常用實(shí)驗設(shè)計類型和方法演示文稿

常用實(shí)驗設(shè)計類型和方法演示文稿第一頁，共八十四頁。優(yōu)選常用實(shí)驗設(shè)計類型和方法第二頁，共八十四頁。研究設(shè)計以最少的人力、物力和時間，最大限度地獲得豐富、準(zhǔn)確、可靠的信息與結(jié)論。研究設(shè)計：專業(yè)設(shè)計與統(tǒng)計設(shè)計專業(yè)設(shè)計：選題，建立假說、確定研究對象和技術(shù)方法等。統(tǒng)計設(shè)計：圍繞專業(yè)設(shè)計，確定統(tǒng)計設(shè)計類型、樣本大小、分組方法、統(tǒng)計分析指標(biāo)及統(tǒng)計分析方法等，第三頁，共八十四頁。

根據(jù)處理因素、控制因素和實(shí)驗單位的特征，實(shí)驗設(shè)計方法又有許多不同的類型。實(shí)驗設(shè)計是關(guān)于數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計方法應(yīng)用和得出結(jié)論的關(guān)鍵步驟。如實(shí)驗設(shè)計出現(xiàn)錯誤，不論用什么統(tǒng)計方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理也無法得到正確的結(jié)論。因此，在醫(yī)學(xué)科研中只要條件允許，應(yīng)盡量在良好的實(shí)驗設(shè)計的基礎(chǔ)上采集數(shù)據(jù)。醫(yī)學(xué)研究中常用的實(shí)驗設(shè)計類型和方法有以下十幾種。

第四頁，共八十四頁。一、基本概念總體與樣本（注意：樣本要有代表性）總體（population）是指根據(jù)研究目的所確定的所有同質(zhì)的觀察個體的集合（全體），樣本（sample）是指來自總體的部分觀察個體。處理因素與非處理因素、水平處理因素（實(shí)驗因素、研究因素，簡稱因素），是指在實(shí)驗中根據(jù)研究目的而施加給實(shí)驗對象的各種人為設(shè)置的干預(yù)措施。非處理因素是指實(shí)驗中非人為干預(yù)的因素，如實(shí)驗動物的雌雄、體重，受試者的性別、年齡、病情，實(shí)驗時的季節(jié)、氣溫等。

●

應(yīng)特別注意那些對實(shí)驗結(jié)果有影響的非處理因素。

●平衡處理組間的非處理因素是實(shí)驗設(shè)計的重要內(nèi)容之一。各因素所處的不同狀態(tài)稱為水平（level），一個處理因素往往可分為若干個水平，而水平數(shù)的多少是確定實(shí)驗組數(shù)的依據(jù)。第五頁，共八十四頁。實(shí)驗單位與觀察單位

實(shí)驗單位（experimentalunit）是指接受處理的基本單位。觀察單位（observationalunit）是指根據(jù)研究需要確定的采集數(shù)據(jù)的基本單位。一個實(shí)驗單位可以有多個觀察單位。注意：處理間的差異應(yīng)在實(shí)驗單位中比較。

單獨(dú)效應(yīng)、主效應(yīng)與交互作用

單獨(dú)效應(yīng)(simpleeffect)是指其他因素的水平固定時，同一因素不同水平間的平均差別。主效應(yīng)(maineffect)指某一因素各水平間的平均差別。當(dāng)某因素的各個單獨(dú)效應(yīng)隨另一因素水平的變化而變化，且相互間的差別超出隨機(jī)波動范圍時，則稱這兩個因素間存在交互作用(interaction)。注意：在統(tǒng)計分析時，若存在交互作用，須逐一分析各因素的單獨(dú)效應(yīng)。反之，如果不存在交互作用，則兩因素的作用相互獨(dú)立，分析某一因素的作用只需考察該因素的主效應(yīng)。第六頁，共八十四頁。檢驗效能

檢驗效能（powerofatest），又稱把握度（power），記作1-β，指當(dāng)兩個（或幾個）總體存在差異時，經(jīng)假設(shè)檢驗?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)該差異的可能性大小?！?/p>

