實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(方案)

1、衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)學(xué)（第五版）衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)學(xué)與數(shù)學(xué)學(xué)教研室第 八 章第三節(jié) 常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案實(shí) 驗(yàn) 設(shè) 計(jì)一、完全隨機(jī)設(shè)計(jì)二、配對(duì)設(shè)計(jì)六、小結(jié)三、交叉設(shè)計(jì)四、隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)五、析因設(shè)計(jì) 一、完全隨機(jī)設(shè)計(jì) 二、配對(duì)設(shè)計(jì) 四、隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì) 三、交叉設(shè)計(jì) 五、析因設(shè)計(jì)第三節(jié) 常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案一、完全隨機(jī)設(shè)計(jì) 完全隨機(jī)設(shè)計(jì)也稱為單因素設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)只能分析一個(gè)處理因素的作用。處理因素可有2個(gè)或2個(gè)以上水平，每個(gè)水平代表一個(gè)分組。特點(diǎn)只涉及一個(gè)因素(變量)。 將受試對(duì)象按隨機(jī)化的方法分配到各個(gè)處理組中，觀察實(shí)驗(yàn)效應(yīng)。例數(shù)相等時(shí)，效率較高。優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)單易行，應(yīng)用廣泛，容易進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。缺點(diǎn)只能分析一個(gè)因素，效率不太高。分析

2、方法：兩樣本t檢驗(yàn)，秩和檢驗(yàn)，單因素方差分析。預(yù)選對(duì)象受試對(duì)象對(duì)照組納入標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)組隨機(jī)化完全隨機(jī)設(shè)計(jì)方案示意圖二、 配 對(duì) 設(shè) 計(jì) 配對(duì)設(shè)計(jì)是將受試對(duì)象按一定條件配成對(duì)子，分別給予每對(duì)中的兩個(gè)受試對(duì)象以不同的處理。配對(duì)的條件是影響實(shí)驗(yàn)效應(yīng)的主要非處理因素。非處理因素動(dòng)物主要有：種屬，性別，年齡，體重， 窩別等因素；人群主要有：種族，性別，年齡，體重， 文化教育背景，生活背景， 居住條件，勞動(dòng)條件等因素。 其中病人還應(yīng)考慮疾病類型，病情嚴(yán)重程度，診斷標(biāo)準(zhǔn)等方面。配對(duì)設(shè)計(jì)的目的是降低、減弱或消除兩個(gè)比較組的非處理因素的作用。（1）配對(duì)設(shè)計(jì) 將兩個(gè)條件相近的受試對(duì)象按1:1配成對(duì)子，然后對(duì)每對(duì)中的個(gè)

3、體隨機(jī)分組，再施加處理因素觀察效應(yīng)。醫(yī)學(xué)科研中常見的配對(duì)設(shè)計(jì)有下列幾種類型：（2）自身對(duì)照設(shè)計(jì) 臨床上常見情況是，把病人治療前與治療后的檢測(cè)指標(biāo)值作為一對(duì)數(shù)據(jù)。若干個(gè)病人的檢測(cè)值作為若干對(duì)數(shù)據(jù)。這種設(shè)計(jì)為配對(duì)設(shè)計(jì)中的一種。（3）同一標(biāo)本用兩種方法檢測(cè) 采集的同一份標(biāo)本或樣品如果用兩種方法進(jìn)行檢測(cè)，則得到一對(duì)數(shù)據(jù)。檢測(cè)一批樣品則得到若干對(duì)數(shù)據(jù)。此種設(shè)計(jì)也屬于配對(duì)設(shè)計(jì)。三、交 叉 設(shè) 計(jì)在自身配對(duì)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上發(fā)展的雙因素設(shè)計(jì)(兩個(gè)階段,兩種處理)。 它可在同一病人身上觀察兩種或多種處理的效應(yīng)。 設(shè)計(jì):配對(duì)分兩組； （階段)） （階段 交叉設(shè)計(jì)的基本模式見圖： 按納入標(biāo)準(zhǔn) 階段I 階段II 確定病人

4、A處理(測(cè)量) B處理(測(cè)量) 間歇期 B處理(測(cè)量) A處理(測(cè)量) 交叉設(shè)計(jì)是一種特殊的自身對(duì)照設(shè)計(jì)。它克服了由于施加于受試對(duì)象的處理因素在時(shí)間上的不同而導(dǎo)致的試驗(yàn)效應(yīng)的偏差。1組， 先A后B因素， 2組， 先B 后A因素。 （一）交叉設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 由于處理和處于先后兩個(gè)實(shí)驗(yàn)階段的機(jī)會(huì)相等，因此，平衡了實(shí)驗(yàn)順序的影響。而且能把不同處理之間的差別與時(shí)間先后順序之間的差別，還有受試者個(gè)體間差別分開分析，因此，該設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)效率較高。交叉設(shè)計(jì)的一個(gè)限制條件是，當(dāng)處理停止時(shí)應(yīng)該沒有殘留效應(yīng)，即當(dāng)處理或停止使用時(shí)，其效力不能持續(xù)到下一個(gè)時(shí)間階段。否則，處理或的效果就無(wú)法判定。 1.先將條件相近的受試對(duì)象

