衛(wèi)生統(tǒng)計學(xué)-12 -實驗設(shè)計

12

實驗設(shè)計實驗設(shè)計（DesignofExperiment，DOE）順利進行科學(xué)研究和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的先決條件獲得預(yù)期結(jié)果的重要保障設(shè)計專業(yè)設(shè)計：統(tǒng)計設(shè)計：從各專業(yè)角度考慮實驗的科學(xué)安排。從統(tǒng)計學(xué)角度考慮資料的搜集、整理和分析的設(shè)計。醫(yī)學(xué)研究的主要分類：觀察性研究-調(diào)查設(shè)計干預(yù)性研究-實驗設(shè)計例：1.研究吸煙與肺癌的關(guān)系；2.研究母乳、人工喂養(yǎng)對兒童生長發(fā)育的影響不能人為地施加干預(yù)措施（即處理因素）；不能對人群進行隨機分組：受試對象接受何種處理因素或同處理的何種水平不是由隨機化決定的。特點：

以客觀、真實的觀察為依據(jù)，對結(jié)果進行對比分析觀察性研究（Observationalstudy）例：1.健康教育能否預(yù)防小學(xué)生發(fā)生意外傷害；2.兩種毒物致畸變研究--大白鼠染毒實驗優(yōu)點：可1.施加處理因素，2.實現(xiàn)分組的隨機化，故可較好地控制處理因素，排除干擾，使比較組間有較好的均衡性和可比性。缺點：樣本量較小時，均衡性和可比性難以保證；倫理學(xué)方面的問題。實驗性研究（Experimentstudy）舉例：擬考察一種新藥“A脂”降血脂的療效。擬選擇40只小鼠作為研究對象，考察A脂與“洛伐他仃”降血脂之間的差別，以低密度脂蛋白（LDL）作為療效判斷的指標。隨機分組估計樣本量造動物模型A脂組洛伐他仃組選擇受試對象處理測LDL改變量統(tǒng)計處理結(jié)論實驗設(shè)計三大支柱三要素四原則實驗設(shè)計類型實驗設(shè)計12.1實驗設(shè)計的三要素12.2實驗設(shè)計的四原則12.3

常用的實驗設(shè)計方案12.4樣本含量的估算12.1實驗設(shè)計的三要素實驗設(shè)計的三要素：受試對象（Subject）實驗效應(yīng)（Experimentaleffect）處理因素（Treatment）受試對象處理因素實驗效應(yīng)其它因素其它效應(yīng)舉例：研究某藥對2型糖尿病患者的降糖效果1.受試對象（Subject）：人或動物：根據(jù)敏感性選擇可根據(jù)對象不同將分為動物實驗、臨床實驗、現(xiàn)場實驗A.受試對象的選入標準明確規(guī)定受試對象選入標準：納入標準和排除標準B.受試對象的控制（1）受試對象的一致性人——年齡、性別、病情、病程等動物——種系、年齡、性別、體重等（是否有污染）（2）受試對象影響因素的控制季節(jié)、溫度、濕度、生活環(huán)境、嗜好、試驗輔助措施等。（1）動物的選擇

常用的有小白鼠、大白鼠、豚鼠、家兔等。為保證動物試驗的準確性，通常按實驗?zāi)康暮鸵筮x擇適宜的動物做試驗，如在分離、鑒定病原菌時選用最敏感的動物。如：小白鼠對肺炎鏈球菌、破傷風外毒素敏感；豚鼠對結(jié)核分枝桿菌敏感。還應(yīng)注意動物的年齡、性別和生理狀態(tài)。來源：鄭州大學(xué)學(xué)報（醫(yī)學(xué)版），2011，46（3）目的:探討不同pH值的十二指腸胃混合食管反流對食管腺癌發(fā)生的影響。方法:選用大鼠建立動物模型。

建立低和高pH值十二指腸胃混合食管反流SD大鼠模型，每組各30只（雌、雄各半），分別觀察造模40周后動物食管炎、Barrett’s食管、腺體不典型增生和食管腺癌的發(fā)生率。題目：《不同反流物對十二指腸胃混合食管反流大鼠食管腺癌發(fā)生的影響》（2）人的選擇