與、、、N有關(guān)?！窦僭O(shè)檢驗為“陰性”結(jié)論（P>0.05)時,不能簡單地下“處理無效”的結(jié)論，而應(yīng)該檢查一下是否是檢驗效能不足。第七頁，共八十四頁。第八頁，共八十四頁。實(shí)驗設(shè)計的基本原則實(shí)驗設(shè)計的作用主要是減小誤差、提高實(shí)驗的效率。因此，從統(tǒng)計方面說，根據(jù)誤差的來源，在設(shè)計時必需遵守三個基本統(tǒng)計學(xué)原則，即對照（control）原則、隨機(jī)化（randomization）原則及重復(fù)（replication）原則。重復(fù)和對照也是觀察性研究必須遵循的原則，唯有隨機(jī)化分組是實(shí)驗性研究的顯著特征。

第九頁，共八十四頁。隨機(jī)化分組步驟1.將N個實(shí)驗單位從1到N編號。如動物可按體重大小、患者可按就診順序。2.取隨機(jī)數(shù)字，隨機(jī)數(shù)字的位數(shù)一般要求與N相同。3.將讀取的N個隨機(jī)數(shù)字按分組要求劃分區(qū)段。即：根據(jù)隨機(jī)數(shù)所在區(qū)間決定實(shí)驗單位應(yīng)接受的處理。例如，按二位隨機(jī)數(shù)分兩組時，可規(guī)定隨機(jī)數(shù)00~49為第1組，50~99為第2組；分三組時，01~33為第1組，34~66為第2組，67~99為第3組，余類推。同理，如按2：1的比例分兩組，則01-66為第1組，67-99為第2組。另外，分兩組時，亦可按隨機(jī)數(shù)的奇、偶決定組別。也可將讀取的N個隨機(jī)數(shù)從小至大排順序，得到N個序號R，再根據(jù)R進(jìn)行分組，即按R所在區(qū)間決定實(shí)驗單位應(yīng)接受的處理。第十頁，共八十四頁。

4.有必要時可對分組結(jié)果進(jìn)行組別調(diào)整。假如共有n例，需要從中抽取1例，則讀取一個位數(shù)與n相等的隨機(jī)數(shù)，除以n后將得到的余數(shù)作為所抽實(shí)驗單位的序號（規(guī)定：如整除則余數(shù)為n）。第十一頁，共八十四頁。常用隨機(jī)化分組方法

簡單隨機(jī)化分段隨機(jī)化分層隨機(jī)化

簡單隨機(jī)化：設(shè)A和B分別代表處理組和對照組。分組步驟是先將受試對象（如動物、患者）按體重大?。ɑ蚓驮\順序）編號，然后給每個受試者一位隨機(jī)數(shù)，并規(guī)定0-4者分配到A組，5-9者分配到B組。第十二頁，共八十四頁。

例將一批受試對象隨機(jī)分為兩組。受試者編號123456789…

隨機(jī)數(shù)405728193…

分配組別AABBABABA…對兩組以上時，如分三組時可規(guī)定隨機(jī)數(shù)1-3為A組，4-6者為B組，7-9者為C組，隨機(jī)數(shù)為0時略去。同理，分四組可規(guī)定隨機(jī)數(shù)1-2者為A組，3-4者為B組，5-6者為C組，7-8者為D組，隨機(jī)數(shù)為0和9時略去。第十三頁，共八十四頁。

簡單隨機(jī)化分組方法不能保證分組后各組例數(shù)相等，但當(dāng)受試對象總例數(shù)較多時（如N>200），兩組例數(shù)相差懸殊的概率較小。盡管如此，在正式試驗前最好先檢查一下隨機(jī)分配表（即分組過程及結(jié)果表）中各組例數(shù)是否大致相當(dāng)。如果發(fā)現(xiàn)相差懸殊（如100例分兩組，A組15例，B組85例），可以重新制定隨機(jī)化分配表。有些研究希望各組例數(shù)相同。當(dāng)各組例數(shù)不相等時，可從例數(shù)較多的組中隨機(jī)抽取一部分受試者補(bǔ)充到例數(shù)較少的組，使各組例數(shù)相等。

第十四頁，共八十四頁。

例若將20個實(shí)驗單位隨機(jī)等分為四組。

對2位隨機(jī)數(shù)字規(guī)定，00~24為甲組，25~49為乙組，50~74為丙組，75~99為丁組，分組結(jié)果如下：(3\4\6)

