技论文学术质量有着极其重要的意义和作用。
在实验设计中应遵循统计学的基本原则，即随机、对照、重复、均衡等四个原则。
实验设计中如果在这四个基本原则上出问题，其结论很可能就是错误的。
本文阐述了在医学实验中运用统计学方法应遵循的原则，并对实际的例子进行分析，并提出注意事项。
关键词:统计学实验设计设计原则统计学上通过合理的实验设计既能获得实验处理效应与实验误差的无偏估计，也能控制和降低随机误差，提高实验的精确性。
在实验设计时，必须遵循重复、对照、随机及均衡的基本原则。
一、重复原则重复是指实验中同一处理实施在两个或两个以上的实验单位上。
在动物实验中，一只动物可以构成一个实验单位，有时一组动物也可构成一个实验单位。
设置重复主要在于估计和降低实验误差。
由于样本标准误与标准偏差的关系是：，实验重复次数增多可以降低实验误差。
但在实际应用时，初始条件不易控制一致即使重复数太多，未必能降低误差。
重复次数要根据实验要求和条件而定，若供试个体间差异较大，重复数应多些；差异较小，重复数可少些。
二、随机原则随机是指在选取样本时，确保总体中任何个体都有同等的机会被抽取进入样本；在对受试对象进行分组时，确保样本中任何个体都有同等的机会被分到任何一个组中，避免实验人员主观倾向的影响，是排除非实验因素干扰的重要手段，以获得无偏的误差估计量。
随机化方法应使各组受试对象在重要的非实验因素方面具有极好的均衡性，以及提高实验资料的可比性。
如“小剂量干扰素与三氮唑核苷联合治疗流行性乙脑”实验中，在一般治疗基础上加用小剂量干扰素及三氮唑核苷，采用同期接受一般治疗的48例乙脑患者作为对照。
两组患者均采用传统方法对症治疗，治疗组在此基础上选择发病在5天以内的患者，加用干扰素和三氮唑核苷静滴。
实验设计的基本原则
三、盲法原则
——指按试验方案的规定，不让参与研究的受试对象和(或)观察者、其他有关人员知道研究对象的分组情况，不知道研究对象接受的是试验措施还是对照措施，这种试验称为盲法试验。
——目的是为了避免研究者或(和)研究对象的人为主观因素对研究结果的影响，以保证研究结果的真实性。
中等动物(兔、豚鼠) 10～20只 急重病死亡率高的如休克、心衰、肾衰、呼吸衰竭 30～50例
小动00例
血清流行病学调查 300～600例
一般流行病学调查和正常值调查 1000例以上
恶性肿瘤的流行病学调查 10万人以上
⑶药物溶媒对照：
药物的溶媒是有些是有药理作用的。
中草药难溶成分常用二甲亚砜助溶或溶解，应该用同等量/浓度的溶媒作对照，以防误将溶媒的作用当作药物的作用，得出假阳性结果。
⑶pH对照：
植物药粗提出物常呈酸性反应，作离体哺乳动物心脏或血管灌流时可扩血管而增加冠脉流量。
应该用同一pH值的灌流液作对照，否则也可能得到非特异性的假阳性结果。
对照的要求
⑴对等：除处理因素外，对照组要具备与实验组对等的非处理因素。
⑵同步：在研究过程中对照组与实验组始终处于同一空间和同一时间。
⑶专设：任何一个对照组都是为相应的实验组专门设立的。
㈠空白对照与实验对照
⒈空白对照——是指不给任何处理或干预措施的对照。
⒉实验对照
——是指采用与实验组操作条件一样的干预措施。
⒈公开(公开试验)
即研究者和研究对象均知道分组情况。有些研究是一定要用公开法的，如比较手术治疗与药物治疗的效果时，对照组不可能使用假手术来掩饰。
公开试验的优点是易于实施，易发现试验过程中出现的问题，并能及时处理。它的主要缺点是易产生观察性偏倚。
医学实验设计的原则
第四章医学实验设计的原则实验设计的基本原则有对照原则、随机原则和重复原则。
一、对照原则(一)对照的意义有无正确的对照，关系到医学科研成果和论文的价值。
无对照或无合理的对照与虚假的对照都是医学科研和论文中存在的主要问题之一。
Fouldsl958年曾对同一个研究课题的72篇论文进行了分析。
其中52篇无对照试验的成功率为85％，而另外20篇有对照试验的成功率仅为25％，发现无对照试验的假阳性率很高。