臨床試驗中，受試對象是人（患者或健康志愿者），其要求也更加嚴格。要有明確的診斷標準、納入標準和排除標準，還要有患者的知情同意（或知情不拒絕），還要有醫(yī)學(xué)倫理委員會的認可。1.受試人群選擇：受試者依知情同意，自愿參加為原則，近期無流感病毒感染史、無流感疫苗接種史及接種禁忌癥者。2.受試者入選標準3歲及其以上不同年齡的健康人群，智力正常，本人（或其監(jiān)護人）知情同意，并簽署知情同意書。受試者能遵守臨床研究方案的要求參加隨訪。愿意在疫苗臨床試驗期間提供血樣，協(xié)助填寫研究資料。經(jīng)查問病史、體檢和臨床判定健康者，且符合本制品的免疫接種的受試者。受試者能遵守臨床研究方案的要求。過去未接種過流感疫苗，且近1周內(nèi)未接種其他預(yù)防制品。腋下體溫≤37℃者。甲型H1N1流感病毒裂解疫苗安全性及免疫原性臨床試驗3.受試者排除標準：研究者認為有可能影響試驗評估的任何患有任何嚴重疾病，如：腫瘤、自身免疫病等。對研究疫苗中的任何成份過敏者。有神經(jīng)系統(tǒng)癥狀或體征病史者。有已知或可疑（或有高危發(fā)生可能）的免疫功能損傷或異常者。有出血體質(zhì)或出血時間延長情況者。在過去6個月內(nèi)曾確診流感感染、或至少接受過一次流感疫苗接種者。在過去1周內(nèi)曾接受其他疫苗或免疫球蛋白注射、任何研究性藥物。在過去7天內(nèi)曾有任何急性疾病、需要全身應(yīng)用抗生素或抗病毒治療的感染者。在過去3天內(nèi)曾有發(fā)熱（腋下體溫≥38℃）者。正在參加另一項臨床研究者。2.處理因素（Treatment）：

根據(jù)研究目的確定的欲施加的或欲觀察的，能引起受試對象直接或間接反應(yīng)的因素。動物的染毒與不染毒；患者的給藥、不給藥或給藥的劑量。手術(shù)方法用什么干預(yù)？等舉例：受試對象處理因素實驗效應(yīng)其它因素其它效應(yīng)舉例：研究某藥對2型糖尿病患者的降糖效果病人對治療的反應(yīng)除了治療因素外，還包括其心理狀態(tài)、工作環(huán)境、生活條件及社會心理因素等，后者可稱為非處理因素，但對處理因素有重要影響。設(shè)計要注意：

抓住實驗中的主要因素；

明確處理因素和非處理因素；處理因素須標準化：

實驗因素在整個試驗過程中保持不變，例如，不同時期的藥物批號、手術(shù)操作者熟練程度。

非處理因素：與處理因素同時存在，能使受試對象產(chǎn)生效應(yīng)的因素，因其常常干擾效應(yīng)與所研究因素間的觀察與分析，又常叫混雜因素（Confounder）。研究者應(yīng)通過隨機分組、設(shè)對照組及采用最適當?shù)脑囼炘O(shè)計方法等，盡量地使全部的非處理因素，或者重要的非處理因素在各組的分布均衡（需進行假設(shè)檢驗），最大限度的控制非處理因素對實驗結(jié)果的影響。注意：為了盡可能減少各組受試對象的自身條件對實驗結(jié)果的影響，常常根據(jù)專業(yè)知識和實驗條件，找出重要的非實驗因素，對其進行控制，這樣的設(shè)計有配對設(shè)計、隨機區(qū)組設(shè)計。例：如果“窩別、性別、及體重”是影響小鼠效應(yīng)的主要混雜因素，可考慮將其作為區(qū)組因素，則不同窩別就是其不同的水平。3.實驗效應(yīng)（Experimentaleffect）：是處理因素作用于受試對象的反應(yīng)（response）和結(jié)局（e），通過觀察指標來體現(xiàn)。關(guān)鍵是指標的選擇：選擇好的指標。準確性（accuracy）精密性（precision）特異性（specificity）靈敏性（sensitivity）指標的選擇：指標的觀察：實施盲法客觀性四性

實驗因素作用于受試對象的結(jié)果，通過觀察指標表達。觀察指標應(yīng)客觀、精確。1.客觀性：2.精確性：

⑴

準確度或真實性——觀察值與真實值的接近程度，受系統(tǒng)誤差的影響。

常用指標：靈敏度、特異度

⑵

精密度或可靠性或重復(fù)性——重復(fù)觀察時觀察值與其均值的接近程度，受隨機誤差的影響。

常用指標：Kappa值、一致百分率對指標的觀察在實驗效應(yīng)中帶有偏倚，會影響結(jié)果的比較和分析。12.2實驗設(shè)計的基本原則四原則：對照原則重復(fù)原則隨機原則英國統(tǒng)計學(xué)家R.A.Fisher提出實驗設(shè)計三原則：均衡原則一、對照原則（Control）對照是比較的對象；設(shè)置的目的是1.用以比較；2.控制混雜因素和偏倚，以減少實驗誤差和系統(tǒng)誤差。同期對照（concurrentcontrol）：在整個實驗過程中，實驗組與對照組始終處于同時同地?；€比較（baseline）：對照組設(shè)置后，應(yīng)檢驗兩組開始時的狀態(tài)是否均衡。

安慰劑對照空白對照標準對照自身對照相互對照實驗對照歷史對照對照常用的對照形式：⑴安慰劑對照（Placebocontrol）對象I處理效應(yīng)其它因素其它效應(yīng)處理因素對象II效應(yīng)其它因素其它效應(yīng)安慰劑實驗組：對照組：

