生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（ Designing Experiments ）,,內(nèi)容提要,第一節(jié) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本要素第二節(jié) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則第三節(jié) 常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案第四節(jié) 誤差和偏倚第五節(jié) 樣本含量的估算第六節(jié) 臨床試驗(yàn)設(shè)計(jì),,設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 調(diào)查設(shè)計(jì) 專業(yè)設(shè)計(jì) 統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì) 專業(yè)設(shè)計(jì) 統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì),,,,,,,第一節(jié) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本要素,實(shí)驗(yàn)設(shè)

2、計(jì)三要素： 受試對象(object)處理因素(treatment)實(shí)驗(yàn)效應(yīng)(experimental effect),1、受試對象 受試對象或稱研究對象是處理因素作用的客體，是根據(jù)研究目的確定的研究總體。 研究目的不同, 醫(yī)學(xué)研究的對象可以是人、動物和植物，也可以是某個器官、細(xì)胞和血清等生物材料。,按試驗(yàn)對象，實(shí)驗(yàn)可以分為三類：動物實(shí)驗(yàn)(animal experiment), 其受試對象為動物；臨床試驗(yàn)

3、(clinical trial), 其受試對象通常為患者；現(xiàn)場試驗(yàn)(field trial), 其受試對象通常為正常人群。,受試對象應(yīng)作嚴(yán)格的規(guī)定，以保證其同質(zhì)性(homogeneity)和代表性 同質(zhì)性：動物的種類、品系、年齡、性別、體重、窩別和營養(yǎng)狀況等。人群的性別、年齡、民族、職業(yè)、文化程度和經(jīng)濟(jì)狀況、病情和病程等。 代表性：隨機(jī)抽樣受試對象應(yīng)滿足兩個基本條件：一是對處理因素敏感；二是反應(yīng)必須穩(wěn)定。

4、選擇受試對象應(yīng)明確其納入標(biāo)準(zhǔn)(inclusion criteria)和排除標(biāo)準(zhǔn)(exclusion criteria)。,2、處理因素處理因素或受試因素：根據(jù)研究目確定的欲施加或欲觀察的、并能引起受試對象直接或間接效應(yīng)的因素，簡稱處理或因素(factor)。是根據(jù)研究目的確定的主要因素，處理因素在整個實(shí)驗(yàn)中應(yīng)始終要保持不變 非處理因素：與處理因素可能同時(shí)存在的能使受試對象產(chǎn)生效應(yīng)的非研究因素。非處理因素干擾效應(yīng)與所研究因素間關(guān)系的

5、觀察與分析，常常又稱混雜因素(confounder)。,處理因素種類：生物性、化學(xué)性、物理性處理因素水平：每個因素在數(shù)量上或強(qiáng)度上可有不同。 單因素單水平：研究某藥物對原發(fā)性高血壓患者的降壓作用； 單因素多水平：研究某藥不同劑量的降血糖作用； 多因素單水平：比較不同藥物或不同療法對某病的治療效果； 多因素多水平：臨床上探索某腫瘤的聯(lián)合化療方案等。,3、實(shí)驗(yàn)效應(yīng) 實(shí)驗(yàn)效應(yīng)是處理因素作用于受試對

6、象的反應(yīng)(response)和結(jié)局(outcome)，它通過觀察指標(biāo)(統(tǒng)計(jì)學(xué)常將指標(biāo)稱為變量)來體現(xiàn)。 觀察指標(biāo)應(yīng)具有客觀性、精確性、特異性和靈敏性。,客觀性：客觀指標(biāo)則是借助測量儀器和檢驗(yàn)等手段來反映的觀察結(jié)果，客觀指標(biāo)具有較好的真實(shí)性和可靠性。 主觀指標(biāo)是受試對象的主觀感覺、記憶、陳述或?qū)嶒?yàn)者的主觀判斷結(jié)果；而。主觀指標(biāo)具有隨意性和偶然性。精確性：包括準(zhǔn)確度(accuracy)和精密度(precision)