可见医学科研设立对照的重要性。
对照的意义如下：1．通过对照可排除或控制自然变化和非处理因素对观察结果的影响。
(1)排除或控制自然变化对观察结果的影响：通过对照可排除或控制人或实验动物的生理、疾病现象因自然发展的波动以及疾病的自然恢复、好转、加重或死亡的影响。
很多疾病如感冒、气管炎、肺结核、早期高血压等疾病，有的病人不经药物治疗也是可以自愈的，至于能够自行缓解的疾病就更多了。
只有通过对照才能确定观察结果是属于某种处理因素的作用还是自然发展的结果。
(2)消除和控制非处理因素对观察结果的影响：非处理因素是处理因素以外的其它所有能够影响受试对象实验效应评价指标的各种因素，非处理因素很多，既有实验条件和环境因素，又有受试对象本身的内含条件及实验处理所造成的附加因素的作用，如疾病除治疗因素外，气候、营养、休息、精神状态等也对疾病发生影响。
只有通过对照才能鉴别处理因素与非处理因素的差异。
处理因素的效应大小，重要的不是其本身，而是通过对比所得到的结论，才有意义。
2．通过对照可消除或减少实验误差对照是使实验组和对照组的非处理因素处于相等状态，其结果是实验误差得到相应的抵消或减少。
以符号示意，表达如下：T+S=e+s其中：T：处理因素 e：实验效应S：非处理因素 s：S的影响结果实验效应e是与5混杂在一起的，实验设计的主要任务是如何使e能单独显示出来。
设立对照，使实验中两组(或多组)的S均衡，即S1=S2：。
这样，实验组T的效应，就可以显示出来。
医学科学研究实验设计遵循的基本原则
医学科学研究实验设计遵循的基本原则一、引言医学科学研究实验设计是医学研究的重要环节，合理的实验设计能够确保研究结果的准确性和可靠性。
在医学科学研究中，我们需要遵循一些基本原则，以保证实验的科学性和可信度。
本文将详细讨论医学科学研究实验设计遵循的基本原则。
二、基本原则2.1 问题的明确性在开始实验之前，必须明确研究的问题和目标。
一个明确的问题可以引导实验设计的方向，有利于研究的开展和结果的分析。
因此，在进行医学科学研究时，必须首先明确研究问题。
2.1.1 确定研究的目的在进行医学科学研究之前，需要确定研究的目的。
研究的目的可以是寻找疾病的治疗方法、评估某种药物的功效，或者探究某种疾病的发病机制等。
确定研究的目的有助于确定研究的问题和设计相应的实验。
2.1.2 设定明确的研究问题在明确研究目的的基础上，需要设定明确的研究问题。
一个明确的研究问题有助于确定研究的方法和实验设计。
研究问题需要具有可操作性，能够通过实验来回答，同时需要与研究目的相一致。
2.2 实验的可重复性实验的可重复性是医学科学研究的基础要求之一。
只有在实验能够被他人重复获得相似的结果时，研究的结论才具有科学的可信度。
2.2.1 多组独立重复实验为了保证实验的可重复性，需要进行多组独立重复实验。
通过多组实验的结果可以验证实验结果的稳定性和可靠性。
重复实验还有助于排除实验中的偶然因素对结果的干扰。
2.2.2 样本量的确定在设计实验时，需要根据统计学的原则确定合适的样本量。
样本量的大小直接影响实验结果的可信度和推广性。
合适的样本量能够降低实验结果的偶然性和偏差性，提高结果的可靠性。
2.3 物质和方法的选择在进行医学科学研究时，需要选择合适的物质和方法。
物质的选择应具有代表性，能够反映研究对象的特点。
方法的选择应符合实验目的，能够获得准确和可靠的结果。
2.3.1 合适的实验动物在动物实验中，选择合适的实验动物是非常重要的。
合适的实验动物具有与人类相似的生理和病理特点，能够模拟人类疾病的发展过程。
医学统计学第章实验设计
2. 精确性 包括准确度和精密度两层含义。
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。
在实验设计中常通过随机数来实现随机化。
获得随机数的常用方法有三种：随机数字表、计算机的 伪随机数发生器与随机排列表。
