醫(yī)學統(tǒng)計學：實驗設(shè)計

1、醫(yī)學研究設(shè)計： 實驗設(shè)計 Experimental Design南京醫(yī)科大學公共衛(wèi)生學院流行病與衛(wèi)生統(tǒng)計學系研究設(shè)計實驗設(shè)計簡介1935年,Fisher 系統(tǒng)介紹研究設(shè)計，首次提出研究設(shè)計的基本原則。The Design of Experiments.RA Fisher(18901962)R.A. Fisher(1925)系統(tǒng)介紹近代統(tǒng)計學方法The Statistical Methods for Research Workers研究設(shè)計研究分類實驗研究(experiment)臨床試驗(clinical trial)現(xiàn)場調(diào)查(survey)研究設(shè)計實驗設(shè)計內(nèi)容提要：概述實驗設(shè)計的基本原則常用的

2、實驗設(shè)計方法End研究設(shè)計1 概述1.1 研究設(shè)計的作用1.2 研究設(shè)計的形式1.3 研究因素與混雜因素1.4 研究指標1.1 研究設(shè)計的作用 某醫(yī)生欲以狗為實驗對象進行動物實驗研究，欲觀察某型心臟冠狀動脈球囊支架對于疏通心臟血管的療效及安全性。該實驗首先采用藥物使得狗心臟左前降支出現(xiàn)經(jīng)過多位體造影確診的血管狹窄，然后行右股動脈穿刺術(shù)在左前降支部位植入球囊支架，并將球囊打開后撐開支架，疏通狹窄的血管，觀察血流指標前后的改善情況。請簡述一下如何進行研究設(shè)計。研究設(shè)計研究設(shè)計1.1 研究設(shè)計的作用 (1) 合理安排試驗因素，提高研究質(zhì)量。如規(guī)定實驗組的條件，配置適當?shù)膶φ战M，選擇研究方法等。(2)

3、 控制誤差，使研究結(jié)果保持較好的穩(wěn)定性。如對混雜因素的處理，對不同來源變異的分析，維護必要的均衡性等。(3) 通過較少的觀察例數(shù)，獲取盡可能豐富的信息。如采用定量指標，選擇線性或非線性回歸分析，為使用高效率設(shè)計創(chuàng)造條件等。 研究設(shè)計1.2 研究設(shè)計的形式前瞻性與回顧性試驗研究與調(diào)查研究前瞻性試驗研究前瞻性調(diào)查研究回顧性試驗研究回顧性調(diào)查研究研究設(shè)計例:Doll和Hill關(guān)于吸煙與肺癌關(guān)系的研究 (19481952年)回顧性病例-對照研究 組別 不吸煙 吸煙 合計 OR P男病例 649 27 622 14.043 0.000 對照 649 2 647女 病例 60 19 41 2.466 0.

4、026 對照 60 32 28研究設(shè)計例:Doll和Hill關(guān)于吸煙與肺癌關(guān)系的研究前瞻性研究(19511976年) 4次階段小結(jié)：1954,1956,1964,1976 共隨訪59600位醫(yī)生，得到40701位的滿意答復。 吸煙者肺癌死亡率0.9， 不吸煙者肺癌死亡率0.07， RR12.86。 研究設(shè)計1.3 研究因素與混雜因素研究因素：主要研究指標， 與研究結(jié)果(效應)相聯(lián)系?；祀s因素：干擾研究結(jié)果的指標。研究設(shè)計研究設(shè)計的三個要素處理 對象 效應觀察某藥物的降壓效果,采用陽性對照處理: 服用試驗藥、對照藥(一個處理因素,兩個水平)對象: 原發(fā)性，輕、中度高血壓 效應: 收縮壓、舒張壓的

5、下降值 Experimental UnitsTreatmentMeasure Response研究設(shè)計A factor is a variable that the experimenter has selected for investigation.A treatment is a level of a factor.Experimental units are the objects of interest in the experiment.研究設(shè)計的三個要素研究設(shè)計1.3 研究因素與混雜因素研究因素：主要研究指標， 與研究結(jié)果(效應)相聯(lián)系。混雜因素：干擾研究結(jié)果的指標。研究設(shè)計例：

6、電針引產(chǎn)研究因素：產(chǎn)婦狀況。產(chǎn)婦狀況 成功 失敗 合計 成功率 初產(chǎn) 428 176 604 70.9% 經(jīng)產(chǎn) 128 39 167 76.6% P=0.145 研究設(shè)計例：電針引產(chǎn)混雜因素：胎膜狀況。胎膜狀況 成功 失敗 合計 成功率 已破 318 80 398 79.9% 未破 238 135 373 63.8% P=0.000 研究設(shè)計例：電針引產(chǎn)混雜因素在兩組的分布 胎膜產(chǎn)婦狀況 已破 未破 已破率 初產(chǎn) 331 273 54.80% 經(jīng)產(chǎn) 67 100 40.12% P=0.001研究設(shè)計例：電針引產(chǎn)混雜因素不同狀態(tài)時，研究因素的分析。胎膜 產(chǎn)婦狀況 例數(shù) 成功 成功率 P已破 初產(chǎn)