編號12345678910隨機(jī)數(shù)47503629023193712347組別乙丙乙乙甲乙丁丙甲乙調(diào)整

丁

丁編號11121314151617181920隨機(jī)數(shù)23460426696125549018組別甲乙甲乙丙丙乙丙丁甲調(diào)整

丁

第十五頁，共八十四頁。甲組5例，乙組8例，丙組5例，丁組2例，需要從乙組中再抽出3例放入丁組。按組別調(diào)整步驟，讀一隨機(jī)數(shù)3，除以8（乙組例數(shù)）后，余數(shù)為3，則將乙組中第3例（第4號）放入丁組。同理，再讀一隨機(jī)數(shù)4，除以7（乙組現(xiàn)有7例），余數(shù)為4，再將乙組中第4例（第10號）放入丁組。最后再讀一隨機(jī)數(shù)6，除以6（乙組現(xiàn)有6例），余數(shù)為6，將乙組第6例（第17號）放入丁組。

第十六頁，共八十四頁。常用單因素實(shí)驗設(shè)計類型和方法（一）完全隨機(jī)設(shè)計（completelyrandomdesign）優(yōu)點(diǎn)：簡單易行，統(tǒng)計分析簡單，即使各處理組例數(shù)不等，也不影響實(shí)驗結(jié)果的統(tǒng)計分析，常用ｔ檢驗、方差分析或Kruskal-Wallis秩和檢驗進(jìn)行統(tǒng)計分析。缺點(diǎn)：試驗效率不高，只能分析單個因素，且要求實(shí)驗單位有較好的同質(zhì)性，如果同質(zhì)性不好，則需要觀察較多的樣本量。第十七頁，共八十四頁。隨機(jī)分組步驟：

（N=16，G=4）實(shí)驗單位編號：12345678隨機(jī)數(shù)：7663102185906308R1412351516132處理T4

T3

T1T2T4T4T4

T1

實(shí)驗單位編號：910111213141516隨機(jī)數(shù)：2754310313612437R7108141169處理T2T3T2T1

T1

T3T2

T3

第十八頁，共八十四頁。15112121071481613639514干預(yù)隨機(jī)數(shù)大小序號（R）實(shí)驗單位編號T1T2T3T4實(shí)驗單位屬性3，8，12，134，9，11，152，10，14，161，5，6，7分組的均衡性比較第十九頁，共八十四頁。17 4 T12 22 10 T33 31 12 T34 15 8 T25 8 7 T26 35 14 T47 17 9 T38 22 11 T39 3 2 T110 5 3 T111 7 5 T212 2 1 T113 31 13 T414 8 6 T215 36 15 T416 46 16 T4

NoRANrRANgroupTransform-------->RandomNumberSeed-------->Setseedto2000000(默認(rèn))-------->Transform-------->Compute…-------->TargetVariable填入ran(變量名)-------->NumericExpression：填入UNIFORM(50)0~X-------->OKTransform-------->RankCases…---->Variable填入ran-------->OK(自動產(chǎn)生序號rran,完成分組,group)第二十頁，共八十四頁。統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)表：16行2列(dependent+factor)反應(yīng)變量處理因素反應(yīng)變量處理因素(瘤重g,y)(藥物濃度,T)yT3.610.434.511.734.212.334.414.53

3.02

3.34

2.32

1.24

2.42

0.04

1.12

2.74One-WayANOVA第二十一頁，共八十四頁。（二）隨機(jī)單位組設(shè)計（randomizedblockdesign）亦稱配伍組設(shè)計或隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，實(shí)際上是配對設(shè)計（將多方面條件近似的受試對象配成對子）的擴(kuò)大，也是對完全隨機(jī)設(shè)計的改進(jìn)（即加強(qiáng)了均衡可比性）。而這種設(shè)計是將多方面條件相同或相近的受試對象組成單位組（block，亦稱區(qū)組或配伍組），適用于三組或三組以上的實(shí)驗。每個隨機(jī)單位組的受試對象數(shù)目取決于處理的數(shù)目。如果一個實(shí)驗安排了四種不同處理，那么每個單位組就應(yīng)有四個受試對象。有多少個單位組，則每種處理就可以分配到多少個受試對象。第二十二頁，共八十四頁。優(yōu)點(diǎn)：條件一致或相近的受試對象組成同一單位組（非隨機(jī)），并隨機(jī)分配于各處理組中，使處理組間的可比性更強(qiáng)，能改善組間生物學(xué)特點(diǎn)的均衡性，既縮小了誤差，又可分析出處理組間與配伍組間兩因素的影響，實(shí)驗效率較高。缺點(diǎn)：分組較繁，要求單位組內(nèi)實(shí)驗單位數(shù)與處理數(shù)相同，有時實(shí)際應(yīng)用有一定困難。實(shí)驗結(jié)果中若有缺失，統(tǒng)計分析較麻煩。結(jié)果分析：方差分析、Friedman秩和檢驗第二十三頁，共八十四頁。1.實(shí)驗設(shè)計方法