随机数字表（李晓松附表1）常用于抽样研究及随机分 组。表内随机数字互相独立，无论横行、纵列或斜向等 各种顺序均是随机的。使用时可从任一个数字开始，可 查单行、单列，双行、双列，也可以多行、多列，方向 可向下或向上，亦可向左或向右。
例如：欲了解农村地区的卫生服务需求情况，随机抽取 部分农户询问患病与就医情况。居民的患病或就医不是 由研究者所确定的，也不是随机确定的，而是根据农户 自身的实际情况确定的，研究者只是被动的观察实际情 况。
2. 实验研究
又称干预性研究，是对研究对象人为给予干预措施的研 究。
例如：在关于健康教育能否预防小学生近视的研究中， 将小学生随机分为实验组和对照组，对实验组的小学生 给予有关近视的健康教育，对照组则只是每天做一次眼 保健操，不进行健康教育。观察一段时间后，比较两组 小学生视力下降发生情况。
安慰剂的使用需慎重，应以不损害患者健康为前提，适 用于研究的疾病尚无有效药物治疗或使用安慰剂后对该 疾病病情、临床过程、预后无影响或不利影响小的情况， 一般与盲法结合使用。
2. 空白对照
即对照组不接受任何处理，在动物实验和实验室方法研 究中最常用，常用于评价测量方法的准确度，评价实验 是否处于正常状态。
实验设计(基本要素)
（二）常用受试对象的基本特征 1. 动物 医学研究中的各个领域几乎都 要用到实验动物。使用动物作为受试对 象非常方便，安全性高，价格相对便宜， 而且不涉及人类的医德问题。研究中动 物意外缺失可以据情予以补充。饲养、 管理及观察动物十分方便且容易做到。 选择动物一般要考虑动物的种类、种属、 品系、窝别、性别、年龄、体重、健康 状况、是否容易饲养和存活，对施加的 处理因素的反应特征等方面。
• 人体作为受试对象，常用于临床治疗方案的
疗效观察研究以及某种疫苗在人群中预防某 种疾病的效果观察等。在临床治疗工作中， 每一位病人都可以作为一个观察对象。但是， 按照实验设计的四个基本原则，如想在特定 时期内选择几组除处理因素不同以外，其它 各方面条件都基本一致的病例，则是一件相 当困难的事情。 病例的选择：明确纳入标准和排除标准
在实验研究中，由于影响试验结果的因素 很多，有时则十分复杂。因此，在安排施加处 理因素时，应考虑下列几个方面 。 1.抓住实验中的主要因素 任何一项实验研究都 有其主要的方面或主要矛盾。 2.确定处理因素和非处理因素 实验研究中应根 据研究目的确定处理因素和非处理因素。一般 情况下，两者的区别并不困难。 3.处理因素标准化 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是相同一 致的。不能随意加以改变。尤其是用于病人的 药物。
干扰因素也称为非处理因素或混杂因素，它是
Hale Waihona Puke 指处理因素以外的可以影响实验效应及实验
结果的一切可能的因素。
一般多为受试对象本身的特征及外界
环境因素，其来源复杂，范围广，经常不
易控制或不易察觉。
2.实验设计的基本构成
三个基本要素
受试对象 处理因素 试验效应
实验设计 的 基本构成
医学统计学：常用实验设计方法
常用实验设计方法
完全随机设计（completely random design） ：
• 不考虑个体差异的影响，仅涉及一个处理因素， 但可以有两个或多个水平，故亦称单因素实验设 计。 • 该设计常用于将受试对象按随机化原则分配到处 理组和对照组中，各组样本例数可以相等，也可 以不等，但相等时效率高。 • 优点：设计和统计分析方法简单易行； • 缺点：只分析一个因素，不考虑个体间的差异， 因而要求各观察单位要有较好的同质性，否则， 需扩大样本含量。
• 例：按完全随机设计方法将10只小鼠随机分 配到甲、乙两组。
完全随机设计（completely random design） ：
常用实验设计方法
二、试验结果的统计分析
对于完全随机试验的统计分析，由于试验 处理数不同，统计分析方法也不同。 （一）处理数为2 两个处理的完全随机设计 也就是非配对设计，对其试验结果采用非配对 设计的 t 检验法进行统计分析。
