常用實驗設計類型和方法

1、常用實驗設計類型和方法常用實驗設計類型和方法研究設計研究設計以最少的人力、物力和時間，最大限度地獲得豐富、準確、以最少的人力、物力和時間，最大限度地獲得豐富、準確、可靠的信息與結論。研究設計：專業(yè)設計與統計設計可靠的信息與結論。研究設計：專業(yè)設計與統計設計專業(yè)設計：選題，建立假說、確定研究對象和技術方法等。專業(yè)設計：選題，建立假說、確定研究對象和技術方法等。統計設計：圍繞專業(yè)設計，確定統計統計設計：圍繞專業(yè)設計，確定統計設計類型設計類型、樣本大小、樣本大小、分組方法、統計分析指標及統計分析方法等，分組方法、統計分析指標及統計分析方法等，常用實驗設計類型和方法 根據處理因素、控制因素和實驗單位的

2、特征，實驗設計根據處理因素、控制因素和實驗單位的特征，實驗設計方法又有方法又有許多不同的許多不同的類型。實驗設計是關于數據采集、統計類型。實驗設計是關于數據采集、統計方法應用和得出結論的關鍵步驟。如實驗設計出現錯誤，不方法應用和得出結論的關鍵步驟。如實驗設計出現錯誤，不論用什么統計方法進行數據處理也無法得到正確的結論。因論用什么統計方法進行數據處理也無法得到正確的結論。因此，在醫(yī)學科研中只要條件允許，應盡量在良好的實驗設計此，在醫(yī)學科研中只要條件允許，應盡量在良好的實驗設計的基礎上采集數據。醫(yī)學研究中常用的實驗設計類型和方法的基礎上采集數據。醫(yī)學研究中常用的實驗設計類型和方法有以下十幾種。有以

3、下十幾種。 常用實驗設計類型和方法l總體與樣本總體與樣本（注意（注意：樣本要有代表性樣本要有代表性）總體（總體（population）是指根據研究目的所確定的所有同質的）是指根據研究目的所確定的所有同質的觀察個體的集合（全體），樣本（觀察個體的集合（全體），樣本（sample）是指來自總體的）是指來自總體的部分觀察個體。部分觀察個體。l處理因素與非處理因素、水平處理因素與非處理因素、水平處理因素（實驗因素、研究因素，簡稱因素），是指在實驗處理因素（實驗因素、研究因素，簡稱因素），是指在實驗中根據研究目的而施加給實驗對象的各種人為設置的干預措中根據研究目的而施加給實驗對象的各種人為設置的干預措施

4、。非處理因素是指實驗中非人為干預的因素，如實驗動物施。非處理因素是指實驗中非人為干預的因素，如實驗動物的雌雄、體重，受試者的性別、年齡、病情，實驗時的季節(jié)、的雌雄、體重，受試者的性別、年齡、病情，實驗時的季節(jié)、氣溫等。氣溫等。 應特別注意那些應特別注意那些對實驗結果有影響對實驗結果有影響的非處理因素。的非處理因素。 平衡平衡處理組間的非處理因素是實驗設計的重要內容之一。處理組間的非處理因素是實驗設計的重要內容之一。各因素所處的不同狀態(tài)稱為水平（各因素所處的不同狀態(tài)稱為水平（level），一個處理因素往），一個處理因素往往可分為若干個水平，而水平數的多少是確定實驗組數的依往可分為若干個水平，而水

5、平數的多少是確定實驗組數的依據。據。 常用實驗設計類型和方法l實驗單位與觀察單位實驗單位與觀察單位 實驗單位（實驗單位（experimental unitexperimental unit）是指接受處理的基本單位。）是指接受處理的基本單位。觀察單位（觀察單位（observational unitobservational unit）是指根據研究需要確定）是指根據研究需要確定的采集數據的基本單位。一個實驗單位可以有多個觀察的采集數據的基本單位。一個實驗單位可以有多個觀察單位。單位。注意：注意：處理間的差異應在實驗單位中比較。處理間的差異應在實驗單位中比較。 l單獨效應、主效應與交互作用單獨效應、

6、主效應與交互作用 單獨效應單獨效應(simple effect)(simple effect)是指其他因素的水平固定時，同是指其他因素的水平固定時，同一因素不同水平間的平均差別。主效應一因素不同水平間的平均差別。主效應(main effect)(main effect)指某指某一因素各水平間的平均差別。當某因素的各個單獨效應一因素各水平間的平均差別。當某因素的各個單獨效應隨另一因素水平的變化而變化，且相互間的差別超出隨隨另一因素水平的變化而變化，且相互間的差別超出隨機波動范圍時，則稱這兩個因素間存在交互作用機波動范圍時，則稱這兩個因素間存在交互作用(interaction)(interacti

7、on)。注意：注意：在統計分析時，若在統計分析時，若存在存在交互作用，交互作用，須逐一分析各因素的須逐一分析各因素的單獨效應單獨效應。反之，如果。反之，如果不存在不存在交互交互作用，則兩因素的作用相互獨立，分析某一因素的作用作用，則兩因素的作用相互獨立，分析某一因素的作用只需考察該因素的只需考察該因素的主效應主效應。常用實驗設計類型和方法l檢驗效能檢驗效能 檢驗效能（檢驗效能（power of a testpower of a test），又稱把握度（），又稱把握度（powerpower），），記作記作1-1-，指當兩個（或幾個）總體存在差異時，經假，指當兩個（或幾個）總體存在差異時，經假設檢

