常用醫(yī)學實驗設計

1、實驗設計的基本要素,降壓藥,高血壓病人,血壓值,實驗設計的基本原則,對照原則 principle of control 均衡原則 principle of homogeneity隨機原則 principle of randomization 重復原則 principle of replication,常用醫(yī)學實驗設計Medical Experimental Design,梁海燕新鄉(xiāng)醫(yī)學院公共衛(wèi)生學院,（一）完全隨機設計（二）

2、配對設計（三）隨機區(qū)組設計,常用實驗設計方案,（四）拉丁方設計（五）析因設計（六）正交設計,一、完全隨機設計(completely random design),完全隨機設計將實驗對象完全隨機地分配到實驗組與對照組（或多個處理組）中然后分別給予被試因素及對照物，對它們的效應進行同期平行觀察，最后對實驗結果進行成組統(tǒng)計分析。完全隨機設計亦稱單因素設計，即只有1種處理因素，但可以有多個水平。,,,,,,,一、完全隨機設計,受試對象,

3、各組樣本含量可以相等，也可以不等，但相等時統(tǒng)計分析效率最高。,完全隨機化分組方法,1.將受試對象依次編號;2.用抽簽法、隨機數(shù)字表法、隨機排列表法把受試對象隨機分配到各處理組中去。,完全隨機設計的隨機分配方法,樣本例數(shù)≤ 20，使用隨機排列表樣本例數(shù) ＞ 20，使用隨機數(shù)字表,1. 將動物依次編號1，2，….182. 從隨機數(shù)字表中從任一數(shù)字開始向任一方向查出18個隨機數(shù)字，依次抄錄于動物編號下面3. 按預先規(guī)定，將隨機數(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、隨機數(shù)字表法分組,例1 試將性別相同、體重相近的18只實驗動物等分到A、B兩組。,,用隨機數(shù)字表進行分組,初步分配結果,組間調(diào)整：接著摘抄一個隨機數(shù)字，96，除以10的余數(shù)為6，故把12號動物分至A組中。,,最終分配結果,1. 將動物依次編號1，2，….302. 從隨機數(shù)字表中從任一數(shù)字開始向任一方向查出30個隨機數(shù)字，依次抄錄于動物編號下面3. 求出每個隨機數(shù)字被3除后的

5、余數(shù)4. 按預先規(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、隨機數(shù)字表法分組,例2 試將性別相同、體重相近的30只實驗動物等分到A、B、C三組。,方法二、隨機數(shù)字表法分組,,,方法二、隨機數(shù)字表法分組,初步分配結果,組間調(diào)整：從隨機數(shù)字表中接著查一隨機數(shù)字，77，除以12，余5; ，則將A組中的第5只“11號”分至C組；,,,組間調(diào)整1,組間調(diào)整：從隨機數(shù)字表中接著查一隨機數(shù)字，77，除以

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

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

8、于動物號下。3.預先規(guī)定，將隨機數(shù)字為0～8者分入A組，9～17者分入B組。,編　號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18隨機數(shù)組 別,方法二、隨機排列表法分組,,隨機排列表法分組,最終分配結果,一、完全隨機設計,優(yōu)點：簡單易行。實驗中個別發(fā)生意外情況對實驗結果影響不大。缺點：一次實驗只能分析比較一個因素的實驗效應。沒有控制混雜因素在各組

9、的影響，實驗效率較低。要求樣本含量相對較大,完全隨機設計分析方法(計量資料),①兩個處理組為小樣本時，可以考慮兩個樣本均數(shù)比較的ｔ檢驗或秩和檢驗(Wilcoxon兩樣本比較法)。②兩個處理組為大樣本時,可以用兩個樣本均數(shù)比較的ｕ檢驗。③多個處理組時可以考慮單因素方差分析法或秩和檢驗(Kruskal Wallis法)。,例1 高黏綜合征患者血沉較快，某醫(yī)生采用完全隨機設計觀察A、B兩個降黏藥物對血沉（mm/1h）的影響，結果如下

10、表，試做統(tǒng)計分析。,假設檢驗H0：μA=μB，H1：μA≠μB，α=0.05,（1）治前兩組可比性檢驗：n1=n2=10，采用成組t檢驗。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t檢驗。治療后XA=30.3，SA=2.9，前后差值均數(shù)d=8.4，標準差s=2.2T=12.074，查表得P<0.01，故可認為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t檢驗。治療后XB=23.9，SB=3.4，前后差值均數(shù)d=16.2，標準差s=3.4T=15.067，查表得P<0.01，故可認為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，對兩組治療前后差值均數(shù)采用成組t檢驗。t=6.091，查表得P<0.01，故可認為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兩種藥物對出血時間（分）的影響，結果是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。試問兩組出血時間差異有無統(tǒng)計學意義？（1）將兩組數(shù)據(jù)混

13、合由小至大編排秩次,（2）計算秩和：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如果計算正確，TA+TB=(n1+n2)(n1+n2+1)/2如此式不等，則計算有誤。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，可以認為B藥出血時間明顯長于A藥。

14、,完全隨機設計分析方法(計數(shù)資料),①當研究分為兩組時，可以考慮兩個樣本率比較的u檢驗、χ2檢驗或Fisher’s精確概率法。②當研究分為多組且觀察指標無序時，可采用χ2檢驗。③當研究分為多組且觀察指標有序時，秩和檢驗(Kruskal Wallis法)或ridit分析。,例3 某醫(yī)院以小劑量阿司匹林（160mg/d）預防血液透析并發(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)計學意義？,假設檢驗：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）完全隨機設計（二）配對設計（三）隨機區(qū)組設計,常用實驗設計方案,（四）拉丁方設計（五）析因設計（六）正交設計,二、配對設計（paired design）,配

