《常用医学实验设计》PPT课件.ppt

实验设计的基本要素,降压药,高血压病人,血压值,实验设计的基本原则,对照原则 principle of control 均衡原则 principle of homogeneity 随机原则 principle of randomization 重复原则 principle of replication,常用医学实验设计 Medical Experimental Design,梁海燕 新乡医学院公共卫生学院,（一）完全随机设计 （二）配对设计 （三）随机区组设计,常用实验设计方案,（四）拉丁方设计 （五）析因设计 （六）正交设计,一、完全随机设计(completely random design),完全随机设计将实验对象完全随机地分配到实验组与对照组（或多个处理组）中然后分别给予被试因素及对照物，对它们的效应进行同期平行观察，最后对实验结果进行成组统计分析。 完全随机设计亦称单因素设计，即只有1种处理因素，但可以有多个水平。,一、完全随机设计,受试对象,各组样本含量可以相等，也可以不等， 但相等时统计分析效率最高。,完全随机化分组方法,1.将受试对象依次编号; 2.用抽签法、随机数字表法、随机排列表法把受试对象随机分配到各处理组中去。,完全随机设计的随机分配方法,样本例数 20，使用随机排列表 样本例数 20，使用随机数字表,1. 将动物依次编号1，2，.18 2. 从随机数字表中从任一数字开始向任一方向查出18个随机数字，依次抄录于动物编号下面 3. 按预先规定，将随机数字为偶数者分入A组，为奇数者分入B组 4. 组间调整,方法一、随机数字表法分组,例1 试将性别相同、体重相近的18只实验动物等分到A、B两组。,用随机数字表进行分组,初步分配结果,组间调整：接着摘抄一个随机数字，96，除以10的余数为6，故把12号动物分至A组中。,最终分配结果,1. 将动物依次编号1，2，.30 2. 从随机数字表中从任一数字开始向任一方向查出30个随机数字，依次抄录于动物编号下面 3. 求出每个随机数字被3除后的余数 4. 按预先规定，将余数为0者分入A组，为1者分入B组，为2者分入C组。 5. 组间调整,方法一、随机数字表法分组,例2 试将性别相同、体重相近的30只实验动物等分到A、B、C三组。,方法二、随机数字表法分组,方法二、随机数字表法分组,初步分配结果,组间调整： 从随机数字表中接着查一随机数字，77，除以12，余5; ，则将A组中的第5只“11号”分至C组；,组间调整1,组间调整： 从随机数字表中接着查一随机数字，77，除以12，余5，则将A组中的第5只“11号”分至C组； 从随机数字表中接着查一随机数字，04，除以11，余4，则将A组中的第4只“10号”分至C组；,组间调整2,组间调整： 从随机数字表中接着查一随机数字，77，除以12，余5，则将A组中的第5只“11号”分至C组； 从随机数字表中接着查一随机数字，04，除以11，余4，则将A组中的第4只“10号”分至C组；,组间调整3,组间调整： 从随机数字表中接着查一随机数字，77，除以12，余5，则将A组中的第5只“11号”分至C组； 从随机数字表中接着查一随机数字，04，除以11，余4，则将A组中的第4只“10号”分至C组； 从随机数字表中接着查一随机数字，74，除以11，余8，则将B组中的第8只“20号”分至C组；,最终分配结果,各组接受何种处理也要随机化。,例1 试将性别相同、体重相近的18只实验动物等分到A、B两组。 1.将实验动物编号。 2.查随机排列表：随机指定第6行，舍去1819字，将017之间的数字依次录于动物号下。 3.预先规定，将随机数字为08者分入A组，917者分入B组。,编 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 随机数 组 别,方法二、随机排列表法分组,随机排列表法分组,最终分配结果,一、完全随机设计,优点： 简单易行。 实验中个别发生意外情况对实验结果影响不大。 缺点： 一次实验只能分析比较一个因素的实验效应。 没有控制混杂因素在各组的影响，实验效率较低。 