8、驗能夠發(fā)現該差異的可能性大小。設檢驗能夠發(fā)現該差異的可能性大小。 與 、 、 、N 有關。 假設檢驗為“陰性”結論（P0.05)時, 不能 簡單地下“處理無效”的結論，而應該檢查一下 是否是檢驗效能不足。1常用實驗設計類型和方法實驗設計的基本原則實驗設計的基本原則實驗設計的作用主要是減小誤差、提高實驗的實驗設計的作用主要是減小誤差、提高實驗的效率。因此，從統計方面說，根據誤差的來源，效率。因此，從統計方面說，根據誤差的來源，在設計時必需遵守三個基本統計學原則，即對在設計時必需遵守三個基本統計學原則，即對照（照（control）原則、隨機化（）原則、隨機化（randomization）原則及重復

9、（原則及重復（replication）原則。重復和對照）原則。重復和對照也是觀察性研究必須遵循的原則，唯有也是觀察性研究必須遵循的原則，唯有隨機化隨機化分組分組是實驗性研究的顯著特征。是實驗性研究的顯著特征。 常用實驗設計類型和方法隨機化分組步驟隨機化分組步驟1. 將將N個實驗單位從個實驗單位從1到到N編號編號。如動物可按體重大小、。如動物可按體重大小、患者可按就診順序?；颊呖砂淳驮\順序。 2. 取隨機數取隨機數字字，隨機數字的位數一般要求與，隨機數字的位數一般要求與N相同。相同。3. 將讀取的將讀取的N個隨機數字按分組要求個隨機數字按分組要求劃分區(qū)段劃分區(qū)段。 即：即：根據隨機數所在區(qū)間決定

10、實驗單位應接受的處根據隨機數所在區(qū)間決定實驗單位應接受的處理。例如，按二位隨機數分兩組時，可規(guī)定隨機數理。例如，按二位隨機數分兩組時，可規(guī)定隨機數0049為第為第1組，組，5099為第為第2組；分三組時，組；分三組時，0133為第為第1組，組，3466為第為第2組，組，6799為第為第3組，余類推。同理，如組，余類推。同理，如按按2：1的比例分兩組，則的比例分兩組，則01-66為第為第1組，組，67-99為第為第2組。組。另外，分兩組時，亦可按隨機數的奇、偶決定組別。另外，分兩組時，亦可按隨機數的奇、偶決定組別。 也可將讀取的也可將讀取的N個隨機數從小至大排順序，得到個隨機數從小至大排順序，得

11、到N個序號個序號R，再根據，再根據R進行分組，即按進行分組，即按R所在區(qū)間決定實所在區(qū)間決定實驗單位應接受的處理。驗單位應接受的處理。常用實驗設計類型和方法 4. 有必要時可對分組結果進行組別有必要時可對分組結果進行組別調整調整。 假如共有假如共有n例，需要從中抽取例，需要從中抽取1例，則讀取一個位數例，則讀取一個位數與與n相等的隨機數，除以相等的隨機數，除以n后將得到的余數作為所抽實后將得到的余數作為所抽實驗單位的序號（規(guī)定：如整除則余數為驗單位的序號（規(guī)定：如整除則余數為n）。）。常用實驗設計類型和方法 常用隨機化分組方法常用隨機化分組方法 簡單隨機化簡單隨機化 分段隨機化分段隨機化 分層

12、隨機化分層隨機化 簡單隨機化：簡單隨機化：設設A和和B分別代表處理組和對照組。分組分別代表處理組和對照組。分組步驟是先將受試對象（如動物、患者）按體重大小步驟是先將受試對象（如動物、患者）按體重大?。ɑ蚓驮\順序）編號，然后給每個受試者（或就診順序）編號，然后給每個受試者一位一位隨機數，隨機數，并規(guī)定并規(guī)定0-4者分配到者分配到A組，組，5-9者分配到者分配到B組。組。常用實驗設計類型和方法 例例 將一批受試對象隨機分為兩組。將一批受試對象隨機分為兩組。 受試者編號受試者編號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 隨機數隨機數 4 0 5 7 2 8 1 9 3 分配組別分配組別 A A B B

13、A B A B A 對兩組以上時，如分三組時可規(guī)定隨機數對兩組以上時，如分三組時可規(guī)定隨機數1-3為為A組，組，4-6者為者為B組，組，7-9者為者為C組，隨機數為組，隨機數為0時略去。同理，時略去。同理，分四組可規(guī)定隨機數分四組可規(guī)定隨機數1-2者為者為A組，組，3-4者為者為B組，組，5-6者者為為C組，組，7-8者為者為D組，隨機數為組，隨機數為0和和9時略去。時略去。常用實驗設計類型和方法 簡單隨機化分組方法不能保證分組后各組例數相等，簡單隨機化分組方法不能保證分組后各組例數相等，但當受試對象總例數較多時（如但當受試對象總例數較多時（如N200），兩組例數相），兩組例數相差懸殊的概率較

14、小。盡管如此，在正式試驗前最好先檢差懸殊的概率較小。盡管如此，在正式試驗前最好先檢查一下隨機分配表（即分組過程及結果表）中各組例數查一下隨機分配表（即分組過程及結果表）中各組例數是否大致相當。如果發(fā)現相差懸殊（如是否大致相當。如果發(fā)現相差懸殊（如100例分兩組，例分兩組，A組組15例，例，B組組85例），可以重新制定隨機化分配表。例），可以重新制定隨機化分配表。 有些研究希望各組例數相同。當各組例數不相等時，有些研究希望各組例數相同。當各組例數不相等時，可從例數較多的組中隨機抽取一部分受試者補充到例數可從例數較多的組中隨機抽取一部分受試者補充到例數較少的組，使各組例數相等。較少的組，使各組例數