7、 331 258 77.9% 0.030 經(jīng)產(chǎn) 67 60 90.0%未破 初產(chǎn) 273 170 62.3% 0.332 經(jīng)產(chǎn) 100 68 68.0% 研究設(shè)計常見的混雜因素年齡、性別病程、病情疾病史、家族史、伴發(fā)疾病職業(yè)、工種年齡、性別、種系、體重、窩別研究設(shè)計對混雜因素的處理：采用良好的設(shè)計：排除，平衡；將混雜因素作為一個實驗條件加以控制，即把它控制在不起作用的水平上或使各組處于同一水平上。平衡法，如患者的病情嚴重程度常常是影響藥物療效判定的一個混雜因素，若試驗組與對照組患者的病情嚴重程度分布是均衡的，則兩者在病情嚴重程度這個因素上就是可比的。轉(zhuǎn)為實驗因素，有時將明顯的混雜因素就作為一個

8、實驗因素來對待。研究設(shè)計對混雜因素的處理：設(shè)計時考慮：改為修飾因素(協(xié)變量)。在資料分析階段用統(tǒng)計學手段控制：在實驗中無法控制的混雜因素，可先記錄下來，在資料分析時采用統(tǒng)計學手段來調(diào)整。標準化法分層分析協(xié)方差分析多元回歸分析等。研究設(shè)計1.4 研究指標客觀指標與主觀指標定量指標與定性指標指標的連續(xù)性與非連續(xù)性研究設(shè)計例：小兒成長過程之免疫水平變化組 序： 1 2 3 4 5 6年齡段：03月6月1歲3歲7歲14歲每組設(shè)計10名小兒，檢測其IgA、IgG等免疫抗體的滴度，并分別計算6組的均數(shù)，再通過方差分析比較6個均數(shù)。缺點： (1) 6個均數(shù)，未能形成免疫水平動態(tài)變化的完整概念； (2) 各組

9、確切年齡分布不規(guī)范； (3) 免疫水平的變化趨勢不是簡單的線性趨勢，如IgG先降后升；分段不恰當可能看不到這種趨勢。 (4) 總例數(shù)60名，而只得到了6個均數(shù)，設(shè)計效率低。研究設(shè)計2 研究設(shè)計的基本原則對照(control)隨機(randomization)重復(replication)對照的作用對照的形式對照組設(shè)置的要求隨機化的作用隨機的含義分層隨機、分段隨機重復的作用重復的次數(shù)A group of individual in the experiment that is not tested, but is used for comparison as a reference for wh

10、at “normal” would be like. A control group is a group of subjects left untreated for the treatment of interest but otherwise experiencing the same conditions as the treated subjectsExample: If you tested different pollutants to see their affect on plant growth, the control would only receive water.2

11、.1 基本原則之一：對照(control)對照的定義研究設(shè)計2.1 基本原則之一：對照(control)對照組的作用處理組 處理因素+非處理因素 處理效應+非處理效應對照組 (無) 非處理因素 (無) 非處理效應比較結(jié)果 處理因素 襯托處理因素的作用。處理效應研究設(shè)計設(shè)置對照的基本要求均衡性(1) 對等 除處理因素外，對照組具備與實驗組對等的非處理因素。(2) 同步 對照組與實驗組設(shè)立之后，在整個研究進程中始終處于同一空間和同一時間。(3) 專設(shè) 任何一個對照組都是為相應的實驗組專門設(shè)立的。不得借用文獻上的記載或以往的結(jié)果或其它研究的資料作為本研究之對照。研究設(shè)計Randomization i

12、s the random assignment of treatments to units in an experimental studyBreaks the association between potential confounding variables and the explanatory variables2.2 基本原則之二：隨機(Randomization)研究設(shè)計2.2 基本原則之二：隨機(random)客觀性(1) 抽樣隨機 每一個符合條件的實驗對象參加實驗的機會相同，即總體中每個個體有相同的機會被抽到樣本中來；(2) 分組隨機 每個實驗對象分配到不同處理組的機會相同

13、；(3) 實驗順序隨機 每個實驗對象接受處理先后的機會相同。CONsolidated Standards of Reporting Trials2.2 基本原則之二：隨機(random)論文部分/主題項目編號應檢查的項目文題和摘要1a標題中須有“隨機化”字樣1b 采用結(jié)構(gòu)式摘要，包括試驗的設(shè)計、方法、結(jié)果和結(jié)論引言 背景和目的2a科學背景和原理的闡釋2b闡明研究目的或假說方法 試驗設(shè)計3a描述試驗的設(shè)計(例如平行組設(shè)計、析因設(shè)計)，包括分組比例3b試驗開始后的重要變更(如納入和排除標準)及其理由 受試者4a受試者的納入和排除標準4b資料收集的設(shè)置條件（如受試者的來源，衛(wèi)生保健機構(gòu)的社會、經(jīng)濟、

