醫(yī)學(xué)科研基本方法：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法（二）

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法（二）四、配伍組設(shè)計(jì)

(randomizedblockdesign)五、均衡不完全配伍組設(shè)計(jì)(BIB)

(balancedincompleteblocksdesign)六、拉丁方設(shè)計(jì)

(Latin--Squaredesign)四、配伍組設(shè)計(jì)

(randomizedblockdesign)又稱隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。相當(dāng)于配對的擴(kuò)展，即將幾個(gè)受試對象按一定條件配成區(qū)組，再將每一區(qū)組的受試對象隨機(jī)分配到各個(gè)處理組中。 A接受甲處理實(shí)驗(yàn)對象→配成區(qū)組→隨機(jī)分配到處理組中

B接受乙處理

C接受丙處理

D接受丁處理隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)區(qū)組內(nèi)同質(zhì)、隨機(jī)區(qū)組處理水平1水平2水平3水平3123456（1）動(dòng)物營養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，不同狀況的動(dòng)物對給定的處理因素的反應(yīng)是不同的，所以用同胎動(dòng)物作為配伍組就會(huì)使效果更好些。（2）在進(jìn)行藥物實(shí)驗(yàn)時(shí)，不同情況的病人對療效會(huì)產(chǎn)生很大影響，因此必須選擇情況相近的病人作為配伍組來接受處理。（3）實(shí)驗(yàn)中常由于操作者個(gè)人的特性影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如果全部要比較的處理因素包括著不同的操作者的比較，那么無疑實(shí)驗(yàn)操作者就是配伍組。（4）在臨床化驗(yàn)時(shí)，雖然可用特定的病人來做，但病人間也會(huì)有差異的，為了不使病人間的變異影響到化驗(yàn)結(jié)果，也要把不同病人的材料作為配伍組。配伍組設(shè)計(jì)例1為了比較準(zhǔn)確地評價(jià)5種蛋白質(zhì)飼料的營養(yǎng)價(jià)值,有人設(shè)計(jì)了如下的試驗(yàn),并收集了試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示,試比較5種飼料的營養(yǎng)價(jià)值之間有無顯著差別。8窩大白鼠分別用5種飼料喂養(yǎng)9周后所增體重━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━體重增加量(克)窩別─────────────────────────飼料:甲乙丙丁戊━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

1

24

15

37

57

82

2

42

28

37

51

66

3

60

29

47

53

74

4

50

29

42

51

79

5

42

24

34

60

82

6

39

38

27

69

76

7

47

21

32

54

73

8

53

37

42

59

90

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━配伍組設(shè)計(jì)例2在不同室溫下測定家兔的血糖濃度。室溫分7組，用4個(gè)不同種屬的家兔各7只，按配伍組設(shè)計(jì)。分析室溫對家兔血糖的影響。家兔種屬室溫

(℃)510152025303511301108282110120140212013011083100140160315014010011012012016041201007482100110130配伍組的方差分析變異來源SSdfMSFP

室溫10530.214361755.0357119.120.0000

種屬2758.39293919.4642910.020.0004Residual1652.35711891.79762Total14940.964327553.36905兩兩比較結(jié)果：室溫

35 5 30 10 25 15 20血糖濃度

147.5130.0122.5120.0107.591.5089.25配伍組設(shè)計(jì)例2結(jié)論：室溫由5℃升至15℃，家兔的血糖濃度迅速下降，在15℃～20℃期間到達(dá)最低，估計(jì)最低點(diǎn)在18.73℃；由20℃至30℃階段，血糖濃度又逐漸上升，并接近5℃～10℃時(shí)的水平；從30℃升至35℃期間，繼續(xù)加快上升，而在35℃時(shí)，超過5℃時(shí)的水平。例3為比較不同產(chǎn)地石棉的毒性的大小，取體重200-220g的雌性Wistar大鼠36只，將月齡相同，體重相近的3只分為一組。每組的3只動(dòng)物隨機(jī)分別接受不同產(chǎn)地石棉處理后，以肺泡巨噬細(xì)胞（PAM）存活率（%）評價(jià)石棉毒性大小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表10-6。試問不同產(chǎn)地石棉毒性是否相同？配伍組設(shè)計(jì)的特點(diǎn)各個(gè)處理組中的受試對象不僅數(shù)量相同，而且比較均衡。這種試驗(yàn)設(shè)計(jì)，既減小了抽樣誤差，還可以分析出處理組及配伍組兩個(gè)因素的影響。其缺點(diǎn)和配對設(shè)計(jì)相同，受試對象要經(jīng)過挑選。正確應(yīng)用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)配伍組設(shè)計(jì)是配對設(shè)計(jì)的擴(kuò)展，在個(gè)體同質(zhì)性較差時(shí)，采用配伍設(shè)計(jì)可以提高各處理組間的可比性和均衡性；同一區(qū)組內(nèi)的個(gè)體應(yīng)盡可能同質(zhì)；實(shí)際上配伍設(shè)計(jì)是兩因素多水平的試驗(yàn)，由于每種組合只作一次試驗(yàn)，故不能分析交互作用；采用配伍設(shè)計(jì)時(shí)，要盡可能使觀察值不缺失，缺失時(shí)信息損失較大，雖然有估計(jì)缺失值的方法。