15、相等。 常用實驗設計類型和方法編號編號12345678910隨機數隨機數47503629023193712347組別組別乙乙丙丙乙乙乙乙甲甲乙乙丁丁丙丙甲甲乙乙調整調整 丁丁 丁丁編號編號11121314151617181920隨機數隨機數23460426696125549018組別組別甲甲乙乙甲甲乙乙丙丙丙丙乙乙丙丙丁丁甲甲調整調整 丁丁 常用實驗設計類型和方法甲組甲組5例，乙組例，乙組8例，丙組例，丙組5例，丁組例，丁組2例，需要從乙組中例，需要從乙組中再抽出再抽出3例放入丁組。按組別調整步驟，讀一隨機數例放入丁組。按組別調整步驟，讀一隨機數3，除以除以8（乙組例數）后，余數為（乙組例數）

16、后，余數為3，則將乙組中第，則將乙組中第3例例（第（第4號）放入丁組。同理，再讀一隨機數號）放入丁組。同理，再讀一隨機數4，除以，除以7（乙組現有（乙組現有7例），余數為例），余數為4，再將乙組中第，再將乙組中第4例（第例（第10號）放入丁組。最后再讀一隨機數號）放入丁組。最后再讀一隨機數6，除以，除以6（乙組現有（乙組現有6例），余數為例），余數為6，將乙組第，將乙組第6例（第例（第17號）放入丁組。號）放入丁組。 常用實驗設計類型和方法常用單因素實驗設計類型和方法（一）完全隨機設計（一）完全隨機設計（completely random design）優(yōu)點：優(yōu)點：簡單易行，統計分析簡單，即使

17、各處理組例數不等，簡單易行，統計分析簡單，即使各處理組例數不等，也不影響實驗結果的統計分析，常用檢驗、方差分析或也不影響實驗結果的統計分析，常用檢驗、方差分析或Kruskal-Wallis秩和檢驗進行統計分析。秩和檢驗進行統計分析。缺點：缺點：試驗效率不高，只能分析單個因素，且要求實驗單位試驗效率不高，只能分析單個因素，且要求實驗單位有較好的同質性，如果同質性不好，則需要觀察較多的樣本有較好的同質性，如果同質性不好，則需要觀察較多的樣本量。量。 常用實驗設計類型和方法 實驗單位編號：1 2 3 4 5 6 7 8 隨機數： 76 63 10 21 85 90 63 08R 14 12 3 5

18、15 16 13 2處理 T4 T3 T1 T2 T4 T4 T4 T1 實驗單位編號：9 10 11 12 13 14 15 16隨機數： 27 54 31 03 13 61 24 37R 7 10 8 1 4 11 6 9處理 T2 T3 T2 T1 T1 T3 T2 T3 常用實驗設計類型和方法15 11 2 12 10 7 14 8 16 13 6 3 9 5 1 4 干預 隨機數大小序號（R） 實驗單位編號T1T2T3T4實驗單位屬 性3，8，12，134，9，11，152，10，14，161，5，6，7常用實驗設計類型和方法 1 7 4T1 2 2210T3 3 3112T3 4

19、15 8T2 5 8 7T2 6 3514T4 7 17 9T3 8 2211T3 9 3 2T1 10 5 3T1 11 7 5T2 12 2 1T1 13 3113T4 14 8 6T2 15 3615T4 16 4616T4 No RAN rRAN groupTransform-Random Number Seed-Set seed to 2000000(默認)- Transform-Compute-Target Variable 填入ran(變量名)-Numeric Expression： 填入UNIFORM(50) 0X-OKTransform -Rank Cases -Variab

20、le 填入ran - OK (自動產生序號rran, 完成分組, group)常用實驗設計類型和方法統計分析數據表：16行2列( dependent + factor )反應變量 處理因素 反應變量 處理因素(瘤重g, y) (藥物濃度,T) y T 3.6 1 0.4 3 4.5 1 1.7 3 4.2 1 2.3 3 4.4 1 4.5 3 3.0 2 3.3 4 2.3 2 1.2 4 2.4 2 0.0 4 1.1 2 2.7 4One-Way ANOVA常用實驗設計類型和方法（二）隨機單位組設計（二）隨機單位組設計（randomized block design） 亦稱配伍組設計或隨

21、機區(qū)組設計，實際上是配對設計亦稱配伍組設計或隨機區(qū)組設計，實際上是配對設計（將多方面條件近似的受試對象配成對子）的擴大，也是（將多方面條件近似的受試對象配成對子）的擴大，也是對完全隨機設計的改進（即加強了均衡可比性）。而這種對完全隨機設計的改進（即加強了均衡可比性）。而這種設計是將多方面條件相同或相近的受試對象組成單位組設計是將多方面條件相同或相近的受試對象組成單位組（ blockblock，亦稱區(qū)組或配伍組），適用于三組或三組以上亦稱區(qū)組或配伍組），適用于三組或三組以上的實驗。每個隨機單位組的受試對象數目取決于處理的數的實驗。每個隨機單位組的受試對象數目取決于處理的數目。如果一個實驗安排了四

22、種不同處理，那么每個單位組目。如果一個實驗安排了四種不同處理，那么每個單位組就應有四個受試對象。有多少個單位組，則每種處理就可就應有四個受試對象。有多少個單位組，則每種處理就可以分配到多少個受試對象。以分配到多少個受試對象。常用實驗設計類型和方法優(yōu)點：優(yōu)點：條件一致或相近的受試對象組成同一單位組條件一致或相近的受試對象組成同一單位組（非隨機），并隨機分配于各處理組中，使處理組間（非隨機），并隨機分配于各處理組中，使處理組間的可比性更強，能改善組間生物學特點的均衡性，既的可比性更強，能改善組間生物學特點的均衡性，既縮小了誤差，又可分析出處理組間與配伍組間兩因素縮小了誤差，又可分析出處理組間與配伍