14、文化環(huán)境等）和地點 干預措施5應充分、詳細地描述各組的干預措施,便于重復，包括如何及何時實施干預 結(jié)局6a明確定義預先指定的主要和次要結(jié)局變量的測量方法，包括如何及何時進行評價測量6b試驗開始后結(jié)局指標的任何變更及其理由 樣本量7a樣本量是如何確定的7b如涉及，解釋期中分析和終止試驗的準則 隨機化 8a產(chǎn)生隨機分配序列的方法 順序產(chǎn)生8b隨機化方法；各種限制條件的細節(jié)(例如區(qū)組和區(qū)組大小) 分配保密機制 9用于實施隨機分配序列的裝置（如編好號的容器），說明分配干預實施前采取的任何保密措施 實施 10誰產(chǎn)生的分配順序，誰登記的受試者，誰將受試者分組 盲法11a如果采用盲法，分組后干預過程中誰處于

15、盲態(tài)(例如，受試者、實施治療者、評估結(jié)果者) ，如何實施的11b如可能，描述不同干預間的相似性（如安慰劑和試驗藥物在味道、顏色、劑型等方面的相似性） 統(tǒng)計分析方法12a主要、次要結(jié)局變量組間比較的統(tǒng)計學方法12b附加分析的方法，如亞組分析和調(diào)整分析結(jié)果 受試者流程13a各組隨機分配、接受意向治療及參與主要結(jié)果分析的受試者人數(shù) (強力推薦采用流程圖)13b隨機化分組后，各組失訪和剔除人數(shù)及其理由 招募14a界定招募和各次隨訪的時間14b試驗結(jié)束和終止的理由 基線資料15用統(tǒng)計表列出各組的基線人口統(tǒng)計學和臨床特征 分析的人數(shù)16各組各分析集的受試者人數(shù)（分母），分析是否基于原分配 結(jié)果和估計17a

16、各組每個主要和次要結(jié)果指標評估效應大小和精確度（如95%可信區(qū)間）17b對二分類指標，建議同時給出絕對和相對的效應大小 輔助分析18其他分析的結(jié)果，包括亞組分析和調(diào)整分析，指出哪些是預定的，哪些是探索性的 不良事件19各組的所有重要的不良事件或非預期的效應討論 局限性20試驗的局限性；說明潛在的偏倚來源；測量誤差以及多重比較問題（如涉及） 可推廣性21試驗結(jié)果的可推廣性（外部有效性，適用性） 解釋22解釋應與結(jié)果一致，權(quán)衡利弊，并綜合考慮其他證據(jù)其他信息 注冊23注冊號和注冊名 方案24如果可能的話，哪里可以溯源方案 資助25基金來源和其他資助(例如，藥品供應)，資助者在本研究中的角色論文部分

17、/主題項目編號應檢查的項目 隨機化 8a產(chǎn)生隨機分配序列的方法 順序產(chǎn)生8b隨機化方法；各種限制條件的細節(jié)(例如區(qū)組和區(qū)組大小) 分配保密機制 9用于實施隨機分配序列的裝置（如編好號的容器），說明分配干預實施前采取的任何保密措施 實施 10誰產(chǎn)生的分配順序，誰登記的受試者，誰將受試者分組2.2 基本原則之二：隨機(random)Experimental unitsConfounding variableExperimental unitsConfounding variableTreatmentsExperimental unitsConfounding variableTreatmentsW

18、ithout randomization, the confounding variable differs among treatments.Experimental unitsConfounding variableTreatmentsExperimental unitsConfounding variableTreatmentsWith randomization, the confounding variable does not differ among treatments.研究設(shè)計隨機與隨意隨機：random 機會均等， 客觀性隨意：as will 隨主觀意愿，主觀性隨機化分組，

19、不僅能控制已知的混雜因素(非研究因素)，而且還能控制未知的混雜因素。研究設(shè)計簡單隨機隨機分組隨機排列分層隨機隨機的方法研究設(shè)計(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) 簡單隨機分組示意136 643 557 604 384 708 218 061 555 871136 643 557 604 384 708 218 061 555 871ABBBABAAAB(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) A組B組研究設(shè)計隨機排列示意(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10) 136 643 557 6

20、04 384 708 218 061 555 871排列(8)(1)(7)(5)(9)(3)(4)(2)(6)(10) Example20 male mice and 20 female mice.Half to be treated; the other half left untreated.Can only work with 4 mice per day.Question:How to assign individuals to treatmentgroups and to days?42An extremely bad designExampleRandomizedExampleA

21、stratified designExampleIf you can (and want to), fix a variable.e.g., use only 8 week old male mice from a single strain.If you dont fix a variable, stratify it.e.g., use both 8 week and 12 week old male mice, and stratify with respect to age.If you can neither fix nor stratify a variable, randomiz

