第八章实验设计.ppt

实验设计 医学研究若事先没有很好地进行安排 待研究结束后得到的数据可能并未反映客观实际规律 甚至相互矛盾 这时无论采取什么统计方法进行统计分析也往往无济于事 例如 某医师观察元参钩藤汤降血压的效果 对80名高血压病患者进行试验 患者连服半月汤剂后查体 平均血压下降了2 8KPa 如果就此认为元参钩藤汤有降压作用 显然是不能令人信服的 因为已知血压这一指标受心理因素等多种条件影响 缺乏对比药物的观察 很难推断下降的2 8KPa是由于该药的作用 第八章实验设计 研究设计包括专业设计与统计设计两个部分 其中统计设计主要是依据研究目的 从研究的现况出发 规定研究因素 选择效应指标 确定研究对象的引入方式 方法和规模 拟订实施的方法 以及数据收集 整理和分析的模式 直至结果的解释 通过合理的 系统的安排 达到控制系统误差 以消耗最少的人力 物力和时间 而获得可靠的结论 第八章实验设计 在医学研究中 根据观察者是否主动施加干预而分为实验研究与调查研究两类 实验研究是指研究者根据研究目的人为地对受试对象设置干预措施 控制非干预措施的影响 总结干预因素的效果 例如 观察哌库溴铵不同剂量的肌松效应 研究者选择了20例择期手术患者 随机分为两组 第一组注射0 05mg kg 第二组注射0 075mg kg 记录起效时间 由于受试对象条件一致 很好的控制了不同疾病对肌松效应的影响 然后分析实验结果 便能获得该药不同剂量的效果 第八章实验设计 实验研究的特点 研究者能够按照实验设计的目的及要求人为设置处理因素 受试对象可以通过随机化原则随机地接受某种处理因素或某种处理因素的不同水平 由于应用了随机化原则 使各比较组之间达到了较好的均衡性 因而 最大限度地减少了非处理因素对实验效应及结果的干扰和影响 由于实验研究具备这三个特点 就使得实验研究中各比较组之间具有较好的均衡性及可比性 大大减少了各种非处理因素或背景干扰因素对实验效应及结果的影响 可以更为有效地控制实验误差 提高了实验研究的效率及实验结果的可靠性 第八章实验设计 调查研究是指对特定对象群体进行调查 影响被调查者的因素是客观存在的 研究者只能被动地观察和如实记录 调查时的研究条件往往难以控制 一般只有通过合理分组 设置对照等手段尽可能地减少干扰 例如 研究某县高山 平原与丘陵3类地区儿童血红蛋白水平 已知血红蛋白与营养有一定关系 因此3个人群按经济收入 饮食习惯分层 确定各层样本含量进行随机抽样 以达到减少营养状况对调查结果干扰的目的 第八章实验设计 实验研究 实验设计调查研究 调查设计实验设计 experimentdesign 是指研究人员对实验因素作合理的 有效的安排 最大限度地减少实验误差 使实验研究达到高效 快速和经济的目的 实验设计是实验研究中最为重要和关键的第一步 必须给予高度重视 有些研究人员未能充分认识到这第一步的重要性 经常是先进行实验研究工作 其后才考虑实验设计问题 第八章实验设计 实验设计的基本构成 三个基本要素 三个基本原则 受试对象处理因素试验效应 随机化的原则对照的原则重复的原则 处理因素 受试对象和实验效应是实验设计的三个基本要素 它们贯穿于整个实验研究过程 例如 用两种药物治疗糖尿病病人 观察比较两组病人血糖 尿糖的下降情况 这里所用的药物为处理因素 糖尿病病人为受试对象 血糖值 尿糖值为实验效应 在实验设计阶段 研究人员应根据实验研究的目的 紧紧抓住这三个基本要素 并应通盘考虑如何去合理有效地安排这三个基本要素 只有这样 实验设计才会有明确的方向 第一节实验设计的基本要素 一 受试对象受试对象选择的合适与否 也是一项实验是否成功的关键 医学研究受试对象有人和动物和植物 也可以是某个器官 细胞和血清等生物材料 实验可以分为三类 动物实验 animalexperiment 其受试对象为动物 