安慰劑（Placebo）無藥理作用的“假藥”或“偽藥”(dummymedication)外觀（劑型、大小、顔色）、重量、氣味及口味等與試驗藥物一致。目的：克服研究者、受試對象、評價者等由于心理因素所造成的偏倚；消除疾病自然進程的影響，分離出由于試驗藥物引起的真正反應(yīng)。注意：慎用，以不影響人的健康為前提。⑵

空白對照（Blankcontrol）對象I處理效應(yīng)其它因素其它效應(yīng)處理因素對象II效應(yīng)其它因素其它效應(yīng)不處理實驗組：對照組：

空白對照（Blankcontrol）對照組不施加任何措施，反映研究對象在實驗過程中的自身變化。⑴由于處理手段非常特殊，安慰劑盲法試驗無法執(zhí)行，或執(zhí)行起來非常困難,如放射或手術(shù)治療。⑵試驗藥的不良反應(yīng)非常特殊，以至無法使研究者處于盲態(tài)（blindness），用安慰劑意義不大，這時采用空白對照。一般物理化學(xué)實驗中扣除本底值的差異；臨床試驗中，可用于不適合安慰劑對照或慢病研究中。

⑶

標準對照（Standardcontrol）：實用現(xiàn)有的標準方法或常規(guī)方法，或現(xiàn)有的標準值或參考值作對照。對象I新效應(yīng)其它因素其它效應(yīng)新處理對象II標準效應(yīng)其它因素其它效應(yīng)實驗組：對照組：標準處理注意：用現(xiàn)有的標準值或參考值作對照---不好?、茸陨韺φ眨⊿elfcontrol）：實驗和對照在同一受試對象身上進行，如身體對稱部分或前后接受兩不同處理。對象IA效應(yīng)其它因素其它效應(yīng)A對象IIB效應(yīng)其它因素其它效應(yīng)B實驗組：對照組：舉例：研究某治療燒傷新藥的療效。同個體某部位同個體對稱的部位舉例：研究鹽酸西布曲明的減肥效果---前后對照

注意：單一的前后對照是不提倡的；要設(shè)對照組。前后對照不是同期對照；在實驗中同樣需要另設(shè)一個對照組，用處理前后效應(yīng)的差值來比較實驗組和對照組。

西布曲明肥胖患者體重（服藥前）肥胖患者體重（服藥后）自身對照（Selfcontrol）如果是治療前后某項指標的比較，必需保證試驗前后某些環(huán)境或自身因素保持不變！編號服藥前服藥5天服藥15天服藥20天1141.3124.7123.3124.02142.0137.7130.7131.73142.7138.0148.7147.34143.0136.7133.3129.35143.7123.3123.3116.76144.7130.7133.3135.37145.0130.0136.7133.38145.7149.3147.7149.39147.0143.7140.0140.710148.3145.7142.7144.0SBP(mmHg）⑸

相互對照（Mutualcontrol）對象IA效應(yīng)其它因素其它效應(yīng)處理A對象IIB效應(yīng)其它因素其它效應(yīng)處理B實驗組：對照組：⑹

實驗對照（Experimentalcontrol）：對照組不施加處理因素，但施加與處理因素有關(guān)的實驗因素。對象IA+B效應(yīng)其它因素其它效應(yīng)A+B對象IIB效應(yīng)其它因素其它效應(yīng)B實驗組：對照組：舉例：賴氨酸添加實驗，考察補充賴氨酸對兒童發(fā)育的影響賴氨酸+面包面包賴氨酸+面包面包⑹

歷史對照（Experimentalcontrol）：

拿當前的實驗結(jié)果與歷史上的同類實驗結(jié)果相比較，即為~，一般不宜采用。

安慰劑對照空白對照標準對照自身對照相互對照實驗對照歷史對照對照A.實驗對照

B.空白對照

C.安慰劑對照D.相互對照

E.自身對照1.為研究某新藥治療胃潰瘍的效果，對照組選用雷尼替丁治療，這屬于

。2.為明確某食物療法對貧血的療效，選用治療前、后血紅蛋白量作為療效觀察指標，這屬于

。3.為研究某感冒藥物療效，實驗組服用該新藥，對照組不使用任何藥物，這屬于

。4.若上題，對照組服用感冒通膠囊，則屬于

。

練習題：二、隨機原則（Randomization）隨機抽樣：每個附合條件的受試對象被抽取的機會均等。隨機分配：每個受試對象被分到各組的機會均等。實驗順序的隨機：每個受試對象先后接受處理的機會均等。隨機化應(yīng)貫穿研究設(shè)計和實施的全過程，包括：（一）目的：使實驗組與對照組之間在非實驗因素的分布盡量保持均衡一致，統(tǒng)計學(xué)上常采用隨機化的方法。1.抽簽或擲硬幣2.隨機數(shù)字表