22、e it.46Example研究設(shè)計2.3 基本原則之三：重復(Replication)可靠性(1) 整個實驗的重復。確保實驗的重現(xiàn)性，以提高實驗的可靠性；(2) 用多個實驗單位進行重復(樣本含量)。避免把個別情況誤認為普遍情況，把偶然性或巧合的現(xiàn)象當作必然的規(guī)律，通過一定數(shù)量的重復，使結(jié)論可信；(3) 同一實驗單位的重復觀察。保證觀察結(jié)果的精度。Why is replication good?Consider the formula for standard error of the mean:Larger n Smaller SE研究設(shè)計影響樣本含量的因素數(shù)據(jù)的種類個體的變異組間的差別指標

23、間的相關(guān)程度設(shè)計方法各組例數(shù)的分配I型錯誤和II型錯誤研究的質(zhì)量研究設(shè)計例：兩均數(shù)比較時的樣本含量估計(兩組相等)：I 類誤差，常取0.05：II 類誤差，常取0.20，0.101- ：把握度：標準差，個體變異：臨床上能接受的最小差別221)(2+=dsbauunn研究設(shè)計例：兩均數(shù)比較時的樣本含量估計(兩組不等)研究設(shè)計例：降血脂=20mg/L； =30mg/L；=0.051-=90%時 Q1:Q2 N 1:1 96 4:6 100 3:7 114 2:8 150 1:9 270 1:19 500 N96時 Q1:Q2 1- (%) 1:1 90.0 4:6 89.2 3:7 85.1 2:

24、8 74.0 1:9 51.4 1:19 30.6 研究設(shè)計例： n1 固定， n2 增加時，Power的變化趨勢n1=20 Q1:Q2 PowerQ1:Q2 Power 1:1 0.5589 1:6 0.7882 1:2 0.6824 1:7 0.7960 1:3 0.7330 1:8 0.8026 1:4 0.7601 1:9 0.8074 1:5 0.7769 1:10 0.8113=20mg/L； =30mg/L；=0.05研究設(shè)計圖 n1固定，n2增加時，Power的變化趨勢( r = n2:n1 )powerr12345678910.5.6.7.8.9研究設(shè)計試驗組和對照組樣本含量

25、不等兩組的比例不超過 1:4 4:1研究設(shè)計例：兩個率比較時樣本含量的估計兩個率比較的樣本含量估計=0.05, =0.20, power=80%p0=0.2p1=0.8, N=n1+n2=32p1=0.7, N=n1+n2=46p1=0.6, N=n1+n2=70p1=0.5, N=n1+n2=116p1=0.4, N=n1+n2=238p1=0.3, N=n1+n2=824p1=0.25, N=n1+n2=3008研究設(shè)計兩個率比較的樣本含量估計=0.05, =0.20, power=80%p1-p0=0.2p1=0.5, p0=0.3, N=n1+n2=268p1=0.4, p0=0.2,

26、 N=n1+n2=238p1=0.3, p0=0.1, N=n1+n2=92p1=0.25, p0=0.05, N=n1+n2=75研究設(shè)計研究設(shè)計例：相關(guān)與回歸分析時的樣本含量估計研究設(shè)計例：相關(guān)與回歸分析時的樣本含量估計0.05；0.10 相關(guān)系數(shù) n 0.1 10470.2259 0.31130.4620.5380.6250.7170.8120.980.957Correlations, r.1.2.3.4.5.6.7.8.9.95Sample Size, n0020040060080010001200PASS (Power and Sample Size)研究設(shè)計研究設(shè)計決奈達隆片治療房

27、顫/房撲的有效性及安全性臨床試驗的樣本含量估計 PASS操作：Survial Analysis and Reliability(+號展開)Logrank Tests（+號展開）Logrank Tests（Lakatos）using Median Surival Time（雙擊）研究設(shè)計研究設(shè)計主要療效指標：從開始用藥后到首次房顫/房撲復發(fā)的時間；（1）Error Rates： = 0.20；power為0.8； = 0.05；（2）Sample SizeN1：對照組(安慰劑組)樣本量；N2：試驗組樣本量；N：總樣本量；（3）Effect SizeT1（M1）：對照組中位生存時間，53天，約為1

28、.77月；T2（M2）：試驗組中位生存時間，116天，約為3.87月；（4）DurationACCRUAL TIME：病例入組時間（the number of time periods (months, years, etc.) during which subjects are entered into the study.），設(shè)為2個月；TOTAL TIME：研究總時間（the number of time periods (months, years, etc.) in the study.），30周，約為7個月；TREATMENT GROUP PARAMETER：治療組參數(shù)，選擇：T2

29、中位生存時間。（5）Proportion of LostCtrl Loss，PROPORTION LOST TO FOLLOW UP：對照組脫落率；Trt Loss，PROPORTION LOST TO FOLLOW UP：試驗組脫落率；This is the proportion of subjects in this group that disappear from the study during a single time period (month, year, etc.).每組每月脫落率設(shè)為10%；研究設(shè)計結(jié)論：采用雙側(cè)logrank檢驗，效能為80%，檢驗水準為0.05,對照組