临床试验 clinicaltrial 其受试对象为患者 现场试验 fieldtrial 也称社区干预试验其受试对象为正常人群 第一节实验设计的基本要素 一般先做动物实验后再做人体观察 如新药疗效的观察一般是先做动物实验 初步观察其疗效和副作用后 再进一步在患者身上做临床试验 以确定其疗效和副作用 有些实验则可直接在人体进行观察 如生理 生化正常值的测定等 根据受试对象是动物还是人 选择受试对象应遵循以下基本原则 第一节实验设计的基本要素 在实验进行前必须对受试对象作严格的规定 以保证其同质性和代表性 受试对象应满足两个基本条件 一是对处理因素敏感 是指受试对象接受处理因素后 容易显示实验效应 二是反应必须稳定 指受试对象产生的实验效应仅在特定范围内波动 且波动相对较小 例如 研究某药物对高血压的治疗效果 宜选用 期高血压患者作为研究对象 同时选择受试对象应明确纳入标准和排除标准 动物的选择应注意其种类 品系 年龄 性别 体重 窝别和营养状况等 第一节实验设计的基本要素 正常人群选择应注意其性别 年龄 民族 职业 文化程度和经济状况等 病人选择应诊断明确 依从性好 还应注意性别 年龄 病情和病程等的基本一致 第一节实验设计的基本要素 二 处理因素 treatmentfactor 在实验过程中 影响实验结果的因素是多方面的 根据研究目的可分为处理因素和非处理因素二类 处理因素是指研究者通过统计研究设计有计划的安排实验 从而科学地考察其作用大小的因素 例如药物的种类 剂量 浓度 作用时间等 非处理因素 混杂因素 是指对评价处理因素作用有一定干扰 但研究者并不想通过实验考察其作用大小的因素 例如 病人的病情 病程等 第一节实验设计的基本要素 依照实验因素和水平的不同 可产生四类实验 单因素单水平 单因素多水平 多因素单水平 多因素多水平 选择处理因素应遵循以下基本原则 1 要抓住实验中的主要因素实验效应是多种因素作用的结果 由于研究目的不同 以及人力 物力和时间所限 研究者不可能通过一次或几次实验中把已知的所有因素都进行处理与分析 只能抓主要的因素 且因素的水平数不宜过多 第一节实验设计的基本要素 2 要分清处理因素和非处理因素例如 研究综合治疗糖尿病的效果 处理因素为药物治疗加饮食疗法 合理调配作息时间和其它辅助治疗措施也能缓解症状 有助于康复 但不是本次研究的处理因素 而是非处理因素 研究者应采取各种措施 尽可能使非处理因素在所比较的各组中基本相同 以便充分显示处理因素的作用 第一节实验设计的基本要素 3 处理因素必须标准化处理因素标准化就是如何保证处理因素在整个实验过程中始终如一 保持不变 如在进行药物疗效的试验观察中 在整个试验过程中 所使用药物的生产厂家 批号 药品标准等必须一致 所以 在实验设计时 必须制定处理因素标准化的具体措施和方法 第一节实验设计的基本要素 第一节实验设计的基本要素 三 实验效应实验效应是处理因素作用于受试对象的反应和结局 它通过观察指标 一般是通过某些观察指标 定量或定性地反映实验效应 1 选择观察指标的基本原则 1 客观性尽可能选择客观指标 避免一些笼统的 不确切的指标 有时 客观指标还具有判断的主观性问题 如X线胸片是客观的 但判断时存在主观性问题 所以 对于这种情况 须制定明确的判断标准 第一节实验设计的基本要素 2 精确性选用的指标应尽量精确 指标的精确性包括准确性和精确性 准确性是指所观察结果的真实程度 即观测值与真值的接近程度 属系统误差 精确性是指所观察结果的深度 即重复观测时 观测值与平均值的接近程度 属随机误差 实验效应指标既要准确又要精密 而首先是准确可靠 第一节实验设计的基本要素 3 灵敏性应尽量选择高灵敏性的指标 是指各种检测手段和方法能够检测出试验效应微小变化的能力 灵敏性越高 则检测出试验效应微小变化的能力越强 