科研——6科研设计的常用方法(1)

1、第六章第六章 医学科研设计的常用方法医学科研设计的常用方法1、实验设计、实验设计 2、调查设计 处理因素处理因素 ( (treatmenttreatment，study factor) study factor) 研究研究对象对象( (subject) subject) 试验试验效应效应 (experimental effect) （实验因素（实验因素 ） 非处理因素，混杂因素非处理因素，混杂因素 (confounding factor) 实验单位实验单位 (experiment unit)、研究对象或研究单位、研究对象或研究单位 例：用某种降压药治疗高血压模型小鼠，观察其血压值的下例：用某种

2、降压药治疗高血压模型小鼠，观察其血压值的下降情况降情况科研科研设计的设计的基本要素基本要素科研科研设计的设计的基本原则基本原则 1 1、对照原则、对照原则 2 2、随机随机原则原则 3 3、重复重复原则原则 条件：条件：对等对等 、同步同步、专设专设(1)抽样抽样、分组随机分组随机(2)实验顺序的随机实验顺序的随机 (1)(1)结论的重复结论的重复 (2) 用多个实验对象进行重复用多个实验对象进行重复 (3) 同一实验对象的重复观察同一实验对象的重复观察4、盲法原则、盲法原则5、均衡原则、均衡原则1、完全随机设计、完全随机设计 2、配对设计配对设计 3、配伍配伍组设计组设计 4、交叉设计、交叉

3、设计 5、析因设计、析因设计 6、正交设计、正交设计 7、拉丁方设计拉丁方设计第第一一节节 完全随机设计完全随机设计（completely randomized design）一、一、概念概念与特点与特点又称又称单因素设计单因素设计, ,或或成组设计成组设计，将同质的将同质的受试对象受试对象随机地分随机地分配到各处理组中进行配到各处理组中进行同期平行同期平行观察观察, , 或从不同总体中随机抽或从不同总体中随机抽样进行对比研究样进行对比研究。（1）动物）动物 （2）人：健康人）人：健康人 、病人、病人1. 1. 概念概念2. 2. 特点特点优点：优点：1) 1) 适用面广适用面广（最适宜小样本

4、探索性研究）；（最适宜小样本探索性研究）； 2) 2) 简单易行；简单易行； 3 3）不受组数的限制）不受组数的限制； 4) 4) 各组的样本含量可以相等各组的样本含量可以相等, , 也可以不相等也可以不相等； 注意注意: : 在总样本量不变的情况下，各组样本量相同时设在总样本量不变的情况下，各组样本量相同时设计效率最高计效率最高 5 5）统计分析方法相对简单）统计分析方法相对简单。缺点：缺点：1）只能作单一因素的比较；）只能作单一因素的比较； 2）组间平衡性差，）组间平衡性差，实验误差偏大实验误差偏大 ； 3）效率较低。）效率较低。 第第一一节节 完全随机设计完全随机设计二、应用范围应用范围

5、 凡两组实验无法配对或多组实验无法配伍凡两组实验无法配对或多组实验无法配伍时，均可选用完全随机设计：时，均可选用完全随机设计： 临床科研中，这种设计主要适于非专科病室的临床科研中，这种设计主要适于非专科病室的对比研究对比研究 实验室研究中，这种设计主要用于大动物及珍实验室研究中，这种设计主要用于大动物及珍贵动物的比较实验贵动物的比较实验第第一一节节 完全随机设计完全随机设计三、三、 模式模式N为受试对象的总体；为受试对象的总体； Ne为纳入实验的受试对象为纳入实验的受试对象R为随机；为随机； I、II、K为分组；为分组； D为实验数据；为实验数据；C为对照；为对照； T为被试因素；为被试因素；

6、CI：D1I D2ITaN Ne RII：D1II D2IIK：D1K D2KTj 注：有些实验无法取得处理前数据，只有处理后数据第第一一节节 完全随机设计完全随机设计【例【例10-1】 取体重为取体重为18-22克健康小鼠克健康小鼠20只，随机分为四组，用巴只，随机分为四组，用巴豆油造成人工创面，分别用八宝丹、生肌散、凡士林纱条及生理豆油造成人工创面，分别用八宝丹、生肌散、凡士林纱条及生理盐水外敷用药盐水外敷用药10天，观察创面恢复情况并比较之。天，观察创面恢复情况并比较之。具体分组方法是具体分组方法是: 先将小鼠按体重编号先将小鼠按体重编号(120号号)，查随机排列表，查随机排列表（种子数

7、种子数从从25行第行第1列开始，具体方法见第列开始，具体方法见第5章），将动物编号与章），将动物编号与表中随机数字相对应，将数字表中随机数字相对应，将数字04编入八宝丹组，编入八宝丹组，59编为生肌散编为生肌散组，组，1014编为凡士林纱条组，编为凡士林纱条组，1519编入生理盐水组（表编入生理盐水组（表10-1）。）。例例10-210-2 试将试将1515只动物随机分配到甲、乙、只动物随机分配到甲、乙、丙三组（丙三组（其他教材方法其他教材方法）（最小的（最小的5 5个随机数对应的动物分为甲组，中间个随机数对应的动物分为甲组，中间5 5个随机个随机数对应的动物分为乙组，最大的数对应的动物分为乙

8、组，最大的5 5个随机数分为丙组。）个随机数分为丙组。）58 71 96 30 24 18 46 2358 71 96 30 24 18 46 2334 27 85 13 99 44 4934 27 85 13 99 44 49丙丙丙丙甲甲丙丙甲甲乙乙乙乙甲甲丙丙乙乙甲甲甲甲丙丙乙乙乙乙种子数：种子数：10行行1列开始列开始动物编号动物编号1 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 8随机数字随机数字组组 别别排排 序序 11 12 14 6 4 2 9 3 动物编号动物编号 9 10 11 12 13 14 15 9 10 11 12 13 14 15随机数字随机数字组组 别别