30、的中位生存時間為1.77個月，試驗組的中位生存時間為3.87個月，研究總時間為7個月，其中入組時間為2個月，各個病例各個時間段均勻入組，各組脫落率各為10%，經(jīng)PASS 2008采用生存分析logrank檢驗的Lakatos方法估算樣本含量，對照組需要例數(shù)為41例，試驗組例數(shù)為42例，總共估計需83例。Example: Tests for Proportions (differences) 研究設(shè)計Example: Tests for Proportions (differences) 研究設(shè)計研究設(shè)計實例1規(guī)定實驗組適應癥為：破膜和總產(chǎn)程都不超過24小時，無感染(無陽性體征，血常規(guī)正常)以及

31、第一胎產(chǎn)后本人同意放置宮內(nèi)節(jié)育器者。另將篩選剩下的827例作為對照組，不放置宮內(nèi)節(jié)育器。本例，兩組除處理因素(放置節(jié)育環(huán))不同，受試對象的基本條件也不同，試驗組較好，而對照組差，缺乏可比性。 中華婦產(chǎn)科雜志，1985；20(1)：4950。 剖腹產(chǎn)同時放置宮內(nèi)節(jié)育器735例的初步觀察將施行剖腹產(chǎn)手術(shù)1562例中的735例作為實驗組，在剖腹產(chǎn)的同時放置宮內(nèi)節(jié)育器。比較兩組被觀察對象的術(shù)后出血、惡露干凈時間和術(shù)后副反應等情況。研究設(shè)計實例2 乳腺癌發(fā)病危險因素的研究研究采用病例 對照方法調(diào)查607對病例與對照，配對的條件是年齡相仿，上下不超過5歲。原文在未作假設(shè)檢驗的情況下，認為“兩組年齡相仿”。

32、 年齡 病例組人數(shù) 對照組人數(shù)20 3 630 72 8440 193 24450 228 19960 101 67 70 10 7中華流行病學雜志，1981;2(4):2532=17.25，P=0.004研究設(shè)計實例3 對治療炎癥的某注射液作臨床試驗，以另一注射液為對照。 適應癥為生殖道感染疾病或口腔感染疾病。 研究者設(shè)計了3個組： 試驗組：30例生殖道感染，30例口腔感染 對照組：30例生殖道感染，30例口腔感染 開放組：外科感染疾病28例，滴蟲性陰道炎15例。 開放組為了增多試驗組病例，研究者將試驗組和開放組合并，并與對照組作比較。研究設(shè)計問題所在 對照組缺乏均衡性！研究設(shè)計討論1欲觀察

33、丹梔逍遙散治療混合性焦慮抑郁障礙的臨床療效，以某西藥作為對照組。將64例符合入組和排除標準的病例按診療次序交替分組，即單號為中藥組，雙號為西藥組。請討論： 該分組方法是否符合隨機原則？ 丹梔逍遙散治療混合性焦慮抑郁障礙的臨床研究(河南中醫(yī)2004年第24卷第8期第62頁)研究設(shè)計討論2利多卡因手控定量霧化吸入治療激素抵抗型哮喘的研究目的是觀察定量手控霧化吸入利多卡因治療激素抵抗型(SR)哮喘的療效。受試者吸入利多卡因3個月，觀察治療前后臨床療效和口服激素減停劑量的情況。 利多卡因手控定量霧化吸入治療激素抵抗型哮喘的研究(臨床內(nèi)科雜志2004年6月第21卷第6期415頁)研究設(shè)計討論3通過回顧分

34、析某院1990年1 月至1998 年3 月期間28例單宮頸雙子宮畸形早孕人工流產(chǎn)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)人流術(shù)前先給予米索前列醇素制劑可使流產(chǎn)更容易、安全，減少病人痛苦且可避免并發(fā)癥的發(fā)生。兩組的分組方法為：所有病例按就診先后順序分組，1995年10月以后為A組，1995年10月以前為B組。A組(米索組)于術(shù)前3小時頓服米索600g或術(shù)前1小時后穹窿放置米索200g，然后進行人工流產(chǎn)吸宮術(shù)，共14例；B組(對照組)單純采用常規(guī)流產(chǎn)術(shù)機械擴張宮頸后吸宮。作者認為該法“符合隨機分配法則”。請討論：對照組的設(shè)置是否合適？單宮頸雙子宮畸形28例人工流產(chǎn)分析(中國實用婦科與產(chǎn)科雜志1999年3月第15卷第3期172

35、頁)研究設(shè)計討論4作者對30例疑為食管原性胸痛患者的24小時食管pH值監(jiān)測，其中16例晝夜均異常，8例白天異常，2例夜里異常，18例胸痛與酸暴露相關(guān)。得出食管pH監(jiān)測是診斷胃食管反流所致的食管原性胸痛的有效方法之結(jié)論。請討論：該文結(jié)果是否成立？用24小時食管pH監(jiān)測法診斷食管原性胸痛(中華外科雜志1995年33卷第2期第69頁)研究設(shè)計問題所在不符合研究設(shè)計三原則！研究設(shè)計設(shè)計方法分類 單因素 多因素 不控制完全隨機設(shè)計析因設(shè)計 正交設(shè)計 單向區(qū)組控制 配對設(shè)計隨機區(qū)組設(shè)計裂區(qū)設(shè)計(重復區(qū)組) 雙向區(qū)組控制拉丁方設(shè)計交叉設(shè)計(重復拉丁方) 三向區(qū)組控制希臘-拉丁方設(shè)計 不完全設(shè)計正交設(shè)計 平衡