选择能够显著提高灵敏性的仪器对观察指标进行测量 但也要考虑实验经费问题 灵敏度高的仪器 往往费用昂贵 应根据实验经费 选择既相对廉价 灵敏度又高的测量方法 4 特异性为了更好地揭示研究问题的本质 观察指标还应具备一定的特异性 是指检测指标的排它性 是观察指标对某种特殊试验效应及结果的反映能力 如检测指标甲胎蛋白对确诊早期肝癌具有重要意义 第一节实验设计的基本要素 2 指标的观察对实验效应的观察应避免偏倚若实验效应的观察代有偏性 则会影响结果的比较和分析 在设计时常采用盲法 blindmethod 单盲法 受试对象不知道自己分在哪一组 双盲法 受试对象和实验执行者均不知道受试对象分在哪一组 三盲法 受试对象 实验执行者和统计分析人员三者均不知道受试对象分在哪一组 第二节实验设计的基本原则 实验设计的主要作用就是减少误差 提高效率 因此在设计中 应当严格遵守对照 随机 重复的基本原则 一 对照的原则1 设立对照组的意义在于使实验组和对照组内的非处理因素基本一致 即均衡可比 对照的意义还可以用以下符号表达 第二节实验设计的基本原则 实验效应e是与s混在一起的 实验设计的主要任务是如何使e能单独显示出来 设立对照 使实验中两组 或多组 的S均衡 即S1 S2 这样 实验组T的效应e就可以显示出来 T 处理因素 S1与S2 相同的非处理因素 Td T1与T2之差 e 实验效应 s1与s2是S1与S2的影响结果 ed T1与T2之差Td的效应 这样 通过对照就消除了非处理因素对实验效应的影响 2 对照的基本形式对照的形式有多种 可根据研究目的和内容加以选择 常用的有下列几种 1 安慰剂对照 placebocontrol 其外观与试验药物一致 它不含试验药物的有效成分 不能为受试对象所识别 目的 克服研究者 受试对象 评价者等由于心理因素所形成的偏倚 还可消除疾病自然进程的影响 分离出由于试验药物所引起的真正反应 从而直接度量试验药物和安慰剂之间的不同 第二节实验设计的基本原则 2 空白对照 blankcontrol 对照组不施加任何处理因素 例如 观察某种疫苗预防肾综合征出血热的效果 选择人口数量和构成 发病水平 地理环境 主要宿主鼠类基本相似的两个疫区 一个作为试验区 在人群中接种疫苗 另一个作为对照区 不施加任何干预措施 处理因素完全空白 这种对照只有在处理因素很强 非处理因素很弱的情况下才能使用 在临床试验中 一般不用空白对照 第二节实验设计的基本原则 第二节实验设计的基本原则 3 实验对照 experimentalcontrol 对照组不施加处理因素 但施加某种实验因素 如观察赖氨酸对儿童发育的影响 实验组儿童课间加食含赖氨酸的面包 对照组儿童课间加食不含赖氨酸的面包 处理因素是赖氨酸 非处理因素的面包量两组是相同的 4 标准对照 standardcontrol 不设立专门的对照组 而是用现有标准值或正常值做对照 在临床试验中常以某疗法为标准对照组 这种对照应注意标准组必须是代表当时水平的疗法 切不可用降低标准组的方法使实验效应提高 但实验研究一般不用标准对照 因为实验条件不一致 常常影响对比效果 第二节实验设计的基本原则 5 自身对照 selfcontrol 对照与实验在同一受试者身上进行 如用药前后作为对比 一般情况下还要求设立平行对照组 6 相互对照这种对照不设立对照组 而是两个或几个试验组相互对照 例如用莫雷西嗪治疗冠心病 高血压 心肌病和失调症引起的室性早搏时 设立冠心病组 高血压组 心肌病组和失调症组四个治疗组 相互比较它们的疗效 第二节实验设计的基本原则 7 历史对照 historicalcontrol 以本人过去的研究或他人研究结果与本次研究结果做对照 除了非处理因素影响较小的少数疾病外 一般不宜使用这种对照 用时要特别注意资料的可比性 第二节实验设计的基本原则 二 随机的原则1 