9、排排 序序7 5 13 1 15 8 10具体步骤：具体步骤：1）受试对象编号；）受试对象编号；2）设置种子数；）设置种子数；3）找随机数字；）找随机数字；4）随机数字排序；）随机数字排序；5）将随机数字对应的动物分至每一组。）将随机数字对应的动物分至每一组。第第一一节节 完全随机设计完全随机设计四、四、 样本含量估计与统计方法样本含量估计与统计方法 计量资料在组间样本含量相等时，每组样本含量计量资料在组间样本含量相等时，每组样本含量（n）的计算公式如下：）的计算公式如下： n=2(s/D)( ZZ) 2 (10-1) 式中式中s为标准差，为标准差，D为预定差数，为预定差数，Z与与Z分别为规定

10、分别为规定的的与与在正态分布曲线下面积的正在正态分布曲线下面积的正Z值与负值与负Z值，计值，计算时均算时均取绝对值取绝对值。第第一一节节 完全随机设计完全随机设计四、四、 样本含量估计与统计方法样本含量估计与统计方法 计数资料在计数资料在n1 =n2 条件下，每组样本含量的计算公式如下：条件下，每组样本含量的计算公式如下： n=(p1q1p2q2) ( ZZ)2/( p1p2)2 (10-2)n若多组共用一个对照组，则若多组共用一个对照组，则 共用对照组的样本含量（共用对照组的样本含量（nc）应当随处理组数扩大而增加，通常应是：应当随处理组数扩大而增加，通常应是：nK为处理组组数（不含对照组）

11、为处理组组数（不含对照组）第第一一节节 完全随机设计完全随机设计四、四、 样本含量估计与统计方法样本含量估计与统计方法统计分析方法依资料性质而异：统计分析方法依资料性质而异：1）计数资料（无序分类变量资料）用）计数资料（无序分类变量资料）用2或或u检验检验2）等级资料（）等级资料（有序分类变量资料）用秩和检验有序分类变量资料）用秩和检验3）计量资料两组比较用）计量资料两组比较用t 检验或秩和检验检验或秩和检验4）计量资料）计量资料多组用方差分析或多组用方差分析或秩和检验秩和检验第第一一节节 完全随机设计完全随机设计五、五、 注意事项注意事项 1. 尽量注意各组样本间的均衡性，缩小抽样误差尽量注

12、意各组样本间的均衡性，缩小抽样误差 可能条件下，先按非被试影响因素分层，而后在分可能条件下，先按非被试影响因素分层，而后在分层基础上随机分配样本，必要时前面层基础上随机分配样本，必要时前面 85%左右样本左右样本完全按随机分配，而后大约完全按随机分配，而后大约15%样本按非被试因素样本按非被试因素均匀分配，使均匀分配，使组间不平衡指数组间不平衡指数达到最小。达到最小。2. 尽量使每组间样本数相等或接近尽量使每组间样本数相等或接近在在N不变的条件下，不变的条件下，n1 =n 2设计效率较高，一般认为设计效率较高，一般认为可升高可升高10%15%。第第一一节节 完全随机设计完全随机设计五、五、 注

13、意事项注意事项 3. 根据科研目的，合理确定实验组数根据科研目的，合理确定实验组数 例如研究某种实体瘤切除后中药与化学疗法的效果：例如研究某种实体瘤切除后中药与化学疗法的效果： 若中药与化疗对该类型肿瘤的疗效尚未确定，则应设中若中药与化疗对该类型肿瘤的疗效尚未确定，则应设中药组、化疗组与空白组。药组、化疗组与空白组。 假使已知中药与化疗都有一定的疗效，研究目的仅仅是假使已知中药与化疗都有一定的疗效，研究目的仅仅是比较两者疗效的优劣，则设中药与化疗比较两者疗效的优劣，则设中药与化疗2组即可。组即可。 但若还需探索中药与化疗在疗效上是否有叠加或交互作但若还需探索中药与化疗在疗效上是否有叠加或交互作

14、用，则应设用，则应设4组，即空白组、中药组、化疗组和中药加化组，即空白组、中药组、化疗组和中药加化疗组，应按疗组，应按22析因设计进行分析。析因设计进行分析。第第一一节节 完全随机设计完全随机设计第二节第二节 配对设计配对设计（matched-pairs design） 一、一、概念概念与特点与特点 指先将条件相同（或相似）受试对象指先将条件相同（或相似）受试对象配成对子，而后按随机原则给予每对中的配成对子，而后按随机原则给予每对中的个体施以不同处理个体施以不同处理。 1.1.概念概念 2. 2. 特点特点优点：优点：1）最大限度地排除非处理因素的干扰，）最大限度地排除非处理因素的干扰， 减抽

15、样误差；减抽样误差； 2）处理组间有较好的齐同可比性；）处理组间有较好的齐同可比性； 3）试验效率高，所需样本含量较少。）试验效率高，所需样本含量较少。缺点缺点：1）配对条件不能过严、过多，否则难以配对；）配对条件不能过严、过多，否则难以配对； 2）有一定的局限性。有一定的局限性。第二节第二节 配对设计配对设计二、分类二、分类1）自身配对）自身配对 (同源配对同源配对 )2）异体配对）异体配对自身前后配对自身前后配对自身左右配对自身左右配对第二节第二节 配对设计配对设计（一）（一） 自身对照设计自身对照设计1. 自身前后对照设计自身前后对照设计 （1）定义定义：指观察同一个体在处理前后某些指标

