常用醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本要素,降壓藥,高血壓病人,血壓值,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則,對(duì)照原則 principle of control 均衡原則 principle of homogeneity隨機(jī)原則 principle of randomization 重復(fù)原則 principle of replication,常用醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)Medical Experimental Design,梁海燕新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院,（一）完全隨機(jī)設(shè)計(jì)（二）

2、配對(duì)設(shè)計(jì)（三）隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),常用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,（四）拉丁方設(shè)計(jì)（五）析因設(shè)計(jì)（六）正交設(shè)計(jì),一、完全隨機(jī)設(shè)計(jì)(completely random design),完全隨機(jī)設(shè)計(jì)將實(shí)驗(yàn)對(duì)象完全隨機(jī)地分配到實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組（或多個(gè)處理組）中然后分別給予被試因素及對(duì)照物，對(duì)它們的效應(yīng)進(jìn)行同期平行觀察，最后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行成組統(tǒng)計(jì)分析。完全隨機(jī)設(shè)計(jì)亦稱單因素設(shè)計(jì)，即只有1種處理因素，但可以有多個(gè)水平。,,,,,,,一、完全隨機(jī)設(shè)計(jì),受試對(duì)象,

3、各組樣本含量可以相等，也可以不等，但相等時(shí)統(tǒng)計(jì)分析效率最高。,完全隨機(jī)化分組方法,1.將受試對(duì)象依次編號(hào);2.用抽簽法、隨機(jī)數(shù)字表法、隨機(jī)排列表法把受試對(duì)象隨機(jī)分配到各處理組中去。,完全隨機(jī)設(shè)計(jì)的隨機(jī)分配方法,樣本例數(shù)≤ 20，使用隨機(jī)排列表樣本例數(shù) ＞ 20，使用隨機(jī)數(shù)字表,1. 將動(dòng)物依次編號(hào)1，2，….182. 從隨機(jī)數(shù)字表中從任一數(shù)字開始向任一方向查出18個(gè)隨機(jī)數(shù)字，依次抄錄于動(dòng)物編號(hào)下面3. 按預(yù)先規(guī)定，將隨機(jī)數(shù)字為

4、偶數(shù)者分入A組，為奇數(shù)者分入B組4. 組間調(diào)整,方法一、隨機(jī)數(shù)字表法分組,例1 試將性別相同、體重相近的18只實(shí)驗(yàn)動(dòng)物等分到A、B兩組。,,用隨機(jī)數(shù)字表進(jìn)行分組,初步分配結(jié)果,組間調(diào)整：接著摘抄一個(gè)隨機(jī)數(shù)字，96，除以10的余數(shù)為6，故把12號(hào)動(dòng)物分至A組中。,,最終分配結(jié)果,1. 將動(dòng)物依次編號(hào)1，2，….302. 從隨機(jī)數(shù)字表中從任一數(shù)字開始向任一方向查出30個(gè)隨機(jī)數(shù)字，依次抄錄于動(dòng)物編號(hào)下面3. 求出每個(gè)隨機(jī)數(shù)字被3除后的

5、余數(shù)4. 按預(yù)先規(guī)定，將余數(shù)為0者分入A組，為1者分入B組，為2者分入C組。5. 組間調(diào)整,方法一、隨機(jī)數(shù)字表法分組,例2 試將性別相同、體重相近的30只實(shí)驗(yàn)動(dòng)物等分到A、B、C三組。,方法二、隨機(jī)數(shù)字表法分組,,,方法二、隨機(jī)數(shù)字表法分組,初步分配結(jié)果,組間調(diào)整：從隨機(jī)數(shù)字表中接著查一隨機(jī)數(shù)字，77，除以12，余5; ，則將A組中的第5只“11號(hào)”分至C組；,,,組間調(diào)整1,組間調(diào)整：從隨機(jī)數(shù)字表中接著查一隨機(jī)數(shù)字，77，除以

6、12，余5，則將A組中的第5只“11號(hào)”分至C組；從隨機(jī)數(shù)字表中接著查一隨機(jī)數(shù)字，04，除以11，余4，則將A組中的第4只“10號(hào)”分至C組；,組間調(diào)整2,組間調(diào)整：從隨機(jī)數(shù)字表中接著查一隨機(jī)數(shù)字，77，除以12，余5，則將A組中的第5只“11號(hào)”分至C組；從隨機(jī)數(shù)字表中接著查一隨機(jī)數(shù)字，04，除以11，余4，則將A組中的第4只“10號(hào)”分至C組；,,,組間調(diào)整3,組間調(diào)整：從隨機(jī)數(shù)字表中接著查一隨機(jī)數(shù)字，77，除以12，余5，