7、兩層含義。 準(zhǔn)確度指觀察值與真值的接近程度，主要受系統(tǒng)誤差的影響； 精密度指重復(fù)觀察時(shí)，觀察值與其均數(shù)的接近程度，其差值屬于隨機(jī)誤差。特異性和靈敏性：某指標(biāo)的特異度(specificity)反映其鑒別真陰性的能力，靈敏度（sensitivity）則反映其檢出真陽性的能力。特異度高的指標(biāo)不易受混雜因素的干擾；靈敏度高的指標(biāo)能將處理因素的效應(yīng)更好地顯示出來。,4)指標(biāo)的盲法觀察： 為消除或最大限度地減少主觀偏性，在設(shè)

8、計(jì)時(shí)常采用盲法(blind method)。 單盲法(single blind method)：受試對象不知道自己分在哪一組； 雙盲法(double blind method)：受試對象和實(shí)驗(yàn)執(zhí)行者均不知道受試對象分在哪一組 三盲法(triple blind method)：受試對象、實(shí)驗(yàn)執(zhí)行者和統(tǒng)計(jì)分析人員三者均不知道受試對象分在哪一組,第二節(jié) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則對照(cont

9、rol)隨機(jī)化(randomization)重復(fù)(replication),1、對照原則目的： 顯露處理因素的效應(yīng)； 控制混雜因素和偏倚； 判斷不良反應(yīng)。對照的形式：(1)安慰劑對照(placebo control)(2)空白對照(blank control) (3)實(shí)驗(yàn)對照(experimental control) (4)自身對照(self control) (5)標(biāo)準(zhǔn)對照(standard

10、 control),2、隨機(jī)化原則 隨機(jī)化是使每個受試對象都有同等的機(jī)會被抽取或分到不同的實(shí)驗(yàn)組和對照組。隨機(jī)化形式 (1)抽樣的隨機(jī) (2)分組的隨機(jī) (3)實(shí)驗(yàn)順序的隨機(jī),完全隨機(jī)化(1)編號 將n個受試對象編號，動物可按體重大小，患者可按就診順序。(2)取隨機(jī)數(shù) 可從隨機(jī)數(shù)字表或計(jì)算器或計(jì)算機(jī)獲得。每個受試對象獲得的隨機(jī)數(shù)可是一位數(shù)，也可是兩位數(shù)或三位數(shù)，一般要求與n的位數(shù)相同。(3)確定組別 根

11、據(jù)受試對象獲得的隨機(jī)數(shù)決定受試對象在哪一組。分兩組可按隨機(jī)數(shù)的奇偶；分k組可按隨機(jī)數(shù)除以k后的余數(shù)進(jìn)行分組。例1 試將同性別、體重相近的30只動物分到A、B、C三組。 先將動物按體重編號，再從本書后面所附隨機(jī)數(shù)字表中任一行如第16行最左開始連續(xù)取30個兩位數(shù)字。最后將這30個兩位數(shù)字分別除以3，余數(shù)0、1、2分別對應(yīng)于A、B、C三組,分層隨機(jī)化分層隨機(jī)化步驟：(1)編號排序 將每層的受試對象編號排序，如體重從輕到重，時(shí)

12、間由前至后等。(2)取隨機(jī)數(shù) 從隨機(jī)數(shù)字表或計(jì)算器或計(jì)算機(jī)獲得。每個受試對象可取兩位數(shù)。 (3)確定組別 根據(jù)每層受試對象獲得的隨機(jī)數(shù)的大小順序決定受試對象在哪一組。對每個處理也可規(guī)定順序，如處理A, B, C, …分別對應(yīng)于序號1, 2, 3, …。,3、重復(fù)原則 重復(fù)是指在相同實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行多次研究或多次觀察。重復(fù)的情形： (1)整個實(shí)驗(yàn)的重復(fù)（2）用多個受試對象進(jìn)行重復(fù)有足夠的樣本含量(sample si

13、ze)，（3）同一受試對象的重復(fù)觀察 重復(fù)最主要的作用是估計(jì)實(shí)驗(yàn)誤差。,第三節(jié) 常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,完全隨機(jī)設(shè)計(jì)配對設(shè)計(jì)隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)交叉設(shè)計(jì)析因設(shè)計(jì),,完全隨機(jī)設(shè)計(jì) 1、設(shè)計(jì)模式：,交叉設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)模式： 陽性 陽性 甲組（方案A） 洗 方案B對象 陰性 脫 陰性 陽性 期