16、：指观察同一个体在处理前后某些指标 变化的一种设计。变化的一种设计。（2）模式：）模式：第二节第二节 配对设计配对设计 例如，有人观察中草药降低例如，有人观察中草药降低SGPT的含量，用药一段时的含量，用药一段时间后，再测定该病人血清间后，再测定该病人血清SGPT的含量，进行前后对照的含量，进行前后对照比较。比较。 自身前后对照设计的样本含量（自身前后对照设计的样本含量（n）按下式进行估算：）按下式进行估算： n=(s/ d)(Z+Z)2 (10-4) 式中式中s为标准差，为标准差，d为预定的平均差数，为预定的平均差数，Z与与Z分别为规分别为规定的定的与与在正态分布曲线下面积的正在正态分布曲线

17、下面积的正Z值与负值与负Z值，计值，计算均取绝对值。算均取绝对值。（3）样本含量估算：）样本含量估算：第二节第二节 配对设计配对设计（4）注意事项：）注意事项：（一）（一） 自身对照设计自身对照设计 1. 自身前后对照设计自身前后对照设计 1 1）控制实验条件，保证处理前后其他条件）控制实验条件，保证处理前后其他条件 具有可比性，避免时间过长的实验；具有可比性，避免时间过长的实验；2 2）应设立平行对照观察（空白组或实验对）应设立平行对照观察（空白组或实验对 照组）；照组）；（5）应用：）应用： 主要应用于急性与短期的实验。主要应用于急性与短期的实验。第二节第二节 配对设计配对设计（一）自身对

18、照设计（一）自身对照设计 2. 自身左右对照设计自身左右对照设计 （1）定义定义： 指指2 2种不同处理分别施加于同一种不同处理分别施加于同一个体左右两部分的设计。个体左右两部分的设计。 （2）模式：）模式：NNe1/21/2左左C 右右TR左左T 右右C（一）（一） 自身对照设计自身对照设计 2. 自身左右对照设计自身左右对照设计 （3）特点：）特点：优点优点：可比性强可比性强缺点：所用的处理均必须是缺点：所用的处理均必须是局部性局部性的，而不能通过的，而不能通过 神经反射或体液途径引起全身反应。神经反射或体液途径引起全身反应。（4）应用：）应用： 只适用于局部作用因素的研究。如扩瞳药，局部

19、反只适用于局部作用因素的研究。如扩瞳药，局部反应药等。应药等。 （一）（一） 自身对照设计自身对照设计 2. 自身左右对照设计应用自身左右对照设计应用 用中药膏剂（以凡士林为调料）治疗家兔股骨骨髓炎。用中药膏剂（以凡士林为调料）治疗家兔股骨骨髓炎。在双后肢制造模型后，按随机原则分别在左、右病变部位在双后肢制造模型后，按随机原则分别在左、右病变部位涂上中药膏剂或凡士林，用药两周后观察两侧恢复情况，涂上中药膏剂或凡士林，用药两周后观察两侧恢复情况，比较两者对骨髓炎的治疗效果。比较两者对骨髓炎的治疗效果。 与前后配对设计相同。与前后配对设计相同。 （5）样本含量估计：）样本含量估计：第二节第二节 配

20、对设计配对设计1）一个体左右两个部位必须）一个体左右两个部位必须对称对称，病理条件应当相同。，病理条件应当相同。 2）必须保证被试因素的观察效应是）必须保证被试因素的观察效应是局部性局部性的，不致通的，不致通 过反射方式或体液途径影响对侧。过反射方式或体液途径影响对侧。 3）处理组和对照组的左右分配可用简单随机方法决定。）处理组和对照组的左右分配可用简单随机方法决定。 （一）（一） 自身对照设计自身对照设计 2. 自身左右对照设计自身左右对照设计 （6）注意事项）注意事项（7）统计分析：自身配对的实验结果用配对）统计分析：自身配对的实验结果用配对t检验检验第二节第二节 配对设计配对设计（二）（

21、二） 异体配对对照设计异体配对对照设计1. 定义定义 将受试对象按照一定的条件（依专业知识确定），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，将一个分配至实验组，另一个分配到对照组，最方法，将一个分配至实验组，另一个分配到对照组，最后对其结果以配对分析的统计方法加以处理。后对其结果以配对分析的统计方法加以处理。 第二节第二节 配对设计配对设计（二）异体配对对照设计（二）异体配对对照设计2. 特点特点 由于异体配对设计实验是同期平行进行，可以排除时间、由于异体配对设计实验是同期平行进行，可以排除

22、时间、大自然条件改变与医疗条件等因素对疗效的干扰，因此异体大自然条件改变与医疗条件等因素对疗效的干扰，因此异体配对试验配对试验结论的可靠性大结论的可靠性大于自身前后配对设计。于自身前后配对设计。1）急性实验）急性实验 2）慢性实验）慢性实验 3）较长期观察）较长期观察3. 应用应用第二节第二节 配对设计配对设计4. 模式模式二、二、 异体配对对照设计异体配对对照设计 【例【例10-2】 现有病情、病种与年龄相近的男病人现有病情、病种与年龄相近的男病人4对，对，女病人女病人4对，查随机数字表，从对，查随机数字表，从11行第行第1个数字开始自个数字开始自左向右，则随机分配如下（表左向右，则随机分配

23、如下（表10-2）：）：（二）异体配对对照设计（二）异体配对对照设计第二节第二节 配对设计配对设计（二）异体配对对照设计（二）异体配对对照设计 5. 注意事项注意事项 1 1）对子本身的齐同（）对子本身的齐同（齐同性要求齐同性要求P0.2 ）； 2 2）在慢性实验中或长期观察过程中应设法保持）在慢性实验中或长期观察过程中应设法保持 非被试因素的可比性。非被试因素的可比性。第二节第二节 配对设计配对设计（二）异体配对对照设计（二）异体配对对照设计 6. 统计处理统计处理 首先应将每组（首先应将每组（1）i进行前后配对进行前后配对t 检验；检验； 然后着重分析每个对子前后变化的差值，即将两组各对的