36、不完全區(qū)組設(shè)計 不完全交叉設(shè)計 不完全拉丁方設(shè)計 均勻設(shè)計 研究設(shè)計研究設(shè)計(1): 完全隨機設(shè)計完全隨機設(shè)計(completely randomized design)：Completely Randomized Design all the experimental units are allocated at random among all the levels of one treatment. 單向分組，單因素，多水平 In a completely randomized design, the treatments are assigned to all the experime

37、ntal units completely by chance.Some experiments may include a control group that receives an inactive treatment or an existing baseline treatment. Experimental UnitsRandom AssignmentGroup 1Group 2Treatment 1Treatment 2Compare ResultsTreatment CTreatment BCompletely randomized designRandomly assign

38、experimental units to treatmentsTreatment ATreatment D研究設(shè)計完全隨機設(shè)計例四種飼料喂養(yǎng)大白鼠后的肝重比值(%) ABCDX2.622.822.913.922.232.763.023.022.362.433.283.302.402.733.183.04所有數(shù)據(jù)n444416均 數(shù)2.40252.68503.09753.32002.8763標準差0.16210.17410.16460.41982.8074SS0.0788750.0909000.0812750.5288002.8073750.77985研究設(shè)計組間變異 SS組間Sum of s

39、quares between groupsn1 n2 n3 n4研究設(shè)計方差分析表變異來源SSMSFP總變異2.80737515組間2.02752530.675810.400.2研究設(shè)計兩兩比較： q檢驗 DCq=1.745a=2P0.05CBq=4.980a=3P0.05q=3.235a=2P0.05BAq=7.196a=4P0.05q=5.452a=3P0.05 D C B A 3.3200 3.0975 2.6850 2.4025研究設(shè)計結(jié)論：方差分析(ANOVA)及SNK兩兩比較結(jié)果表明，四種飼料喂養(yǎng)大白鼠后的肝重比值不完全相同(F=10.40,P0.01)，喂養(yǎng)A、B飼料的大白鼠肝重

40、比值比喂養(yǎng)C、D者低(P0.05)。研究設(shè)計完全隨機設(shè)計例2 高粘綜合癥患者的血沉較快，某大夫觀察A、B兩個降粘藥物對血沉(mm/h)的影響，結(jié)果如下，試作統(tǒng)計分析。 A藥組病例號12345678910療前40433641403738383539療后36353029302828302730差值4861210910889B藥組病例號12345678910療前39403943383640414045療后20253023242024202528差值1915920141616211517研究設(shè)計A、B兩個降粘藥物對血沉(mm/h)的影響 療前 療后 差值A(chǔ)藥組 38.72.406 30.32.946

41、8.42.221 B藥組 40.12.514 23.93.381 16.23.425 研究設(shè)計分析思路：療前兩組比較，以分析可比性；各組療前療后差值分別比較，分別確定各自的變化值；兩組療前療后差值相互比較，分析兩組的效果是否相同？研究設(shè)計分析結(jié)果：(1) 療前兩組比較：t=1.2721，P=0.2195； 可以認為兩組具有可比性。(2) A組療前療后比較：td=11.9594，P=0.0000； 可以認為A藥治療后血沉減慢。 B組療前療后比較：td=14.9556，P=0.0000； 可以認為B藥治療后血沉減慢。(3) 兩組治療前后差值相互比較： t=6.0419，P=0.0000； 可以認為

42、B藥降低血沉的效果優(yōu)于A藥。研究設(shè)計結(jié)論：統(tǒng)計分析結(jié)果表明，兩組療前具有可比性(t=1.2721, P=0.2195)；無論是A藥還是B藥，治療后均使血沉減慢(td=11.9594,P=0.0000; td=14.9556, P=0.0000)，B藥降低血沉的效果優(yōu)于A藥(t=6.0419, P=0.0000)。研究設(shè)計完全隨機設(shè)計例3 研究中藥骨碎補對高脂血癥的治療和預防作用。取家兔44只，隨機分成四組，每組11只。每間隔5周測定血清膽固醇一次，共測四次（包括給藥前一次），整個實驗期為15周。各組處理如下：造型組：每日以0.3g膽固醇灌胃；治療組：每日以0.3g膽固醇灌胃，于實驗開始的第5