23、組間兩因素的影響，實驗效率較高。的影響，實驗效率較高。缺點：缺點：分組較繁，要求單位組內實驗單位數與處理數分組較繁，要求單位組內實驗單位數與處理數相同，有時實際應用有一定困難。實驗結果中若有缺相同，有時實際應用有一定困難。實驗結果中若有缺失，統計分析較麻煩。失，統計分析較麻煩。結果分析：結果分析：方差分析、方差分析、Friedman秩和檢驗秩和檢驗常用實驗設計類型和方法 1. 1.實驗設計方法實驗設計方法 (1)(1)將實驗單位按照其自然屬性或某個非處理因素形成將實驗單位按照其自然屬性或某個非處理因素形成n n個單個單位組，每個單位組含有位組，每個單位組含有k k個實驗單位。個實驗單位。 (2

24、)在每個單位組內隨機分配在每個單位組內隨機分配k k種處理。種處理。k=2k=2時為配對設計。時為配對設計。實驗單位的實驗單位的自然屬性：自然屬性：動物的窩別（同窩的動物的窩別（同窩的k k只動物）、受只動物）、受試者的體重（體重相近的試者的體重（體重相近的k k個受試者）等。要選擇對試驗結個受試者）等。要選擇對試驗結果影響較大的非處理因素形成單位組，如研究小鼠吃不同飼果影響較大的非處理因素形成單位組，如研究小鼠吃不同飼料后的體重增長情況，可將體重相近的小鼠配成單位組，在料后的體重增長情況，可將體重相近的小鼠配成單位組，在臨床試驗中可將病情基本相同的患者配成單位組。遵循臨床試驗中可將病情基本相

25、同的患者配成單位組。遵循“單單位組間差別越大越好，單位組內差別越小越好位組間差別越大越好，單位組內差別越小越好”的原則。的原則。常用實驗設計類型和方法1 4 1 3 2 2 1 3 4 2 4 3 單位組 干預（隨機數大小序號，R ） 常用實驗設計類型和方法11 7121223313144115252 8162354721728222393 3210 3 5311 3 7412 3 21 No block RAN rRAN Transform-Random Number Seed-Set seed to 2000000(默認默認)- Transform-Compute-Target Varia

26、ble 填入ran(變量名)-Numeric Expression： 填入UNIFORM(50) 0X-OKTransform -Rank Cases -Variable 填入ran By填入block - OK (自動按block產生序號rran, 完成分組)常用實驗設計類型和方法方差分析方差分析選擇單位組的原則是選擇單位組的原則是“單位組間差別越大越好、單位組內單位組間差別越大越好、單位組內的差別越小越好。的差別越小越好?！比绻麊挝唤M選擇不當使單位組間的差如果單位組選擇不當使單位組間的差別很小，由于單位組占用了別很小，由于單位組占用了n-1n-1個自由度，反而增加了誤差個自由度，反而增加了

27、誤差均方。如表均方。如表a a的試驗結果，按隨機單位組方差分析（表的試驗結果，按隨機單位組方差分析（表b b），），誤差均方為誤差均方為8.188.18，若將單位組，若將單位組DFDF和和SSSS與誤差合并（按完全與誤差合并（按完全隨機分組方差分析），誤差均方為隨機分組方差分析），誤差均方為6.616.61。 常用實驗設計類型和方法軟件操作數據表：12行3列( dependent + block + factor )反應變量 單位組 處理因素 反應變量 單位組 處理因素(含量, y) B (測量方法,T) y B T 27.2 1 1 24.8 3 1 24.6 1 2 22.2 3 2 39

28、.5 1 3 45.2 3 3 38.6 1 4 33.0 3 4 23.2 2 1 24.2 2 2 43.1 2 3 39.5 2 4 Tow-Way ANOVA(without interaction)數據不完全(缺失數據, BIB設計)要選擇SS分解方式。常用實驗設計類型和方法 受試者 重復測量時間 干預是什么？測量時間?受試者 ?常用實驗設計類型和方法 （三）平衡的不完全單位組設計（三）平衡的不完全單位組設計（balance imcompletely balance imcompletely block designblock design，簡稱，簡稱BIBBIB設計）設計） 隨機單

29、位組設計要求單位組內的實驗單位數和處理數相隨機單位組設計要求單位組內的實驗單位數和處理數相等。然而，在醫(yī)學研究中，有時會遇到實驗的處理數大于單等。然而，在醫(yī)學研究中，有時會遇到實驗的處理數大于單位組內能容納的實驗單位數的情況。如將狗的坐骨神經切斷位組內能容納的實驗單位數的情況。如將狗的坐骨神經切斷后用三種手術方法吻合，但每只狗只有左右兩條坐骨神經后用三種手術方法吻合，但每只狗只有左右兩條坐骨神經（狗為單位組，（狗為單位組，3 3種處理，種處理，2 2個實驗單位）；又如檢驗某種呼個實驗單位）；又如檢驗某種呼吸裝置在吸裝置在1010種狀態(tài)下的性能，但每個受試者只能經歷其中六種狀態(tài)下的性能，但每個受

30、試者只能經歷其中六種狀態(tài)（單位組為受試者，種狀態(tài)（單位組為受試者，1010種處理，種處理，6 6個實驗單位）。為個實驗單位）。為了減少單位組對實驗結果的影響，可采用了減少單位組對實驗結果的影響，可采用BIBBIB設計。設計。常用實驗設計類型和方法 1. 1.實驗設計方法實驗設計方法 設設v v表示處理數，表示處理數，k k表示單位組內實驗單位數，表示單位組內實驗單位數，r r表示每個表示每個處理的重復次數，處理的重復次數，b b表示單位組數，表示單位組數，表示每兩種處理同時出表示每兩種處理同時出現的單位組數?，F的單位組數。BIBBIB設計在每個單位組內安排設計在每個單位組內安排k k個處理，每