24、然后着重分析每个对子前后变化的差值，即将两组各对的（1 ） （1 ）i进行配对进行配对t 检验，若检验，若单纯比较单纯比较与与，这是不妥的。，这是不妥的。 第二节第二节 配对设计配对设计配对配对t 检验检验 【例【例10-310-3】 8 8对受试者，试将其随机分入甲乙对受试者，试将其随机分入甲乙两处理组。（两处理组。（其他教材方法其他教材方法）（单数甲乙，双数乙甲）（单数甲乙，双数乙甲）受试者号受试者号5.1 5.2 6.1 6.2 7.1 7.2 8.1 8.25.1 5.2 6.1 6.2 7.1 7.2 8.1 8.2随机数字随机数字05 69 30 1605 69 30 16乙乙甲甲

25、甲甲乙乙乙乙甲甲甲甲乙乙受试者号受试者号 1.1 1.2 2.1 2.2 3.1 3.2 4.1 4.21.1 1.2 2.1 2.2 3.1 3.2 4.1 4.2随机数字随机数字73 37 32 04 73 37 32 04 处处理理处处理理甲甲乙乙乙乙甲甲乙乙甲甲甲甲乙乙种子数：种子数：5行行6列开始列开始 编编 号号 5 6 7 8 编编 号号 1 2 3 4第三节第三节 配伍组配伍组设计设计(completely randomized block design) 又称又称随机区组设计，是配对设计的扩大，它是按照一随机区组设计，是配对设计的扩大，它是按照一定的条件，将几个条件相同的受试

26、对象划成一个配伍组或定的条件，将几个条件相同的受试对象划成一个配伍组或区组，而后在每个区组内部按随机原则，将每个受试对象区组，而后在每个区组内部按随机原则，将每个受试对象分配到各组，对每组分别予以不同处理，然后对其结果进分配到各组，对每组分别予以不同处理，然后对其结果进行分析行分析。区组化的目的区组化的目的：对一些已知的非处理因素进行控制对一些已知的非处理因素进行控制, ,以以 提高组间的均衡性提高组间的均衡性, ,减少实验误差。减少实验误差。 一、含义与特点一、含义与特点1. 含义含义【例【例10-410-4】 1616名高血压患者，按年龄分成名高血压患者，按年龄分成4 4个年龄段：个年龄段

27、：2525、3636、 4646、5656，每年龄段各，每年龄段各4 4人，欲观人，欲观察某降压药的降压效果，请将其分成四组进行试验。察某降压药的降压效果，请将其分成四组进行试验。【例【例 10-5】 现有来自现有来自 6 个不同窝别的雄性小鼠各个不同窝别的雄性小鼠各 5 只，共只，共 30 只。欲将只。欲将 30 只小鼠随机分配到只小鼠随机分配到 A，B，C，D，E 5 个处理组中去。要求每个处理组个处理组中去。要求每个处理组 6 只，只，且来自不同的窝别。且来自不同的窝别。 随机化区组随机化区组步骤：（参考书）步骤：（参考书）0）划分区组；）划分区组；1）每个区组编号；）每个区组编号；2）

28、每个区组中的小鼠编号；）每个区组中的小鼠编号；3）找随机数字（确定种子）找随机数字（确定种子数数第第1行第行第1个个开始，获开始，获取取30个随机数字）；个随机数字）；4）赋予每只小鼠随机数字；）赋予每只小鼠随机数字；5）每只小鼠分配给每个处）每只小鼠分配给每个处理组。理组。随机数字表找随随机数字表找随机数字机数字随机化区组随机化区组步骤：（参考书）步骤：（参考书）0）划分区组；）划分区组；1）每个区组编号；）每个区组编号；2）每个区组中的小鼠编号；）每个区组中的小鼠编号；3）找随机数字（确定种子）找随机数字（确定种子数数第第1行第行第1个个开始，获开始，获取取30个随机数字）；个随机数字）；

29、4）赋予每只小鼠随机数字；）赋予每只小鼠随机数字；5）每只小鼠分配给每个处）每只小鼠分配给每个处理组。理组。随机排列表找随随机排列表找随机数字机数字（1）按规定条件划分区组）按规定条件划分区组 若每个区组内含例数是处理组数（若每个区组内含例数是处理组数（K）的倍数，则应将条件）的倍数，则应将条件非常接近的受试对象按组数分为若干小区组。非常接近的受试对象按组数分为若干小区组。 （2）将每个区组受试对象统一编号）将每个区组受试对象统一编号（3）对每个区组（或小区组）进行随机分配）对每个区组（或小区组）进行随机分配 从随机数字表任意一行任意一项任意方向开始顺查随机数字从随机数字表任意一行任意一项任意

30、方向开始顺查随机数字表，每次顺查（表，每次顺查（K-1），余此类推。），余此类推。视其余数决定分组视其余数决定分组。例。例如四组实验，若第一个余数为如四组实验，若第一个余数为1，分在甲组；第二余数为，分在甲组；第二余数为2，由剩下的在该区组中居第二者为丙，分为丙组；第三个余数由剩下的在该区组中居第二者为丙，分为丙组；第三个余数仍为仍为2，则剩下的在该区组中居第二者为丁，分在丁组；第，则剩下的在该区组中居第二者为丁，分在丁组；第四个（未查随机数字）分在剩下的乙组。四个（未查随机数字）分在剩下的乙组。（4）将随机数字对应的对象分至每一组。）将随机数字对应的对象分至每一组。随机化区组步骤随机化区组步