常用实验设计方法
流行病与卫生统计学研究所
常用实验设计方法
医学实验设计必须遵循对照、随机、重复和均衡的 基本原则。不同的研究目的应采用不同的设计方法 安排实验。医学研究中常用的实验设计方法有：
1. 完全随机设计 2. 配对设计 3. 配伍组设计 4. 交叉设计 5. 析因试验设计 6. 拉丁方设计 7. 正交试验设计 8. 均匀设计
完全随机设计的优缺点
完全随机设计是一种最简单的设计方法，主要优缺点如下：
完全随机设计的主要优点 1、设计容易 处理数与重复数都不受限制，适用于试 验条件、环境、试验动物差异较小的试验。
常用实验设计方法
完全随机设计（completely random design） ：
2、统计分析简单 进行统计分析。
医学科研实验设计中应遵循的四大原则
医学科研实验设计中应遵循的四大原则医学科学工作者进行科学研究或撰写论文，都要运用有关统计学的方法进行统计分析。
而统计分析必须有可靠的前提，即在周密设计的基础上收集准确而完整的原始资料，遵循随机抽样的原则，实验组间具有可比性并设置对照组。
如果不具备可靠的前提，即使进行了统计分析，也不能弥补或纠正科研设计的不足，其研究结论也缺乏可信度。
因此，医刊汇编译认为，在科研设计中一定要遵循实验设计的四大原则，即随机、对照、均衡、重复的原则。
一、随机化原则。
实验设计中必须贯彻随机化原则，因为在实验过程中许多非实验因素在设计时研究者并不完全知道随机误差的干扰，有必要采用随机化的办法抵消这些干扰因素的影响。
实验设计中所指的总体已不是泛指的无限总体而是根据研究假设的要求规定了纳入标准，再把这些实验对象随机分入实验组和对照组中，以增强可比性，称为随机分配。
它与调查研究中的随机抽样，即从客观总体中随机抽取一部分进行调查研究是不同的，随机分配在实验设计中十分重要，随机不等于随便，研究者只有在做到真正随机时才能达到预期的目的。
二、对照的原则。
实验研究的目的是验证研究假设是否正确，只有经过比较才能鉴别其真伪。
设立对照是比较的基础，没有对照很难说明研究假设是否正确，设立对照也是控制实验过程中非实验因素的影响和偏畸的一种有效措施。
其正确的方法是将适宜纳入的研究对象随机地分入实验组和对照组，并保证受试对象间具有可比性，即对照组中的观察对象除了实验因素不同以外，实验过程中的实验条件和辅助措施都应相同，这样有利于反映出所比较的总体之间存在的真实差异。
研究者可以根据上述设立对照的原则和实验的需要，设立多种对照。
三、均衡的原则。
医学实验往往是多因素的实验，实验设计的最主要目标就是设法消除混杂因素的干扰，使处理因素的实验效应能够准确地显示出来。
实验设计的主要手段就是通过设置对照，即设置一个除不具有该处理因素外，其他方面与实验组完全相同或基本一致的对照组的方法，来抵消非处理因素的干扰，以便使处理因素的效应完全显现出来，即均衡的原则。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
的资料作为本研究之对照。
8
对照组的作用
意义
(1)消除干扰因素的影响； (2)给一个被比较的标准，使处理因素和非处 理因素的差异有一个科学的对比。
9
对照组的作用
处理组 处理因素+非处理因素 非处理效应
对照组
(无) 非处理因素
非处理效应
处理效应+ (无)
比较结果 处理因素
随机排列示意
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) 136 643 557 604 384 708 218 061 555 871
排列 (8) (1) (7) (5) (9) (3) (4) (2) (6) (10)
18
RA Fisher(1890~1962)
▪ 1935年,Fisher 系统介绍研究 设计，首次提出研究设计的基 本原则。
▪ The Design of Experiments.