31、個個處理，每個處理在處理在r r個單位組中重復出現，任一對處理在同一單位組中的個單位組中重復出現，任一對處理在同一單位組中的比較次數均為比較次數均為，從而使各處理間的比較公平合理。，從而使各處理間的比較公平合理。 BIBBIB設計首先要根據設計首先要根據v v和和k k查有關附表查有關附表以以確定另外幾個參確定另外幾個參數數r r、b b、，然后再從附表查出設計方案。，然后再從附表查出設計方案。BIBBIB設計的隨機化設計的隨機化分兩個步驟，即先將設計方案中的單位組隨機分配給各個實分兩個步驟，即先將設計方案中的單位組隨機分配給各個實驗單位組，然后再將設計方案中各單位組內的處理隨機分配驗單位組，

32、然后再將設計方案中各單位組內的處理隨機分配給實驗單位組內的各個實驗單位。給實驗單位組內的各個實驗單位。常用實驗設計類型和方法 例例 試驗四種治療腳氣的方法，觀察對象為雙腳均患有腳氣試驗四種治療腳氣的方法，觀察對象為雙腳均患有腳氣的患者。按的患者。按BIBBIB設計，本試驗中設計，本試驗中v=4v=4，k=2k=2，查有關附表，應，查有關附表，應采用設計采用設計1 1，各參數為，各參數為v=4v=4，k=2k=2，r=3r=3，b=6b=6，=1=1，即應有，即應有6 6名受試者。再查本章附表名受試者。再查本章附表9 9，設計，設計1 1的方案為的方案為其中其中I I、II II、IIIIII表

33、示每個處理重復表示每個處理重復1 1、2 2、3 3次，次，1 1、2 2、3 3、4 4表表示四種處理，每個單位組內安排兩種處理。示四種處理，每個單位組內安排兩種處理。 I1 23 4II1 32 4III1 42 3常用實驗設計類型和方法隨機化步驟：隨機化步驟：（1）將設計方案的）將設計方案的6 6個單位組隨機分配給個單位組隨機分配給6 6個患者，即個患者，即6 6個患個患者有的接受者有的接受1 1、2 2兩種處理，有的接受兩種處理，有的接受3 3、4 4兩種處理，有的接兩種處理，有的接受受2 2、4 4兩種處理等。兩種處理等。（2）將各單位組內的兩種處理隨機分配給左腳或右腳。治療）將各單

34、位組內的兩種處理隨機分配給左腳或右腳。治療后的療效評價由差到好后的療效評價由差到好1010個等級，按個等級，按0 0、1 1、2 2、9 9評分。評分。 試驗結果的列表方式與隨機單位組相同，沒有數據則不試驗結果的列表方式與隨機單位組相同，沒有數據則不填。但是，在填。但是，在BIBBIB設計的實驗中如果發(fā)生意外情況（如死亡）設計的實驗中如果發(fā)生意外情況（如死亡）造成實驗數據缺失，將會使統計分析變得困難。造成實驗數據缺失，將會使統計分析變得困難。 常用實驗設計類型和方法 2. 2.試驗結果的方差分析試驗結果的方差分析 試驗結果的數據處理用方差分析。在數據處理上，除象隨試驗結果的數據處理用方差分析。

35、在數據處理上，除象隨機單位組設計那樣計算單位組小計機單位組設計那樣計算單位組小計B Bi i和處理組小計和處理組小計T Ti i外，還外，還要計算修正單位組小計要計算修正單位組小計B Bi i, ,修正處理組小計修正處理組小計T Ti i 和修正均數。和修正均數。B Bi i 表示第表示第i i個處理所在單位組的小計，如第個處理所在單位組的小計，如第1 1個處理甲，分別個處理甲，分別作用于第作用于第1 1、3 3、5 5個受試者，故個受試者，故B B1 1 為這三個受試者的小計，為這三個受試者的小計，即即B B1 1=B=B1 1+B+B3 3+B+B5 5=8+8+10=26=8+8+10=

36、26T Ti i 和修正均數則按下表中的公式計算。和修正均數則按下表中的公式計算。常用實驗設計類型和方法T1=kT1-B1=21026=-6 17. 3) 61 (41167. 4111TvXX 表 BIB 設計的方差分析表 方 差 來 源 DF SS MS F 值 P 值 處理間（校正） 單位組間 （未校正） 誤 差 v1 b1 相減 k12/iT CBki21 相 減 合 計 bk1 X2C 常用實驗設計類型和方法（四）拉丁方設計（四）拉丁方設計（Latin square designLatin square design） 拉丁方是用拉丁方是用t t個拉丁字母排成個拉丁字母排成t t行行

37、t t列的方陣，且每行每列中列的方陣，且每行每列中每個字母都只出現一次，這樣的方陣叫每個字母都只出現一次，這樣的方陣叫t t階拉丁方或階拉丁方或t tt t拉丁拉丁方。如方。如3 3階拉丁方或階拉丁方或3 33 3拉丁方。拉丁方設計是利用拉丁方拉丁方。拉丁方設計是利用拉丁方來安排實驗，即用拉丁字母安排處理因素，行、列安排控制來安排實驗，即用拉丁字母安排處理因素，行、列安排控制因素。拉丁方設計與隨機單位組設計相比較，隨機單位組設因素。拉丁方設計與隨機單位組設計相比較，隨機單位組設計從一個方面（行、即區(qū)組）來控制非處理因素對實驗結果計從一個方面（行、即區(qū)組）來控制非處理因素對實驗結果的影響，而拉丁

38、方設計則是從行和列兩個方面來控制非處理的影響，而拉丁方設計則是從行和列兩個方面來控制非處理因素對實驗結果的影響。因此，拉丁方設計是隨機單位組設因素對實驗結果的影響。因此，拉丁方設計是隨機單位組設計的進一步擴展。計的進一步擴展。常用實驗設計類型和方法行單位組 列單位組BACDBADCCDBACDAB常用實驗設計類型和方法基本要求：基本要求：必須是三因素同水平數的試驗。設計時將拉丁字母安排處必須是三因素同水平數的試驗。設計時將拉丁字母安排處理因素，行和列安排控制因素，并使行數、列數與處理數都理因素，行和列安排控制因素，并使行數、列數與處理數都相等；相等；任何兩因素、三因素間均無交互作用。任何兩因素