(1)將實(shí)驗單位按照其自然屬性或某個非處理因素形成n個單位組，每個單位組含有k個實(shí)驗單位。

(2)在每個單位組內(nèi)隨機(jī)分配k種處理。k=2時為配對設(shè)計。實(shí)驗單位的自然屬性：動物的窩別（同窩的k只動物）、受試者的體重（體重相近的k個受試者）等。要選擇對試驗結(jié)果影響較大的非處理因素形成單位組，如研究小鼠吃不同飼料后的體重增長情況，可將體重相近的小鼠配成單位組，在臨床試驗中可將病情基本相同的患者配成單位組。遵循“單位組間差別越大越好，單位組內(nèi)差別越小越好”的原則。第二十四頁，共八十四頁。隨機(jī)單位組設(shè)計（N=12，b=3，k=4）141322134243單位組干預(yù)（隨機(jī)數(shù)大小序號，R）第二十五頁，共八十四頁。1 17 12 1 22 33 1 31 44 1 15 25 2

8

16 2

35

47 2

17

28 2

22

39 3 3 210 3 5 311 3 7 412 3 2 1NoblockRANrRANTransform-------->RandomNumberSeed-------->Setseedto2000000(默認(rèn))-------->Transform-------->Compute…-------->TargetVariable填入ran(變量名)-------->NumericExpression：填入UNIFORM(50)0~X-------->OKTransform-------->RankCases…---->Variable填入ranBy填入block-------->OK

(自動按block產(chǎn)生序號rran,完成分組)第二十六頁，共八十四頁。方差分析選擇單位組的原則是“單位組間差別越大越好、單位組內(nèi)的差別越小越好?！比绻麊挝唤M選擇不當(dāng)使單位組間的差別很小，由于單位組占用了n-1個自由度，反而增加了誤差均方。如表a的試驗結(jié)果，按隨機(jī)單位組方差分析（表b），誤差均方為8.18，若將單位組DF和SS與誤差合并（按完全隨機(jī)分組方差分析），誤差均方為6.61。

第二十七頁，共八十四頁。第二十八頁，共八十四頁。軟件操作數(shù)據(jù)表：12行3列(dependent+block+factor)反應(yīng)變量單位組處理因素反應(yīng)變量單位組處理因素(含量,y)B(測量方法,T)yBT27.21124.83124.61222.23239.513

45.23338.614

33.034

23.22124.22243.12339.524

Tow-WayANOVA(withoutinteraction)數(shù)據(jù)不完全(缺失數(shù)據(jù),BIB設(shè)計)要選擇SS分解方式。第二十九頁，共八十四頁。重復(fù)測量隨機(jī)單位組設(shè)計

受試者重復(fù)測量時間

干預(yù)是什么？測量時間?受試者?第三十頁，共八十四頁。

（三）平衡的不完全單位組設(shè)計（balanceimcompletelyblockdesign，簡稱BIB設(shè)計）

隨機(jī)單位組設(shè)計要求單位組內(nèi)的實(shí)驗單位數(shù)和處理數(shù)相等。然而，在醫(yī)學(xué)研究中，有時會遇到實(shí)驗的處理數(shù)大于單位組內(nèi)能容納的實(shí)驗單位數(shù)的情況。如將狗的坐骨神經(jīng)切斷后用三種手術(shù)方法吻合，但每只狗只有左右兩條坐骨神經(jīng)（狗為單位組，3種處理，2個實(shí)驗單位）；又如檢驗?zāi)撤N呼吸裝置在10種狀態(tài)下的性能，但每個受試者只能經(jīng)歷其中六種狀態(tài)（單位組為受試者，10種處理，6個實(shí)驗單位）。為了減少單位組對實(shí)驗結(jié)果的影響，可采用BIB設(shè)計。第三十一頁，共八十四頁。1.實(shí)驗設(shè)計方法

設(shè)v表示處理數(shù)，k表示單位組內(nèi)實(shí)驗單位數(shù)，r表示每個處理的重復(fù)次數(shù)，b表示單位組數(shù)，λ表示每兩種處理同時出現(xiàn)的單位組數(shù)。BIB設(shè)計在每個單位組內(nèi)安排k個處理，每個處理在r個單位組中重復(fù)出現(xiàn)，任一對處理在同一單位組中的比較次數(shù)均為λ，從而使各處理間的比較公平合理。

