14-常用实验设计方法

GJ2008医学统计学常用实验设计方法实验设计特点：能够人为地设置实验因素和处理水平，通过随机化或区组化等技术控制非实验因素，提高对比组间的均衡性和可比性，最大限度地减少实验误差，适用于小样本研究。常用实验设计方法单因素多因素不控制完全随机设计析因设计正交设计单向区组控制配对设计随机区组设计双向区组控制拉丁方设计交叉设计(重复拉丁方)三向区组控制希腊-拉丁方设计不完全设计正交设计平衡不完全区组设计不完全交叉设计不完全拉丁方设计均匀设计基本概念完全随机设计(completelyrandomizeddesign)又称成组设计。单向分组，单因素，多水平将同一个总体(同质)的实验对象随机分配到不同的处理组，观察不同处理的效应。从不同总体中随机抽样，通过对样本的分析，比较不同总体的特征。分析方法的选择定量资料t检验、t’检验方差分析、q检验、q’检验、变量变换、非参数检验定性资料χ2检验、确切概率法等级资料Wilcoxon成组秩和检验、H检验实例分析1四种饲料喂养大白鼠后的肝重比值(%)ABCDX2.622.822.913.922.232.763.023.022.362.433.283.302.402.733.183.04所有数据n444416均数2.40252.68503.09753.32002.8763标准差0.16210.17410.16460.41980.4326SS0.0788750.0909000.0812750.528802.8073750.77985方差分析表变异来源SSMSFP总变异2.80737515组间2.02752530.675810.400.01组内0.779850120.0650Bartlett的方差齐性检验：2=4.0702,P0.2两两比较：q检验DCq=1.745a=2P0.05CBq=4.980a=3P0.05q=3.235a=2P0.05BAq=7.196a=4P0.05q=5.452a=3P0.05q=2.216a=2P0.05DCBA3.32003.09752.68502.4025结论：方差分析(ANOVA)及SNK两两比较结果表明，四种饲料喂养大白鼠后的肝重比值不完全相同(F=10.40，P0.01)，喂养A、B饲料的大白鼠肝重比值比喂养C、D者低(P0.05)，而A与B间、C与D间差异无统计学意义(P0.05)。实例分析2高血粘度患者的血沉较快，某大夫观察A、B两个降血粘度药物对血沉(mm/h)的影响，结果如下，试作统计分析。A药组病例号12345678910疗前40433641403738383539疗后36353029302828302730差值4861210910889B药组病例号12345678910疗前39403943383640414045疗后20253023242024202528差值1915920141616211517A、B两种降粘药物对血沉(mm/h)的影响疗前疗后差值A药组38.72.40630.32.9468.42.221B药组40.12.51423.93.38116.23.425分析思路：①疗前两组比较，以分析可比性；②各组疗前疗后差值分别比较，分别确定各自的变化值；③两组疗前疗后差值相互比较，分析两组的效果是否相同？分析结果：(1)疗前两组比较：t=1.2721，P=0.2195；可以认为两组具有可比性。(2)A组疗前疗后比较：td=11.9594，P=0.0000；可以认为A药治疗后血沉减慢。B组疗前疗后比较：td=14.9556，P=0.0000；可以认为B药治疗后血沉减慢。(3)两组治疗前后差值相互比较：t=6.0419，P=0.0000；可以认为B药降低血沉的效果优于A药。结论：统计分析结果表明，两组疗前具有可比性(t=1.2721,P=0.2195)；无论是A药还是B药，治疗后均使血沉减慢(td=11.9594,P=0.0000;td=14.9556,P=0.0000)，B药降低血沉的效果优于A药(t=6.0419,P=0.0000)。实例分析3研究中药骨碎补对高脂血症的治疗和预防作用。取家兔44只，随机分成四组，每组11只。每间隔5周测定血清胆固醇一次，共测四次（包括给药前一次），整个实验期为15周。各组处理如下：造型组：每日以0.3g胆固醇灌胃；治疗组：每日以0.3g胆固醇灌胃，于实验开始的第5周起每日肌注100%骨碎补液1.7ml/kg；预防组：每日以0.3g胆固醇灌胃，于实验开始之日起即每日肌注100%骨碎补液0.8ml/kg；对照组：每日肌注生理盐水0.8ml/kg。组别实验前实验后0周5周10周15周造型组885691792132672129064553811008403108195552883001205291963461496424724113691112702043611037592301031102641987101311312310治疗组7679559064801268611752922411072949194300208269182217523612298656869330791246200122103112119491015606028741278318预防组60828179156132731387761771128712095360192114200656610666847711397210701088280662587070809936841216921074对照组561047075691006861706454827945911492793108718210376719288846712013366104797144783610059905976血清胆固醇含量，mg%各组平均血清胆固醇含量，mg%group实验时间Total051015188.36324.00484.90750.50404.05279.45323.00252.55140.90200.33390.09140.0994.27108.00108.11475.5588.0977.9073.5078.90Total83.36216.35224.83264.32195.59各组各时点平均血清胆固醇含量图示造型组治疗组预防组对照组分析思路：①四组是否具有可比性？