5、按1:1配成若干對(duì)子； 2.用隨機(jī)方法將每對(duì)中的兩個(gè)個(gè)體分為兩組； 3.決定兩個(gè)組中的哪個(gè)組的受試對(duì)象先用A處理因素，后用B處理因素；另一組的受試對(duì)象則與此相反。 4.在試驗(yàn)的不同時(shí)期即前后兩個(gè)階段，A與B兩種處理因素既同時(shí)使用又交叉使用。兩組中A結(jié)果與B結(jié)果之差即為試驗(yàn)效應(yīng)。(二)設(shè)計(jì)方法:例 某醫(yī)院研究依那普利(A藥)治療高血壓的療效，以傳統(tǒng)的抗高血壓藥卡托普利(B藥)作對(duì)照。經(jīng)隨機(jī)化將個(gè)體分為兩組，一組先給A藥后給B藥，另一組給B藥后給A藥。第一、二階段均為一個(gè)月，一、二階段之間的間歇期為一周。結(jié)果見下表。 兩種藥物治療高血壓的臨床交叉試驗(yàn) A藥 B藥 B藥 A藥 病例號(hào) 第一階段 第二

6、階段 病例號(hào) 第一階段 第二階段 1 102 104 16 108 100 2 。 108 。 106 。 17 。 110 。 94 。 隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)也稱為配伍組設(shè)計(jì)或雙因素設(shè)計(jì)。它是1:1配對(duì)設(shè)計(jì)的擴(kuò)展擴(kuò)大。該設(shè)計(jì)是將受試對(duì)象按一定條件先劃分成若干個(gè)區(qū)組或配伍組，再將每一區(qū)組中的各受試對(duì)象隨機(jī)分配到各個(gè)處理組中去。四、隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì) A 接受甲處理實(shí)驗(yàn)對(duì)象配成區(qū)組隨機(jī)分配區(qū)組中 B 接受乙處理 C 接受丙處理 D 接受丁處理統(tǒng)計(jì)分析方法 方差分析；秩和檢驗(yàn) 例 研究人員在進(jìn)行科研時(shí)，要觀察2個(gè)因素的作用。欲用20只動(dòng)物分為五個(gè)區(qū)組和四個(gè)處理組。試進(jìn)行設(shè)計(jì)及分組。設(shè)計(jì)及分組方法和步驟如下：（1

7、）該設(shè)計(jì)可采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)方案。分析的兩個(gè)因素的作用可分別列為區(qū)組因素和處理組因素。兩因素服從正態(tài)分布、方差齊性且相互獨(dú)立。 （2）取同一品系的動(dòng)物20只。其中每一區(qū)組取同一窩出生的動(dòng)物4只。五個(gè)區(qū)組即為五個(gè)不同窩別的動(dòng)物。 （3）將每一區(qū)組的4只動(dòng)物分別順序編號(hào)為14號(hào)，58號(hào)，912號(hào)，1316號(hào)，1720號(hào)，接受A、B、C、D四種處理方式。（4）查附表15 隨機(jī)排列表，任意指定5行，如第9至第13行。每行只隨機(jī)取數(shù)14，其余數(shù)舍去。依次將隨機(jī)數(shù)字記錄于各配伍組的編號(hào)下，其隨機(jī)數(shù)字即為該動(dòng)物應(yīng)分入的處理組，見下表。按隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)要求對(duì)20只動(dòng)物進(jìn)行分組 20只動(dòng)物的分組結(jié)果 析因設(shè)計(jì) 是一

8、種多因素的交叉分組設(shè)計(jì)，是指兩個(gè)或多個(gè)因素的各水平進(jìn)行組合。它不僅可檢驗(yàn)每個(gè)因素各水平間的差異，而且可檢驗(yàn)各因素間的交互作用。交互作用 是指兩個(gè)或多個(gè)因素的作用相互影響，各因素間互不獨(dú)立，一個(gè)因素的水平有改變時(shí)，另一個(gè)或幾個(gè)因素的效應(yīng)也相應(yīng)有所改變。交互作用的結(jié)果是使總的試驗(yàn)效應(yīng)增強(qiáng)或降低。 五、析 因 設(shè) 計(jì)(一)概念及特點(diǎn)最簡(jiǎn)單的析因設(shè)計(jì)為22（或22）析因設(shè)計(jì)。其意義為：試驗(yàn)中共有2個(gè)因素，每個(gè)因素各有兩個(gè)水平。再如，222（或23）析因設(shè)計(jì)，表示試驗(yàn)中有三個(gè)因素，每個(gè)因素各有兩個(gè)水平。數(shù)字表達(dá)式中的指數(shù)表示因素個(gè)數(shù)，底數(shù)表示每個(gè)因素的水平數(shù)。析因設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是：可分析多個(gè)因素多個(gè)水平的試