BIB設(shè)計首先要根據(jù)v和k查有關(guān)附表以確定另外幾個參數(shù)r、b、λ，然后再從附表查出設(shè)計方案。BIB設(shè)計的隨機(jī)化分兩個步驟，即先將設(shè)計方案中的單位組隨機(jī)分配給各個實(shí)驗單位組，然后再將設(shè)計方案中各單位組內(nèi)的處理隨機(jī)分配給實(shí)驗單位組內(nèi)的各個實(shí)驗單位。第三十二頁，共八十四頁。

例試驗四種治療腳氣的方法，觀察對象為雙腳均患有腳氣的患者。按BIB設(shè)計，本試驗中v=4，k=2，查有關(guān)附表，應(yīng)采用設(shè)計1，各參數(shù)為v=4，k=2，r=3，b=6，λ=1，即應(yīng)有6名受試者。再查本章附表9，設(shè)計1的方案為其中I、II、III表示每個處理重復(fù)1、2、3次，1、2、3、4表示四種處理，每個單位組內(nèi)安排兩種處理。

I1234II1324III1423第三十三頁，共八十四頁。隨機(jī)化步驟：（1）將設(shè)計方案的6個單位組隨機(jī)分配給6個患者，即6個患者有的接受1、2兩種處理，有的接受3、4兩種處理，有的接受2、4兩種處理等。（2）將各單位組內(nèi)的兩種處理隨機(jī)分配給左腳或右腳。治療后的療效評價由差到好10個等級，按0、1、2、…、9評分。試驗結(jié)果的列表方式與隨機(jī)單位組相同，沒有數(shù)據(jù)則不填。但是，在BIB設(shè)計的實(shí)驗中如果發(fā)生意外情況（如死亡）造成實(shí)驗數(shù)據(jù)缺失，將會使統(tǒng)計分析變得困難。

第三十四頁，共八十四頁。2.試驗結(jié)果的方差分析

試驗結(jié)果的數(shù)據(jù)處理用方差分析。在數(shù)據(jù)處理上，除象隨機(jī)單位組設(shè)計那樣計算單位組小計Bi和處理組小計Ti外，還要計算修正單位組小計Bi′,修正處理組小計Ti′和修正均數(shù)。Bi′表示第i個處理所在單位組的小計，如第1個處理甲，分別作用于第1、3、5個受試者，故B1′為這三個受試者的小計，即B1′=B1+B3+B5=8+8+10=26Ti′和修正均數(shù)則按下表中的公式計算。第三十五頁，共八十四頁。第三十六頁，共八十四頁。如本例v=4，k=2,λ=1，T1=10，B1′=26，則第三十七頁，共八十四頁。第三十八頁，共八十四頁。（四）拉丁方設(shè)計（Latinsquaredesign）

拉丁方是用t個拉丁字母排成t行t列的方陣，且每行每列中每個字母都只出現(xiàn)一次，這樣的方陣叫t階拉丁方或t×t拉丁方。如3階拉丁方或3×3拉丁方。拉丁方設(shè)計是利用拉丁方來安排實(shí)驗，即用拉丁字母安排處理因素，行、列安排控制因素。拉丁方設(shè)計與隨機(jī)單位組設(shè)計相比較，隨機(jī)單位組設(shè)計從一個方面（行、即區(qū)組）來控制非處理因素對實(shí)驗結(jié)果的影響，而拉丁方設(shè)計則是從行和列兩個方面來控制非處理因素對實(shí)驗結(jié)果的影響。因此，拉丁方設(shè)計是隨機(jī)單位組設(shè)計的進(jìn)一步擴(kuò)展。第三十九頁，共八十四頁。拉丁方設(shè)計（N=16，t=4）行單位組列單位組BACDBADCCDBACDAB第四十頁，共八十四頁?；疽螅孩俦仨毷侨蛩赝綌?shù)的試驗。設(shè)計時將拉丁字母安排處理因素，行和列安排控制因素，并使行數(shù)、列數(shù)與處理數(shù)都相等；②任何兩因素、三因素間均無交互作用。

第四十一頁，共八十四頁。在拉丁方設(shè)計中，實(shí)驗單位按兩種屬性（非處理因素）形成單位組，即每個實(shí)驗單位既屬于一個行單位組，又屬于一個列單位組。因此，拉丁方設(shè)計的基本單位是一個“方格”，有t行t列（t≥3），有t×t個實(shí)驗單位。每個單位組內(nèi)共安排t個處理，每個處理用拉丁字母表示?；纠》剑豪》降牡谝恍信c第一列字母是按拉丁字母順序排列，如t=4，拉丁方的基本設(shè)計單位為