②造型是否成功？③对照组是否稳定？④骨碎补对高脂血症的预防和治疗效果如何？⑤预防和治疗的显效时间？⑥预防和治疗的持续时间？①给药前四组的比较预防组造型组治疗组对照组均数：90.0988.3679.4575.55方差：444.25390.47333.47290.69方差分析F=1.474,P=0.2360服从齐性检验2=0.489,P=0.9213说明4个组的初始条件一致。②造型是否成功？以实验时间为X（周）以对应时间点测量胆固醇含量的均数为Y造型组的直线回归分析：X：051015Y：88.36324.00484.90750.50t=15.855,P0.001说明造型组在实验期内血清胆固醇含量持续上升，造型是成功的。ˆ89.8420+42.9464YX③对照组是否稳定？以实验时间为X（周）以对应时间点的胆固醇含量之均数为Y对照组的直线回归分析：X：051015Y：75.5588.0977.9073.50t=0.487,P0.5说明对照组在实验期内血清胆固醇含量不随时间而改变，是稳定的。ˆ81.2110-0.3268YX④第5周时四组均数的比较造型组治疗组预防组对照组均数：324.00323.00140.0988.09F=5.45,P0.005第5周时预防组与造型组的均数间差别有统计学意义，而与对照组差别无统计学意义。说明在第5周时已有预防作用。⑤第10周时四组均数的比较造型组治疗组预防组对照组均数：484.90252.5594.2777.90F=9.78,P0.001第10周时治疗组与造型组的均数间差别有统计学意义，与预防组、对照组差别无统计学意义。说明治疗已起效，预防组有持续效果。⑥第15周时四组均数的比较造型组治疗组预防组对照组均数：750.50140.90108.0073.50F=9.78,P0.001结论同第10周时。结论：对家兔肌注骨碎补液，预防组于用药第5周时已见防止血清胆固醇升高的作用，直至第15周仍保持与对照组接近的水平。治疗组于用药第5周时(即实验期第10周)已见胆固醇下降，至用药第10周(即实验期第15周)时降至与对照组接近的水平。说明骨碎补对家兔具有预防和治疗高血脂症的作用。完全随机设计的正确应用完全随机设计是最常用的一种设计方法，不受组数的限制，对实验因素不加控制。各组样本含量可以相等，也可以不等，但在总样本含量不变的情况下，各组样本含量相等时的设计效率最高。对个体间同质性要求较高。在个体同质性较差时，完全随机设计并不是最佳设计。遵循随机化原则，各组应达到均衡一致。多组时需考虑多重比较的问题。若分组变量为时间、浓度等连续性指标的不同水平，且散点图提示存在趋势时，可利用相关回归去探讨。各处理组应同期平行进行。基本概念配对设计(paireddesign)将实验单位按一定条件配成对子，再将每对中的两个实验单位随机分配到两个处理组中。总体同质性较差时，完全随机设计会造成组间不均衡。按某种条件配对，对内随机。异体配对(窝别、性别，职业、病情)自身配对(前后配对，左右配对)配对的原则条件相近对内同质分析方法选择定量资料配对t检验定性资料配对卡方检验、确切概率法等级资料Wilcoxon符号秩和检验配对设计例对一组胃癌病人先后用两种泌酸刺激剂，然后分别测定其最大酸排量(mEq/h)，以分析两药的效果。id加大组织胺X五肽胃泌素YX-Y110.518.841.67212.0510.491.56322.2620.281.9843.111.781.3352.031.760.2764.613.850.7671.230.910.3282.532.040.4993.962.990.97104.683.920.761111.769.931.831214.5612.492.07139.468.041.421411.29.441.761516.5314.122.41168.056.671.38174.543.870.67189.227.931.29196.084.921.16208.657.521.1313.9211.931.99X分析思路：配对t检验：,Sd=0.6040,t=9.8339,P=0.0000差值的95％CI：1.02~1.57(mEq/h)2962.1d回归分析回归系数的95％CI：0.88~0.92。ˆY-0.44030.9007X五肽胃泌素与加大组织胺的最大排酸量的线性回归五肽胃泌素，y加大组织胺，X051015202505101520结论：胃癌病人用加大组织胺后的最大排酸量比五肽胃泌素平均多1.30(95%CI:1.02~1.57)mEq/h；回归分析显示，五肽胃泌素的最大排酸量是加大组织胺的90％(95%CI:88%~92%)。配对四格表资料的2检验两种检验方法结果比较荧光抗体法常规培养法合计＋－＋160(a)26(b)186－5(c)48(d)53合计16574239(1)两种检验方法的阳性率是否相等？(2)两种方法是否相关？配对四格表资料的实际数与理论数26(b)5(c)15.515.5iiiTTA22)()()(2)2(2)2(2222cbcbcbcbccbcbb连续性校正iiiCTTA22)5.0()()1(2)5.02(2)5.02(2222cbcbcbcbccbcbbCb+c40时：(1)检出阳性率的比较H0:两法检出阳性率相同，总体B＝C；H1:两法检出阳性率不同，总体B≠C。＝0.05。C2＝12.90。P=0.00032