实验设计的理论与实践PPT课件

.,1,实验设计的理论与实践,作者：胡良平单位：军事医学科学院生物医学统计咨询中心,.,2,讲授提纲,第一部分：问题的提出第二部分：实验设计错误辨析,.,3,讲授提纲,第三部分：实验设计类型辨析第四部分：实战练习,.,4,第一部分,问题的提出,.,5,1、问题的提出,在进行实验研究之前，为什么要进行实验设计？仅从专业角度出发，设置多个对照及实验组将意味着什么？,.,6,事先进行设计的理由,这如同问：建造高楼大厦为什么要构筑牢固的地基一样！实验设计的质量是多因素多水平实验研究成败的关键！,.,7,仅有专业设计意味着什么？,在很多场合下所形成的多个组属于“非平衡的多因素组合实验”，而并非是一个完善的、科学的实验设计。其后果是：导致“对照不全”、组间均衡性差，结论不可信。,.,8,实例导引,来自生物医学实验研究的两个实例，其具体内容如下：,.,9,例1：买得起马、买不起鞍,为了考察阿仑膦酸防治牙槽骨吸收的效果，有人设计了如下的实验：取34个月龄的SD大鼠45只，将45只大鼠随机分入六个组，其中第一组至第五组均为8只大鼠，第六组为5只大鼠，各组含义如下：,.,10,组别形成各组实验的条件,1给大鼠去势、结扎、用药（n=8）2给大鼠结扎、用药（n=8）3给大鼠去势、结扎、不用药（n=8）4给大鼠结扎、不用药（n=8）5给大鼠去势、不用药（n=8）6空白对照（即假手术）组（n=5）,错在哪？,.,11,结构变形现原型,结扎与否去势与否用药与否：用不用结扎去势A组B组结扎不去势C组D组不结扎去势X1E组不结扎不去势X2F组由于原作者少设计了两个组，导致一个非平衡的多因素组合实验的出现，组间可比性差，无法进行合理的统计分析，故结论的可靠性差！,.,12,对例1的述评,例1是无数多因素实验研究的一个缩影，其所反映的问题的实质属于：（1）买得起马，买不起鞍；（2）迫着脑袋定方案，随心所欲高科研。,.,13,例1的启示之一,数学家和统计学家们辛辛苦苦研究出了许多高效的、科学的多因素实验设计方法，却很少被实际工作者所掌握，被合理运用的就更少了。,.,14,例1的启示之二,实验设计的理论和方法除了用于前瞻性实验研究的设计之外，更多地还应巧妙地应用于指导对数据的统计分析上。,.,15,第二部分,实验设计错误辨析,.,16,第二部分,实验设计在前瞻性实验研究中的作用、存在问题及其对策，以下简称实验设计错误辨析。,.,17,2、实验设计错误辨析,若拟考察的实验因素比较多，就需要运用某些多因素实验设计方法来安排实验，以便提高实验效率、合理地估计实验误差的大小、使各实验因素及其交互作用的效应能更真实地显露出来。,.,18,2、实验设计错误辨析,一般来说，在多因素实验设计中，应严格遵守实验设计的四个基本原则，即“随机、对照、重复、均衡”。,.,19,2、实验设计错误辨析,在实验研究中，还应注意选用合适的“实验设计类型”，如：交叉设计、拉丁方设计、析因设计、正交设计、重复测量设计、反应曲面设计、均匀设计等。,.,20,2、实验设计错误辨析,在前瞻性实验研究中，存在的问题有：（1）只有专业设计、缺乏统计研究设计；（2）在实验设计四个基本原则上考虑不周、甚至严重违反；（3）缺乏设计类型知识，盲目形成多个组，答非所问、理屈词穷。,.,21,2、实验设计错误辨析,在实验设计四个基本原则方面存在的问题及其对策,.,22,例1：论资排辈不可取,某研究者在论文中写道：自1996年11月至2000年3月，连续手术治疗合并重度肺动脉高压先心病患儿34例，男22、女12。患儿根据手术时间分为对照组（1998年8月前）和肺保护组（1998年8月-2000年3月）。观察血管内皮eNOS、支气管上皮iNOS、巨噬细胞iNOS(%)。,.,23,例2：动物不会提抗议，任人宰割实可悲！,某研究者为研究bFGF对肌成纤维细胞的作用及其对创面愈合的影响，利用大鼠30%深。烫伤模型。观察的指标有-平滑肌肌动蛋白等定量指标。,.,24,原作者设计的三个组如下：（1）正常对照组（将大鼠背部皮肤置于37水中8s），切取创面组织检测多项定量观测指标的数值；（2）单纯损伤组（造成30%TBSA深。烫伤），在伤后3h切取创面组织检测多项定量观测指标的数值；（3）在（2）的基础上，用bFGF治疗。