31、骤：（：（教材步骤如下）教材步骤如下） 【例【例10-6】 设有设有27个胃溃疡患者，中医辩证分为脾胃虚寒、个胃溃疡患者，中医辩证分为脾胃虚寒、中气下陷与肝胃不和三型，现以三种方剂、（保和丸、六君中气下陷与肝胃不和三型，现以三种方剂、（保和丸、六君子汤、吴茱萸汤）比较疗效（即设三个处理组）。子汤、吴茱萸汤）比较疗效（即设三个处理组）。P85 将每个型划为一个区组，在每型中按病情与年龄将病人编号，将每个型划为一个区组，在每型中按病情与年龄将病人编号，然后把三个邻近的病人划为一个小区组，再查随机数字表进然后把三个邻近的病人划为一个小区组，再查随机数字表进行分组。行分组。 若从随机数字表第若从随机数

32、字表第21行第行第1个数目起自左向右进行每次取个数目起自左向右进行每次取2个个随机数，分别以随机数，分别以3（组数）、（组数）、2（组数）除之，而后视其余数（组数）除之，而后视其余数编组。编组。 如脾胃虚寒型第一个小区组第如脾胃虚寒型第一个小区组第1号病人的余数为号病人的余数为2，则分至乙，则分至乙组；第组；第2号病人的余数亦为号病人的余数亦为2，由于乙组已分，此时剩下的第，由于乙组已分，此时剩下的第二是丙组，故二是丙组，故2号分在丙组；该区组内第号分在丙组；该区组内第3号病人则必分在甲号病人则必分在甲组。余此类推（见表组。余此类推（见表10-3）。）。【例【例10-6】 分配结果分配结果第三

33、节第三节 配伍组配伍组设计设计2. 特点特点优点：优点： 1）每个配伍组内的受试对象有较好的同质性每个配伍组内的受试对象有较好的同质性 （齐同），更易获得不同处理间的差别（齐同），更易获得不同处理间的差别 2）均衡性好，误差减低）均衡性好，误差减低 3）效率较高，可分析处理组间和配伍组间两）效率较高，可分析处理组间和配伍组间两 因素的影响因素的影响 4）统计分析较简单）统计分析较简单第三节第三节 配伍组配伍组设计设计(completely randomized block design) 一、含义与特点一、含义与特点2. 特点特点缺点：缺点： 1）不能分析交互作用；）不能分析交互作用； 2）如

34、果某一区组内的受试对象发生意外，）如果某一区组内的受试对象发生意外， 则只好放弃整个区组或采用缺项；则只好放弃整个区组或采用缺项； 3）分组较繁。分组较繁。第三节第三节 配伍组配伍组设计设计(completely randomized block design) 一、含义与特点一、含义与特点二、二、 应用范围应用范围n凡实验目的是回答凡实验目的是回答两种因素两种因素（被试因素、配伍组因素）（被试因素、配伍组因素）各自的差异各自的差异有无统计学意义的情况，不管是两个或多个有无统计学意义的情况，不管是两个或多个处理组，均可采用配伍组设计处理组，均可采用配伍组设计 n如研究老年性病症的治疗，除比较不

35、同如研究老年性病症的治疗，除比较不同药物疗效药物疗效，还需观察，还需观察不同不同年龄段年龄段对效应的影响，就应采用配伍组设计对效应的影响，就应采用配伍组设计 n如中西医结合研究如中西医结合研究不同方剂不同方剂对乙型肝炎的对乙型肝炎的不同证型不同证型的疗效，的疗效，可以将不同方剂作为第一因素，不同证型作为第二因素。可以将不同方剂作为第一因素，不同证型作为第二因素。第三节第三节 配伍组配伍组设计设计第三节第三节 配伍组配伍组设计设计三、三、 模式模式n若以若以N代表总体，代表总体，Ne代表纳入的受试对象，代表纳入的受试对象，B代表划分代表划分区组，区组，R代表在区组内随机，代表在区组内随机，I，I

36、I，K为处理组，为处理组，D为反应数据，则配伍组设计模式为：为反应数据，则配伍组设计模式为：I：D1I D2IT1N Ne B RII：D1II D2IICK：D1K D2KTK 四、四、 样本含量估计与统计分析样本含量估计与统计分析 n=2(MSe/D2)(QZ) 2 (10-5) 式中式中n为每组所需样本数，为每组所需样本数，Mse为误差的均方，为误差的均方，D为组间为组间差值，差值，Z意义同前，意义同前，Q值指两组均数在值指两组均数在P=0.05时应为标准时应为标准误的倍数；详细计算方法见第误的倍数；详细计算方法见第5章。章。 统计分析方法：一般选用统计分析方法：一般选用方差分析方差分析

37、（秩和检验）（秩和检验）第三节第三节 配伍组配伍组设计设计【例【例10-7】 为控制年龄因素对治愈某病所需时间的影响，为控制年龄因素对治愈某病所需时间的影响，采用配伍组设计，选定采用配伍组设计，选定5个年龄区组个年龄区组(配伍组配伍组)，每组，每组3个病个病人，随机分配到人，随机分配到3个治疗组，治愈所需天数如表个治疗组，治愈所需天数如表10-4，分析，分析三种疗法治愈该病所需时间是否相等。三种疗法治愈该病所需时间是否相等。配伍组设计资料配伍组设计资料五、五、 注意事项注意事项 配伍组设计，第一因素应当安排主要因素，第二因素相对配伍组设计，第一因素应当安排主要因素，第二因素相对次要。次要。 正

38、确规定划分区组的条件。总的原则：将对实验结果有明正确规定划分区组的条件。总的原则：将对实验结果有明显影响的非处理因素列为划分区组的条件，要求显影响的非处理因素列为划分区组的条件，要求区组间差区组间差异越大越好，区组内差异越小越好异越大越好，区组内差异越小越好。第三节第三节 配伍组配伍组设计设计n若每一区组为一受试对象，处理之间应有足够的间隔期。若每一区组为一受试对象，处理之间应有足够的间隔期。n由于配伍较配对要求条件相同的样本含量为多，并不是任由于配伍较配对要求条件相同的样本含量为多，并不是任何情况下都可以做到的。何情况下都可以做到的。n在实验中主要用于小动物实验在实验中主要用于小动物实验n临