43、周起每日肌注100%骨碎補液1.7ml/kg；預防組：每日以0.3g膽固醇灌胃，于實驗開始之日起 即每日肌注100%骨碎補液0.8ml/kg；對照組：每日肌注生理鹽水0.8ml/kg。研究設(shè)計血清膽固醇含量，mg% 組別實驗前實驗后0周5周10周15周造型組885691792132672129064553811008403108195552883001205291963461496424724113691112702043611037592301031102641987101311312310治療組767955906480126861175292241107294919430020826918

44、2217523612298656869330791246200122103112119491015606028741278318預防組60828179156132731387761771128712095360192114200656610666847711397210701088280662587070809936841216921074對照組561047075691006861706454827945911492793108718210376719288846712013366104797144783610059905976研究設(shè)計各組平均血清膽固醇含量，mg%group實驗時間Total

45、051015188.36324.00484.90750.50404.05279.45323.00252.55140.90200.33390.09140.09 94.27108.00108.11475.55 88.09 77.90 73.5078.90Total83.36216.35224.83264.32195.59研究設(shè)計各組各時點平均血清膽固醇含量圖示造型組治療組預防組對照組研究設(shè)計分析思路： 四組是否具有可比性？造型是否成功？對照組是否穩(wěn)定？骨碎補對高脂血癥的預防和治療效果如何？預防和治療的顯效時間？預防和治療的持續(xù)時間？研究設(shè)計(1) 給藥前四組的比較 預防組造型組 治療組 對照組均數(shù)

46、： 90.09 88.36 79.45 75.55方差： 444.25 390.47 333.47 290.69方差分析 F=1.474, P=0.2360服從齊性檢驗 2=0.489, P=0.9213說明4個組的初始條件一致。研究設(shè)計(2) 造型是否成功？以實驗時間為X（周）以對應時間點的膽固醇含量之均數(shù)為Y造型組的直線回歸分析： X： 0 5 1015 Y：88.36324.00484.90 750.50 t = 15.855,P 0.5 說明對照組在實驗期內(nèi)血清膽固醇含量不隨時間而改變，是穩(wěn)定的。 研究設(shè)計(4) 第5周時四組均數(shù)的比較 造型組 治療組預防組 對照組均數(shù)：324.00

47、323.00140.09 88.09 F=5.45, P0.005 第5周時預防組與造型組的均數(shù)間差別有統(tǒng)計學意義，而與對照組差別無統(tǒng)計學意義。說明在第5周時已有預防作用。研究設(shè)計(5) 第10周時四組均數(shù)的比較 造型組 治療組 預防組 對照組均數(shù)： 484.90 252.55 94.27 77.90 F=9.78, P0.001 第10周時治療組與造型組的均數(shù)間差別有統(tǒng)計學意義，與預防組、對照組差別無統(tǒng)計學意義。說明治療已起效，預防組有持續(xù)效果。研究設(shè)計(6) 第15周時四組均數(shù)的比較 造型組 治療組 預防組 對照組均數(shù)：750.50 140.90 108.00 73.50F=9.78, P

48、 (A-0)+(B-0)，存在協(xié)同作用；如果(AB-0) (A-0)+(B-0)，存在拮抗作用；主效應 該因素的各個水平在其他因素的所有水平上的平均數(shù)的差異。 某因素各水平的平均差別。Main effect The main differences among the levels of one factor are called the main effect of that factor.研究設(shè)計(2)：析因設(shè)計研究設(shè)計研究設(shè)計Main Effect of Factor A (Setting)= the difference between Row Means=5-5=0主效應：該因素的各

49、個水平在其他因素的所有水平上的平均數(shù)的差異。在22析因設(shè)計中，如果A的主效應有統(tǒng)計學意義，就意味著A1在B1和B2水平下的平均數(shù)，與A2在B1和B2水平下的平均數(shù)的差別有統(tǒng)計學意義。研究設(shè)計Main Effect of Factor B (Time)= the difference between Col Means=5-5=0研究設(shè)計For “out” level of B: the changed value of A = 5 5 = 0For “in” level of B: the changed value of A = 5 5 = 0There is no interaction!

50、研究設(shè)計No Main Effect for Setting. No Main Effect for Time. 研究設(shè)計No Main Effect for Setting. Main Effect for Time. 研究設(shè)計Main Effect for Setting. No Main Effect for Time. 研究設(shè)計Main Effect for Setting. Main Effect for Time. 研究設(shè)計For “out” level of B: the changed value of A = 5 5 = 0For “in” level of B: the c

51、hanged value of A = 7 5 = 2This is called as Interaction!研究設(shè)計Main Effect for Setting. Main Effect for Time. Interaction研究設(shè)計No Main Effect for Setting. No Main Effect for Time. Interaction研究設(shè)計ExerciseExerciseExerciseExercise研究設(shè)計22析因設(shè)計例 觀察兩種藥物對大白鼠子宮興奮的作用。A藥：0劑量，0.1mgB藥：0劑量， 1mg觀察指標：子宮收縮描記高度(mm)。研究設(shè)計22

52、析因設(shè)計B0B1A0第一組: (0)A藥0劑量B藥0劑量第二組: (b)A藥0劑量B藥1mg劑量A1第三組: (a) A藥0.1mg劑量B藥0劑量第四組: (ab) A藥0.1mg劑量B藥1mg劑量2因素2水平的四種組合研究設(shè)計子宮收縮描記高度(mm)ABB0B1A020.822.218.518.620.122.319.221.10b A126.827.717.828.618.628.719.028.5aab研究設(shè)計各組子宮收縮描記高度(mm)的均數(shù)AB0B1A019.6520.55A121.0528.3815202530A0ABB研究設(shè)計22析因設(shè)計的方差分析變異來源SSdfMSFPA85.

