医学科研思路和实验设计

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1、医学科研思路和实验设计医学科研思路和实验设计袁秉祥袁秉祥西安交通大学医学院西安交通大学医学院8265772482657724，科研基本过程科研基本过程知识和技术积累知识和技术积累工作积累工作积累 文献复习文献复习 学术交流学术交流选选 题题创新思维创新思维 提出问题提出问题 实验设计实验设计专业专业/统计统计/管理管理实验过程实验过程论文写作论文写作分析分析/推理推理/总结总结遇到问题遇到问题发现问题发现问题资料积累分析资料积累分析(已知已知 未知数未知数)探索规律探索规律模拟实际模拟实际构建模型构建模型/假说假说反复验证和修正反复验证和修正 确立模型，取得成果确立模型，取得成果关键问题关键问

2、题或边缘问题；或边缘问题；难题和重大问题难题和重大问题或一般问题；或一般问题；全局问题全局问题或局部问题；或局部问题；理论问题理论问题（绝对创新）或技术问题（相对创新）（绝对创新）或技术问题（相对创新）(应用基础应用基础)选题（选题（创新思维创新思维 提出问题）提出问题）科研思路和选题科研思路和选题创新创新开发开发 顺向外展顺向外展（uni-directional extrapolation)uni-directional extrapolation)1 1、沿最新发现、沿最新发现 思路思路 观点观点 概念概念 方向提出新课题方向提出新课题 2 2）侧向型或枝节性课题（新颖）侧向型或枝节性课题

3、（新颖）1 1）主导性、前沿性、深入性）主导性、前沿性、深入性课题（更快课题（更快,更高更高,更本质）更本质）2 2、沿着自己研究室的工作积累和长期坚持的研究、沿着自己研究室的工作积累和长期坚持的研究方向提出更深入、更全面的课题。方向提出更深入、更全面的课题。3 3、经过国内外的技术合作、学习进修、攻读学位，、经过国内外的技术合作、学习进修、攻读学位，将参与的课题延伸或扩展，提出新的课题。将参与的课题延伸或扩展，提出新的课题。科研助手科研助手 科研主持人科研主持人 首席科学家首席科学家4 4、通过学术交流（特别是国际学术会议）获得最、通过学术交流（特别是国际学术会议）获得最新、最全面的科研信息

4、，综合分析，结合实际，提新、最全面的科研信息，综合分析，结合实际，提出自己能解决的新问题。出自己能解决的新问题。开辟新的方向和引导世界跟踪开辟新的方向和引导世界跟踪5 5、技术引进，填补空白、技术引进，填补空白 1 1、以一定线索为依据，对传统理论、观点提、以一定线索为依据，对传统理论、观点提出有根据的疑问，并向相反方向推论，进而出有根据的疑问，并向相反方向推论，进而开创出新的研究领域和方向开创出新的研究领域和方向心脑缺血心脑缺血损伤研究损伤研究抗缺血研究抗缺血研究缺血再缺血再灌注损伤灌注损伤缺血预缺血预适应保护适应保护缺血后缺血后适应保护适应保护灌注治疗灌注治疗短时间缺血短时间缺血舒张血管舒

5、张血管抗血栓形成，溶栓抗血栓形成，溶栓血液流变血液流变抗动脉硬化抗动脉硬化减少耗氧减少耗氧耐缺氧（代谢耐缺氧（代谢）抑制调亡抑制调亡介入和手术介入和手术药物预适应药物预适应 逆向外展逆向外展（reverse extrapolationreverse extrapolation）2 2、通过偶然机遇、意外发现，对传统观点提出疑、通过偶然机遇、意外发现，对传统观点提出疑问，进行反向思维，进而开创出新的研究领域。问，进行反向思维，进而开创出新的研究领域。提出疑问提出疑问内皮细胞内皮细胞 EDRPs NO EDRPs NO 心血管心血管,免疫和神经功能免疫和神经功能19981998年生理与医学年生理与