39、床上主要用于专科医疗单位临床上主要用于专科医疗单位六、应用六、应用第三节第三节 配伍组配伍组设计设计一、一、 含义与特点含义与特点 1. 含义含义 又称又称交叉配对设计交叉配对设计，指样本分配按异体配对方式，指样本分配按异体配对方式，但但2种处理先后交叉进行观察，即在前一处理作用完种处理先后交叉进行观察，即在前一处理作用完全消失之后接受另一处理，最后对两种处理的效应全消失之后接受另一处理，最后对两种处理的效应进行比较分析进行比较分析。 第四节第四节 交叉设计交叉设计（cross-over design）优点：优点：1 1）兼有异体与自身配对的优点兼有异体与自身配对的优点，又平衡了实验顺序对又平

40、衡了实验顺序对 结果的影响结果的影响； 2 2）能控制时间因素及个体差异对处理因素的影响；能控制时间因素及个体差异对处理因素的影响； 3 3）节约样本数节约样本数； 4 4）实验效率较高：实验效率较高：该设该设计用方差分析，计用方差分析，可得到处理可得到处理 间、阶段间、个体间的信息间、阶段间、个体间的信息; ; 5）每个实验对象同时接受两种处理）每个实验对象同时接受两种处理(如药物和安慰如药物和安慰 剂剂)， 从医德角度均等地考虑了每一个患者的利益。从医德角度均等地考虑了每一个患者的利益。缺点：缺点：要求受试者在两种处理前后的其他条件应保持一致要求受试者在两种处理前后的其他条件应保持一致，

41、这使该设计的应用受到一定限制这使该设计的应用受到一定限制。一、一、 含义与特点含义与特点 2. 特点特点 两阶段交叉设计两阶段交叉设计：三因素方差分析，变异三因素方差分析，变异处理间、阶处理间、阶段间、个体间与误差。段间、个体间与误差。 【例【例10-8】某中药（某中药（A）与胃泌素（）与胃泌素（B）对巴氏小胃盐酸）对巴氏小胃盐酸分泌量（分泌量（mol/h）的影响，用）的影响，用12只小狗进行交叉设计，只小狗进行交叉设计，清洗期为两天，试验结果见表清洗期为两天，试验结果见表5-6： 表表10-6 12只小狗交叉设计试验巴氏小胃盐酸分泌量只小狗交叉设计试验巴氏小胃盐酸分泌量(mol/h)二、二、

42、 应用范围应用范围 主要用于主要用于样品来源较少样品来源较少且受试对象状态比较恒定的且受试对象状态比较恒定的情况。情况。 临床上适用于目前尚无特殊治疗而病情稳定的临床上适用于目前尚无特殊治疗而病情稳定的慢性慢性病病患者的对症治疗效果观察。患者的对症治疗效果观察。 实验室研究中，这种设计适用于实验室研究中，这种设计适用于离体器官离体器官的研究。的研究。 第四节第四节 交叉设计交叉设计（cross-over design）三、三、 模式与流程模式与流程1.模式模式 以以N代表总体，代表总体，Ne代表纳入的受试对象，代表纳入的受试对象，P代表配成对子，代表配成对子，R代表随机，代表随机，I、II代表

43、两组，代表两组，D代表指标数据，代表指标数据，A、B代表代表两个处理，两个处理，G代表间歇期，则交叉设计基本模式是：代表间歇期，则交叉设计基本模式是：第四节第四节 交叉设计交叉设计I：D1I D2I G D3I D4IABN Ne P RII：D1II D2II G D3II D4IIBA2. 2. 交叉试验的流程交叉试验的流程（两处理，两组对象）（两处理，两组对象） 准备期准备期准备期准备期洗脱期洗脱期洗脱期洗脱期时期时期1处理处理A时期时期1处理处理B时期时期2处理处理B时期时期2处理处理A试验对象经过一段时试验对象经过一段时间不加任何处理（停间不加任何处理（停药期）的观察，确认药期）的观

44、察，确认已进入自然状态，可已进入自然状态，可以进行试验以进行试验 按事先设计好的试验顺按事先设计好的试验顺序序, ,依次在各个试验时依次在各个试验时期施加相应的处理。期施加相应的处理。 经过第一阶段的治疗后，停药一段时间，经过第一阶段的治疗后，停药一段时间，确认前一阶段的处理效应已经消失，试确认前一阶段的处理效应已经消失，试验对象又回到自然状态验对象又回到自然状态 交叉对照试验交叉对照试验(Crossover design)A药药A药药B药药B药药6W6W洗脱期洗脱期V0V6V8V14洗脱期（洗脱期（Washout period） 在前后两个治疗阶段之间，需要根据前一阶段所用药在前后两个治疗阶

45、段之间，需要根据前一阶段所用药物的半衰期物的半衰期6-8倍的时间停止给药，然后开始第二阶倍的时间停止给药，然后开始第二阶段的治疗段的治疗 目的：使第一阶段的作用不致于影响第二阶段目的：使第一阶段的作用不致于影响第二阶段 n他汀类药物他汀类药物 n氯沙坦（氯沙坦钾氯沙坦（氯沙坦钾,氯沙坦氯沙坦, 芦沙坦芦沙坦, 洛沙坦）洛沙坦）n他达拉非他达拉非n孟鲁斯特孟鲁斯特n双氯芬酸钠双氯芬酸钠交叉设计的形式：交叉设计的形式： 简单交叉简单交叉 组间随机交叉组间随机交叉 二次随机交叉设计二次随机交叉设计 配对拉丁方交叉配对拉丁方交叉 【例【例10-910-9】 现有现有8 8对对(16(16例例) )患者