随机的意义所谓随机 就是每一个受试对象都有同等的机会进入样本以及有同等的机会被分配到任何一个组中去 抽样以及分组的结果不受人为因素的干扰和影响 实验设计中必须贯彻随机化原则 因为在实验过程中许多非处理因素在设计时研究者并不完全知道 通过采用随机化的办法可以抵消这些干扰因素的影响 第二节实验设计的基本原则 1 抽样的随机 每个符合条件的受试对象被抽取的机会相等 即总体中每个个体都有相同机会被抽到样本中来 它保证所得样本均有代表性 2 分组的随机 每个受试对象被分配到各组的机会相等 它保证受试对象的其他状况在对比组间尽可能均衡 以提高组间的可比性 3 实验顺序的随机 每个受试对象先后接受处理的机会相等 它使实验顺序的影响也达到均衡 第二节实验设计的基本原则 2 随机化的方法 如最简单的是抽签或掷硬币 以及随机数 随机数字表和计算机的伪随机数发生器 常用的两种随机化方法 完全随机化和分层随机化 完全随机化 直接对受试对象进行随机化分组 但分组后各组受试对象的例数不一定相同 1 编号 2 取随机数 3 确定组别 两组可按随机数的奇偶 分K组可按随机数除以k后的余数进行分组 第二节实验设计的基本原则 例8 1试将同性别 体重相近的30只动物分到A B C三组 30只动物完全随机分组的结果 第二节实验设计的基本原则 分层随机化先对可能影响实验过程和结果的混杂因素进行分层 然后在每一层内进行完全随机化 即进行分层随机化 配对随机化和区组随机化可看成是分层随机化的实际应用 1 编号排序 体重 时间 2 取随机数每个受试对象可取两位数 3 确定组别每层受试对象获得的随机数的大小顺序决定受试对象在哪一组 第二节实验设计的基本原则 例8 2为比较四种抗癌药物 A B C D 的疗效 将小白鼠体重作为分层或区组因素 试分配处理 小白鼠区组随机化的结果 第二节实验设计的基本原则 三 重复原则所谓重复 就是实验要有足够的样本含量 重复是消除非处理因素影响的又一重要手段 重复是指在相同实验的条件下进行多次研究或多次观察 以提高实验的可靠性和科学性 1 整个实验的重复 反映实验的重现性 从而提高实验的可靠性 2 用多个受试对象进行重复 要有足够的样本含量 3 同一受试对象的重复观察 保证观察结果的精度 重复的主要作用是估计实验误差 另一作用是降低实验误差 第三节常用的实验设计方案 一 完全随机设计 completelyrandomizeddesign 是最为常用的考察单因素两水平或多水平的实验设计方法 包括平衡设计 各组样本含量相等 和非平衡设计 各组样本含量不等 优点 设计简单 易于实施 出现缺失数据时仍可进行统计分析 缺点 小样本时 可能均衡性较差 抽样误差大 第三节常用的实验设计方案 例8 3按完全随机设计方法将15名患者随机分为甲 乙 丙三组 先按患者的就诊顺序编号 再从随机数字表中任意指定某行某列 如从第6行29列开始 向右录入15个两位数的随机数字 并依次列于各患者编号之下 最后将随机数字从小到大编秩后得序号R 并规定R 1 5者为甲组 6 10者为乙组 11 15者为丙组 结果如下 注意 随机数字的位数不应小于n的位数 遇有相同的随机数字应舍去 如果设计上需要各组例数不相等时 可利用R调整各组例数 如 若要求例8 3中甲组8例 乙组4例 丙组3例时 可规定R 1 8者为甲组 9 12者为乙组 13 15者为丙组 第三节常用的实验设计方案 二 配对设计 paireddesign 是将受试对象按一定条件配成对子 分别给予每对中的两个受试对象以不同的处理 配对的条件是影响实验效应的主要非处理因素 在这些非处理因素中 动物主要有 种属 性别 年龄 体重 窝别等因素 人群主要有 种族 性别 年龄 体重 文化教育背景 生活背景 居住条件 劳动条件等 其中病人还应考虑疾病类型 病情严重程度 诊断标准等方面 配对设计的目的是降低 