7、則將A組中的第5只“11號(hào)”分至C組；從隨機(jī)數(shù)字表中接著查一隨機(jī)數(shù)字，04，除以11，余4，則將A組中的第4只“10號(hào)”分至C組；從隨機(jī)數(shù)字表中接著查一隨機(jī)數(shù)字，74，除以11，余8，則將B組中的第8只“20號(hào)”分至C組；,最終分配結(jié)果,各組接受何種處理也要隨機(jī)化。,例1 試將性別相同、體重相近的18只實(shí)驗(yàn)動(dòng)物等分到A、B兩組。 1.將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物編號(hào)。2.查隨機(jī)排列表：隨機(jī)指定第6行，舍去18～19字，將0～17之間的數(shù)字依次錄

8、于動(dòng)物號(hào)下。3.預(yù)先規(guī)定，將隨機(jī)數(shù)字為0～8者分入A組，9～17者分入B組。,編　號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18隨機(jī)數(shù)組 別,方法二、隨機(jī)排列表法分組,,隨機(jī)排列表法分組,最終分配結(jié)果,一、完全隨機(jī)設(shè)計(jì),優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行。實(shí)驗(yàn)中個(gè)別發(fā)生意外情況對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不大。缺點(diǎn)：一次實(shí)驗(yàn)只能分析比較一個(gè)因素的實(shí)驗(yàn)效應(yīng)。沒有控制混雜因素在各組

9、的影響，實(shí)驗(yàn)效率較低。要求樣本含量相對(duì)較大,完全隨機(jī)設(shè)計(jì)分析方法(計(jì)量資料),①兩個(gè)處理組為小樣本時(shí)，可以考慮兩個(gè)樣本均數(shù)比較的ｔ檢驗(yàn)或秩和檢驗(yàn)(Wilcoxon兩樣本比較法)。②兩個(gè)處理組為大樣本時(shí),可以用兩個(gè)樣本均數(shù)比較的ｕ檢驗(yàn)。③多個(gè)處理組時(shí)可以考慮單因素方差分析法或秩和檢驗(yàn)(Kruskal Wallis法)。,例1 高黏綜合征患者血沉較快，某醫(yī)生采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)觀察A、B兩個(gè)降黏藥物對(duì)血沉（mm/1h）的影響，結(jié)果如下

10、表，試做統(tǒng)計(jì)分析。,假設(shè)檢驗(yàn)H0：μA=μB，H1：μA≠μB，α=0.05,（1）治前兩組可比性檢驗(yàn)：n1=n2=10，采用成組t檢驗(yàn)。A藥組：X1=38.7，SA=2.4B藥組：X2=40.1，SA=2.5t =(X1-X2)/√（s12+s22）/n=1.277根據(jù)ν=18，查表t0.2(18)=1.330，t0.4(18)=0.862,0.2<P<0.4，故認(rèn)為兩組治療前血沉是可比的。（2）A藥組治療前后比

11、較：n=10，采用配對(duì)t檢驗(yàn)。治療后XA=30.3，SA=2.9，前后差值均數(shù)d=8.4，標(biāo)準(zhǔn)差s=2.2T=12.074，查表得P<0.01，故可認(rèn)為A藥治療前后血沉顯著降低。,（3）B藥組治療前后比較：n=10，采用配對(duì)t檢驗(yàn)。治療后XB=23.9，SB=3.4，前后差值均數(shù)d=16.2，標(biāo)準(zhǔn)差s=3.4T=15.067，查表得P<0.01，故可認(rèn)為B藥治療前后血沉顯著降低。（4）A、B兩藥療效比較： n1=n

12、2=10，對(duì)兩組治療前后差值均數(shù)采用成組t檢驗(yàn)。t=6.091，查表得P<0.01，故可認(rèn)為B藥降低血沉的療效顯著優(yōu)于A藥的療效。,例2 比較A、B兩種藥物對(duì)出血時(shí)間（分）的影響，結(jié)果是A藥組（n=8）：4.5，6.4，7.0，7.6，7.8，8.5，8.6，8.9； B藥組（n=10）：7.4，8.2，8.4，8.8，8.9，9.0，9.2，9.6，10.2，11.4。試問兩組出血時(shí)間差異有無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義？（1）將兩組數(shù)據(jù)混

13、合由小至大編排秩次,（2）計(jì)算秩和：TA=1+2+3+5+6+9+10+12.5=48.5TB=4+7+8+11+12.5+14+15+16+17+18=122.5如果計(jì)算正確，TA+TB=(n1+n2)(n1+n2+1)/2如此式不等，則計(jì)算有誤。TA+TB=48.5+122.5=171(n1+n2)(n1+n2+1)/2=18*19/2=171（3）判斷：TA較小，P<0.05，可以認(rèn)為B藥出血時(shí)間明顯長(zhǎng)于A藥。