16、對設計指的是受試對象相同或基本齊同的實驗設計，是將受試對象按某些特征或條件配成對子，然后分別把每對中的兩個受試對象隨機分配到實驗組與對照組(或不同處理組)。,二、配對設計,受試對象配對的特征或條件，主要是指年齡、性別、體重、環(huán)境條件等非實驗因素，不要以實驗因素作為配對條件。根據(jù)受試對象來源的不同，分為同源配對 (homogenetic matching)（包括前后配對和左右配對）和異源配對(hetero-genetic matchin

17、g)兩種。,,,,同源配對(homogenetic matching),又稱同體配對(homobody matching),即試驗和對照在同一受試個體身上進行觀察的方法，分為4種類型：(1)同一受試對象處理前、后的數(shù)據(jù)；(2)同一受試對象兩個部位的數(shù)據(jù)；(3)同一受試對象、同一樣品用兩種方法或儀器檢測結果；(4)用同一方法或儀器檢測同一受試對象不同標本的檢測結果。,異源配對(heterogenetic matching),將

18、受試對象按照一定的條件（依專業(yè)知識確定），將條件相同的個體配成對子，然后在對子內(nèi)部按照隨機方法分配至實驗組，最后對其結果以配對分析的統(tǒng)計方法加以處理。例如：取同窩別、同性別、體重近似的2只動物配對；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子；,二、配對設計,例3 將樣本中20例受試對象按性別相同、年齡、工作性質(zhì)相近者配成對子，共10對。用隨機排列表將每對中的兩個受試對象隨機分配到甲、乙兩個處理組中。,配對設計方

19、法,1. 先將10對受試者編號，如第一對第1受試者編為1.1，第2受試者編為1.2，余仿此。2. 再隨機指定隨機排列表第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。,,配對設計,分配結果,二、配對設計,優(yōu)點：提高組間均衡性和統(tǒng)計效率，減少抽樣誤差；樣本含量較??；統(tǒng)計分析方法簡單。缺點：設計復雜；配對失敗或配對欠佳時，會降低實驗效率；觀察對象要經(jīng)過挑選，易損失樣本含量；延長實驗時間，對子間的

20、條件易發(fā)生變化。,配對設計適用條件: a.保證實驗個體與對照個體沒有相互干擾。 b.自身配對試驗適用于短期對比或急性實驗。 c.對人進行異體配對，所控制的條件不可能是很嚴格的。一般只能根據(jù)2-3個因素配對。因此,每對的配對條件盡限2-3項，若對比其它因素時,還需要重新進行配對。,配對設計數(shù)據(jù)分析,效應指標為數(shù)值變量 參數(shù)檢驗：配對t 檢驗（差值 t 檢驗）； 非參數(shù)檢驗：Wilcoxon符號秩和檢驗；

21、效應指標為分類變量 配對四格表（2×2列聯(lián)表）χ2 檢驗。,前后配對設計,例1 對血小板活化模型大鼠以ASA進行實驗性治療，以血漿11-DH TXB2（ng/L）為指標，其結果如下，試進行統(tǒng)計分析。,假設檢驗：H0：μd=0，H1≠0，α=0.05以前后差值進行基本統(tǒng)計得：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，故可認為使用

22、ASA后血漿中11-DH TXB2明顯降低。,前后配對設計,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對動脈血壓（kpa）的影響，結果如下表，試以符號秩和檢驗判斷其療效如何。,假設檢驗：H0：Md=0，H1：Md≠0，α=0.05,（1）將差數(shù)由小至大排出秩次并標出正負。,（2）計算T值：在正負秩次中，負數(shù)小者只有2個，其秩次之和為4，故T為4。（3）判斷：查符號秩和檢驗用T界值表，當n=10時，若按雙側檢驗T0

23、.05=8，故P<0.05，故可認為BBNM對大鼠腎性高血壓具有明降降壓作用。,配對設計與完全隨機設計的比較,標準誤的大小配對設計的標準誤Sd=√[(s12+s22)-2rs1s2]/n完全隨機設計的標準誤SX1-X2=√[(s12+s22)]/n配對實驗標準誤的大小取決于相關系數(shù)r的性質(zhì)，只有當r為正值時，配對設計實驗的Sd才有可能小于完全隨機設計實驗的SX1-X2。,例1 現(xiàn)有7對實驗數(shù)據(jù)（事先為配對設計）,將7對數(shù)據(jù)

24、進行相關分析得相關系數(shù)r=0.382，說明配對基本成功，故按配對t檢驗處理得t=2.676，P0.05。,例2 現(xiàn)有6對實驗數(shù)據(jù)（事先為配對設計）,將6對數(shù)據(jù)進行相關分析得相關系數(shù)r=-0.603，表明配對不成功。本例如仍按配對t檢驗，則t=1.750，P>0.05；但若按完全隨機處理，成組t檢驗得t=2.240，P<0.05。,配對設計與完全隨機設計的比較,自由度異體配對設計實驗資料分析時的自由度只有完全隨機設計的一半

25、。自由度與tα標準呈反比。自由度越大， t0.05與t0.01的標準越小。例如，當自由度為10時， t0.05（10）=2.228， t0.01（10）=3.169；當自由度1倍為20時， t0.05（20）=2.086， t0.01（20）=2.845。在兩組r接近0時，配對實驗設計標準誤大小接近（完全）完全隨機實驗的標準誤，然而配對實驗設計的自由度小，故在這種情況下，完全隨機實驗反而易于顯示統(tǒng)計學意義。,配對設計與完全隨機設計的比