39、、三因素間均無交互作用。 常用實驗設計類型和方法在拉丁方設計中，實驗單位按兩種屬性（非處理因素）形成在拉丁方設計中，實驗單位按兩種屬性（非處理因素）形成單位組，即每個實驗單位既屬于一個行單位組，又屬于一個單位組，即每個實驗單位既屬于一個行單位組，又屬于一個列單位組。因此，拉丁方設計的基本單位是一個列單位組。因此，拉丁方設計的基本單位是一個“方格方格”，有有t t行行t t列（列（t t3 3），有），有t tt t個實驗單位。每個單位組內共安排個實驗單位。每個單位組內共安排t t個處理，每個處理用拉丁字母表示。個處理，每個處理用拉丁字母表示?；纠》剑豪》降牡谝恍信c第一列字母是按拉丁字母順

40、基本拉丁方：拉丁方的第一行與第一列字母是按拉丁字母順序排列，如序排列，如t=4t=4，拉丁方的基本設計單位為，拉丁方的基本設計單位為 列列 單單 位位 組組 I III IIIIIIIIIVIV行行1 1A AB BC CD D單單2 2B BA AD DC C位位3 3C CD DB BA A組組4 4D DC CA AB B常用實驗設計類型和方法1.1.實驗設計方法實驗設計方法 拉丁方設計的隨機化是將拉丁方設計的隨機化是將t t個單位組（通常是標本、動物個單位組（通常是標本、動物或受試者）隨機分配到拉丁方基本設計單位中的各行，并將或受試者）隨機分配到拉丁方基本設計單位中的各行，并將t t個

41、處理隨機分配給拉丁方中的個處理隨機分配給拉丁方中的t t個拉丁字母。設計步驟：個拉丁字母。設計步驟： 根據處理因素的水平數從有關附表中選擇相應的基本拉根據處理因素的水平數從有關附表中選擇相應的基本拉丁方。處理的水平數不能太多，也不能太少。若太多，行列丁方。處理的水平數不能太多，也不能太少。若太多，行列單位組都過大，局部控制難以做到；太少，誤差自由度太小，單位組都過大，局部控制難以做到；太少，誤差自由度太小，而使試驗的靈敏度降低。一般情況下處理因素的水平數在而使試驗的靈敏度降低。一般情況下處理因素的水平數在5858時為宜。時為宜。常用實驗設計類型和方法 對基本拉丁方加以隨機化。隨機化時必須整行（

42、或列）對基本拉丁方加以隨機化。隨機化時必須整行（或列）進行交換，不能將行或列拆散。例如，對進行交換，不能將行或列拆散。例如，對5 55 5基本拉丁方的基本拉丁方的行和列可分別進行隨機化。行和列可分別進行隨機化。 隨機排列行：如可讀取隨機排列行：如可讀取4 4個兩位數的隨機數，個兩位數的隨機數，6666，0505，3232，8888，對隨機數排序后得到序號，對隨機數排序后得到序號R=3R=3，1 1，2 2，4 4，即先，即先3 3，1 1行行交換，然后交換，然后2 2，4 4行交換。行交換。A AB BC CD DE E C CD DE EA AB B C CD DE EA AB BB BC

43、CD DE EA A B BC CD DE EA A D DE EA AB BC CC CD DE EA AB B-A AB BC CD DE E-A AB BC CD DE ED DE EA AB BC C D DE EA AB BC C B BC CD DE EA AE EA AB BC CD D E EA AB BC CD D E EA AB BC CD D常用實驗設計類型和方法 隨機排列列：如可讀取隨機排列列：如可讀取4 4個兩位數的隨機數，個兩位數的隨機數，5353，8585，3939，0606，對隨機數排序后得到序號，對隨機數排序后得到序號R=3R=3，4 4，2 2，1 1，即先

44、，即先3 3，4 4列列交換，然后交換，然后2 2，1 1列交換。列交換。C CD DE EA AB B C CD DA AE EB B D DC CA AE EB BD DE EA AB BC C D DE EB BA AC C E ED DB BA AC CA AB BC CD DE E- A AB BD DC CE E- B BA AD DC CE EB BC CD DE EA A B BC CE ED DA A C CB BE ED DA AE EA AB BC CD D E EA AC CB BD D A AE EC CB BD D常用實驗設計類型和方法 隨機決定各字母所代表的處理（

45、見表隨機決定各字母所代表的處理（見表8.3.258.3.25）。例如，）。例如，先固定處理的順序號，序號先固定處理的順序號，序號1 1，2 2，3 3，4 4，5 5分別對應處理甲，分別對應處理甲，乙，丙，丁，戊，再讀取乙，丙，丁，戊，再讀取5 5個兩位數的隨機數，然后對隨機個兩位數的隨機數，然后對隨機數排序，得序號數排序，得序號R R，由，由R R決定各字母表示的處理。決定各字母表示的處理。表表 隨機分配處理隨機分配處理字母字母A AB BC CD DE E隨機數字隨機數字10102828818147472020R R1 13 35 54 42 2處理處理甲甲丙丙戊戊丁丁乙乙 按以上最后一個