（Tableofrandomnumber）3.計算機的偽隨機數(shù)發(fā)生器（Pseudorandomnumber，PRN）（二）隨機化的方法軟件種子數(shù)（1）抽樣的隨機

單純隨機抽樣系統(tǒng)抽樣分層抽樣整群抽樣單純隨機抽樣-STATA實現(xiàn)setobs100

產(chǎn)生數(shù)據(jù)文件，含100個記錄genid=_n產(chǎn)生變量idsaved:\mydata

保存數(shù)據(jù)setseed12345

設(shè)定種子數(shù)sample15

抽取15%的觀察單位List顯示抽中的15個編號STATA程序：結(jié)果【SPSS-軟件實現(xiàn)】

產(chǎn)生對象編號→

設(shè)計種子數(shù)→

運行隨機抽樣過程⑴單純隨機抽樣排序：隨機編號⑵分層隨機抽樣先將總體分成若干層，然后再從每層中隨機抽取一部分對象構(gòu)成研究樣本。

⑶系統(tǒng)抽樣(systematicsampling)⑷整群抽樣ClustersamplingSection4Section5Section3Section2Section1綜合抽樣——多階段隨機抽樣從每個城區(qū)和縣各抽取1個街道和1個鎮(zhèn)抽中現(xiàn)場年齡在35—74歲之間的居民均作為研究對象31個省5個北部城市5個南部城市從每個城市隨機抽取一個縣和一個城區(qū)分層隨機抽樣分層隨機抽樣分層隨機抽樣整群抽樣案例找錯：隨機選取2005年1月至2006年12月期間在鄭州市中心醫(yī)院口腔科就診的203例中重度慢性牙周炎患者為研究對象，選自同期在該科就診的牙周健康的患者作為對照。僅籠統(tǒng)地說“隨機”，未說明隨機抽樣的具體方法！3.2分組的隨機研究者可從研究目的、處理因素的多少，并結(jié)合專業(yè)要求選擇適合的設(shè)計方案，如：完全隨機設(shè)計、配對設(shè)計、隨機區(qū)組設(shè)計等，然后進行隨機分組。目的：使各組之間的非處理因素均衡。⑴完全隨機化分組（Completerandomization）：

直接將受試對象進行隨機化分組。方法一：隨機數(shù)字表法⑴編號：動物按體重大小、患者按就診次序⑵取隨機數(shù)（與n的位數(shù)相同）⑶確定組別【舉例】采用隨機化的方法將同性別、體重相近的30只動物分到A、B、C三組。

附表1隨機數(shù)字表（部分）方法一：隨機數(shù)字表法⑴編號：動物按體重大小、患者按就診次序⑵取隨機數(shù)（與n的位數(shù)相同）編號12345678910隨機數(shù)16772302770961872521÷3的余數(shù)1222201010編號11121314151617181920隨機數(shù)28062425931671135978÷3的余數(shù)1001012120編號21222324252627282930隨機數(shù)23054747257843767161÷3的余數(shù)2222101121A組68101213152026B組1791114161825272830C組234517192122232429⑶按號分組：方法二：采用隨機數(shù)排秩的辦法，事先規(guī)定隨機數(shù)排序為1-10的A組，11-20的為B組，21-30的為C組。編號12345678910隨機數(shù)16772302770961872521排序625912642029128編號11121314151617181920隨機數(shù)28062425931671135978排序15311133072251928編號21222324252627282930隨機數(shù)23054747257843767161排序1021718142716242321A組1346101216182122B組791113141923242527C組25815172026282930方法三：通過計算機編程實現(xiàn)完全隨機化分組setobs30產(chǎn)生數(shù)據(jù)文件，含30個記錄genid=_n產(chǎn)生變量idsetseed124設(shè)定種子數(shù)genr=uniform()產(chǎn)生隨機數(shù)rsortr隨機數(shù)r排序gentreat=group(3)將所有記錄按隨機數(shù)排序并分到3組List顯示分組結(jié)果STATA程序：運行結(jié)果：《高壓氧綜合治療嬰幼兒腦癱臨床療效觀察》一文選擇2006.1~2006.12在中國人民解放軍91醫(yī)院確診的6月～3歲腦癱患兒140例。采用隨機分組法分為兩組，一個為實驗組（70例），另一個為對照組（70例），實驗組在對照組常規(guī)綜合治療（頭針、穴位注射及功能訓(xùn)練等）的基礎(chǔ)上加用高壓氧治療。僅籠統(tǒng)說“隨機分組”，未說明隨機分組的具體方法。案例找錯：步驟一：首先按照體重順序排序并編號1，2，3….