减弱或消除两个比较组的非处理因素的作用 第三节常用的实验设计方案 该设计的特点是 可以节约样本含量 增强组间均衡性 提高试验效率 减轻人力 物力和财力负担 在临床试验中 配对设计应用广泛 医学科研中常见的配对设计有下列几种类型 1 配对设计将两个条件相近的受试对象按1 1配成对子 然后对每对中的个体随机分组 再施加处理因素观察效应 2 自身对照设计临床上常见情况是 把病人治疗前与治疗后的检测指标值作为一对数据 若干个病人的检测值作为若干对数据 这种设计为配对设计中的一种 3 同一标本用两种方法检测采集的同一份标本或样品如果用两种方法进行检测 则得到一对数据 检测一批样品则得到若干对数据 此种设计也属于配对设计 第三节常用的实验设计方案 例8 4试将已配成10对的20名受试者随机分配到甲 乙两处理组 先将受试者编号 如第一对受试者编号为1 1 第二受试者编号为1 2 余仿此 再从随机排列表中随机指定某行 例如第6行 依次将0 9之间的随机数字录于受试者编号下 舍去10 19之间的数字 并规定随机数字为奇数时取甲乙顺序 偶数时取乙甲顺序 第三节常用的实验设计方案 结果 1 2 2 2 3 1 4 1 5 1 6 2 7 1 8 2 9 1 10 1号受试者被分配到甲组 1 1 2 1 3 2 4 2 5 2 6 1 7 2 8 1 9 2 10 2号受试者被分配到乙组 第三节常用的实验设计方案 三 交叉设计 cross overdesign 是在自身配对设计基础上发展起来的 该设计考虑了一个处理因素 A B两水平 两个与处理因素无交互作用的非处理因素 试验阶段和受试对象 对试验结果的影响 第三节常用的实验设计方案 设计 首先将条件相近的观察对象配对并依次编号 如1 1 1 2 2 1 2 2 3 1 3 2 或1 2 3 4 5 6 再用随机的方法将各对观察对象分配到A B两组 其中一个观察对象在第 阶段接受A处理 第 阶段接受B处理 另一个观察对象在第 阶段接受B处理 第 阶段接受A处理 因而要求观察对象的例数为偶数 由于A B两种处理在全部试验过程中 交叉 进行 故称为交叉试验设计 该设计中A B处理方式处于先后两个试验阶段的机会是均等的 因而平衡了试验顺序的影响 能把处理方法之间的差别与时间先后之间的差别分开来分析 第三节常用的实验设计方案 例13 18某研究者在针刺麻醉研究中 欲通过12只大白鼠研究A B两种参数电针刺激后痛域值上升情况 同时还考虑了个体差异与A B顺序对痛域值的影响 根据此研究目的 用何种实验设计方法为宜 并作分组设计 根据研究者的研究目的 该试验宜用交叉设计 其分组设计如下 第三节常用的实验设计方案 先将12只大白鼠按条件相近者配对并依次编号 1 1 1 2 2 1 2 2 3 1 3 2 或1 2 3 4 5 6 再任意指定随机数字表中的任一行 如第6行 并规定随机数字为奇数时 对子中的单号观察单位先用A后用B 双号观察单位先用B后用A 随机数字为偶数时 对子中的单号观察单位先用B后用A 双号观察单位先用A后用B 第三节常用的实验设计方案 优点 1 具备自身配对的全部优点 如减少个体差异对处理因素的影响 节省样本含量等 2 能控制时间因素 试验阶段 对处理方式的影响 因而优于自身对照设计 3 各试验对象皆接受了试验因素和对照 符合医德要求 第三节常用的实验设计方案 适用条件及应注意的问题 1 处理因素只有2水平 A B 且两个非处理因素 试验阶段 受试对象 与处理因素间无交互作用 2 试验要求两个阶段之间必须安排一定的间隔时间 以便消除前阶段治疗措施的残留效应 carry overeffect 保证两阶段的起始条件一致 间隔时间的长短决定于药物从体内的排除时间 washouttime 可参照药典或预试验中药物在血清中的衰减速度 决定其间隔时间 3 