6、医学NobelNobel奖奖血管内皮损伤血管内皮损伤血管内皮完整血管内皮完整Robert F FurchgottLouis J Ignarro,Ferid Murad 交叉扩展交叉扩展（across extrapolation across extrapolation）1 1、学科借鉴、学科借鉴 原油管道输送原油管道输送血液流变学血液流变学2 2、学科、学科/学部交叉学部交叉n分子生物学分子生物学+信息学信息学生物信息学生物信息学所有医学领域所有医学领域n数学数学+医学医学定量医学定量医学(实验设计实验设计,量效关系量效关系,动力学动力学)n心理学心理学+医学医学医学心理学医学心理学n航空医学

7、、航天医学、海洋医学、高原医学、核医学航空医学、航天医学、海洋医学、高原医学、核医学4 4、临床、临床-基础医学交叉基础医学交叉 从临床寻找实际意义的基础问题；从基础寻求技术和理论突从临床寻找实际意义的基础问题；从基础寻求技术和理论突破；基础破；基础-临床结合解决重点或重大问题。临床结合解决重点或重大问题。3、相邻学科交叉、相邻学科交叉学科分支学科分支5 5、临床医学、临床医学-药学交叉药学交叉临床药学临床药学用已知化合物（药物）揭示生命现象和规律；用已知化合物（药物）揭示生命现象和规律；用已知生命体（筛选平台）发现新药物和活性物质。用已知生命体（筛选平台）发现新药物和活性物质。已知已知化合物

8、化合物受体受体离子通道离子通道转运体转运体酶酶已知已知靶蛋白靶蛋白递质、激素、内在活性递质、激素、内在活性物质、细胞因子物质、细胞因子靶靶位位机体变化机体变化信号转导信号转导基因表达基因表达受体受体离子通道离子通道转运体转运体酶酶化合物（化合物（1010，000000）药物（药物（12）活性活性化合物化合物筛选平台筛选平台 借助工具药借助工具药揭示生命奥秘揭示生命奥秘（生命现象（生命现象+生命物质）生命物质）临床科研设计和数据处理临床科研设计和数据处理 以机体（动物、病人、标本）自身作为对照的配对资料，以机体（动物、病人、标本）自身作为对照的配对资料，即在同一个体上观察处理前后的变化。如同一标

9、本（血样、尿样）即在同一个体上观察处理前后的变化。如同一标本（血样、尿样）用用2 2种检测方法的结果比较，一批病人两个疗程的比较。种检测方法的结果比较，一批病人两个疗程的比较。给药前给药前A A 给药后给药后AA A A1 1 给药后给药后A A1 1 A A2 2 给药后给药后A A2 2AS1.1.单组自身比较设计单组自身比较设计分组对照设计分组对照设计实验设计实验设计(n=20)(n=20)1个疗程个疗程2个疗程个疗程(n=20)有效率有效率=50%有效率有效率=60%配对配对 t 检验检验泊松分布泊松分布关联关联x2和优势和优势x2 阴性对照组阴性对照组 B B 阳性对照组阳性对照组

10、C C 实验组实验组(1)D (1)D 实验组实验组(3)E (3)E 实验组实验组(10)F (10)F 2单纯平行对照单纯平行对照实验设计实验设计分组对照设计分组对照设计量反应：单因素（组间）方差分析量反应：单因素（组间）方差分析 两两对比两两对比 （t t、t t 或或q q、q q 检验）检验）最常用、最简单的设计；实验组和对照组同步开始，同步结束。最常用、最简单的设计；实验组和对照组同步开始，同步结束。（对比组）（对比组）质反应：质反应：x x2 2检验或直接几率法检验（样本数较小）检验或直接几率法检验（样本数较小）量效关系的量效关系的显著性检验（显著性检验（tr）实验组和对照组同步