14、 陽性 乙組（方案B） 方案A 陰性 陰性,,,,,,,,,,,,,,,隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì) 例3 如何按隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，分配5個區(qū)組的15只小白鼠接受甲、乙、丙三種抗癌藥物？ 方法為先將小白鼠的體重從輕到重編號，體重相近的3只小白鼠配成一個區(qū)組，見表4-6。在隨機(jī)數(shù)字表（附表15）中任選一行一列開始的2位數(shù)作為1個隨機(jī)數(shù)，

15、如從第8行第3列開始紀(jì)錄，見表4-6；在每個區(qū)組內(nèi)將隨機(jī)數(shù)按大小排序；各區(qū)組中內(nèi)序號為1 的接受甲藥、序號為2的接受乙藥、序號為3的接受丙藥，,川芎嗪對新生大鼠缺氧缺血性腦損傷的保護(hù)作用,實(shí)例：,通過對各實(shí)驗(yàn)組動物腦組織MDA、SOD、NO生化指標(biāo)的比較，進(jìn)一步闡明氧自由基及NO損傷在新生兒HIE的發(fā)病機(jī)制中的重要作用及川芎嗪抗新生兒HIE的作用機(jī)制。,江西醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動物部提供7日齡SD新生大鼠，雌雄各半。數(shù)量共40只,研究目

16、標(biāo),研究對象,,研究目標(biāo)和研究對象,對照及分組情況,按隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)如下：假手術(shù)組、HI組、川芎嗪Ⅰ組和川芎嗪Ⅱ組共四組，每窩4只鼠為一區(qū)組，共10窩，每窩隨機(jī)分配至各處理組。,為對照組。只切開皮膚游離左頸總動脈，不進(jìn)行缺氧處理。于缺氧前30分鐘腹腔注射等量生理鹽水。,假手術(shù)組,HI組,結(jié)扎左頸總動脈，并缺氧2小時(shí)。于缺氧前30分鐘腹腔注射等量生理鹽水。,川芎嗪Ⅰ組：,結(jié)扎左頸總動脈，并缺氧2小時(shí)。于缺氧前30分鐘腹腔注射川芎

17、嗪注射液100mg/Kg。,川芎嗪Ⅱ組,于HI后即刻腹腔注射川芎嗪注射液100mg/Kg。,采用隨機(jī)區(qū)組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方差分析及X2檢驗(yàn),統(tǒng)計(jì)分析方法,第四節(jié) 誤差和偏倚,誤 差(error),誤差的概念及分類,偏 倚（bias）,四、誤差和偏倚,偏倚,偏倚的概念及種類,在實(shí)驗(yàn)過程中由于某些非實(shí)驗(yàn)因素的干擾所形成的系統(tǒng)誤差。,選擇性偏倚,選擇性偏倚的概念及其防止措施,由于納入觀察對象的方法不正確而產(chǎn)生的偏倚。,測量性偏倚的概念,導(dǎo)

18、致測量性偏倚常見因素,測量性偏倚的防止措施,混雜性偏倚的概念及其防止與控制措施,混雜性偏倚,在總結(jié)分析階段，由于某些非實(shí)驗(yàn)因素與實(shí)驗(yàn)因素同時(shí)并存的作用影響到觀察結(jié)果，造成混雜性偏倚,第五節(jié) 樣本含量的估計(jì),影響樣本含量估計(jì)的因素 1. 第一類錯誤概率的大小?。?越小所需樣本含量愈多， 2. 檢驗(yàn)功效(1??)或第二類錯誤概率的大小? 檢驗(yàn)功效愈大，第二類錯誤的概率愈小，所需樣本含量愈多。 3. 容許誤差 容許誤差愈

19、大，所需樣本含量愈小。 4. 總體標(biāo)準(zhǔn)差?或總體概率? ?反映資料的變異度。?愈大，所需樣本含量自然愈多。總體概率?越近于0.50，則所需樣本含量愈多。,樣本含量估計(jì)的方法 樣本含量的估計(jì)方法： 查表法：查有關(guān)樣本含量表， 計(jì)算法：根據(jù)假設(shè)檢驗(yàn)的公式反推。,,①樣本均數(shù)與總體均數(shù)比較（或配對比較）,例：用某藥治療矽肺患者，估計(jì)可增加尿的排出量，標(biāo)準(zhǔn)差89.0mmol/L,要求以α=0.05，β=0.10的概率

