三种常用实验设计（第二次课）.ppt

医学统计学,北京师范大学资源药物与中药资源研究所 马传香,主要内容,常用的实验设计类型 实验设计中的常见错误与辨析,三种常用实验设计的 特点与适用场合,1.单因素K水平设计 2.析因设计 3.重复测量设计 4.非平衡的多因素组合实验,1.单因素K水平设计,（1）K=1，单组设计； （2）K=2，可分为： 配对设计：自身配对、同源配对、 条件相近者配对 成组设计 ； （3）单因素多水平（K3）设计,【例1.1】已知正常人乙酰胆碱脂酶的平均值为1.44单位，现测得13例慢性气管炎患者的乙酰胆碱脂酶分别为： 1.50，2.19，2.32，2.41，2.11，2.54，2.20，2.36，1.42，2.17，1.84，1.96，2.39 问：慢性气管炎患者与正常人的平均乙酰胆碱脂酶之间的差别有无显著性意义?,1.1 单组设计,每个定量指标只有一组观测值，欲作假设检验，必须给出理论均数或标准值；,单组设计的特点,仅考察某因素的一个特定水平，需要给出定量观测值的标准值或理论值，方可进行假设检验。,单组设计适用场合,【例1.2】某医院用中药治疗9例再生障碍性贫血患者，现将血红蛋白(g/L)变化的数据列在下面，问：治疗前后的差别是否具有显著性意义? 患 者 编 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 治疗前血红蛋白 68 65 55 75 50 70 76 65 72 治疗后血红蛋白 128 82 80 112 125 110 85 80 105,1.2 配对设计（K=2）,【例1.3】从八窝大白鼠中分别选出同性别、体重相近的两只，喂以水解蛋白和酪蛋白的饲料，四周后测定其体重增加情况，结果如下： 窝 编 号 1 2 3 4 5 6 7 8 含酪蛋白组 82 66 74 78 82 76 73 90 含水解蛋白组 15 28 29 28 24 38 21 37 问：两种饲料对大白鼠体重增加量之间的差别的影响有无显著性意义?,【例1.4】为研究三棱莪术液的抑瘤效果，将20只小白鼠按体重相近程度配成10对，然后把每对中的两只动物随机分到实验组和对照组中，两组动物都接种肿瘤，实验组在接种肿瘤三天后注射30的三棱莪术液0.5ml，对照组则不加任何处理，瘤体改变量资料如下： 小白鼠对子号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 对 照 组 3.6 4.5 4.2 4.4 3.7 5.6 7.0 4.1 5.0 4.6 注 射 药 液 组 3.0 2.3 2.4 1.1 4.0 3.7 2.7 1.9 2.6 1.3 问：两组瘤体大小的均值之间的差别是否有显著性意义?,数据成对出现，每对数据 测自同一个个体 （自身配对设计） 同一个来源的两个个体（同源配对设计） 条件相近的两个个体 （条件相近者配对设计）。配对的两个数据分别在处理因素的两个不同水平作用下测得，用其差值的大小，反映两种处理之间效应之差的大小。,配对设计的特点,配对设计适用场合,一个因素具有两个水平： （1）不处理与处理时，适合用自身 配对设计； （2）处理1与处理2 A：无创伤性处理，可用自身配对设 计，也可用另两种形式的配对设计； B:有创伤性处理，只用于后两种形式的 配对设计。,【例1.5】今测得12名正常人和15名病毒性肝炎患者血清转铁蛋白含量，结果如下： 正 常 人 265.4 271.5 284.6 291.3 254.8 275.9 281.7 268.6 264.1 273.2 270.8 260.5 病毒性肝炎患者 235.9 215.4 251.8 224.7 228.3 231.1 253.0 218.8 233.8 230.9 240.7 221.7 256.9 260.7 224.4 问：患者和健康人的转铁蛋白之间的差别是否有显著性意义?,1.3 成组设计（K=2）,实验中仅涉及到一个具有两水平的因素；获得受试对象的方法有两种： 其一，叫组内随机选取，即处理因素与受试对象的选取有直接关系。 其二，叫完全随机选取，即处理因素与受试对象的选取无直接关系。,成组设计的特点,成组设计适用场合,在原本可以用配对设计的场合下，若配对条件无法满足，则可改用成组设计。