列

單

位

組

IIIIIIIV行1ABCD單2BADC位3CDBA組4DCAB第四十二頁，共八十四頁。1.實(shí)驗設(shè)計方法

拉丁方設(shè)計的隨機(jī)化是將t個單位組（通常是標(biāo)本、動物或受試者）隨機(jī)分配到拉丁方基本設(shè)計單位中的各行，并將t個處理隨機(jī)分配給拉丁方中的t個拉丁字母。設(shè)計步驟：

①根據(jù)處理因素的水平數(shù)從有關(guān)附表中選擇相應(yīng)的基本拉丁方。處理的水平數(shù)不能太多，也不能太少。若太多，行列單位組都過大，局部控制難以做到；太少，誤差自由度太小，而使試驗的靈敏度降低。一般情況下處理因素的水平數(shù)在5~8時為宜。第四十三頁，共八十四頁。

②對基本拉丁方加以隨機(jī)化。隨機(jī)化時必須整行（或列）進(jìn)行交換，不能將行或列拆散。例如，對5×5基本拉丁方的行和列可分別進(jìn)行隨機(jī)化。

隨機(jī)排列行：如可讀取4個兩位數(shù)的隨機(jī)數(shù)，66，05，32，88，對隨機(jī)數(shù)排序后得到序號R=3，1，2，4，即先3，1行交換，然后2，4行交換。ABCDE

CDEAB

CDEABBCDEA

BCDEA

DEABCCDEAB-------ABCDE-------ABCDEDEABC

DEABC

BCDEAEABCD

EABCD

EABCD第四十四頁，共八十四頁。

隨機(jī)排列列：如可讀取4個兩位數(shù)的隨機(jī)數(shù)，53，85，39，06，對隨機(jī)數(shù)排序后得到序號R=3，4，2，1，即先3，4列交換，然后2，1列交換。CDEAB

CDAEB

DCAEBDEABC

DEBAC

EDBACABCDE-------ABDCE-------BADCEBCDEA

BCEDA

CBEDAEABCD

EACBD

AECBD第四十五頁，共八十四頁。

③隨機(jī)決定各字母所代表的處理（見表）。例如，先固定處理的順序號，序號1，2，3，4，5分別對應(yīng)處理甲，乙，丙，丁，戊，再讀取5個兩位數(shù)的隨機(jī)數(shù)，然后對隨機(jī)數(shù)排序，得序號R，由R決定各字母表示的處理。表

隨機(jī)分配處理字母ABCDE隨機(jī)數(shù)字1028814720R13542處理甲丙戊丁乙

④按以上最后一個拉丁方安排試驗，并進(jìn)行試驗觀察，根據(jù)觀察值進(jìn)行統(tǒng)計分析。第四十六頁，共八十四頁。2.試驗結(jié)果的方差分析

數(shù)據(jù)處理時分別計算行單位組、列單位組、處理組合計及平方和，列表格式見下表。表

拉丁方設(shè)計的試驗結(jié)果行單位組列單位組行單位組合計（Bi）12…t12┆tXX┆XXX┆X……┆…XX┆XB1B2┆Bt列單位組合計（Ci）平方和C1Q1C2Q2……CtQt∑X∑X2處理組小計AT1BT2…………

Tt

校正數(shù)C=（ΣX）2/t2

第四十七頁，共八十四頁。第四十八頁，共八十四頁。第四十九頁，共八十四頁。第五十頁，共八十四頁。

如果在計算機(jī)上用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)矩陣的行數(shù)為t2，列數(shù)為（觀察指檔個數(shù)+3），增加的3列均為分組變量（因素），分別指示各實(shí)驗單位所屬的處理組、行單位組和列單位組。如本例共49行4列。第五十一頁，共八十四頁。3.軟件操作數(shù)據(jù)表：16行4列(dependent+block1+block2+factor)反應(yīng)變量單位組處理因素反應(yīng)變量單位組處理因素(血糖,y)daysub(drug,T)ydaysubT32.7113-4.031111.212114.032323.2132