11、开始，多次测量，同步结束，如：给药前、实验组和对照组同步开始，多次测量，同步结束，如：给药前、给药后给药后1010、3030、6060、120min120min、。3 3多次测量平行对照多次测量平行对照数据处理：多次测量的方差分析数据处理：多次测量的方差分析实验设计实验设计分组对照设计分组对照设计如给药前数据已有差异，应进行数据转化，用变化（差值）或如给药前数据已有差异，应进行数据转化，用变化（差值）或变化率表示。变化率表示。对照组对照组 A 实验组实验组 B 给药后给药后给药前给药前给药给药对照组对照组 A实验组实验组 B对照组对照组 A实验组实验组 B对照组对照组 A实验组实验组 B第一批

12、第一批第二批第二批第三批第三批第第1 1段段 第第2 2段段 第第3 3段段4平行分批分段对照平行分批分段对照实验设计实验设计分组对照设计分组对照设计不可将多批数据综合一并处理，不可将多批数据综合一并处理，而应求出批间变异进行析因处理而应求出批间变异进行析因处理：析因析因t t检验；方差分析检验；方差分析 某些研究和测定无法做到同时同地完成，经常需要跨时间、某些研究和测定无法做到同时同地完成，经常需要跨时间、多中心完成；但在数据处理时应注意批间和顺序变异。多中心完成；但在数据处理时应注意批间和顺序变异。对照组对照组 A 实验组实验组 B 1层层 2层层 3层层 1层层 2层层 3层层 对照组对

13、照组 实验组实验组 5.平行分层对照（均衡随机）平行分层对照（均衡随机）实验设计实验设计分组对照设计分组对照设计多因素方差分析，按平行对照处理，多因素方差分析，按平行对照处理，t、t（q、q ）检验）检验。临床研究中先将可控因素（如性别、体重、病情、病程临床研究中先将可控因素（如性别、体重、病情、病程）进行分层（进行分层（3 3个层次），然后在每一层次中再进行随机分组。个层次），然后在每一层次中再进行随机分组。交交叉叉对对照照设设计计适适合合于于动动物物或或病病人人状状态态稳稳定定，刺刺激激或或药药物物作作用用后后可可恢恢复复到到原原来来状状态态，如如自自发发性性高高血血压压大大鼠鼠和和二二期

14、期高高血血压压病病人人对对降降压压药药的的作作用用。在在进进行行临临床床相相对对生生物物度度测测定定时时，通通常采用这种交叉配对设计。常采用这种交叉配对设计。1)一次交叉一次交叉（AOB，BOA）：交叉配对设计）：交叉配对设计 A:对照组对照组 清洗期清洗期 B:对照组对照组 B:实验组实验组 （7 t1/2）A:实验组实验组 6.交叉对照交叉对照实验设计实验设计分组对照设计分组对照设计所得数据可进行显著性检验或所得数据可进行显著性检验或生物等效性分析生物等效性分析（采用双向单侧采用双向单侧 t t 检验）。检验）。A B CA B C D A B C D E A B C D E F B C

15、A B C D A B C D E A B C D E F A C A B C D A B C D E A B C D E F A B D A B C D E A B C D E F A B C E A B C D E F A B C D F A B C D E 33 44 55 662）多次交叉（拉丁方设计）多次交叉（拉丁方设计）实验设计实验设计分组对照设计分组对照设计 拉丁方设计巧妙合理，同一病例、动物和标本可多次使拉丁方设计巧妙合理，同一病例、动物和标本可多次使用，所需例数较少，消除了用药顺序影响和个体差异的干扰，用，所需例数较少，消除了用药顺序影响和个体差异的干扰，统计效率很高。拉丁方

16、设计特别适于病情和模型稳定的珍贵统计效率很高。拉丁方设计特别适于病情和模型稳定的珍贵病例或动物的研究。病例或动物的研究。缺点：实验周期成倍延长，方差分析数据库稍复杂。缺点：实验周期成倍延长，方差分析数据库稍复杂。1 1）正交设计）正交设计 (Orthogonal design)(Orthogonal design)均衡分散：试验点在试验范围内排列规律整齐均衡分散：试验点在试验范围内排列规律整齐整齐可比：试验点在试验范围内散布均匀。整齐可比：试验点在试验范围内散布均匀。L L是正交设计表的符号，例如是正交设计表的符号，例如 L4 L4表示表示4 4种组合，种组合，L4(2L4(23 3)表示表示