要求样本含量相对较大,完全随机设计分析方法 (计量资料),两个处理组为小样本时，可以考虑两个样本均数比较的检验或秩和检验(Wilcoxon两样本比较法)。 两个处理组为大样本时,可以用两个样本均数比较的检验。 多个处理组时可以考虑单因素方差分析法或秩和检验(Kruskal Wallis法)。,例1 高黏综合征患者血沉较快，某医生采用完全随机设计观察A、B两个降黏药物对血沉（mm/1h）的影响，结果如下表，试做统计分析。,假设检验H0：A=B，H1：AB，=0.05,（1）治前两组可比性检验：n1=n2=10，采用成组t检验。 A药组：X1=38.7，SA=2.4 B药组：X2=40.1，SA=2.5 t =(X1-X2)/（s12+s22）/n=1.277 根据=18，查表t0.2(18)=1.330，t0.4(18)=0.862,0.2P0.4，故认为两组治疗前血沉是可比的。 （2）A药组治疗前后比较：n=10，采用配对t检验。 治疗后XA=30.3，SA=2.9，前后差值均数d=8.4，标准差s=2.2 T=12.074，查表得P0.01，故可认为A药治疗前后血沉显著降低。,（3）B药组治疗前后比较：n=10，采用配对t检验。 治疗后XB=23.9，SB=3.4，前后差值均数d=16.2，标准差s=3.4 T=15.067，查表得P0.01，故可认为B药治疗前后血沉显著降低。 （4）A、B两药疗效比较： n1=n2=10，对两组治疗前后差值均数采用成组t检验。 t=6.091，查表得P0.01，故可认为B药降低血沉的疗效显著优于A药的疗效。,例2 比较A、B两种药物对出血时间（分）的影响，结果是A药组（n=8）：4.5，6.4，7.0，7.6，7.8，8.5，8.6，8.9； B药组（n=10）：7.4，8.2，8.4，8.8，8.9，9.0，9.2，9.6，10.2，11.4。试问两组出血时间差异有无统计学意义？ （1）将两组数据混合由小至大编排秩次,（2）计算秩和： TA=1+2+3+5+6+9+10+12.5=48.5 TB=4+7+8+11+12.5+14+15+16+17+18=122.5 如果计算正确，TA+TB=(n1+n2)(n1+n2+1)/2 如此式不等，则计算有误。 TA+TB=48.5+122.5=171 (n1+n2)(n1+n2+1)/2=18*19/2=171 （3）判断：TA较小，P0.05，可以认为B药出血时间明显长于A药。,完全随机设计分析方法 (计数资料),当研究分为两组时，可以考虑两个样本率比较的u检验、2检验或Fishers精确概率法。 当研究分为多组且观察指标无序时，可采用2检验。 当研究分为多组且观察指标有序时，秩和检验(Kruskal Wallis法)或ridit分析。,例3 某医院以小剂量阿司匹林（160mg/d）预防血液透析并发血栓的形成，观察到49例服阿司匹林者，有14例发生血栓形成；25例服安慰剂者18例出现血栓形成，问两组差异是否具有统计学意义？,假设检验：H0：1=2，H1：12，=0.05 P1=14/49=0.286，P2=18/25=0.720 U=3.32 由于U2.58，P0.01，因此可以认为服用匹林能够降低血液透析并发血栓形成的发生率。,（一）完全随机设计 （二）配对设计 （三）随机区组设计,常用实验设计方案,（四）拉丁方设计 （五）析因设计 （六）正交设计,二、配对设计 （paired design）,配对设计指的是受试对象相同或基本齐同的实验设计，是将受试对象按某些特征或条件配成对子，然后分别把每对中的两个受试对象随机分配到实验组与对照组(或不同处理组)。,二、配对设计,受试对象配对的特征或条件，主要是指年龄、性别、体重、环境条件等非实验因素，不要以实验因素作为配对条件。 根据受试对象来源的不同，分为同源配对 (homogenetic matching)（包括前后配对和左右配对）和异源配对(hetero-genetic matching)两种。