步驟二：應(yīng)用程序產(chǎn)生隨機數(shù)字步驟三：約定每一個區(qū)組中隨機數(shù)最小的到1組，依次為2，3，…

【舉例】將60只小白鼠按體重作為分層或區(qū)組因素，分到10個區(qū)組，隨機分配每個區(qū)組中的6只小白鼠到不同的實驗組（共6個）。⑵分層或區(qū)組隨機化分組方法：通過計算機編程實現(xiàn)分層隨機化分組STATA程序：setobs60egenid=seq()egenb=seq(),block(6)setseed2568genr=uniform()listsortbrgeng=(mod(_n-1,6))+1sortidblistidbgSTATA結(jié)果：隨機：random機會均等，客觀性隨意：aswill隨主觀意愿，主觀性研究設(shè)計及論文中常見隨機化方面的問題有：未注明分組是否隨機，或未采用隨機化分組方法。未說明隨機的方法，只是籠統(tǒng)地說“將病例隨機分為兩組”；隨機化方法錯誤，如按奇偶數(shù)、單雙日、入院順序分組等；隨機不同于隨意，隨機不代表均衡三、重復(fù)原則在相同的實驗條件下，進行多次研究或多次觀察，以提高實驗的可靠性和科學(xué)性。整個實驗的重復(fù)：不可重復(fù)的實驗是沒有科學(xué)性的用多個受試對象進行重復(fù)：

個體—普遍？偶然—必然？要有足夠的樣本含量（samplesize）。同一受試對象的重復(fù)：保證了觀察結(jié)果的精度包括：目的：估計變異的大小，降低變異的大小舉例：問為什么兩個率沒有意義？分組陽陰合計率%試驗組44850對照組0770標題合計4111526.7為什么要確定樣本含量？它的意義和重要性？通過以上分析可見！參考經(jīng)驗大概需要多少例？數(shù)值變量：至少7例才有意義，一般要大于30例，最好100例以上。分類變量：至少大于30例，一般大于100例，常見病、多發(fā)病最好幾百例。這些是經(jīng)驗要求，可靠還要在設(shè)計時計算所需最小樣本量并或統(tǒng)計結(jié)果時估計檢驗效能。12.3常用的實驗設(shè)計方法及其統(tǒng)計學(xué)分析技術(shù)常用的實驗設(shè)計方法：單因素設(shè)計多因素設(shè)計隨機區(qū)組設(shè)計交叉設(shè)計析因設(shè)計重復(fù)測量設(shè)計單組設(shè)計配對設(shè)計完全隨機設(shè)計成組設(shè)計單因素多水平設(shè)計有關(guān)樣本資料的差異性比較定量資料數(shù)據(jù)類型前提條件t/Z檢驗四格表R×C表配對四格表設(shè)計類型單樣本兩獨立樣本配對設(shè)計多獨立樣本方差分析兩組二分類配對設(shè)計多組多分類單樣本兩多獨立樣本配對設(shè)計不滿足t檢驗/方差分析條件的等級資料設(shè)計類型定性資料設(shè)計類型

檢驗秩和檢驗隨機區(qū)組資料析因設(shè)計資料重復(fù)測量資料一、完全隨機設(shè)計

（Completerandomizeddesign）

又叫簡單隨機設(shè)計（Simplerandomizeddesign），將同質(zhì)受試對象隨機地分配到各處理組，再觀察其實驗效應(yīng)。平衡設(shè)計(Balanceddesign)：各組樣本含量相等；非平衡設(shè)計(Unbalanceddesign)：各組樣本含量不等研究總體受試對象組1組2納入標準排除標準隨機化方案一：實驗性研究方案二：調(diào)查性研究總體1隨機抽樣樣本1樣本2總體2隨機抽樣二、配對設(shè)計（Paireddesign）

配對因素：可能影響實驗結(jié)果的主要混雜因素。AB配對的主要形式有：①將兩條件相同或相近的受試對象配成對子（含同一個體兩對稱器官或組織），分別接受兩種不同的處理。如：小鼠配對實驗。②同一受試對象（人或標本）分別接受兩種不同處理。③前后配對：同一受試對象接受一種處理前后。配對設(shè)計的優(yōu)缺點：優(yōu)點：⑴可增強處理組間的均衡性，實驗效率較高；⑵所需樣本含量較小。缺點：⑴配成對子比較困難；⑵丟失對子⑶配對欠佳或配對失敗時，反而降低效率。三、隨機區(qū)組設(shè)計（RandomizedBlockDesign）其命名來自英國著名統(tǒng)計學(xué)家R.A.Fisher，他在倫敦附件的Rothamsted農(nóng)業(yè)實驗站創(chuàng)立了試驗設(shè)計理論和方差分析方法。他做的是農(nóng)田試驗，土地都是被劃分成一塊一塊Block來分配的，所以該設(shè)計就起了這么個名字。山坡河邊屋后有A、B、C三個種子，比較誰的畝產(chǎn)量高？ABCBACCBA隨機區(qū)組設(shè)計（配伍組設(shè)計）ABCD隨機區(qū)組設(shè)計（Randomizedblockdesign）又稱隨機單位組設(shè)計，隨機配伍組設(shè)計。

b個區(qū)組：A和B每個區(qū)組內(nèi)：k個受試對象

k個處理：有待比較特點：將受試對象按性質(zhì)（如動物按窩別、性別、體重；病人按病情、性別、年齡等非處理因素）相同或相近者組成b個區(qū)組（或稱單位組、配伍組）；每個區(qū)組中k個受試對象隨機分配到每個區(qū)組k個處理組中去。