27.533448.1144

25.6342

26.2212

33.2414

31.8224

16.5422

28.9233

21.243118.7241

40.2443Three-WayANOVA(withoutinteraction)數(shù)據(jù)不完全(缺失數(shù)據(jù))要選擇SS分解方式。第五十二頁，共八十四頁。優(yōu)點(diǎn)：與隨機(jī)單位組設(shè)計相比較，拉丁方設(shè)計進(jìn)一步縮小了實(shí)驗誤差，提高了試驗效率，大大減少了試驗次數(shù)，尤其適合于動物和實(shí)驗室試驗。缺點(diǎn)：實(shí)驗單位同時分屬于行單位組和列單位組，且要求處理數(shù)必須等于拉丁方的行（列）數(shù)，一般的試驗不容易滿足此條件（重復(fù)拉丁方設(shè)計除外），只有在部分實(shí)驗室研究或動物實(shí)驗中才能做到，且數(shù)據(jù)缺失會增加統(tǒng)計分析的難度。在臨床試驗中，拉丁方設(shè)計的行單位組通常是受試者，列單位組通常是重復(fù)觀測次數(shù)，并要求前一個處理的作用不會影響到下一個處理，只能用于慢性疾病不同處理后短期療效的比較。

第五十三頁，共八十四頁。重復(fù)拉丁方設(shè)計在動物或臨床試驗中，如果動物或受試者為行單位組，則可以用r（≥2）個拉丁方重復(fù)安排試驗，即所謂重復(fù)拉丁方設(shè)計。在重復(fù)拉丁方設(shè)計中共有rt個行單位組，t個列單位組，t個處理。每t個行單位組構(gòu)成一個拉丁方，各拉丁方的基本設(shè)計單位完全相同。隨機(jī)化方法是將rt個動物或受試者隨機(jī)分配至rt個行單位組中，并將處理隨機(jī)分配給t個拉丁字母。如比較三個血壓計的測量結(jié)果，可采用如下重復(fù)拉丁方設(shè)計。第五十四頁，共八十四頁。第五十五頁，共八十四頁。第五十六頁，共八十四頁。

（五）交叉設(shè)計（cross-overdesign）一種特殊的自身對照設(shè)計，采用同一受試對象進(jìn)行不同階段自身對比觀察，不但節(jié)省了樣本，而且組間均衡性好。最簡單的形式是二處理、二階段交叉設(shè)計。有a1、a2兩種不同的處理，兩個試驗階段為I、II，這兩種處理可以按時間階段先后以不同的順序作用于同一受試對象。處理順序甲方式：先a1后a2，乙方式：先a2后a1。將一批受試對象隨機(jī)等分為兩組，每組n例，一組接受甲方式（a1→a2）的處理，另一組接受乙方式（a2→a1）的處理，兩種處理方式在全部試驗過程中交叉進(jìn)行。第五十七頁，共八十四頁。交叉設(shè)計（兩階段）

試驗階段處理受試者step1<W>step2a1a2受試者n

Ra2a1第五十八頁，共八十四頁。影響實(shí)驗結(jié)果的三個因素：A因素為處理（兩個水平的單因素處理），B因素為處理順序，C因素為試驗階段。交叉設(shè)計數(shù)據(jù)分析時，由于B因素的作用包含在受試對象個體差別中，故重點(diǎn)分析A因素和C因素各水平的差別。數(shù)據(jù)分析時有假定：（1）A，B，C三個因素間不存在交互作用。（2）各處理終止后沒有殘留效應(yīng)（carry-overeffect），或各處理的殘留效應(yīng)相等。為保證這一點(diǎn)，每兩個階段之間均設(shè)一個停藥或停止處理的階段，等待殘留效應(yīng)的消失，一般稱此為洗脫期或清洗階段（washoutperiod）。

第五十九頁，共八十四頁。

特別適用于不易控制個體差異的臨床試驗（處理間的差別是在受試對象內(nèi)進(jìn)行比較，允許受試對象之間有較大的個體差異）。在醫(yī)學(xué)研究中，交叉設(shè)計多用于臨床試驗，以比較藥物（或治療方法）間的短期療效，如止痛、鎮(zhèn)靜、安眠、抗風(fēng)濕、降血壓等短期緩解癥狀效果的比較。

第六十頁，共八十四頁。1.實(shí)驗設(shè)計方法

（1）根據(jù)研究目的和設(shè)計預(yù)案，確定交叉設(shè)計的試驗階段（時間段）。并在每兩個階段之間均設(shè)一個洗脫期。如二處理、二階段交叉設(shè)計有Ⅰ、Ⅱ兩個時間段，時間段可以是一周、二周、四周等，Ⅰ、Ⅱ兩個時間段之間設(shè)一個洗脫期（不施加任何處理或給予安慰劑的階段），洗脫期也可為一周、二周、四周等。第六十一頁，共八十四頁。