46、拉丁方安排試驗，并進行試驗觀察，根按以上最后一個拉丁方安排試驗，并進行試驗觀察，根據觀察值進行統計分析。據觀察值進行統計分析。常用實驗設計類型和方法2.2.試驗結果的方差分析試驗結果的方差分析 數據處理時分別計算行單位組、列單位組、處理組合計及數據處理時分別計算行單位組、列單位組、處理組合計及平方和，列表格式見下表。平方和，列表格式見下表。表表 拉丁方設計的試驗結果拉丁方設計的試驗結果行單位組行單位組列單位組列單位組行單位組合計行單位組合計（B Bi i）1 12 2t t1 12 2 t tX XX X X XX XX X X X X XX X X XB B1 1B B2 2 B Bt t列

47、單位組合計（列單位組合計（C Ci i）平方和平方和C C1 1Q Q1 1C C2 2Q Q2 2C Ct tQ Qt tXXXX2 2處理組小計處理組小計A AT T1 1B BT T2 2 T Tt t 校正數校正數C=C=（XX）2 2/t /t2 2 常用實驗設計類型和方法 如果在計算機上用軟件進行數據處理，數據矩陣的行數為如果在計算機上用軟件進行數據處理，數據矩陣的行數為t t2 2，列數為（觀察指檔個數，列數為（觀察指檔個數+3+3），增加的），增加的3 3列均為分組變量列均為分組變量（因素），分別指示各實驗單位所屬的處理組、行單位組和（因素），分別指示各實驗單位所屬的處理組、行

48、單位組和列單位組。如本例共列單位組。如本例共4949行行4 4列。列。常用實驗設計類型和方法3.軟件操作數據表：16行4列( dependent + block1 + block2 + factor )反應變量 單位組 處理因素 反應變量 單位組 處理因素(血糖, y) day sub (drug,T) y day sub T 32.7 1 1 3 -4.0 3 1 1 11.2 1 2 1 14.0 3 2 3 23.2 1 3 2 27.5 3 3 4 48.1 1 4 4 25.6 3 4 2 26.2 2 1 2 33.2 4 1 4 31.8 2 2 4 16.5 4 2 2 28.

49、9 2 3 3 21.2 4 3 1 18.7 2 4 1 40.2 4 4 3 Three-Way ANOVA(without interaction)數據不完全(缺失數據)要選擇SS分解方式。常用實驗設計類型和方法優(yōu)點：優(yōu)點：與隨機單位組設計相比較，拉丁方設計進一步縮小了實與隨機單位組設計相比較，拉丁方設計進一步縮小了實驗誤差，提高了試驗效率，大大減少了試驗次數，尤其適合于驗誤差，提高了試驗效率，大大減少了試驗次數，尤其適合于動物和實驗室試驗。動物和實驗室試驗。缺點：缺點：實驗單位同時分屬于行單位組和列單位組，且要求處理實驗單位同時分屬于行單位組和列單位組，且要求處理數必須等于拉丁方的行（

50、列）數，一般的試驗不容易滿足此條數必須等于拉丁方的行（列）數，一般的試驗不容易滿足此條件（重復拉丁方設計除外），只有在部分實驗室研究或動物實件（重復拉丁方設計除外），只有在部分實驗室研究或動物實驗中才能做到，且數據缺失會增加統計分析的難度。在臨床試驗中才能做到，且數據缺失會增加統計分析的難度。在臨床試驗中，拉丁方設計的行單位組通常是受試者，列單位組通常是驗中，拉丁方設計的行單位組通常是受試者，列單位組通常是重復觀測次數，并要求前一個處理的作用不會影響到下一個處重復觀測次數，并要求前一個處理的作用不會影響到下一個處理，只能用于慢性疾病不同處理后短期療效的比較。理，只能用于慢性疾病不同處理后短期療

51、效的比較。 常用實驗設計類型和方法重復拉丁方設計重復拉丁方設計在動物或臨床試驗中，如果動物或受試者為行單位組，則可在動物或臨床試驗中，如果動物或受試者為行單位組，則可以用以用r r（2 2）個拉丁方重復安排試驗，即所謂重復拉丁方設）個拉丁方重復安排試驗，即所謂重復拉丁方設計。在重復拉丁方設計中共有計。在重復拉丁方設計中共有rt rt個行單位組，個行單位組，t t個列單位組，個列單位組，t t個處理。每個處理。每t t個行單位組構成一個拉丁方，各拉丁方的基本設個行單位組構成一個拉丁方，各拉丁方的基本設計單位完全相同。隨機化方法是將計單位完全相同。隨機化方法是將rt rt個動物或受試者隨機分個動物

52、或受試者隨機分配至配至rt rt個行單位組中，并將處理隨機分配給個行單位組中，并將處理隨機分配給t t個拉丁字母。如個拉丁字母。如比較三個血壓計的測量結果，可采用如下重復拉丁方設計。比較三個血壓計的測量結果，可采用如下重復拉丁方設計。常用實驗設計類型和方法 （五）交叉設計（五）交叉設計（cross-over design）一種特殊的自身對照設計，采用同一受試對象進行不同階段一種特殊的自身對照設計，采用同一受試對象進行不同階段自身對比觀察，不但節(jié)省了樣本，而且組間均衡性好。最簡自身對比觀察，不但節(jié)省了樣本，而且組間均衡性好。最簡單的形式是單的形式是二處理、二階段交叉設計二處理、二階段交叉設計。有

53、有a1、a2兩種不同的處理，兩個試驗階段為兩種不同的處理，兩個試驗階段為I、II，這兩種處，這兩種處理可以按時間階段先后以不同的順序作用于同一受試對象。理可以按時間階段先后以不同的順序作用于同一受試對象。處理順序甲方式：先處理順序甲方式：先a1后后a2，乙方式：先，乙方式：先a2后后a1。 將一批受試對象隨機等分為兩組，每組將一批受試對象隨機等分為兩組，每組n例，一組接受例，一組接受甲方式（甲方式（a1a2）的處理，另一組接受乙方式（）的處理，另一組接受乙方式（a2a1）的處）的處理，兩種處理方式在全部試驗過程中交叉進行。理，兩種處理方式在全部試驗過程中交叉進行。 常用實驗設計類型和方法 試驗