17、3 3种因素各种因素各2 2个水平。个水平。分析主要因素还是次要因素；独立作用还是有相互影响；组分析主要因素还是次要因素；独立作用还是有相互影响；组方和剂量比例。方和剂量比例。L4(23)正交表的代号正交表的代号试验次数试验次数因素的水平数因素的水平数因素数因素数7.多因素、多水平分析多因素、多水平分析 每个表有一代号每个表有一代号Un(qs)，U表示均匀设计，表示均匀设计，n次试验，每个次试验，每个因素有因素有q个水平，个水平，s表示最多因素数，即最多有表示最多因素数，即最多有s列，其中列，其中n=q。设计表设计表U6表示有表示有6个因素（如联用药物），做个因素（如联用药物），做6次试验，每

18、个次试验，每个因素有因素有6个水平（如剂量水平）。个水平（如剂量水平）。2）均匀设计）均匀设计(Uniformity design)U7(76)均匀表的代号均匀表的代号试验次数试验次数因素的水平数因素的水平数因素数因素数 排列组合排列组合53125组试验组试验73=343组试验组试验正交设计正交设计5225组试验组试验72=49组组试验试验均匀设计均匀设计5组试验组试验7组组试验试验 效率高，试验次数少效率高，试验次数少 适用范围适用范围多因素多水平多因素多水平 均匀设计均匀设计可获得精确组方比例。可获得精确组方比例。小复方小复方少水平少水平 正交设计正交设计可获得粗略组方比例可获得粗略组方比

19、例更更多因素少水平（中药方剂）多因素少水平（中药方剂）水平数水平数2-3个，个，常用正交常用正交t值法。值法。多因素固定水平（多因素固定水平（6 6）权重配方设计权重配方设计可获得精确可获得精确组方比例。组方比例。通通常常药药物物的的实实验验剂剂量量需需要要通通过过预预实实验验摸摸索索求求得得，或或通通过过查查阅阅资资料料获获得得。经经常常以以mg/kgmg/kg或或g/kgg/kg作作为为剂剂量量单单位位，人人与与动动物物之之间间，不不同同种种属属动动物物之之间间的的剂剂量量呼呼应应关关系系应应按按体体表表面面积积来来计计算算。还还应应注注意意药药效效学学研研究究与与毒毒理理学学研研究究，临

20、临床床前前研研究究与与临临床床研研究究之之间间的的剂剂量量呼呼应应关关系系。剂量设计关系到实验的成败。剂量设计关系到实验的成败。8、剂量设计、剂量设计实验设计实验设计剂量设计剂量设计小鼠小鼠20g大鼠大鼠200g豚鼠豚鼠400g兔兔1.5kg猫猫2.0kg猴猴4.0kg犬犬12kg人人70kg小鼠小鼠20g1.07.012.2527.829.7 64.1124.2387.8大鼠大鼠200g0.141.01.743.94.29.217.856.0豚鼠豚鼠400g0.080.571.02.252.45.29.231.5兔兔 1.5kg0.040.250.441.01.082.44.514.2猫猫

21、2.0kg0.030.230.410.921.02.24.113.0猴猴 4.0kg0.0160.110.190.420.451.01.96.1犬犬12kg0.0080.060.100.220.230.521.03.1人人70kg0.00260.0180.0310.070.0780.160.321.01)按体表面积比率换算等效剂量按体表面积比率换算等效剂量实验设计实验设计剂量设计剂量设计 在动物和人的体重与标准体重相差较远时用下列公式剂量：在动物和人的体重与标准体重相差较远时用下列公式剂量：DBDA(RBRA)(3WA3WB)DB为欲求算动物剂量，为欲求算动物剂量，DA是已知动物剂量，是已知动