,【例1.6】研究3种单味中药对小鼠细胞免役功能的 影响，并设一个空白对照组，把40只小鼠随机分为4组，每组10只，雌雄各半，用药15天后，测定E-玫瑰结形成率（%），结果如下，若分析的目的是考察各组E-玫瑰结形成率（%）总体均数之间的差别有无统计意义，问此实验研究所对应的实验设计类型是什么？ 对照组： 14 10 12 16 13 14 12 10 13 9 党参组：21 24 18 17 22 19 18 23 20 18 黄芪组：24 20 22 18 17 21 18 22 19 23 淫羊藿组：35 27 33 29 31 40 35 30 28 36,1.4 单因素K水平设计（K3）,单因素K水平设计适用场合,实验因素有K个水平（K3）； （1）组内完全随机（因素与受试对象分组有直接联系）； （2）完全随机（因素与受试对象分组无直接联系）。 对其他重要非试验因素未加控制,2、 析因设计,概念：当实验中涉及K个实验因素时，若将这K个因素的水平全面组合，设组合数为M（即全部因素的水平数相乘），就说全部实验有M个不同的实验条件，在每个实验条件下至少做2次独立的重复实验，这样安排实验的方案即称K因素析因设计。,【例2.1】某医院用中药复方治疗高胆固醇血症，把12例高胆固醇患者随机分为四组，用不同疗法治疗。第一组用一般疗法，第二组在一般疗法上外加用甲药，第三组在一般疗法上外加用乙药，第四组在一般疗法上外加用甲药和乙药，一个月后观察胆固醇降低数(mg) 资料如下，问：甲、乙两药是否有降低胆固醇的作用?两药之间的无交互作用是否有显著性意义? 第1组 16，25，18 第2组 56，44，42 第3组 28，31，23 第4组 64，78，80,【例2.2】某医科大学病理生理学教研室研究三种因素“小鼠种别A、体重B和性别C”对皮下移植SRS瘤细胞生长特性影响的结果，A、B、C三因素各有两个水平。A分为A1：昆明种、A2：沪白1号；B分为B1：2425克，B2：1315克；C分为C1：雄性、C2：雌性。共选了24只小鼠，在接种后第8天测得肿瘤体积见表14.7.1，请问：这是一种什么设计类型?应当对此资料作怎样的分析?,表14.7.1 三因素影响下小鼠第8天肿瘤体积 因素 肿瘤体积 (cm3) C 因素A与B：A1(B1 B2) A2(B1 B2) C1 0.7069 1.0838 0.0628 0.4712 0.7854 0.9425 0.0942 0.0880 0.3581 0.3335 0.0471 0.1759 C2 0.0785 0.5027 0.0126 0.2246 0.1885 0.9550 0.0126 0.2513 0.3403 0.9215 0.0094 0.3676 0.2503 0.8514 0.0125 0.1327 ,析因设计的特点,1、因素之间的交互作用比较复杂且必须考虑； 2、各因素的水平全面组合形成实验条件，在每个实验条件下至少要做2次独立重复实验； 3、做实验时，每次都涉及到全部因素，即因素是同时施加的； 4、因素之间在专业上是地位平等的 。,优点：可以用来分析全部主效 应和因素之间的各级交 互作用效应的大小；,析因设计的优点和缺点,缺点：所需要的实验次数很 多，研究者常无法承 受。,析因设计适用场合,实验因素在24个之间； 每次实验时，各因素都将以某个水平的形式参与实验； 需要考察因素之间的复杂交互作用； 进行较大量的实验，在时间和费用上都是可以承受的。,此设计具有一个明显的特点，即在不同条件下，从同一个受试对象身上观测到K个数据（K2）。如果“不同条件”仅与一个因素有关，就叫做“具有一个重复测量的M因素设计”；如果“不同条件”与两个因素的水平组合有关，就叫做“具有两个重复测量的M因素设计”；这里，M指实验中所涉及到的全部实验因素的个数，包括与重复测量有关的实验因素。,3重复测量设计,【例3.1】将15只家兔随机地均分成3个组（处理因素A），即A1（适应组）、A2（平原组）、A3（急性缺氧组）。让全部家兔处于缺氧状态，对接受各种处理的每组家兔中的每一只，分别在缺氧的不同时间点（时间因素T，h）上观测血浆K+含量（ppm），即T1（缺氧前）、T2（缺氧0.5h）、T3（缺氧1h）、T4（缺氧2h）。设计格式和资料见表14.12.1，试判断此资料所取自的实验设计类型，并对资料作相应的统计分析。