54、階段 處理 受試者 step1 step2 a1 a2受試者n Ra2 a1常用實驗設計類型和方法影響實驗結果的三個因素：影響實驗結果的三個因素： A A因素為處理（兩個水平的單因因素為處理（兩個水平的單因素處理），素處理），B B因素為處理順序，因素為處理順序，C C因素為試驗階段。因素為試驗階段。交叉設計數據分析時，交叉設計數據分析時，由于由于B B因素的作用包含在受試對象個因素的作用包含在受試對象個體差別中，故重點分析體差別中，故重點分析A A因素和因素和C C因素各水平的差別。因素各水平的差別。數據分析時有數據分析時有假定假定：（1）A A，B B，C C三個因素間不存在交互作用。三個

55、因素間不存在交互作用。（2）各處理終止后沒有殘留效應（）各處理終止后沒有殘留效應（carry-over effectcarry-over effect），或），或各處理的殘留效應相等。為保證這一點，每兩個階段之間均各處理的殘留效應相等。為保證這一點，每兩個階段之間均設一個停藥或停止處理的階段，等待殘留效應的消失，一般設一個停藥或停止處理的階段，等待殘留效應的消失，一般稱此為洗脫期或清洗階段（稱此為洗脫期或清洗階段（washout periodwashout period）。）。 常用實驗設計類型和方法 特別適用于不易控制個體差異的臨床試驗（處理間的差特別適用于不易控制個體差異的臨床試驗（處理間

56、的差別是在受試對象內進行比較，允許受試對象之間有較大的個別是在受試對象內進行比較，允許受試對象之間有較大的個體差異）。體差異）。 在醫(yī)學研究中，交叉設計多用于臨床試驗，以比較藥物在醫(yī)學研究中，交叉設計多用于臨床試驗，以比較藥物（或治療方法）間的短期療效，如止痛、鎮(zhèn)靜、安眠、抗風（或治療方法）間的短期療效，如止痛、鎮(zhèn)靜、安眠、抗風濕、降血壓等短期緩解癥狀效果的比較。濕、降血壓等短期緩解癥狀效果的比較。 常用實驗設計類型和方法 1. 1.實驗設計方法實驗設計方法 （1 1）根據研究目的和設計預案，確定交叉設計的試驗階）根據研究目的和設計預案，確定交叉設計的試驗階段（時間段）。并在每兩個階段之間均設

57、一個洗脫期。如二段（時間段）。并在每兩個階段之間均設一個洗脫期。如二處理、二階段交叉設計有處理、二階段交叉設計有、兩個時間段，時間段可以是兩個時間段，時間段可以是一周、二周、四周等，一周、二周、四周等，、兩個時間段之間設一個洗脫期兩個時間段之間設一個洗脫期（不施加任何處理或給予安慰劑的階段），洗脫期也可為一（不施加任何處理或給予安慰劑的階段），洗脫期也可為一周、二周、四周等。周、二周、四周等。常用實驗設計類型和方法 （2 2）確定單處理因素的水平數。如二處理、二階段交叉設）確定單處理因素的水平數。如二處理、二階段交叉設計有計有a a1 1、a a2 2兩種不同的處理，每個受試者在兩種不同的處理

58、，每個受試者在、兩個時間兩個時間段接受這兩種不同的處理。段接受這兩種不同的處理。 （3 3）將）將N N（N N為偶數）個受試者隨機等分為甲、乙兩組，為偶數）個受試者隨機等分為甲、乙兩組，甲組第甲組第階段給階段給a a1 1處理，第處理，第階段給階段給a a2 2處理；乙組第處理；乙組第階段階段給給a a2 2處理，第處理，第階段給階段給a a1 1處理。這是二階段交叉設計的完全處理。這是二階段交叉設計的完全隨機化分組。（見分組示意圖）隨機化分組。（見分組示意圖）常用實驗設計類型和方法 期期 （洗洗脫脫期期） 期期 N個個 隨隨機機化化 甲甲組組 a1 空空白白 a2 受受試試者者 乙乙組組

59、a2 空空白白 a1 時時間間 圖圖 完完全全隨隨機機分分組組兩兩階階段段交交叉叉設設計計示示意意圖圖 常用實驗設計類型和方法 如果用軟件計算，數據矩陣只需在隨機單位組設計的數如果用軟件計算，數據矩陣只需在隨機單位組設計的數據矩陣中增加一列，用來表示處理。如本例，數據矩陣為據矩陣中增加一列，用來表示處理。如本例，數據矩陣為2424行行4 4例，各列分別為觀察指標、受試者、階段和處理。例，各列分別為觀察指標、受試者、階段和處理。 雖然交叉設計在形式上與隨機單位組設計相近，但與隨雖然交叉設計在形式上與隨機單位組設計相近，但與隨機單位組設計相區(qū)別的顯著特征是，交叉設計的處理是按不機單位組設計相區(qū)別的

60、顯著特征是，交叉設計的處理是按不同時間階段分別安排的，因而可以大大減少受試者的數目。同時間階段分別安排的，因而可以大大減少受試者的數目。 對于三階段或三階段以上的交叉設計，可將受試者看作對于三階段或三階段以上的交叉設計，可將受試者看作行單位組、試驗階段看作列單位組，處理用拉丁字母表示，行單位組、試驗階段看作列單位組，處理用拉丁字母表示，用重復拉丁方安排試驗和進行試驗結果的統計分析。用重復拉丁方安排試驗和進行試驗結果的統計分析。常用實驗設計類型和方法 試驗階段 處理組 受試者 step1 step2 step3 受試者n A C B A C B B A R C C B A C A B C B A