实验设计及样本量的估计

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1、实验设计与样本含量的估计一、实验设计的含义实验研究是医学研究中常用的方法之一，研究者进行实验，常常是判断那种药物更有效、那些因子是致病因子、它们的病理变化机制是什么、那种手术生存时间长等等。由于医学研究的对象是人或是动物，是生命的机体，具有广泛的变异性，对于外界刺激的反映千变万化。例如同月龄同性别的一组小白鼠，在某种同剂量毒物作用下，其染色体突变发生率各不相同；又如相同疾病患者在服用同一种药物后，其疗效也不尽一致。诸如此类现象渗透于医学领域内，加之偶然性变差不可避免地存在，这些情况将混淆或掩盖人们关心的实验结果的真实差异。研究者根据自己提出的假设，

2、如何运用实验研究结果来回答事先提出的假设呢？这就需要精心安排好实验，通过一组规划来完成实验全过程。这一组规划就是实验设计。因此，我们可以这样定义实验设计是研究医学科学中如何合理地安排实验因素、考察医学效应的科学。它是生物统计学中的一个分支，主要由Fisher学派本世纪20年代应农业科学的需要而创立发展起来的。随着科学的进步，这门学科不断充实与完善，但其根本目的仍然是：使实验结果能够准确回答事先提出的问题，同时使这一精确的结果是在最少人力物力和时间条件下获得。第二节实验研究分类与常用设计方案根据研究对象的不同，常用研究分为三类，即动物实验、临床实验与

3、社区干预实验。一、动物实验动物实验（animalexperiment）是在动物身体内进行实验，根据获得的结果，逐步过渡到人体。动物实验分急性、亚急性及慢性三种，而前两种多用。例如毒物的致畸、致癌、致突变实验，药理实验以及损伤、手术的病理变化实验研究等。二、临床实验临床实验（clinicaltrials）一般局限于对病人身心无损伤的实验。可以是短期观察，也可以是中期或远期追踪观察，目的多为某种药物及某项疗法的效果观察。例如采用某新型化学药物对防治乳腺癌根治术后复发的效果等。三、社区干预实验社区干预实验（communityinterventtrial）

4、多在某一地区内人群中进行，持续时间一般较长，其目的是观察某项保护措施对干预某种危险因素致病的效果。例如对新生儿注射乙肝疫苗预防乙型肝炎发病的作用；又如在克山病地区对人群加服硒剂，观察克山病发病变化等。由于社区干预实验难于对受试者进行良好的随机分配，因此又称为半实验研究（quasi-experiment）。常用的实验设计方案可分为单因素与多因素两大类。但因素设计方案是一个观察因素的不同强度水平作用效应间差异的研究。包括配对设计、完全随机设计、序贯设计；多因素设计方案是指观察两个以上因素不同强度水平下作用效应差异的研究。包括交叉设计、（配伍组设计）、拉

5、丁方设计、裂区设计、正交设计。此外还有三个变量及多个变量间关联分析的研究设计，属多元分析。第二节实验设计的基本要素和原则医学实验包括三个基本组成部分，即处理因素、受试对象和实验效应。例如观察某女性避孕药的效果，那么避孕药就是处理因素，已婚育龄妇女为受试对象，其妊结局则是实验效应，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，任何一项实验研究在进行设计时，首先明确这三个要素，再根据它来制定详细的研究计划。一、处理因素一般是指对受试对象给予某种外部干预（或措施），称为处理因素（treatment）。这种干预可以是主动施加的，如某种药物等；也可

6、以是客观存在的，如观察培养基在空气中的污染程度与季节的关系。“不同季节“就是处理因素，而“季节”这个处理却不是人为实施而是客观存在的。与“处理因素”相对应（同时出现）的是“非处理因素”，例如不同季节制作培养基的条件、培养基放置的位置和时间等，这些因素均可影响污染程度，它们混杂于“季节”这一处理因素之中，起了干扰作用。因此在确定处理因素时应注意以下问题，以达到控制各种混杂因素的干扰作用。（一）处理因素的数目与水平处理因素可以是一个或多个，同一因素可根据不同强度分为几个水平。一般情况下，不要试图在一次实验中解决多个问题，应抓住主要因素，因为因素越多，需

7、要的观察对象也越多，这样将使实验条件难以控制。当然处理因素过少，不易提高研究的深度与广度。一个实验同时观察几个因素不仅可以节约时间和精力，同时可以对各因素从不同角度进行观察，分析其相互作用，包括它们之间的协同作用(coordinatedinteraction)和拮抗作用(antagonisticinteraction)。例如观察某试剂不同计量的反应率变化，如果同时分析温度变化对反应率的影响，表、某试剂在不同温度、不同剂量下的实验反应率实验序号温度剂量反应率1X11X12X132X21X22X23。。。………nXn1Xn2Xn3根据这些数据，不仅可分

8、别分析温度，剂量单个因素对反应率的影响，还可分析两个因素对反应率的联合作用。（三）搜索非处理因素处理因素一般为研究者所重视