舉例：30只實驗用大白兔，按窩別同，體重近劃分為10個區(qū)組，每區(qū)組3只大白兔隨機采用A、B、C三種處理方案，問三方案處理后血白蛋白減少量有無不同？隨機區(qū)組設(shè)計：優(yōu)點：每個區(qū)組中k個受試對象有較好的同質(zhì)性均衡性較好易查出各處理間的差別缺點：⑴要求區(qū)組間受試對象數(shù)與處理數(shù)相等；⑵若每區(qū)組試驗過程中有一對象丟失，則整個區(qū)組就不能用了。數(shù)據(jù)的丟失，統(tǒng)計麻煩隨機區(qū)級設(shè)計資料ANOVA的基本思想（變異的分解）然后推斷由某種原因所引起的變異是否具有統(tǒng)計學(xué)意義處理因素引起的變異區(qū)組因素引起的變異隨機因素引起的變異（抽樣誤差）產(chǎn)生變異的因素有兩個處理因素+區(qū)組因素兩因素方差分析（two-wayANOVA）關(guān)于處理效應(yīng)（組間效應(yīng)）的關(guān)于區(qū)組效應(yīng)的其方差分析的無效假設(shè)有兩個：分別計算兩個檢驗統(tǒng)計量F值：舉例：某研究人員要了解某升白細胞（A）和純苯（B）對大鼠吞噬指數(shù)的影響，以及兩者同時使用時的效應(yīng)，該如何設(shè)計實驗？結(jié)果如何分析？四、析因設(shè)計（Factorialdesign）用升白藥物（a1,i=1）不用升白藥物（a2,i=2）用純苯（b1,j=1）不用純苯（b2,j=1）用純苯b1,j=1）不用純苯（b2,j=1）Xijm1.943.801.853.882.503.902.013.842.034.062.103.962.103.851.923.922.083.842.043.80表1白細胞（A）和純苯（B）對大鼠吞噬指數(shù)析因設(shè)計探討的主要問題：①各實驗因素的主效應(yīng)（maineffect）②各因素間的交互作用（interaction）：當某一因素在各水平間變化時，另一個或多個因素各水平的效應(yīng)也相應(yīng)地發(fā)生變化。

③可以找到最佳的實驗組合。在析因設(shè)計中，最簡單的類型為2×2析因設(shè)計，其基本形式如下：析因設(shè)計（Factorialdesign）又稱完全交叉分組設(shè)計，是將兩個或以上實驗因素及其各種水平進行排列組合，交叉分組的試驗設(shè)計，并對各種可能組合都進行實驗。多處理因素（factor）：2個或以上處理因素多水平（level）：每個因素有2個或以上的水平；多因素多水平交叉分組進行全面實驗；每個組合中至少有2個或以上的觀察值；觀測值為定量數(shù)據(jù)（需滿足隨機、獨立、正態(tài)、等方差的ANOVA條件）。特點：析因設(shè)計的表示方法：1.等水平析因設(shè)計：m個因素、k個水平，記作：mk2.不等水平析因設(shè)計：

如32×53表示：3個因素2個水平，5個因素3個水平如

32析因分析表示：3個因素有2個水平析因設(shè)計：優(yōu)點：⑴全面高效性——以最小實驗次數(shù)探討各因素的主效應(yīng)，同時獲得各因素間的交互作用；⑵通過比較各種實驗的組合，尋求最佳組合。缺點：⑴工作量大；⑵統(tǒng)計分析復(fù)雜。析因設(shè)計資料ANOVA的基本思想（變異的分解）然后推斷由某種原因所引起的變異是否具有統(tǒng)計學(xué)意義A因素引起的變異B因素引起的變異A和B因素交互作用引起的變異隨機因素引起的變異（抽樣誤差）然后將各部分的變異與隨機誤差進行比較，以判斷各部分的變異是否有統(tǒng)計學(xué)意義。關(guān)于A主效應(yīng)的關(guān)于B主效應(yīng)的關(guān)于A和B交互作用的相應(yīng)的統(tǒng)計量也有三個。配伍組設(shè)計資料的方差分析的無效假設(shè)有三個：分別計算三個檢驗統(tǒng)計量F值：研究患者術(shù)后收縮壓的持續(xù)變化情況：患者編號手術(shù)前113021403125…n155術(shù)后1天130140125155術(shù)后2天130140125155………………術(shù)后k天130140125155五、重復(fù)測量設(shè)計（Repeatedmeasurementdesign）重復(fù)測量設(shè)計（Repeatedmeasurementdesign）定義：當同一受試對象在不同時間點測量次數(shù)≥2次時，該設(shè)計稱~，產(chǎn)生數(shù)據(jù)稱重復(fù)測量數(shù)據(jù)。目的：比較指標的動態(tài)變化過程同一受試對象，同一指標在不同時間點進行多次測量所得資料，用來分析該指標在不同時間點上的變化。同一受試對象不同部位（組織）測量所得指標的觀測值，用來分析該指標在不同機體部位表達的差異。例：為評價某試驗藥物與對照藥物治療慢性乙肝患者的谷丙轉(zhuǎn)氨酶（ALT）水平的影響，將20名慢性乙肝患者隨機分為試驗組和對照組。試驗組服用試驗藥，對照組服用對照藥。對每一患者在治療前、治療后12周、24周、36周分別測量一次ALT水平，試分析試驗藥物和對照藥物效應(yīng)的差異，及試驗藥物在觀察期內(nèi)時間點上的差異。。