在伤前、伤后3h、6h、1d、3d、7d、14d切取创面组织检测多项定量观测指标的数值。将第(3)组产生的7个小组数据分别与第(1)、（2）组比较，用t检验。问：这样的实验设计科学吗？,.,25,例3：独生子女一言九鼎,为了观察甲紫注入某物正常腮腺后组织病理变化情况,有人选择6个月龄、体重2025kg的中国实验用小型猪15只，雄性9只、雌性6只。每只动物任选一侧腮腺为实验侧，另一侧作为正常对照，以消除个体差异及增龄对实验结果的影响。,.,26,按注入药物后1周、2周、1个月、3个月及6个月将15只动物随机分为5组，每组3只（每个组的3只动物分别随机注入0.6ml、1.0ml及4.0ml1%甲紫溶液），然后观察组织病理变化情况，作出十分肯定的结论。,.,27,例4：鱼目混珠、滥竽充数,A组：pCIA-P股四头肌注射；B组：pCIA-P颌下腺周围区域皮下注射；C组：pCIA-P颊粘膜下注射；D组：pCI股四头肌注射；E组：生理盐水股四头肌注射。各组n=6只兔，2周后加强免疫一次。第63天处死动物，收集血清、唾液和颌骨标本，检测多项指标后分析。,.,28,基本情况梳理,实验涉及以下两个因素：其一，作用物不同。pCIA-P、pCI、生理盐水；其二，作用部位不同。“股四头肌”、“颌下腺周围区域皮下”、“颊粘膜下”。,.,29,错误的实质,组间“对照不全”，严重违背实验设计的“均衡原则”，后果：结论不可信！,.,30,2、实验设计错误辨析,在实验设计类型合理选用方面存在的问题及其对策,.,31,例5：单枪匹马斗群雄,分4批实验分别确定4个实验因素的所谓“最佳水平”。（1）摸索“培养基含水量”对产物的影响；（2）摸索“起始pH值”对产物的影响；（3）摸索“温度”对产物的影响；（2）摸索“光线”对产物的影响；,将四批实验的最好结果组合在一起，就一定是最优的实验条件吗？,.,32,对例5的述评,像例5那样安排多因素实验的研究项目不计其数，当实验因素之间不独立时，这种用多次单因素实验设计取代多因素实验设计的做法极易得出错误的结论，应考虑选用合适的多因素实验设计方法安排此实验为宜。,.,33,第三部分,实验设计类型辨析,.,34,第三部分,实验设计在统计分析中的作用、存在问题及其对策，以下简称实验设计类型的辨析。,.,35,3、实验设计类型的辨析,许多实际工作者常常单凭专业知识来设计实验，其具体表现是根据不同的实验条件形成多个实验组，然后，盲目套用t检验或单因素方差分析处理定量资料。,.,36,3、实验设计类型的辨析,产生前述现象的根本原因是实际工作者缺乏实验设计（尤其是实验设计类型）知识，多数情况下所形成的设计方案是错误的，即使设计碰巧正确时，选择统计分析方法时也十有八九会出错。因为他们不会将问题的原型正确地转变为统计学上的标准型。,.,37,3、实验设计类型的辨析,实验设计在定量资料的统计分析中起着“决定性的作用”。在未弄清定量资料所对应的实验设计类型之前，是不应该盲目套用各种假设检验方法的。,.,38,3、实验设计类型的辨析,典型案例精彩回放，揭示这方面存在的问题，并给出相应的对策。,.,39,3、实验设计类型的辨析,方法一：“对号入座”辨析法,.,40,例1：夏天穿棉袄反常！,某人在研究“准分子激光治疗性角膜切削术治疗角膜浅层病变的实验和临床研究”时，收集到表1资料，在资料表达上实属“异常”。,.,41,例1：续,.,42,该资料的正确表达格式,.,43,例2：下面的资料该选什么统计分析方法处理为宜？,某临床医生有如下的实验资料：给30名某病患者服用一种药物后测量其体内的放射性物质的含量，具体做法如下：每天在离每位患者不同距离处（5种距离）测量其体内的放射性物质的含量，连续共测了8天。观测指标是定量的。,.,44,例2续,分析该定量资料的关键在于正确判定其实验设计类型；这个实验设计类型叫做：具有两个重复测量的两因素设计，应选用相应设计定量资料的方差分析处理资料。,.,45,3、实验设计类型的辨析,方法二：“结构变形”辨析法,.,46,例1,问题虽然不复杂，却能难倒科学家！您若不信请尝试，吃一堑来长一智。