缺項(xiàng)估計(jì)配伍組試驗(yàn)的特點(diǎn)是各處理組的受試對象數(shù)相等，各配伍組的受試對象數(shù)也相等。如在試驗(yàn)過程中，因故造成某個(gè)數(shù)據(jù)丟失，例如試驗(yàn)過程中死去一只動(dòng)物，或由于儀器故障。此時(shí)如果將此配伍組整個(gè)去掉，對信息是一種損失。但由于缺少一個(gè)數(shù)據(jù)，無法進(jìn)行方差分析?？梢圆捎萌表?xiàng)估計(jì)加以解決。

缺項(xiàng)估計(jì)前提條件縱向看缺失值不能超過合計(jì)的25%橫向看缺失值不能超過合計(jì)的50%t為處理組數(shù)b為配伍組數(shù)T為丟失數(shù)據(jù)的處理組之和B為丟失數(shù)據(jù)的配伍組之和S為丟失數(shù)據(jù)后總和缺項(xiàng)估計(jì)自由度的處理補(bǔ)入的X’的值不占自由度，總的自由度應(yīng)減1，即bt-2。誤差自由度也應(yīng)減1，而處理及配伍的誤差自由度不變?nèi)苑謩e為t-1及b-1。為研究雌激素對子宮發(fā)育的作用，以四個(gè)種系的未成年雌性大白鼠各3只，每只按某一種劑量注射雌激素，經(jīng)過一定時(shí)間取出子宮稱重，結(jié)果見表4-4。表4-4雌激素對大白鼠子宮發(fā)育作用，子宮重量(g)種系雌激素劑量(μg/100g)0.2(A)0.4(B)0.8(C)合計(jì)甲乙丙丁

10611614542(78)X’11570111133426387367157(B)(235)314192合計(jì)260290(T)480(368)

1030(S)(1108)表4-5方差分析表變異來源

SSDFMS校正MSFP總處理間配伍間誤差12696.667

6050.6676152.667493.333102353025.332O50.8998.67

3025.251963.7830.6619.90<O.0l<0.01結(jié)論：雌激素對大白鼠的發(fā)育有影響，種系間的子宮發(fā)育也是不同的。重復(fù)測量方差分析重復(fù)測量設(shè)計(jì)指將一組或多組被試者先后重復(fù)地施加不同的實(shí)驗(yàn)處理,或在不同場合和時(shí)間點(diǎn)被測量至少兩次的情況。

將人的血濾液放置不同時(shí)間，測定其血糖濃度。放置時(shí)間分4種(0,45,90,135分鐘)，取八個(gè)健康人的血液，各分成4份，按配伍組設(shè)計(jì)，結(jié)果見下表。受試者編號放置時(shí)間合計(jì)0459013519595898336229594888436131061059790398498979590380510298978838561121121019441971051039788393895929080357合計(jì)8087967546973055平均10199.594.387.1－標(biāo)準(zhǔn)差6.326.74.684.52