9、驗(yàn)效應(yīng)，可以分析各因素的獨(dú)立作用及其各級(jí)交互作用；節(jié)省樣本含量，試驗(yàn)效率高；設(shè)計(jì)時(shí)較為復(fù)雜，計(jì)算較為繁瑣?？捎梦鲆蛟O(shè)計(jì)的方差分析處理數(shù)據(jù)。當(dāng)因素個(gè)數(shù)較多時(shí)，計(jì)算量大，計(jì)算工作相當(dāng)繁瑣，對(duì)計(jì)算結(jié)果的解釋也會(huì)變得十分錯(cuò)綜復(fù)雜。（二）22析因?qū)嶒?yàn)作用模式 22析因設(shè)計(jì)作用模式 （三）交互作用的類型 設(shè)實(shí)驗(yàn)研究中有A、B、C、D四種因素，其交互作用的 類型如下：（1）獨(dú)立作用：A、B、C、D，是四個(gè)因素各自的單獨(dú)作用。（2）一級(jí)交互作用：AB，AC，AD，BC，BD，CD，是任意兩個(gè)因素的共同作用。（3）二級(jí)交互作用：ABC，ABD，ACD，BCD，是任意三個(gè)因素的共同作用。（4）三級(jí)交互作用：ABC

10、D，是四個(gè)因素的共同作用。上述獨(dú)立作用與交互作用總共需進(jìn)行15次試驗(yàn)，目的在于得出各因素的最佳水平及其組合。隨著試驗(yàn)因素的增加，交互作用及試驗(yàn)次數(shù)會(huì)急劇增加。當(dāng)試驗(yàn)次數(shù)很多時(shí)，則宜采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。完全隨機(jī)設(shè)計(jì)22析因試驗(yàn) 表5、 家兔神經(jīng)縫合后的軸突通過率(%) A(縫合方法) 外膜縫合(A1) 束膜縫合 (A2) B(縫合后時(shí)間) 1月(B1) 2月(B2) 1月(B1) 2月(B2) 10 30 10 50 10 30 20 50 40 70 30 70 50 60 50 60 10 30 30 30 研究目的：觀察兩種神經(jīng)縫合方法、縫合后兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)神經(jīng)軸突通過率33析因試驗(yàn)舉例考察不同

11、劑量考的松和黨參對(duì)ATP酶活力的作用。 A因素(考的松) 不用 低劑量 高劑量 不用 O A1 A2B因素 低劑量 B1 A1 B1 A2 B1 高劑量 B2 A1 B2 A2 B22232析因設(shè)計(jì)在培養(yǎng)鉤端螺旋體時(shí)，除已固定因素外，擬研究以下4個(gè)因素不同水平的效應(yīng)，求最佳組合。A血清種類(2水平)：兔血清，胎盤血清B濃 度(2水平)： 5%， 8%C基 礎(chǔ) 液(3水平)：緩沖液，蒸餾水，自來(lái)水D維 生 素(2水平)：加維生素，不加維生素2232析因試驗(yàn)的鉤端螺旋體計(jì)數(shù)A(血清種類)B=5%濃度B=8%濃度C=緩沖液C=蒸餾水C=自來(lái)水C=緩沖液C=蒸餾水C=自來(lái)水D加不加加不加加不加加不加加

12、不加加不加兔血清142664868417631182580126011448751447122017891183124614301241151210261599187722501883109512152000139811651381145010261410167118711896170014341612909202224211385830241618451962192623721651胎盤血清6048308679201243112611085781115933128368510818537717091115117688666969810241142546487441403848416128083164379110926775956241030370574533121211591002559742534566正確應(yīng)用析因設(shè)計(jì)析因設(shè)計(jì)各處理組間在均衡性方面的要求與完全隨機(jī)設(shè)計(jì)一致，各處理組樣本含量應(yīng)盡可能相同；析因設(shè)計(jì)對(duì)各因素不同水平的全部組合進(jìn)行試驗(yàn)，故具有全面性和均衡性；析因設(shè)計(jì)可以提供三方面的重要信息：各因素不同水平的效應(yīng)大小各因素間的交互作用通過比較各種組合，找出最佳組合當(dāng)考慮的因素較多，處理組數(shù)會(huì)很大(比如，4個(gè)因素