20、，能夠辨別出尿的排出量平均增加35.6mmol/L，需觀察多少例矽肺患者？,②兩樣本均數(shù)比較 A、兩樣本含量相等,例：A、B兩種處理的動物冠狀靜脈血流量實(shí)驗(yàn)，A處理平均增加血流量1.8ml/min， B處理平均增加血流量2.4ml /min，已知兩處理標(biāo)準(zhǔn)差相等，均為1.0ml/min,α=0.05β=0.10，要得出兩處理有差別的結(jié)論，需觀察多少實(shí)驗(yàn)動物？,例、用新藥降低高血脂患者的膽固醇，研究者規(guī)定試驗(yàn)組與對照組（安慰劑）

21、相比，平均降低20㎎/L以上，才有實(shí)際推廣應(yīng)用價(jià)值。以參考文獻(xiàn)中得知膽固醇的標(biāo)準(zhǔn)差為30㎎/L。規(guī)定單例α=0.05，β=0.10，要求估計(jì)樣本含量。,若有條件做到兩組例數(shù)相等，則：,例：研究碳酸鋁對白細(xì)胞減少癥的治療效果，已知患者白細(xì)胞數(shù)治療后比治療前平均增加了109/L，標(biāo)準(zhǔn)差為1.2×109/L。規(guī)定α=0.05（雙側(cè)檢驗(yàn)），β=0.10，求樣本含量。,例：擬用單純隨機(jī)抽樣方法，了解某地區(qū)成年男子血色素的平均水平，要求誤

22、差不超過2g/L，α=0.05（雙側(cè)），從參考文獻(xiàn)得知成年男子血色素的標(biāo)準(zhǔn)差約為25g/L，問需調(diào)查多少人？,例：擬用A、B、C三種方案治療血紅蛋白小于100g/L的嬰幼兒貧血患者，比較這三種方案的療效。經(jīng)預(yù)試驗(yàn)測得各方案治療后血紅蛋白增加的均數(shù)分別為：18.5g/L,13.2g/L,10.4g/L; 標(biāo)準(zhǔn)差分別為11.8g/L,13.4g/L,9.39g/L;規(guī)定α=0.05（雙側(cè)），β=0.10，問各組需觀察多少例？,例、擬在某小學(xué)

23、觀察三種矯治近視眼方法的效果,初得A法有效率為37.87%,B法有效率為18.75%,C法為27.78%。問每種方法各需觀察多少例？,第六節(jié) 臨床試驗(yàn)設(shè)計(jì),規(guī)范性文件 《中華人民共和國藥品管理法》《新藥審批辦法》《藥品臨床試驗(yàn)管理規(guī)范》(Good Clinical Practice, GCP)《化學(xué)藥品和生物制品臨床試驗(yàn)的生物統(tǒng)計(jì)學(xué)指導(dǎo)原則》,臨床試驗(yàn)的分期 I期臨床試驗(yàn)為新藥研究的起始期，往往在數(shù)名志愿者身上進(jìn)行，必要時(shí)

24、可包括病人。初步的臨床藥理學(xué)及人體安全性評價(jià) Ⅱ期臨床試驗(yàn)為新藥臨床評價(jià)最為重要的一期。盲法的隨機(jī)對照試驗(yàn)(RCT)，對新藥的有效性和安全性作出初步評價(jià)，推薦臨床給藥劑量。 Ⅲ期臨床試驗(yàn)為擴(kuò)大的多中心臨床試驗(yàn)，進(jìn)一步評價(jià)藥物的有效性、安全性。 Ⅳ期臨床試驗(yàn)為藥品上市后的監(jiān)測應(yīng)用 治療效果評價(jià)（藥物、放射、基因等） 預(yù)防措施效果評價(jià) 病因?qū)W因果效應(yīng)研究,特殊問題： 1、研究對象的選擇：