,表14.12.1 接受不同处理的家兔血浆中K+含量的测定结果 处理组 家兔 血浆中K+含量 （ppm） (因素A) 编号 缺氧时间T(h）： T1（0） T2（0.5） T3（1） T4（2） A1（适应组） 1 154.5 129.8 122.7 171.7 2 173.0 124.0 170.4 168.6 3 186.0 131.0 137.0 138.0 4 161.0 154.0 178.0 128.0 5 187.0 158.0 162.0 152.0 A2（平原组） 6 144.4 135.5 149.9 129.1 7 147.1 134.2 138.3 146.1 8 183.6 189.3 190.5 227.3 9 181.7 160.3 163.3 163.3 10 166.7 136.8 134.6 142.5 A3（急性缺 11 173.3 231.4 293.7 401.4 氧组） 12 155.1 199.6 191.8 203.4 13 177.9 153.6 158.7 240.3 14 158.2 146.7 135.2 228.7 15 180.4 170.8 226.2 267.7 ,【例3.2】某研究者为了探讨两种不同处理（因素A）和不同剂量（因素B）作用下不同时间点（因素T）上NFS-60细胞凋亡情况，将全部样品随机地均分为6个组，每组含3个样品。对各组中的每个样品在处理后5个不同时间点上观测200个细胞，数出凋亡细胞个数。因素A分为：即A1（单纯照射）、A2（照射+过钒酸钠(Perv)），各处理组的照射剂量(因素B，Gy)又分为0、3、10。设计格式和资料见表14.12.2，试判断此资料所取自的实验设计类型，并对资料作相应的统计分析。,表14.12.2 不同处理和不同剂量作用下不同时间点上NFS-60细胞凋亡情况 处理组 照射剂量 样品 200个细胞中凋亡细胞数 (因素A) (Gy) 编号 时间T(h）： T1(12) T2(24) T3(36) T4(48) T5(60) A1（照射） 0 1 3 7 7 10 17 2 5 3 5 7 18 3 5 6 8 14 14 3 1 4 7 10 20 33 2 3 4 14 22 37 3 3 5 9 19 31 10 1 6 18 38 83 101 2 4 16 42 91 120 3 5 18 45 92 117 A2（加Perv） 0 1 4 6 4 12 14 2 2 4 6 14 17 3 3 7 3 11 19 3 1 5 7 7 14 17 2 3 5 9 12 19 3 7 6 6 15 16 10 1 5 10 16 33 49 2 4 12 12 37 44 3 3 9 14 36 52 ,【例14.12.3】用贲门癌患者的标本制成液体，在三种不同处理条件下观测鸡胚背根神经节与鸡胚交感神经节中长出突起的神经节的比例。现有贲门癌患者10例，将每人的标本均分成三份，分别给予三种不同的处理（因素A），即A1（加入100ng/ml神经生长因子）、A2（加入200ng/ml神经生长因子）和A3（单用贲门癌培养液）；并对每种处理后的标本中的两种类型的神经节（因素B），即B1（背根神经节）与B2（交感神经节），观测长出突起的神经节的比例（Y）。设计格式和资料见表14.12.3，试判断此资料所取自的实验设计类型，并对资料作相应的统计分析。,表14.12.3 贲门癌患者的标本经三种处理后 两种神经节中长出突起的神经节的比例 病例号 Y（长出突起的神经节的比例） A1（B1 B2） A2（B1 B2） A3（B1 B2） 1 0.50 0.43 0.50 0.43 0.80 0.50 2 0.63 0.38 0.55 0.50 0.71 0.63 3 0.50 0.50 0.54 0.50 0.83 0.67 4 0.43 0.43 0.50 0.38 0.70 0.57 5 0.50 0.40 0.50 0.57 0.70 0.71 6 0.44 0.38 0.63 0.50 0.77 0.63 7 0.43 0.50 0.50 0.38 0.69 0.50 8 0.63 0.44 0.40 0.38 0.70 0.50 9 0.44 0.50 0.50 0.44 0.67 0.50 10 0.44 0.43 0.45 0.40 0.60 0.75 ,重复测量设计适用场合,通常用于受试对象接受某种处理后，观察与处理因素相对应的某些指标随时间推移的动态变化情况。,4、非平衡的多因素组合实验,判断的理由,实验分组：为了研究丹皮酚治疗湿疹的作用，某人取60只小鼠，体重2025g，分为6组，每组10