.表17-2兩種物治療慢性乙肝不同時間點的ALT水平（U/L）級別觀察對象ALT測量時間治療前12周24周36周試驗組118715583362203163954031851477329419115483295177145702161851507326718515479318183146732691781487922101941528427對照組118015180172192144752331881517835418315182375191141752561951578134719516193418189148842591961638234101891498124同一受試對象的數(shù)據(jù)高度相關(guān)；處理因素在受試對象間為隨機分配；但受試對象內(nèi)各時間點往往是固定的，不能隨機分配。有專門用于重復(fù)測量資料的方差分析方法。重復(fù)測量資料的設(shè)計特點：重復(fù)測量設(shè)計資料ANOVA的基本思想（變異的分解）時間因素引起的變異處理因素引起的變異處理和時間交互作用引起的變異隨機因素引起的變異（抽樣誤差+測量誤差）處理間誤差項重復(fù)測量誤差項（個體內(nèi)誤差項）

然后將各部分的變異與隨機誤差進行比較，以判斷各部分的變異是否有統(tǒng)計學(xué)意義。關(guān)于處理因素的關(guān)于時間因素的關(guān)于處理與時間之間交互作用的相應(yīng)的統(tǒng)計量也有三個。重復(fù)測量設(shè)計資料的方差分析的無效假設(shè)有三個：分別計算三個檢驗統(tǒng)計量F值：變異來源SSdfMSF值處理主效應(yīng)SS處理g-1MS處理MS處理/MSE處理時間主效應(yīng)SS時間m-1MS時間MS時間/MSE重復(fù)處理×時間（交互作用）SS處理×時間(g-1)(m-1)MS處理×時間MS處理×時間/MSE重復(fù)處理間誤差項SSE處理g(n-1)MSE處理重復(fù)測量誤差項SSE重復(fù)g(n-1)(m-1)MSE重復(fù)合計SSTgmn-1組別受試對象階段I清除階段(washout)階段II組11處理A無處理處理B2…n1組21處理B無處理處理A2…n1六、交叉設(shè)計（Cross-overdesign）舉例：某醫(yī)生為研究某新藥A治療哮喘的療效，以舊藥舒喘寧B為對照，測服藥8小時的最大呼氣流量值。交叉設(shè)計：是一種特殊的自身對照設(shè)計，按事先設(shè)計好的試驗次序，在各個時期對研究對象實施各種處理，比較各處理組間的差異。兩種處理：A和B兩個階段：I和II隨機分為兩組：組1先A后B

組2先B后A2×2

交叉：能夠分析：處理因素之間的差別時間先后順序的差別雙因素設(shè)計兩階段兩處理交叉設(shè)計資料ANOVA的基本思想（變異的分解）處理因素不同引起的變異誤差項順序因素引起的變異階段因素引起的變異個體間變異然后將各部分的變異與隨機誤差進行比較，以判斷各部分的變異是否有統(tǒng)計學(xué)意義。交叉設(shè)計資料方差分析表優(yōu)點：⑴所需樣本例數(shù)可少一些，節(jié)約樣本含量；⑵控制個體差異和時間因素對處理因素的影響，效率較高；⑶臨床試驗中，均等地考慮了每個患者的利益。缺點：⑴處理時間不能太長；⑵若患者治愈或死亡，則后一階段無法進行。⑶受試對象在某一階段退出實驗，就會造成該階段及以會數(shù)據(jù)的丟失，增加統(tǒng)計分析的困難。交叉試驗的優(yōu)缺點：⑴清除階段旨在消除前一處理的剩余效應(yīng)，其長短取決于藥物在血清中衰減程度，一般大于6~8個半衰期。⑵盲法：以提高受試對象的依從性，避免偏倚。⑶不宜用于有自愈傾向或病程較短的疾病研究。交叉試驗的注意事項：12.4樣本含量的估計1.概念：指觀察例數(shù)的多少，又稱樣本大小。即指保證一定檢驗效能的前提下，所需要的樣本的最小觀察單位數(shù)。2.原則：科學(xué)實驗需要重復(fù)。一、樣本含量（Samplesize）估計1.忽視應(yīng)當保證足夠的樣本含量：抽樣誤差大，所得結(jié)果不穩(wěn)定，結(jié)論的可靠性差，用于推斷總體的精度差。檢驗效能低，導(dǎo)致總體中事實上存在的差異未能檢測出來，出現(xiàn)假陰性（falsenegative）的結(jié)果2.片面追求大樣本：實際工作困難，浪費人力物力、時間；引入過多的混雜因素，影響數(shù)據(jù)質(zhì)量。二、克服樣本估計中的兩種錯誤傾向：三、影響樣本含量估計的四個主要因素：