重復(fù)測量設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)：每一個(gè)體作為自身的對照，克服了個(gè)體間的變異。分析時(shí)可更好地集中于處理效應(yīng),同時(shí)被試者間自身差異的問題不再存在.也就是減少了一個(gè)差異來源。重復(fù)測量設(shè)計(jì)的每一個(gè)體作為自身的對照，研究所需的個(gè)體相對較少，因此更加經(jīng)濟(jì).重復(fù)測量設(shè)計(jì)缺點(diǎn)滯留效應(yīng)(Carry-overeffect)：前面的處理效應(yīng)有可能滯留到下一次的處理潛隱效應(yīng)(Latenteffect)：前面的處理效應(yīng)有可能激活原本以前不活躍的效應(yīng)學(xué)習(xí)效應(yīng)(Learningeffect)：由于逐步熟悉實(shí)驗(yàn)，研究對象的反應(yīng)能力有可能逐步得到了提高重復(fù)測量設(shè)計(jì)與配伍組設(shè)計(jì)區(qū)別重復(fù)測量設(shè)計(jì)：區(qū)組內(nèi)的時(shí)間點(diǎn)是固定的，不能隨機(jī)分配，區(qū)組內(nèi)的實(shí)驗(yàn)單位彼此不獨(dú)立。配伍組設(shè)計(jì)：處理因素在區(qū)組內(nèi)是隨機(jī)分配的，區(qū)組內(nèi)的實(shí)驗(yàn)單位彼此獨(dú)立。五、均衡不完全配伍組設(shè)計(jì)

(balancedincompleteblocksdesign)

一般每個(gè)配伍組的受試對象個(gè)數(shù)k應(yīng)等于處理組數(shù)v，但有時(shí)處理組數(shù)v多于配伍組所能容納的受試對象個(gè)數(shù)，即v>k。此時(shí)每個(gè)配伍組不能把所有的處埋都安排進(jìn)去，可采用均衡不完全配伍組設(shè)計(jì)，簡稱BIB設(shè)計(jì)。均衡不完全配伍組設(shè)計(jì)設(shè)有A、B、C、D四種處理，每個(gè)配伍組只能按排3個(gè)處理，不能安排所有的4個(gè)處理，因此是不完全的。如果按照表5－1設(shè)計(jì)，則每個(gè)處理因素出現(xiàn)的次數(shù)都相同(3次)；且任意兩個(gè)因素在同一配伍組內(nèi)的次數(shù)也是相同的(2次)，因此設(shè)計(jì)是均衡的。表5－1均衡不完全配伍組設(shè)計(jì)配伍組號處

理

因

素1234AAABBBCCCDDD均衡不完全配伍組設(shè)計(jì)要求設(shè)v為處理組數(shù)，k為每個(gè)配伍組受試對象的個(gè)數(shù)，b為配伍組組數(shù)，r為每種處理重復(fù)數(shù)，λ為每兩種處理同時(shí)出現(xiàn)的配伍組組數(shù)。

1．

2．必須是整數(shù)均衡不完全配伍組設(shè)計(jì)表書中附表達(dá)式16給出了各種不同情況下的均衡不完全配伍組設(shè)計(jì)表，選擇的原則：v：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所確定的處理因素的水平數(shù)。k：實(shí)驗(yàn)條件所能提供配伍組內(nèi)實(shí)驗(yàn)的對象（動(dòng)物）數(shù)或?qū)嶒?yàn)同時(shí)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)的對象（動(dòng)物）數(shù)均衡不完全配伍組設(shè)計(jì)區(qū)組處理水平1水平2水平3水平4水平512345678910處理組數(shù)v=5，每個(gè)區(qū)組受試對象個(gè)數(shù)k=3例4-3為研究X射線照射對血漿皮質(zhì)酮的影響，以大白鼠108只，按每3只為1個(gè)實(shí)驗(yàn)單位，共36個(gè)單位。設(shè)9個(gè)處理組，a為對照組，其余8個(gè)為實(shí)驗(yàn)組，接受500R的X射線照射后1小時(shí)(b)，5小時(shí)(c)，12小時(shí)(d)，l天(e)，3天(f)．，7天(g)，10天(h)，14天(s)，然后殺死，作血漿皮質(zhì)酮含量測定，每周只能做三種處理(k=3)，觀察數(shù)據(jù)見下表表4-7

大白鼠受500R的X射線照射后不同時(shí)間血漿皮質(zhì)酮含量(μg/dl)

實(shí)驗(yàn)批次(配伍組)處理

abcdefghs合計(jì)Bj12345678910111264.0151.3161.784.282.285.855.131.334.474.475.789.275.760.266.2133.489.451.661.978.677.184.384.145.4135.7114.045.855.561.160.8160.5148.243.884.484.059.3

377.0252.2120.8239.3202.1274.4217.6213.8295.5177.4352.5227.7表4-8方差分析表變異來源

SSVMSFP總處理間配伍間誤差42716.8716430.7318776.557509.5935811162350.841706.96469.35

4.38<O.05六、拉丁方設(shè)計(jì)