（2）確定單處理因素的水平數(shù)。如二處理、二階段交叉設(shè)計有a1、a2兩種不同的處理，每個受試者在Ⅰ、Ⅱ兩個時間段接受這兩種不同的處理。

（3）將N（N為偶數(shù)）個受試者隨機(jī)等分為甲、乙兩組，甲組第Ⅰ階段給a1處理，第Ⅱ階段給a2處理；乙組第Ⅰ階段給a2處理，第Ⅱ階段給a1處理。這是二階段交叉設(shè)計的完全隨機(jī)化分組。（見分組示意圖）第六十二頁，共八十四頁。

洗脫期表示不施加任何處理或給予安慰劑，用于清除a1、a2的“后效應(yīng)”，其時間長短根據(jù)專業(yè)知識確定。必要時，在隨機(jī)化分組前也可設(shè)立洗脫期，以清除試驗前藥物的影響。第六十三頁，共八十四頁。第六十四頁，共八十四頁。第六十五頁，共八十四頁。第六十六頁，共八十四頁。第六十七頁，共八十四頁。

如果用軟件計算，數(shù)據(jù)矩陣只需在隨機(jī)單位組設(shè)計的數(shù)據(jù)矩陣中增加一列，用來表示處理。如本例，數(shù)據(jù)矩陣為24行4例，各列分別為觀察指標(biāo)、受試者、階段和處理。

雖然交叉設(shè)計在形式上與隨機(jī)單位組設(shè)計相近，但與隨機(jī)單位組設(shè)計相區(qū)別的顯著特征是，交叉設(shè)計的處理是按不同時間階段分別安排的，因而可以大大減少受試者的數(shù)目。對于三階段或三階段以上的交叉設(shè)計，可將受試者看作行單位組、試驗階段看作列單位組，處理用拉丁字母表示，用重復(fù)拉丁方安排試驗和進(jìn)行試驗結(jié)果的統(tǒng)計分析。第六十八頁，共八十四頁。交叉設(shè)計（三階段）

試驗階段處理組受試者step1step2step3受試者nACBACBBARCCB

A

CABCBAT1T2T3T1T2T3T1T2T3第六十九頁，共八十四頁。（六）序貫設(shè)計（sequentialdesign）固定樣本的設(shè)計：先固定實(shí)驗單位數(shù)N，然后再將N個實(shí)驗單位按不同方式進(jìn)行隨機(jī)分組，待N個實(shí)驗單位均做完試驗并測得反應(yīng)結(jié)果后，再進(jìn)行統(tǒng)計分析。序貫設(shè)計（非固定樣本的設(shè)計）：無須先固定實(shí)驗單位數(shù)，而是根據(jù)實(shí)驗單位進(jìn)入試驗的次序，每測得一個實(shí)驗單位的反應(yīng)結(jié)果就進(jìn)行一次統(tǒng)計分析，一得出結(jié)論，就立即停止試驗。第七十頁，共八十四頁。三個優(yōu)點(diǎn)：①在某些臨床研究或流行病學(xué)現(xiàn)場研究中，樣本的多少取決于人群中的病例數(shù)和受試者進(jìn)入試驗的比率。因此在設(shè)計階段將樣本數(shù)N看作變數(shù)（不固定）比看作常數(shù)更合理。②當(dāng)處理組間確實(shí)存在差異時，用序貫分析方法可以較早地得出結(jié)論，通常比固定樣本的設(shè)計節(jié)約樣本，從而可以減少人力、物力的浪費(fèi)和縮短試驗周期。③序貫設(shè)計是邊試驗，邊分析，在臨床療效比較的試驗中，一旦分析結(jié)果顯示甲藥優(yōu)于乙藥，則可立即停止試驗，并且讓其余受試者均接受甲藥的治療，比固定樣本的設(shè)計更符合醫(yī)學(xué)試驗的倫理學(xué)要求。

第七十一頁，共八十四頁。

經(jīng)典的序貫設(shè)計適用于在短期內(nèi)很快能觀察到結(jié)果的急性試驗，且前后兩個試驗單位進(jìn)入試驗的間隔時間不宜太長。例如比較兩種止痛藥物，如果受試者服藥后的療效幾天后即可以知道，則下一個受試者應(yīng)在一、二周內(nèi)進(jìn)入試驗。常見的序貫設(shè)計：質(zhì)反應(yīng)與量反應(yīng)的序貫設(shè)計、量反應(yīng)的團(tuán)體序