第二讲、统计设计的基本要素

    医学科研的目的一般都是阐明某因素或某些因素对受试对象产生哪些效应或影响。例如，观察某降压药对高血压的疗效，是将降压药用于高血压患者，然后观察治疗前后血压的变化情况，在此研究设计过程中，研究者必须要考虑降压药、高血压患者和反映疗效的指标血压变化值。这三者在统计上分别称为实验因素、实验单位和实验效应，是统计设计的三个基本要素。 

一、实验因素

    在研究设计中，实验因素是研究者根据研究目的而确定的施加在实验单位上的人为干预因素，如药物、缺氧、温度和病毒等物理、化学、生物等因素，如对高血压患者用降压药, 则降压药是人为干预的实验因素。然而，受试对象本身原有的某些特征如性别、年龄、职业和疾病等也可以成为实验因素，如研究男女成年人冠心病发病率的不同，则性别是实验因素。研究设计者必须首先根据研究目的明确实验因素，然后才能确定实验单位和实验效应。 

１、实验因素的数目和水平

    任何一项实验都是由各方面因素所组成，而研究者不可能，也不必要把所知的一切因素都放在一次或几次实验之中。因此在统计设计以前必须明确有几个实验因素，根据实验因素的多少决定选择单因素实验设计或多因素实验设计方案。某个实验因素又可根据研究需要分为若干水平。所谓实验因素的水平，就是实验中所要考察某个实验因素的定量值，或者是某种实验因素不同类别而产生的不同效果。前者是在定量方面的规定而后者是在定性方面的规定。例如，研究某种细菌的培养方法，其因素有温度、时间、培养基等等，温度从３５℃至３８℃，每１℃为一个水平，则便分为５个水平，时间从６小时至３０小时每隔６小时为一个水平，也可分为５个水平，如果培养基亦选择５种，即分５个水平，现在如果要做上述三种因素，各为５个水平的实验，那就要做５×５×５＝１２５次组合的实验。各实验因素水平的组合构成了不同的具体处理，因此，实验中处理组数的多少和实验因素的个数以及各实验因素的水平数有关。所以，研究者要抓住主要矛盾，在一次实验中选择一个或几个主要因素，从中找出几个有代表性的水平进行设计，所选的因素水平应该能反映不同水平之间的差别, 这样才能达到经济、快速的研究目的。 

２、实验因素与非实验因素的关系

    在研究设计中实验因素常常是研究者所关心的，并要在实验中所要阐明其作用的因素。如观察手术方法的效果，手术方法为实验因素，但参与实验的因素决非手术方法这一种因素，麻醉方法、手术器械、手术环境和手术者等因素也影响手术效果，这些除实验因素以外的影响因素称为非实验因素。如果这些因素在各处理组中的分布不均衡，则实验结果无法唯一地用实验因素来解释，从而导致实验的彻底失败。因此，研究者必须根据研究目的明确研究过程中何种因素是实验因素，何种是非实验因素，两者关系是相对的，同一研究过程中由于研究目的的不同其实验因素和非实验因素可能是不相同的。 

３、多因素间的交互作用 

    交互作用是在原效应的基础上产生增强或减弱效应的作用。如两药配伍使用发生药效的协同或拮抗等。因此，在设计是除要考虑各因素单独施加给受试对象的效应，还要考虑到各因素的配合施加给受试对象的效应，统计设计时应采用多因素设计方案，以便在统计分析中分析。 

二、实验单位 

    指受试对象接受处理的基本单位。例如用动物作实验对象，根据处理的方式，实验单位可以是动物个体，也可以是动物的某一肢体或神经。实验单位根据处理作用的部位可划分为若干等级。如用家兔作实验，观察指标是家兔眼房水中某种物质的含量，如处理是给家兔全身注射药物, 则家兔是一级实验单位, 若分别给家兔的两眼造成不同程度的局部损伤, 则兔眼为二级实验单位。如果在试验中既给家兔注射药物, 又给兔眼造成局部损伤, 则在该试验中既有一级实验单位, 又有二级实验单位。在比较药物的作用时, 将家兔看作实验单位; 在比较局部损伤作用时, 将兔眼看作实验单位。也就是说, 药物的作用在一级实验单位中比较, 局部损伤的作用在二级实验单位中比较。在以上实验中, 观察单位是兔眼, 但根据处理方式的不同，实验单位可以是兔子, 也可以是兔眼。同理, 在有些医学实验中, 尽管观察单位很小，处理间的差异也应在实验单位中比较。如用毫米波幅射小鼠后观察小鼠肝细胞超微结构，尽管每个小鼠的肝脏可制成很多切片进行观察, 但实验单位数仍是小鼠个数。

    作为实验单位应具备的基本条件是对实验因素既敏感又特异，敏感与特异可以一致，也可以不一致，既敏感又特异者最为理想。敏感佳而特异差者不好，因为后者不易排除非实验因素的干扰。在选择受试对象时还应考虑其各种条件，如选择动物为实验单位时，应考虑种属品系、窝别、性别、年龄、体重、健康状况及病理模型轻重等。如为临床研究，除考虑人的种族、地域、性别、体重、健康状况等一般条件外，尚需着重考虑社会因素，如职业、爱好、生活习惯、居住条件、经济状况、家庭情况和心理状况等。同时还要重点考虑病种、病情、病程等。此外，对病例选择应有正确诊断和正确分期的标准。 

三、实验效应 

    指实验因素在对实验单位施加处理后所起的作用，任何效应都是通过具体的指标观察检测出来的，所以指标是鉴定效应的尺度。 

１、指标的性质和数目 

    按指标的性质分类，指标分为客观指标和主观指标。客观指标是借助仪器测量、检验所得的结果，如测量人的身高、血压等指标；主观指标则是由受试者或研究者主观判断的指标，有些指标的来源虽然是客观的，但判断上却受主观性影响，如Ｘ片的改变、病理切片、化验上絮状反映程度等。

    指标的数目，可根据研究目的与要求不同，拟定的指标可多可少。效应的表现可能是多方面的，所以观察指标也有多种。不能认为指标越多越好，因为任何事物都有主要矛盾，研究目的的中心常常只有一个，所以指标不宜过多，应尽量地集中，以突破重点。 

２、指标应具备的条件

    作为观察指标的首要条件是实验所用的指标必须与所要研究的目的有本质上的联系，并能确切反映出实验因素的效应。其次，要求指标具有一定的灵敏性和特异性，提高指标的灵敏性是检出效应微量变化的关健环节，提高的手段主要靠检测方法和仪器的改进。在选择观察指标时尽可能选择客观指标，并要求测量指标具有一定的精确性，即准确度和精密度，所谓准确度是指测定值与真值之间的符合程度，其大小与系统误差有很大的关系，在系统误差消除的前提下，统计学中以标准误来说明实验的准确度大小；所谓精密度是每次测定值与算术均数之间的符合程度，统计学中用标准差、变异系数、方差等来表示实验精密度的大小。另外，对记录指标的方法、格式、时间等都应事先作好标准化规定。

     来源：中国临床试验论坛

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