(Latin--Squaredesign)用r個(gè)拉丁字母排成r行r列的方陣，使每行及每列中每個(gè)字母都只出現(xiàn)一次，這樣的方陣稱為r階拉丁方，或r×r拉丁方。例：3×3拉丁方IⅡⅢ1ABC2BCA3CAB

拉丁方的基本型第1行及第Ⅰ列都是按某自然的或標(biāo)準(zhǔn)的次序，如按拉丁字母的次序排成的。

r×r基本型的拉丁方個(gè)數(shù)Nr為

r23456Nr1145694084×4拉丁方

IⅡⅢⅣ1ABCD2BADC3CDAB4DCBA拉丁方設(shè)計(jì)使用與統(tǒng)計(jì)分析拉丁方實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)用于三個(gè)因素，每個(gè)因素的水平數(shù)相同，且因素間沒有交互作用。優(yōu)點(diǎn)：試驗(yàn)次數(shù)減少到最小，并且均衡。統(tǒng)計(jì)分析：方差分析4×4×4拉丁方設(shè)計(jì)濃度峰合計(jì)ⅠⅡⅢⅣ1234A0.80B0.50C0.38D0.22B0.74A0.36D0.44C0.25C0.31D0.18A0.17B0.36D0.48C0.20B0.42A0.282.331.241.411.11合計(jì)1.901.791.021.386.09瘤株合計(jì)A1.61B2.02C1.14D1.32方差分析表變異來源SSVMSFP總濃度峰瘤株誤差0.51030.22870.12170.11060.0493153336

0.07520.04060.03690.0082

9.294.954.50

<0.05<0.05>0.05

44

比較F1—F5五種不同防護(hù)服對高溫作業(yè)工人脈博數(shù)影響是否不同，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

題目分析：研究目的是比較5種不同防護(hù)服對高溫作業(yè)工人脈博數(shù)影響有無差別?？紤]到該研究中影響脈博數(shù)的因素還有不同受試者對高溫反應(yīng)不同，以及不同的受試期由于外界氣候條件不同，肌體對高溫的反應(yīng)也有所不同；因此，在比較防護(hù)服間的差別時(shí)，應(yīng)使這兩個(gè)條件對不同防護(hù)服的試驗(yàn)影響均衡，即要求每套防護(hù)服給每個(gè)被試者各試一次，且每日每種防護(hù)服各試一次。由于是5套防護(hù)服，可用5個(gè)受試者在5個(gè)不同日期作實(shí)驗(yàn)，因而可用5×5拉丁方設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)實(shí)例：45

1、按水平數(shù)選基本拉丁方r=52、隨機(jī)排列拉丁方的行、列隨機(jī)數(shù)6895239235

序號35142BDCBAACDAEBBEEDCADCEEACBDDCBAECBAEDBAEDCAEDCBEDCBA3、5行對調(diào)BAEDCCBAEDDCBAEAEDCBEDCBA1、4列對調(diào)

設(shè)計(jì)方法：463、規(guī)定行、列的因素和水平試驗(yàn)日期受試者甲乙丙丁戊1DBCAE2ECDBA3CABED4BEADC5ADECB拉丁方設(shè)計(jì)試驗(yàn)日期受試者甲乙丙丁戊1D133.4B98.0C114.0A110.8E130.62E114.4C132.8D113.2B119.2A115.23C143.0A123.0B115.8E118.0D103.84B129.8E104.0A124.8D106.2C100.65A142.8D120.0E105.8C110.6B109.8拉丁方設(shè)計(jì)資料的方差分析變異來源SSdfMSFP處理間317.018479.2540.5430.708個(gè)體間1463.7544365.9382.5060.098日期間160.554440.1380.2750.889殘差1752.2691266.298總變異3693.59424結(jié)論：五種防護(hù)服對脈搏的影響無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.708)。

為研究5富同劑量的甲狀腺提取液對豚鼠甲狀腺重的影響,考慮到鼠的種系和體重對觀測指標(biāo)可能有一定的影響,設(shè)計(jì)試驗(yàn)時(shí),最好將這２個(gè)重要的非處理因素一并安排。根據(jù)專業(yè)知識得知,這3個(gè)因素之間的交互作用可忽略不計(jì),請選用合適的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,并對所收集的定量資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。5富同劑量的甲狀腺提取液對豚鼠甲狀腺重的影響情況━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━