14、,完全隨機(jī)設(shè)計(jì)分析方法(計(jì)數(shù)資料),①當(dāng)研究分為兩組時(shí)，可以考慮兩個(gè)樣本率比較的u檢驗(yàn)、χ2檢驗(yàn)或Fisher’s精確概率法。②當(dāng)研究分為多組且觀察指標(biāo)無序時(shí)，可采用χ2檢驗(yàn)。③當(dāng)研究分為多組且觀察指標(biāo)有序時(shí)，秩和檢驗(yàn)(Kruskal Wallis法)或ridit分析。,例3 某醫(yī)院以小劑量阿司匹林（160mg/d）預(yù)防血液透析并發(fā)血栓的形成，觀察到49例服阿司匹林者，有14例發(fā)生血栓形成；25例服安慰劑者18例出現(xiàn)血栓形成，問

15、兩組差異是否具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義？,假設(shè)檢驗(yàn)：H0：π1=π2，H1：π1≠π2，α=0.05P1=14/49=0.286，P2=18/25=0.720U=3.32由于U>2.58，P<0.01，因此可以認(rèn)為服用匹林能夠降低血液透析并發(fā)血栓形成的發(fā)生率。,（一）完全隨機(jī)設(shè)計(jì)（二）配對(duì)設(shè)計(jì)（三）隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),常用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,（四）拉丁方設(shè)計(jì)（五）析因設(shè)計(jì)（六）正交設(shè)計(jì),二、配對(duì)設(shè)計(jì)（paired design）,配

16、對(duì)設(shè)計(jì)指的是受試對(duì)象相同或基本齊同的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，是將受試對(duì)象按某些特征或條件配成對(duì)子，然后分別把每對(duì)中的兩個(gè)受試對(duì)象隨機(jī)分配到實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組(或不同處理組)。,二、配對(duì)設(shè)計(jì),受試對(duì)象配對(duì)的特征或條件，主要是指年齡、性別、體重、環(huán)境條件等非實(shí)驗(yàn)因素，不要以實(shí)驗(yàn)因素作為配對(duì)條件。根據(jù)受試對(duì)象來源的不同，分為同源配對(duì) (homogenetic matching)（包括前后配對(duì)和左右配對(duì)）和異源配對(duì)(hetero-genetic matchin

17、g)兩種。,,,,同源配對(duì)(homogenetic matching),又稱同體配對(duì)(homobody matching),即試驗(yàn)和對(duì)照在同一受試個(gè)體身上進(jìn)行觀察的方法，分為4種類型：(1)同一受試對(duì)象處理前、后的數(shù)據(jù)；(2)同一受試對(duì)象兩個(gè)部位的數(shù)據(jù)；(3)同一受試對(duì)象、同一樣品用兩種方法或儀器檢測(cè)結(jié)果；(4)用同一方法或儀器檢測(cè)同一受試對(duì)象不同標(biāo)本的檢測(cè)結(jié)果。,異源配對(duì)(heterogenetic matching),將

18、受試對(duì)象按照一定的條件（依專業(yè)知識(shí)確定），將條件相同的個(gè)體配成對(duì)子，然后在對(duì)子內(nèi)部按照隨機(jī)方法分配至實(shí)驗(yàn)組，最后對(duì)其結(jié)果以配對(duì)分析的統(tǒng)計(jì)方法加以處理。例如：取同窩別、同性別、體重近似的2只動(dòng)物配對(duì)；將病種、病型、病情及其它影響療效的主要因素一致的病人配成對(duì)子；,二、配對(duì)設(shè)計(jì),例3 將樣本中20例受試對(duì)象按性別相同、年齡、工作性質(zhì)相近者配成對(duì)子，共10對(duì)。用隨機(jī)排列表將每對(duì)中的兩個(gè)受試對(duì)象隨機(jī)分配到甲、乙兩個(gè)處理組中。,配對(duì)設(shè)計(jì)方

19、法,1. 先將10對(duì)受試者編號(hào)，如第一對(duì)第1受試者編為1.1，第2受試者編為1.2，余仿此。2. 再隨機(jī)指定隨機(jī)排列表第2行，舍去10～19之間的數(shù)字，并規(guī)定單數(shù)取甲、乙順序，雙數(shù)取乙、甲順序。,,配對(duì)設(shè)計(jì),分配結(jié)果,二、配對(duì)設(shè)計(jì),優(yōu)點(diǎn)：提高組間均衡性和統(tǒng)計(jì)效率，減少抽樣誤差；樣本含量較??；統(tǒng)計(jì)分析方法簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)復(fù)雜；配對(duì)失敗或配對(duì)欠佳時(shí)，會(huì)降低實(shí)驗(yàn)效率；觀察對(duì)象要經(jīng)過挑選，易損失樣本含量；延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)間，對(duì)子間的