25、 臨床試驗(yàn)的研究對象必須是臨床已確定診斷的“典型”病人。最好能從病例總體中隨機(jī)抽取研究對象，以確保樣本的代表性。否則其結(jié)果不能推理到病人總體。病人的一些特征如病情的嚴(yán)重程度、性別、年齡等均會對療效產(chǎn)生影響。 2、診斷標(biāo)準(zhǔn) 有2層意思：一是病例的診斷標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)為確診的、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)；二是入選試驗(yàn)的病人對象的標(biāo)準(zhǔn)，可限制一些條件，但必須嚴(yán)格執(zhí)行。標(biāo)準(zhǔn)不清楚，容易產(chǎn)生錯誤分類誤差，因而影響療效的評價(jià)。3、樣本大小的估計(jì)

26、 在進(jìn)行臨床試驗(yàn)時(shí)要注意有適宜的樣本數(shù)，樣本過少，回減低研究效率，得不出研究結(jié)果；樣本過大則導(dǎo)致不必要的浪費(fèi)，更會影響研究的質(zhì)量。治療方案的有效率、顯著性水平和把握度對樣本的大小有影響。 估計(jì)的方法有公式法和查表法。,4、設(shè)立對照組 目的：消除疾病自愈傾向的影響；確定治療的副作用和不良反應(yīng)。 方法：隨機(jī)同期對照，在同一病人群體中設(shè)立對照組和試驗(yàn)組 自身對照，病人治療前后自身的

27、比較 配對設(shè)計(jì)對照，按一定的特征、條件（如同年齡組、同性別、病情嚴(yán)重程度相同等）將病人配成對子，對子之一給予處理措施，另一不給該措施。5、隨機(jī)分組 其目的是確保兩組在某些特征上的可比性。隨機(jī)的方法可用簡單隨機(jī)法（隨機(jī)數(shù)字表）和區(qū)組隨機(jī)法。6、盲法的應(yīng)用 即讓某些人不知道研究的分組情況及每組所采取的措施的方法。目的是避免試驗(yàn)者和受試者的偏倚和主觀偏見。盲法的具體方式有： 單盲：即研究

28、者和研究對象有一方不知道研究的分組情況。 雙盲：即研究者和研究對象均不知道每個研究對象的分組情況。 三盲：即研究者和研究對象以及資料分析人員均不知道研究的分組情況。 公開試驗(yàn)：即研究者研究對象均知道研究的分組情況。有些研究一定要用公開試驗(yàn)，如手術(shù)療效的考核。7、安慰劑的使用 是一種在外觀形狀（如大小、氣味、顏色等）與試驗(yàn)組所用制劑相似的制劑，或缺乏特異有效成分（稱為消極安慰劑），或?yàn)槟壳肮J(rèn)有效的常用的制劑（

29、稱為積極安慰劑）。目的是消除受試者的主觀偏見。,數(shù)據(jù)管理 臨床研究者正確填寫CRF； 監(jiān)察員核實(shí)CRF的真實(shí)性； 數(shù)據(jù)管理員雙份獨(dú)立錄入數(shù)據(jù)； 統(tǒng)計(jì)人員對數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯檢查。 數(shù)據(jù)庫鎖定與保存統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)集 1)全分析集(full analysis set) 是根據(jù)意向性分析(intention-to-treat,ITT)的原則,分析所有經(jīng)過隨機(jī)化分組的受試者. 2)符合方案集(

30、PP):是全分析集的一個子集. 對主要變量的分析要采用ITT數(shù)據(jù)集和PP數(shù)據(jù)集. 3)安全性評價(jià)數(shù)據(jù)集(safety set):經(jīng)過隨機(jī)化后至少接受一次治療的受試者.統(tǒng)計(jì)分析 1）統(tǒng)計(jì)分析計(jì)劃：包括數(shù)據(jù)集的選擇、統(tǒng)計(jì)方法與模型的選擇、統(tǒng)計(jì)結(jié)果的表達(dá)等 2）盲態(tài)審核與數(shù)據(jù)鎖定： 盲態(tài)審核（在第一次揭盲前）：統(tǒng)計(jì)分析計(jì)劃的修改與確認(rèn)、研究方案的確認(rèn)、全部數(shù)據(jù)的確認(rèn)（脫落病例、主要療效、安全性數(shù)據(jù)）。