3
1.1 研究设计的意义
(1) 合理安排试验因素，提高研究质量。 如规定实验组的条件，配置适当的对照组，选 择研究方法等。
12
（4）自身对照 对照及实验在同一受试者身上进行
（5）相互对照 各实验组间互为对照，如比较新药及旧药
的疗效 （6）历史对照
以本人过去的研究/他人研究结果及本次 研究结果作对照
13
2.2 基本原则之二：随机(random)
客观性
(1) 抽样随机 每一个符合条件的实验对象参 加实验的机会相同，即总体中 每个个体有相同的机会被抽到 样本中来；
▪ 1:3 0.7330
1:8
0.8026
24
.9
影响样本含量的因素
▪ 数据的种类 ▪ 个体的变异 ▪ 组间的差别 ▪ 指标间的相关程度 ▪ 设计方法 ▪ 各组例数的分配 ▪ I型错误和II型错误 ▪ 研究的质量
20
样本例数的计算 （1）公式计算 （2）查表
21
例：两均数比较时的样本含量估计(两组相等)
n1
n2＝2(uu
)2
▪ ：I 类误差，常取0.05 ▪ ：II 类误差，常取0.20，0.10 ▪ 1- ：把握度 ▪ ：标准差，个体变异 ▪ ：两个总体的差值(专业认可)
5
2. 实验设计的基本原则
▪ 基本原则之一：对照 ▪ 基本原则之二：随机 ▪ 基本原则之三：重复
6
研究设计的基本原则
▪ 对照(control) ▪ 随机(randomization) ▪ 重复(replication)
➢ 对照的作用 ➢ 对照的种类 ➢ 对照组形式
➢ 随机化的作用 ➢ 随机的含义 ➢ 分层随机、分段随机
22
例：降血脂
▪ =20mg/L； =30mg/L；=0.05
▪ 1-=90%时
▪ N＝78时
▪ Q1:Q2 N ▪ Q1:Q2 1-
▪ 1:1 78 (%)
▪ 4:6
82 ▪ 1:1 90.0
▪ 3:7
92 ▪ 4:6 88.9
▪ 2:8 122 ▪ 3:7 85.0
▪ 1:9 216 ▪ 2:8 75.6
➢ 重复的作用 ➢ 重复的次数
7
2.1 基本原则之一：对照
(control)
均衡性
(1) 对等 除处理因素外，对照组具备及实验 组对等的一切非处理因素。
(2) 同步 对照组及实验组设立之后，在整个
研究进程中始终处于同一空间和 同一时间。
(3) 专设 任何一个对照组都是为相应的实验
组专门设立的。不得借用文献上
2.3 基本原则之三：重复(repeated)
可靠性
(1) 整个实验的重复。
确保实验的重现性，以提高实验的可靠 性；
(2) 用多个实验单位进行重复(样本含量)。 避免把个别情况误认为普遍情况，把偶 然性或巧合的现象当作必然的规律，通 过一定数量的重复，使结论可信；
(3) 同一实验单位的重复观察。
19
处理效应
10
对照组的作用
处理组 处理因素+非处理因素 非处理效应
处理效应+
非处理因素 处理因素
比较结果
非处理效应 处理效应
11
常用对照种类：
（1）空白对照 对照组不施加任何处理因素
（2）实验对照 对照组不施加处理因素，但施加某种实验因
（3）标准对照 不设立专门的对照组，而是用现有标准值/正
作对照。实验研究一般不用标准对照，因为实验条 不一致。
▪ 1:19 406 ▪ 1:9 54.4 23
例： n1 固定， n2 增加时，Power的变化趋势 ▪ =20mg/L； =30mg/L；=0.05
▪ n1=20
▪ Q1:Q2 Power Q1:Q2 Power
▪ 1:1 0.5589
1:6
0.7882
▪ 1:2 0.6824 1:7 0.7960
(2) 分组随机 每个实验对象分配到不同处理 组的机会相同；
(3) 实验顺序随机 每个实验对象接受处理先
后的机会相同。
14
随机及随意
▪ 随机：random 机会均等， 客观性 ▪ 随意：as will 随主观意愿，主观性
▪ 随机化分组，不仅能控制已知的混杂因素 (非研究因素)，而且还能控制未知的混杂 因素。
15
随机的方法
▪ 简单随机 ▪ 随机分组 ▪ 随机排列 ▪ 分层随机
16
简单随机分组示意
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) 136 643 557 604 384 708 218 061 555 871 AB B B AB AAAB
A组 B组
17
医学统计学实验设计基本原则
主要内容
▪ 1. 研究设计的意义 ▪ 2. 实验设计的基本原则 ▪ 3. 实验设计 ▪ 4. 常用的几种实验设计方法 ▪ 5. 调查设计
2
实验设计简介
▪ R.A. Fisher(1925)系统介绍近 代统计学方法
▪ The Statistical Methods for Research Workers
(2) 控制误差，使研究结果保持较好的稳定性。 如对混杂因素的处理，对不同来源变异的分析， 维护必要的均衡性等。
(3) 用较少的观察例数，获取尽可能丰富的信息。 如采用定量指标，选择线性或非线性回归分析， 为使用高效率设计创造条件等。
4
1.2 研究设计的类型
▪ 调查（survey） ▪ 实验 (experiment) ▪ 昆明最好的癫痫病医院 ▪ 昆明治疗癫痫病专科医院 ▪ 昆明最好的癫痫病医院 ▪ 昆明治疗癫痫病医院