两次观察的时间不能过长 处理效应不能持续过久 4 适用于病情较稳定 病程可以分阶段 短期治疗可见疗效的疾病 5 为消除患者的心理作用或防止研究者的暗示 一般多采用盲法 第三节常用的实验设计方案 四 随机区组设计 randomizedblockdesign 随机区组设计亦称配伍组设计 是配对试验的扩大 该设计是将受试对象先按配比条件 如动物的性别 体重 病人的病情 性别 年龄等非实验因素 配成b个配伍组 每个配伍组有k个受试对象 再按随机化原则分别将各配伍组中的受试对象 分配到各个处理组 例 研究人员在进行科研时 要观察2个因素的作用 欲用20只动物分为五个区组和四个处理组 试进行设计及分组 设计及分组方法和步骤如下 1 该设计可采用随机区组设计方案 分析的两个因素的作用可分别列为区组因素和处理组因素 两因素服从正态分布 方差齐性且相互独立 2 取同一品系的动物20只 其中每一区组取同一窝出生的动物4只 五个区组即为五个不同窝别的动物 3 将每一区组的4只动物分别顺序编号为1 4号 5 8号 9 12号 13 16号 17 20号 4 查附表17随机排列表 任意指定5行 如第9至第13行 每行只随机取数1 4 其余数舍去 依次将随机数字记录于各配伍组的编号下 其随机数字即为该动物应分入的处理组 见下表 按随机区组设计要求对20只动物进行分组 20只动物的分组结果 第三节常用的实验设计方案 优点 该类设计是按配比条件将受试对象配成对子或配伍组 从而排除了诸多非处理因素对实验的影响 保证了各组间的可比性 减少了抽样误差 该类设计增加了区组信息 可以减少样本含量 提高统计效率 缺点 由于受配对或配伍条件的限制 有时难以将受试对象配成对子或配伍组 从而损失部分受试对象的信息 即使区组内有一个受试对象发生意外 也会使统计分析较麻烦 自身配对时 2种处理施加于受试对象的顺序效应会混杂在实验效应中 要避免这一情况 可采用交叉设计 第三节常用的实验设计方案 五 析因设计 factorialexperimentaldesign 是一种将两个或多个因素的各水平进行组合 对各种可能的组合都进行实验 从而探讨各实验因素的主效应 maineffect 还可检验两个或多个因素间是否存在交互作用 interaction 若因素间存在交互作用 表示各因素不是独立的 一个因素的水平发生变化 会影响其它因素的实验效应 反之 若因素间不存在交互作用 表示各因素是独立的 任一因素的水平发生变化 不会影响其它因素的实验效应 第三节常用的实验设计方案 该设计是通过各因素不同水平间的交叉分组进行组合的 因此 总的实验组数等于各因素水平数的乘积 例如 两个因素各有3个水平时 实验组数为32 9 四个因素各有2个水平时 实验组数为24 16 所以 应用析因实验设计时 分析的因素数和各因素的水平数不宜过多 一般因素数不超过4 水平数不超过3 k个实验因素 每个因素均有m个水平的析因设计常用符号mk表示 第三节常用的实验设计方案 2 2析因设计是指有两个因素 每个因素各有两个水平 共有4个组合 设A1代表A因素1水平 A2代表A因素2水平 设B1代表B因素1水平 B2代表B因素2水平 交叉组合后的2 2析因设计模型如下 2 2析因实验设计模型 第三节常用的实验设计方案 例13 20某医师欲研究A B两药是否有治疗缺铁性贫血的作用 以及两药间是否存在交互作用 用何试验设计可达到研究者的研究目的 并做出设计分组 第三节常用的实验设计方案 该研究的目的是既要分析A B两药是否有治疗缺铁性贫血的作用 又要分析两药间有无交互作用 可用析因实验设计 根据研究目的 设A B两药皆有 用 与 不用 两个水平 符合2 2析因实验设计 用A1 A2和B1 B2分别表示 用 与 不用 A药和B药 按2 2析因设计有4个实验组 分别为A1B1 A1B2 A2B1和A2B2 