22、物剂量，WA和和WB分别分别是它们的体重。是它们的体重。RA和和RB分别是它们的体重系数，各种动物和分别是它们的体重系数，各种动物和人的体型系数见下表：人的体型系数见下表：种属种属 小鼠小鼠 大鼠大鼠 豚鼠豚鼠 兔兔 猫猫 猴猴 犬犬 人人 R 0.06 0.09 0.099 0.093 0.082 0.111 0.104 0.11 2)体型系数估算法体型系数估算法实验设计实验设计剂量设计剂量设计 根根据据体体表表面面积积，人人与与各各种种动动物物之之间间的的剂剂量量不不同同，动动物物的的体体重重越越小小，剂剂量量（/kg）越越大大。动动物物和和人人的的剂剂量量比例关系（按比例关系（按kg计算

23、）如下：计算）如下：人人 犬犬 猴猫兔猴猫兔 豚鼠豚鼠 大鼠大鼠 小鼠小鼠 1 2-3 3-5 5-7 7-9 9-113)粗略估算法粗略估算法实验设计实验设计剂量设计剂量设计单率述描率述描泊松分布或二泊松分布或二项分布法（可信限区分布法（可信限区间）两率两率对比比无配无配对关系关系构成比相同构成比相同例数例数32（22）例数例数3直接机率法直接机率法构成比不同构成比不同2权重法重法有配有配对关系关系关关联2法法优势2法法多率多率对比比有等有等级顺序序等等级序序值法、法、Ridit法法无等无等级顺序序多率多率综合合对比比2（RC）组间两两两两对比比2（22）二、二、数据处理数据处理数据处理数据

24、处理计数资料（质反应计数资料（质反应)两均数两均数对比比常常态分布分布(参数参数资料料)无配无配对关系关系方差整方差整齐t t值法法方差不方差不齐tt检验有配有配对关系关系配配对t t值法法偏偏态分布（非参数分布（非参数资料）料）秩和秩和检验，序，序值法法等效性等效性检验双向双向单侧t t检验多均数多均数对比比多多组对比比单因素方差分析单因素方差分析+两两对比两两对比多因素多因素分析分析方差分析方差分析多批多批资料料析因析因t t值法法,方差分析方差分析两两两两对比比t t、tt或或q q、q q检验检验拉丁方拉丁方设计方差分析方差分析计量资料（量反应）计量资料（量反应）数据处理数据处理例例1

25、 药药效效学学研研究究：对对照照药药为为1008(n=10)；新新药药为为947(n=10)。判断差异性和等效性。判断差异性和等效性。1）计算）计算2组标准误：组标准误：Se3.36；2）差异性判断：）差异性判断：t=100-943.36=1.79，P0.05，无显著意义。，无显著意义。3）等等效效性性判判断断：查查表表或或计计算算得得T=1.734，等等效效判判断断标准标准D=0.1，等效界值：，等效界值：L0.11001.7343.364.17 均数差绝对值为均数差绝对值为6，大于，大于L值，故等效性不合格。值，故等效性不合格。可见可见t检验检验P0.05，并不能说明两药等效。，并不能说明

26、两药等效。例例2 药药效效学学研研究究：对对照照药药为为602（n=20），新新药药为为643（n=20），判断差异性和等效性。），判断差异性和等效性。1)两组标准误，两组标准误，Se=0.81。2)差异性判断：差异性判断：t(60-64)0.81=4.94，P0.01，差异有非常显著性意义，差异有非常显著性意义 3)等效性判断：等效性判断：L0.160-1.644+1.55(38-0.75)0.81=4.64 均均数数差差绝绝对对值值（4）小小于于L值值（4.64），故故等等效效性性合合格，可见格，可见t检验检验P0.01，并不拒绝两药等效。，并不拒绝两药等效。4.4.量效关系量效关系 量效关系显著性检验量效关系显著性检验 t(r)t(r)检验检验 散点回归得回归系数散点回归得回归系数(r)(r)，n n为散点数为散点数数据处理数据处理自由度自由度=n-2