46、，试用交患者，试用交叉设计方法进行叉设计方法进行A A、B B两种处理方式的随机分配。两种处理方式的随机分配。（单数（单数1A2B, 1A2B, 双数双数1B2A1B2A）具体分组具体分组5行第1个数 【例【例10-10】 某医院观察中药某医院观察中药“慢肾宝慢肾宝”与与“六味六味地黄丸地黄丸”对肾阴阳两虚的的慢性肾炎的疗效。对肾阴阳两虚的的慢性肾炎的疗效。 选择选择20例符合受试对象要求的肾阴两虚的病人，按例符合受试对象要求的肾阴两虚的病人，按病种、病情、年龄、性别配对，在对子内随机将病病种、病情、年龄、性别配对，在对子内随机将病人分为两组。人分为两组。 然后再按随机原则决定甲组然后再按随机

47、原则决定甲组10例先例先A后后B，而乙组，而乙组10例先例先B后后A。由于两药的半衰期约为。由于两药的半衰期约为1624小时，小时，故两种药使用间隔期为七天。故两种药使用间隔期为七天。第四节第四节 交叉设计交叉设计（cross-over design） 样本含量估计与异体配对设计相同，但实际样本含量估计与异体配对设计相同，但实际上可略少一些上可略少一些 统计分析一般采用秩和检验。对条件符合方统计分析一般采用秩和检验。对条件符合方差分析者应用方差分析，其效率更高。差分析者应用方差分析，其效率更高。第四节第四节 交叉设计交叉设计（cross-over design）四、样本含量估计与统计分析四、样

48、本含量估计与统计分析五、五、 注意事项注意事项 样本含量必须为偶数样本含量必须为偶数。 进行交叉设计实验的两个被试因素必须没有蓄积作用与交进行交叉设计实验的两个被试因素必须没有蓄积作用与交互效应。互效应。 为删除两个因素效应彼此的相互影响，在两个处理之间应为删除两个因素效应彼此的相互影响，在两个处理之间应有足够的间歇期。一般认为间歇期应大于有足够的间歇期。一般认为间歇期应大于68个半衰期。个半衰期。第四节第四节 交叉设计交叉设计（cross-over design）不宜用于具有自愈倾向或病程短的病症研究。不宜用于具有自愈倾向或病程短的病症研究。六、应用六、应用一、一、含义含义 指的是将两个或多

49、个因素的各个水平进行排列指的是将两个或多个因素的各个水平进行排列组合，交叉分组进行实验，故又称组合，交叉分组进行实验，故又称交叉组设计交叉组设计。 第五节第五节 析因设计析因设计（factorial design）可以获得三个重要信息：可以获得三个重要信息： q各因素不同水平的效应大小；各因素不同水平的效应大小； q各因素间交互作用；各因素间交互作用； q通过比较各种组合，找出通过比较各种组合，找出最佳组合最佳组合。 常用的常用的22析因设计就是析因设计就是选择两个最重要因素（甲、选择两个最重要因素（甲、乙），各安排两个水平进乙），各安排两个水平进行实验，实际上就是行实验，实际上就是4个个不同

50、搭配的组，其安排如不同搭配的组，其安排如下：下：第五节第五节 析因设计析因设计（factorial design）二、安排及步骤二、安排及步骤 首先确定处理因素的个数及每个处理因素的首先确定处理因素的个数及每个处理因素的水平，按交叉分组的原则将各因素各水平全水平，按交叉分组的原则将各因素各水平全部交叉组合，组合数即试验组数；部交叉组合，组合数即试验组数； 然后用随机的原则将受试对象分组，分别施然后用随机的原则将受试对象分组，分别施加各组合的处理因素。加各组合的处理因素。第五节第五节 析因设计析因设计（factorial design）二、安排及步骤二、安排及步骤 【例【例10-12】观察中药观

51、察中药补阳还五汤与肿瘤坏补阳还五汤与肿瘤坏死因子对体外培养的死因子对体外培养的血管内皮细胞凋亡的血管内皮细胞凋亡的影响及两者有无交互影响及两者有无交互作用，即可采用作用，即可采用22析因设计。如表析因设计。如表10-4所示：所示：本例经交叉分组后，可分成：本例经交叉分组后，可分成：A组：补阳还五汤组：补阳还五汤+肿瘤坏死因子；肿瘤坏死因子；B组：补阳还五汤组：补阳还五汤C组：肿瘤坏死因子；组：肿瘤坏死因子； D组：空白对照组组：空白对照组第五节第五节 析因设计析因设计（factorial design） 以以N代表总体，代表总体，Ne代表纳入受试对象的样本，代表纳入受试对象的样本，R为随机，为

52、随机，I、II、III、IV为四组，为四组，D为实验数据，为实验数据，A、B为两因素，为两因素，则则22析因设计的模式即是：析因设计的模式即是：其它析因设计模式依此类推。数据统计处理选用其它析因设计模式依此类推。数据统计处理选用方差分析方差分析。第五节第五节 析因设计析因设计三、三、 模式模式：D1 D2A1 B1N Ne R：D1 D2A1 B2：D1 D2A2 B1：D1 D2A2 B2 【例【例10-13】 某医生欲研究某医生欲研究A、B两药两药是否有治疗缺铁性贫血的作用，以及两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？药间是否存在交互作用？A的主效应的主效应A的单独效应的

53、单独效应B的单独效应的单独效应B的主效应的主效应单独效应单独效应(simple effect)：指其它因素的水平固定时，同一因素不同水平间的差：指其它因素的水平固定时，同一因素不同水平间的差别别主效应主效应(main effect)：某一因素各水平间的平均差别：某一因素各水平间的平均差别交互作用交互作用(interaction)：当某一因素的各个单独效应随另一因素的不同水平变化：当某一因素的各个单独效应随另一因素的不同水平变化而变化时，则称这两个因素间存在交互作用而变化时，则称这两个因素间存在交互作用 1. 在侧重了解两个因素的主次与交互作用时，应注意在侧重了解两个因素的主次与交互作用时，应注