考虑到A2B2是空白对照组 应加 一般疗法 为保证各实验组的均衡性 其它组也应加 一般疗法 设计分组如下 第三节常用的实验设计方案 第一组 A1B1 A药 B药 一般疗法第二组 A1B2 A药 一般疗法第三组 A2B1 B药 一般疗法第四组 A2B2 一般疗法优点 是一种高效率的实验设计方法 不仅能够分析各因素内部不同水平间有无差别 还具有分析各种组合的交互作用的功能 缺点 与正交试验设计相比 属全面试验 因此 研究的因素数与水平数不宜过多 第三节常用的实验设计方案 六 正交试验设计 一 概念及特点正交试验设计 orthogonalexperimentaldesign 是一种高效的多因素试验的设计方法 它利用一套规格化的正交表 合理地安排实验 并对实验结果进行分析 获得有用的信息 正交设计的特点是 可分析三个及三个以上因素的作用及其交互作用 用最少的试验次数获得更多的信息 可用方差分析处理数据 但计算十分繁琐 第三节常用的实验设计方案 二 设计方法及步骤1 根据研究目的选择因素及其水平数 2 选择正交表正交表是已经制好的统计用表 专供正交实验设计使用 表格的类型表示符号为Ln tk 其中n表示一套试验所需受试对象的个数 t表示每个因素的水平数 k表示可分析的因素数 例如 L8 27 的意义为 一套试验需8个受试对象 每个因素有2个水平 最多可分析7个因素的作用及其交互作用 选择哪一种正交表取决于某项研究的因素数 各因素水平数及各因素间交互作用的项数 三 正交表应用实例分析 例 根据研究目的选择一个L4 23 正交表 并对该正交表及其特点作出分析 表10 11L4 23 正交表 1 分析该正交表L4 23 的意义为 每套试验选择4个受试对象 此处指表中试验号 最多可安排3个试验因素 用列号表示 每因素有2个水平 水平1和水平2由表中数字1和数字2表示 在1号试验中 第1 2 3列安排的3个因素均取水平1 第2号试验中 第1 2 3列的因素则分别取1 2 2水平 余类推 第三节常用的实验设计方案 2 该正交表的特点 1 每列中出现水平1和水平2的次数相等 2 对于任意两列的同一横行 由两个数字构成数据对 本例的数据对有 1 1 1 2 2 1 2 2 在整个正交表中 上述四个不同数据对出现的次数相等 例如 在第1 2列同一横行中 数据对 1 1 1 2 各出现一次 在第1 3列的同一横行中 这两个数据对又各出现一次 在第2 3列中 这两个数据对又再出现一次 这两个不同的数据对总共各出现3次 出现次数相等 其余二个数据对出现次数也相等 第三节常用的实验设计方案 拉丁方 Latinsquare 是指用r个拉丁字母排成r行r列的方阵 使每行每列中的每个字母都只出现一次 此方阵叫r阶拉丁方或r r拉丁方 拉丁方设计 Latinsquaredesign 是利用拉丁方来安排并观察分析三个处理因素试验效应的设计方法 拉丁方设计的基本要求是 必须是三个因素的试验 而且三个因素的水平数相等 三个因素相互独立 无交互作用 三个因素试验效应的测量指标服从正态分布且方差齐性 七 拉丁方设计 拉丁方设计的基本特点是 拉丁方设计分别用行间 列间和字母间表示三个因素及其不同水平 拉丁方方阵可以进行随机化 目的是打乱原字母排列的有序性 具体方法是 将整行的字母上下移动或将整列的字母左右移动 经多次移动即可以打乱字母的顺序性并达到字母排列的随机化 无论如何随机化 方阵中每行每列每个字母仍只出现一次 拉丁方设计均衡性强 试验效率高 节省样本含量 可用拉丁方设计的方差分析处理数据 但计算较为繁琐 例 将4 4拉丁方的有序字母随机化 见表10 9 表10 9中 第 1 栏的拉丁方字母有顺序 尚未随机化 第 2 栏 将第 1 栏的第1行与第3行交换位置 第 3 栏 将第 2 栏的第1列与第3列交换位置 还可以继续随机化 