,同源配对 (homogenetic matching),又称同体配对(homobody matching),即试验和对照在同一受试个体身上进行观察的方法，分为4种类型： (1)同一受试对象处理前、后的数据； (2)同一受试对象两个部位的数据； (3)同一受试对象、同一样品用两种方法或仪器检测结果； (4)用同一方法或仪器检测同一受试对象不同标本的检测结果。,异源配对 (heterogenetic matching),将受试对象按照一定的条件（依专业知识确定），将条件相同的个体配成对子，然后在对子内部按照随机方法分配至实验组，最后对其结果以配对分析的统计方法加以处理。 例如： 取同窝别、同性别、体重近似的2只动物配对； 将病种、病型、病情及其它影响疗效的主要因素一致的病人配成对子；,二、配对设计,例3 将样本中20例受试对象按性别相同、年龄、工作性质相近者配成对子，共10对。用随机排列表将每对中的两个受试对象随机分配到甲、乙两个处理组中。,配对设计方法,1. 先将10对受试者编号，如第一对第1受试者编为1.1，第2受试者编为1.2，余仿此。 2. 再随机指定随机排列表第2行，舍去1019之间的数字，并规定单数取甲、乙顺序，双数取乙、甲顺序。,配对设计,分配结果,二、配对设计,优点： 提高组间均衡性和统计效率，减少抽样误差； 样本含量较小； 统计分析方法简单。 缺点： 设计复杂； 配对失败或配对欠佳时，会降低实验效率； 观察对象要经过挑选，易损失样本含量； 延长实验时间，对子间的条件易发生变化。,配对设计适用条件: a.保证实验个体与对照个体没有相互干扰。 b.自身配对试验适用于短期对比或急性实验。 c.对人进行异体配对，所控制的条件不可能是很严格的。一般只能根据2-3个因素配对。因此,每对的配对条件尽限2-3项，若对比其它因素时,还需要重新进行配对。,配对设计数据分析,效应指标为数值变量 参数检验：配对t 检验（差值 t 检验）； 非参数检验：Wilcoxon符号秩和检验； 效应指标为分类变量 配对四格表（22列联表）2 检验。,前后配对设计,例1 对血小板活化模型大鼠以ASA进行实验性治疗，以血浆11-DH TXB2（ng/L）为指标，其结果如下，试进行统计分析。,假设检验：H0：d=0，H10，=0.05 以前后差值进行基本统计得： n=10，d=40.5，s=39.1 代入公式t=d/(s/n)=3.275 =10-1=9 查t界值表得P0.05，故可认为使用ASA后血浆中11-DH TXB2明显降低。,前后配对设计,例2 某大夫以肾性高血压大鼠观察血管紧张素转化酶抑制剂BBNM对动脉血压（kpa）的影响，结果如下表，试以符号秩和检验判断其疗效如何。,假设检验：H0：Md=0，H1：Md0，=0.05,（1）将差数由小至大排出秩次并标出正负。,（2）计算T值：在正负秩次中，负数小者只有2个，其秩次之和为4，故T为4。 （3）判断：查符号秩和检验用T界值表，当n=10时，若按双侧检验T0.05=8，故P0.05，故可认为BBNM对大鼠肾性高血压具有明降降压作用。,配对设计与完全随机设计的比较,标准误的大小 配对设计的标准误Sd=(s12+s22)-2rs1s2/n 完全随机设计的标准误SX1-X2=(s12+s22)/n 配对实验标准误的大小取决于相关系数r的性质，只有当r为正值时，配对设计实验的Sd才有可能小于完全随机设计实验的SX1-X2。,例1 现有7对实验数据（事先为配对设计）,将7对数据进行相关分析得相关系数r=0.382，说明配对基本成功，故按配对t检验处理得t=2.676，P0.05。,例2 现有6对实验数据（事先为配对设计）,将6对数据进行相关分析得相关系数r=-0.603，表明配对不成功。本例如仍按配对t检验，则t=1.750，P0.05；但若按完全随机处理，成组t检验得t=2.240，P0.05。,配对设计与完全随机设计的比较,自由度 异体配对设计实验资料分析时的自由度只有完全随机设计的一半。自由度与t标准呈反比。自由度越大， t0.05与t0.01的标准越小。例如，当自由度为10时， t0.05（10）=2.228， t0.01（10）=3.169；当自由度1倍为20时， t0.05（20）=2.08