,.,47,表1不同药物对小鼠迟发超敏反应的影响结果药物剂量鼠数耳肿重量P值(g/kg)（只）(mg)与对照比与Cy比对照-1021.22.7补肾药51022.33.50.05补肾药101018.83.10.05补肾药201016.52.40.01Cy0.0251011.21.5Cy+补肾药0.025+51014.32.90.01Cy+补肾药0.025+101018.63.60.01Cy+补肾药0.025+201019.23.40.01注：补肾药全称为补肾益寿胶囊,请问：如何正确分析此资料？,.,48,表2表1资料的第一种变形结果药物耳肿重量（mg）|种类药物剂量（g/kg）：00.02551020补肾药21.22.7.22.33.518.83.116.52.4Cy药21.22.711.21.5*注：各组均有10只小鼠，“.”表示补肾药未用的剂量，“*”表示Cy药未用的剂量,.,49,表3表1资料的第二种变形结果Cy药剂量耳肿重量（mg）|（g/kg）补肾药剂量（g/kg）:051020021.22.722.33.518.83.116.52.40.02511.21.514.32.918.63.619.23.4注：各组均有10只小鼠,.,50,例2,“组别”一词真厉害，它使“博导”成“驳倒”！,.,51,下表是问题的原型,用t检验处理下面的资料正确吗？,.,52,下表是问题的标准型,用t检验处理下面的资料正确吗？,.,53,对例2的述评,本例中“组别”代表的并不是“一个因素”，而是三个因素复合的结果！“组别”在实际工作者选用统计分析方法时起着严重的误导作用。,.,54,3、实验设计类型的辨析,方法三：“拆分组别”辨析法,.,55,例11：单腿“踢”向全世界,用多次t检验处理此资料合适吗？,.,56,第四部分,实战练习,.,57,实战练习总动员,光学不实践：恰似墙上芦苇，头重脚轻根底浅；更像山间竹笋，嘴尖皮厚腹中空。,.,58,问题1：错在哪？,某单位试图比较6种降压药（含安慰剂）对飞行员的降压效果，在一段时间内让他们每人随机地依次服6种药，每服一种药要重复观测7个数据，即从每位飞行员身上要观测42个数据，然后分析各药物的疗效。,.,59,问题2：用t检验处理下面的资料错在哪？,.,60,问题3：应选用什么统计分析方法处理下面的资料？,某研究者在研究“N-甲基-D-天冬氨酸及其非竞争性受体阻滞剂和钙离子对培养的鼠视网膜神经细胞的作用”时，做了一个较复杂的实验，其设计格式和资料如表1所示。,.,61,主要实验结果见下表,用t检验处理下面的资料正确吗？,.,62,对差错的辨析与释疑,该实验研究中涉及到3个实验因素：NMDA（N-甲基-D-天冬氨酸）用否；MK801（非竞争性受体阻滞剂）用否；Ca2+用否。,.,63,对差错的辨析与释疑,何设计？怎样分析？,.,64,问题4：设计错在哪？,某人设计了4个组，每组用20只小鼠，观察定量指标的数值。第1组:空白对照组第2组：单用A药组第3组：A、B药联合使用组第4组：第3组的空白对照组,.,65,问题4的正确分组,第1组:空白对照组第2组：单用A药组第3组：单用B药组第4组：A、B药联合使用组,这种安排在统计学上叫什么实验设计？,.,66,问题4的正确表达,-A药对应的分组结果-用否B药用否：不用使用-不用空白组B药组使用A药组(A+B)药组-,这叫做两因素析因设计,.,67,问题5：此设计错在哪？,研究目的：研究纳洛酮对吗啡依赖大鼠的催促戒断作用。研究者设置了如下的三组实验，观测多项定量指标的数值。盐水组；（吗啡+盐水）组；（吗啡+纳洛酮）组。,如何改进？,.,68,问题6：此设计错在哪？,为了考察两种材料种植体的效果，即bBMP（小牛新鲜四肢长骨皮质中提取）和DFDBA（即脱钙冻干皮质骨粒，来自健康狗四肢长骨骨干）。有人设计了如下的实验：,.,69,用健康成年杂种狗12只，将双侧2、3、4下颌前磨牙近中根拔牙创去骨，1.8mm直径钻预备种植窝，加深拔牙创23mm，立即植入长10mm、直径2mm纯钛螺旋状种植钉，种植体植入后其近中留有3mm3mm5mm骨缺损。,.,70,分别植入bBMP复合骨粒、脱钙冻干皮质骨粒及空白植入，伤口严密缝合。于术后2、4、8、12周分别各处死3只动物，4%多聚醛灌注内固定，由近远中向沿种植体长轴剖开标本，分别制作光镜和扫描电镜标本。问：此实验设计中犯了什么错误？,.,71,所涉及的全部实验因素,本实验涉及四个实验因素：1.种植体种类（bBMP、DFDBA、空白）2.