53、1006185.100615.620.0019B67.6506167.650612.410.0042AB41.2806141.2806 7.570.0175Residual65.3975125.4498Total259.42941517.2953研究設(shè)計結(jié)論： 22析因設(shè)計的方差分析結(jié)果表明，A藥和B藥均有興奮子宮的作用(P=0.0019, P=0.0042)；兩者同時使用有協(xié)同作用(P=0.0175)。研究設(shè)計黨參()黨參()考的松(+)考的松()考的松(+)考的松()26.6131.842.7101.655.2123.730.267.270.2320.1102.9138.767.9177.

54、957.6170.525.5136.1104.1123.435.1224.978.790.6128.3361.483.2145.079.3183.566.3186.1188.4105.285.661.0195.171.3117.7( )34.1285.2228.82 42.52( s2 )22析因設(shè)計例：考察黨參與考的松對ATP酶活力的影響研究設(shè)計各處理組均數(shù)黨參,A考的松,BTotal61.0195.1135.571.3117.798.6Total65.8156.4117.6研究設(shè)計交互作用 不用黨參50100150200用黨參兩者均不用用考的松用黨參，用考的松用黨參研究設(shè)計方差齊性檢驗方差

55、不齊: 2=10.9357，P = 0.012。作對數(shù)變換log(x)后，方差到達齊性: 2=1.6353， P = 0.651。研究設(shè)計22析因設(shè)計的方差分析(對數(shù)變換值) 變異來源 SSvMS F P A0.165510.1655 0.820.3729 B6.531016.531032.250.0000 A*B1.041411.0414 5.140.0305 Residual6.2780310.2025 Total14.2868340.4202研究設(shè)計研究設(shè)計結(jié)論：不用黨參時，考地松有降低ATP酶活力的單獨作用(F=5.60, P=0.0243)；用黨參時，考地松有降低ATP酶活力的單獨作

56、用(F=32.83, P0.0001)；不用考地松時，單獨用黨參可增加ATP酶活力(F=5.88, P=0.0213)；但同時用考的松時，黨參的單獨作用就被抵消了(F=0.82, P=0.3745)。研究設(shè)計2232析因設(shè)計在培養(yǎng)鉤端螺旋體時，除已固定因素外，擬研究以下4個因素不同水平的效應，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， 自來水D維 生 素(2水平)：加維生素，不加維生素研究設(shè)計2232析因試驗的鉤端螺旋體計數(shù)A(血清種類)B=5%濃度B=8%濃度C=緩沖液C=蒸餾水C=自來水C=緩沖液C=蒸餾水C=

57、自來水D加不加加不加加不加加不加加不加加不加兔血清142664868417631182580126011448751447122017891183124614301241151210261599187722501883109512152000139811651381145010261410167118711896170014341612909202224211385830241618451962192623721651胎盤血清6048308679201243112611085781115933128368510818537717091115117688666969810241142546487

58、441403848416128083164379110926775956241030370574533121211591002559742534566研究設(shè)計2232析因試驗鉤端螺旋體計數(shù) 各水平組合之均數(shù)AB(血清種類血清濃度)CD(基礎(chǔ)液維生素)緩沖液蒸餾水自來水加不加加不加加不加兔血清5%1555.251050.251325.251701.50 1382.25865.50兔血清8%1671.251634.251739.501788.001596.751522.25胎盤血清5%699.00 788.50 602.75762.75 826.751198.50 胎盤血清8%996.00723.

59、00790.75947.75909.00598.00 研究設(shè)計緩沖液500100015002000自來水加 不加2232析因試驗鉤端螺旋體計數(shù)各水平組合之均數(shù)蒸餾水加 不加加 不加兔血清8%兔血清5%胎盤血清8%胎盤血清5%研究設(shè)計2232析因試驗的方差分析變異來源 SSdf MSFPA2313.0912812313.0912897.860.0000B159.355891159.355896.740.0114C19.9424129.971210.420.6574D4.7589614.758960.200.6550A*B107.827441107.827444.560.0361A*C118.72

60、306259.361532.510.0882A*D33.47928133.479281.420.2379B*C34.79318217.396590.740.4826B*D12.46147112.461470.530.4701C*D153.65960276.829803.250.0445A*B*C116.64290258.321452.470.0919A*B*D139.725521139.725525.910.0175A*C*D24.14539212.072700.510.6022B*C*D8.4754124.237700.180.8362A*B*C*D138.10438269.052192.9