直到满意为止 表10 9拉丁方方阵的随机化 第四节样本含量的估计 一 样本含量估计的意义样本含量估计充分反映了 重复 的基本原则 过小过大都有其弊端 样本含量过小 所得指标不稳定 用以推断总体的精密度和准确度差 检验的功效低 应有的差别不能显示出来 难以获得正确的研究结果 结论也缺乏充分的依据 样本含量过大 会增加实际工作的困难 浪费人力 物力和时间 可能引入更多的混杂因素 从而影响数据的质量 第四节样本含量的估计 二 影响样本含量估计的因素实验所需的样本含量取决于以下4个因素 1 假设检验的第 类错误的概率 检验水准 取值越小 实验所需的样本含量n越大 2 假设检验的第 类错误的概率 取值越小 实验所需的样本含量n越大 另外 如果把第 类错误的概率定为 那么1 就是假设检验的检验效能 power 即处理组间实际上有差别 且假设检验结果能发现该差别的概率 通常检验效能取值为0 80 0 90 0 95或0 99 检验效能越大 实验所需的样本含量n越大 第四节样本含量的估计 3 容许误差 处理组间的差别 越小 实验所需的样本含量n越大 容许误差既可用绝对误差也可用相对误差 4 总体标准差 或总体概率 标准差 越大 实验所需的样本含量n越大 总体概率 越近于0 50 则所需样本含量愈多 三 样本含量估计的方法样本含量的估计方法有查表法和计算法两种 1 单样本均数检验或均数的配对检验 适用于双侧检验 也适用于交叉设计时的样本含量估计 第四节样本含量的估计 例8 3为了解高温作业工人的心率是否高于一般人群 某研究者随机抽取了10名高温作业工人做预试 测得其标准差S 6 2次 分 若高温作业工人的心率高于一般人群3 0次 分才有专业意义 问 0 05 0 10时 需要多大样本含量 第四节样本含量的估计 故需37位高温作业工人 才有90 的概率发现高温作业工人与一般人群3 0次 分的脉搏差异 2 两样本均数检验 第四节样本含量的估计 Q1和Q2为样本比例 Q1 n1 N Q2 n2 N N n1 n2n1 Q1N n2 Q2N Q1 Q2 1 若n1 n2 则Q1 Q2 0 5 例8 4某人为了比较黄芪与升血散对粒细胞减少症的疗效 据以往经验 黄芪可平均增加粒细胞1 109个 L 升血散可平均增加粒细胞2 109个 L 若 1 8 109个 L 取单侧0 05 检验功效为0 80 每组例数相等 问每组需要多少病例 若黄芪组样本含量占整个样本含量的60 则每组又各需多少病例 第四节样本含量的估计 n1 n2 N 2 80 2 40 即每组均需病例40例 n1 N 0 6 80 0 6 48 黄芪组需病例48例 n2 N 0 4 80 0 4 32 升血散组需病例32例 3 单样本频率检验 第四节样本含量的估计 例8 5用常规方法治疗过敏性鼻炎的有效率为85 现试验某一新药 预计有效率为95 若 0 05 单侧 0 10 问需多少病例 第四节样本含量的估计 4 配对两分类资料的 2检验 第四节样本含量的估计 例8 6拟比较甲 乙两种血清学方法对鼻咽癌患者的检出情况 初步估计甲法的阳性检出率为91 乙法的阳性检出率为75 两种方法一致的阳性检出率为73 请估计样本含量 第四节样本含量的估计 需要约58名鼻咽癌患者的血清 5 两样本频率检验 第四节样本含量的估计 例8 7比较两种药物治疗乙型肝炎后表面抗原HBSAg的阴转情况 预试中 甲药的阴转率为60 乙药的阴转率为75 若取 0 05 双 0 10 甲药组的样本的样本含量占55 乙药组占45 问两组各需多少乙型肝炎患者 第四节样本含量的估计 一 临床试验的定义及目的临床试验 Clinicaltrialdesign 是指在任何人体 病人或健康志愿者 中进行的试验药品 常为新药 的系统性研究 它是通过比较干预组和对照组的结果 证实或揭示试验用药品的作用 不