20、條件易發(fā)生變化。,配對(duì)設(shè)計(jì)適用條件: a.保證實(shí)驗(yàn)個(gè)體與對(duì)照個(gè)體沒有相互干擾。 b.自身配對(duì)試驗(yàn)適用于短期對(duì)比或急性實(shí)驗(yàn)。 c.對(duì)人進(jìn)行異體配對(duì)，所控制的條件不可能是很嚴(yán)格的。一般只能根據(jù)2-3個(gè)因素配對(duì)。因此,每對(duì)的配對(duì)條件盡限2-3項(xiàng)，若對(duì)比其它因素時(shí),還需要重新進(jìn)行配對(duì)。,配對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)分析,效應(yīng)指標(biāo)為數(shù)值變量 參數(shù)檢驗(yàn)：配對(duì)t 檢驗(yàn)（差值 t 檢驗(yàn)）； 非參數(shù)檢驗(yàn)：Wilcoxon符號(hào)秩和檢驗(yàn)；

21、效應(yīng)指標(biāo)為分類變量 配對(duì)四格表（2×2列聯(lián)表）χ2 檢驗(yàn)。,前后配對(duì)設(shè)計(jì),例1 對(duì)血小板活化模型大鼠以ASA進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性治療，以血漿11-DH TXB2（ng/L）為指標(biāo)，其結(jié)果如下，試進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。,假設(shè)檢驗(yàn)：H0：μd=0，H1≠0，α=0.05以前后差值進(jìn)行基本統(tǒng)計(jì)得：n=10，d=40.5，s=39.1代入公式t=d/(s/√n)=3.275ν=10-1=9查t界值表得P<0.05，故可認(rèn)為使用

22、ASA后血漿中11-DH TXB2明顯降低。,前后配對(duì)設(shè)計(jì),例2 某大夫以腎性高血壓大鼠觀察血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑BBNM對(duì)動(dòng)脈血壓（kpa）的影響，結(jié)果如下表，試以符號(hào)秩和檢驗(yàn)判斷其療效如何。,假設(shè)檢驗(yàn)：H0：Md=0，H1：Md≠0，α=0.05,（1）將差數(shù)由小至大排出秩次并標(biāo)出正負(fù)。,（2）計(jì)算T值：在正負(fù)秩次中，負(fù)數(shù)小者只有2個(gè)，其秩次之和為4，故T為4。（3）判斷：查符號(hào)秩和檢驗(yàn)用T界值表，當(dāng)n=10時(shí)，若按雙側(cè)檢驗(yàn)T0

23、.05=8，故P<0.05，故可認(rèn)為BBNM對(duì)大鼠腎性高血壓具有明降降壓作用。,配對(duì)設(shè)計(jì)與完全隨機(jī)設(shè)計(jì)的比較,標(biāo)準(zhǔn)誤的大小配對(duì)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)誤Sd=√[(s12+s22)-2rs1s2]/n完全隨機(jī)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)誤SX1-X2=√[(s12+s22)]/n配對(duì)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)誤的大小取決于相關(guān)系數(shù)r的性質(zhì)，只有當(dāng)r為正值時(shí)，配對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的Sd才有可能小于完全隨機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的SX1-X2。,例1 現(xiàn)有7對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（事先為配對(duì)設(shè)計(jì)）,將7對(duì)數(shù)據(jù)

24、進(jìn)行相關(guān)分析得相關(guān)系數(shù)r=0.382，說明配對(duì)基本成功，故按配對(duì)t檢驗(yàn)處理得t=2.676，P0.05。,例2 現(xiàn)有6對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（事先為配對(duì)設(shè)計(jì)）,將6對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析得相關(guān)系數(shù)r=-0.603，表明配對(duì)不成功。本例如仍按配對(duì)t檢驗(yàn)，則t=1.750，P>0.05；但若按完全隨機(jī)處理，成組t檢驗(yàn)得t=2.240，P<0.05。,配對(duì)設(shè)計(jì)與完全隨機(jī)設(shè)計(jì)的比較,自由度異體配對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)資料分析時(shí)的自由度只有完全隨機(jī)設(shè)計(jì)的一半

25、。自由度與tα標(biāo)準(zhǔn)呈反比。自由度越大， t0.05與t0.01的標(biāo)準(zhǔn)越小。例如，當(dāng)自由度為10時(shí)， t0.05（10）=2.228， t0.01（10）=3.169；當(dāng)自由度1倍為20時(shí)， t0.05（20）=2.086， t0.01（20）=2.845。在兩組r接近0時(shí)，配對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)誤大小接近（完全）完全隨機(jī)實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)誤，然而配對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的自由度小，故在這種情況下，完全隨機(jī)實(shí)驗(yàn)反而易于顯示統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。,配對(duì)設(shè)計(jì)與完全隨機(jī)設(shè)計(jì)的比