54、意设立设立“空白空白”对照组，没有空白对照组很难说明前三对照组，没有空白对照组很难说明前三组的作用是正性还是负性的。组的作用是正性还是负性的。 2. 样本分配方法是随机的，但应尽量保持组间样本的样本分配方法是随机的，但应尽量保持组间样本的均衡性。均衡性。 3. 析因设计试验结果的统计分析不宜采用成组析因设计试验结果的统计分析不宜采用成组t检验检验或配伍组或配伍组F检验，因为这些检验无法分析交互作用。检验，因为这些检验无法分析交互作用。第五节第五节 析因设计析因设计四、四、 注意事项注意事项第六节第六节 正交设计正交设计 1概念概念 问题： 现从治疗感冒的中药方剂中选出现从治疗感冒的中药方剂中选

55、出7个常用中药，拟用这个常用中药，拟用这些药物组成一个治疗感冒的有效方剂（即：这些药物组成一个治疗感冒的有效方剂（即：这7个药物在个药物在治疗感冒中谁起主要作用，各药是否有交互作用？）治疗感冒中谁起主要作用，各药是否有交互作用？）水平水平 因子因子 A麻黄麻黄 B银花银花 C连召连召 D荆芥荆芥 E牛蒡牛蒡 F桔梗桔梗 G桂枝桂枝 1 用用 用用 用用 用用 用用 用用 用用 2 不用不用 不用不用 不用不用 不用不用 不用不用 不用不用 不用不用 此为一个多因素多水平组合的实验。此为一个多因素多水平组合的实验。 在多因素实验中，由于对实验因素考察方法的不同，可在多因素实验中，由于对实验因素考

56、察方法的不同，可采用以下方法进行研究：采用以下方法进行研究：1.全面实验法全面实验法-析因设计析因设计 按析因设计，将各因子不同水平互相搭配进行实验。按析因设计，将各因子不同水平互相搭配进行实验。 组合数组合数=27=128 缺点：实验组合数太多，工作量大，可行性差。缺点：实验组合数太多，工作量大，可行性差。2.部分实验法部分实验法（1）经验挑选法）经验挑选法 根据经验从全面实验方案的所有组合中挑选出研究者认根据经验从全面实验方案的所有组合中挑选出研究者认为结果可能好的一些组合进行实验。缺点是挑选时有较大为结果可能好的一些组合进行实验。缺点是挑选时有较大的盲目性。的盲目性。（2）因子轮换法）因

57、子轮换法 先固定某些因子，将其它的因子进行组合进行实验，并先固定某些因子，将其它的因子进行组合进行实验，并不断进行轮换。缺点是片面性，且工作量大。不断进行轮换。缺点是片面性，且工作量大。（3）正交表挑选法）正交表挑选法 以正交表从全面实验方案中挑选一部分组合进行实验，以正交表从全面实验方案中挑选一部分组合进行实验，以此来反映全面实验的情况。以此来反映全面实验的情况。 一一.定义定义 正交设计是按正交表进行的设计。正交设计是按正交表进行的设计。 在多因素多水平组合的实验中，用全面实验方法在多因素多水平组合的实验中，用全面实验方法（析因设计）安排实验，能全面剖析事物发生的内（析因设计）安排实验，能

58、全面剖析事物发生的内在规律，符合事物的发展受多种因素综合影响的规在规律，符合事物的发展受多种因素综合影响的规律。但工作量太大，可行性差。律。但工作量太大，可行性差。 用正交表挑选部分实验，是因为正交表具有正交用正交表挑选部分实验，是因为正交表具有正交性，只做全面实验的一部分，就可起到全面实验所性，只做全面实验的一部分，就可起到全面实验所起到的作用。起到的作用。 正交实验保留了全面实验整体考虑的优点，但却正交实验保留了全面实验整体考虑的优点，但却避免了其工作量大的缺点。避免了其工作量大的缺点。如：上述实验用如：上述实验用L8（27）正交设计，只做）正交设计，只做8组实验。组实验。 用用L16（2

59、15）正交实验，只做）正交实验，只做16组实验。组实验。 二二.正交设计的优点正交设计的优点 有析因设计所有的优点，又避免了析因设有析因设计所有的优点，又避免了析因设计工作量大的缺点。计工作量大的缺点。1.能明确各个因子（因素）的主次地位。能明确各个因子（因素）的主次地位。2.能明确各因素之间是否有交互作用，是什能明确各因素之间是否有交互作用，是什么性质的交互作用。么性质的交互作用。3.找出各因素各水平的最佳有效配合（多水找出各因素各水平的最佳有效配合（多水平正交设计）平正交设计）4.工作量大大减少。工作量大大减少。 三三.正交设计的工具正交设计的工具1.正交表正交表 L8（27）正交表的两个

60、数学性质（正交性正交表的两个数学性质（正交性)：（1）任何一列各水平出现的次数相等。）任何一列各水平出现的次数相等。（2）任何两列的同一横行，有序数对出现的次数相等。）任何两列的同一横行，有序数对出现的次数相等。 由于正交表具有正交性，用它安排实验，其试验点由于正交表具有正交性，用它安排实验，其试验点均衡分散（即选择的试验在全面试验方案中分布均均衡分散（即选择的试验在全面试验方案中分布均匀，代表性强，能反映全面实验情况）；且所有的匀，代表性强，能反映全面实验情况）；且所有的因子其水平均均匀对待（即每一水平参加实验的次因子其水平均均匀对待（即每一水平参加实验的次数相等，各因子具有整齐可比性）。数