：第I類錯誤概率，也是檢驗水準；

：第II類錯誤概率β，或檢驗效能1-β：容許誤差：總體標準差或總體概率π1.α

：第I類錯誤概率，也稱檢驗水準α所設(shè)α小，所需樣本含量大；相同α，雙側(cè)檢驗比單側(cè)檢驗所需樣本含量多；所以要注意單雙側(cè)；一般設(shè)α為0.05，0.012.b：第II類錯誤概率，或檢驗效能1-b所設(shè)b小或檢驗效能1-b高，則所需樣本量大；一般設(shè)β在0.80以上。3.

δ

：容許誤差容許誤差δ大，所需樣本含量??；δ的數(shù)值由問題的性質(zhì)決定。反映資料的變異度，

愈大所需樣本含量愈多?？傮w概率π越近于0.50，說明資料變異度越大，則所需樣本含量也愈多?；颚械臄?shù)值由預(yù)實驗，或文獻、專業(yè)知識決定。4.

/π

：總體標準差或總體概率π此外，樣本含量大小與下列因素也有關(guān)系：研究中比較組的多少。研究中比較的組別越多，則樣本含量越大。欲分析變量的多少。研究所采用的抽樣調(diào)查方法。一般而言，整群抽樣＞單純隨機抽樣＞系統(tǒng)抽樣＞分層抽樣的抽樣誤差，因此整群抽樣一般需更大的樣本量，而分層抽樣所需樣本量則較少。四、樣本含量的估計方法：經(jīng)驗法：根據(jù)前人的研究結(jié)果或咨詢同行專家的方法來確定樣本例數(shù)，該方法較為粗略。查表法：方便，但受到列表的限制；計算法：采用專用公式計算，可根據(jù)檢驗效能的公式反推過來求樣本含量。(1)單樣本均數(shù)檢驗或均數(shù)的配對檢驗：均取單側(cè)臨界值為標準正態(tài)分布的雙側(cè)臨界值；為單側(cè)檢驗時的。雙側(cè)檢驗：單側(cè)檢驗：舉例：用某藥治療高膽固醇血癥，已知血清膽固醇降低0.52mmol/L專業(yè)上有意義，若σ=1.28mmol/L，保持單側(cè)α=0.05，檢驗功能0.90時，需多大樣本含量？解：代入公式：α=0.05單側(cè)，β＝0.10，δ=0.52mmol/L，=1.28mmol/L查表：故需檢測52位高膽固醇患者，才有90%的概率發(fā)現(xiàn)該藥有專業(yè)意義的療效。(2)兩樣本均數(shù)的檢驗：Q1和Q2為樣本例數(shù)（samplefraction）Q1=n1/N，Q2=n2/N，N=n1+n2因而：n1=Q1N，n2=Q2N，Q1+Q2=1若：n1=n2，則：

Q1=Q2=0.5雙側(cè)檢驗：舉例：某人欲比較黃芪與生血散對粒細胞減少癥的療效。據(jù)以往經(jīng)驗，黃芪可平均增加粒細胞1×109個/L，生血散可平均增加粒細胞2×109個/L

，若σ=1.8×109個/L，α取單側(cè)0.05，檢驗功效為0.80，每組例數(shù)相等，問每組需要多少病例？若黃芪組樣本含量占整個樣本含量的60%，則每組又各需要多少病例？。解：代入公式：α=0.05，β＝0.20，δ=2.0-1.0=1.0，=1.8查表：Za=Z0.05=1.648；Zb=Z0.20=0.842則：每組所需病例均為40例。（1）若兩樣本含量相等，則Q1=Q2=0.5（2）若黃芪組樣本量占整個樣本含量的60%即：Q1=0.60,Q2=1-Q1=0.40所以：黃芪組需n1＝Q1N=0.6×84=50例生血散組需n2＝Q2N=0.4×84=34例

可看出：在其他條件不變的情況下，若兩組樣本含量的比例相同，則所需的樣本含量最少。(3)單個樣本率的檢驗（大樣本）：則：δ=π

1-π

2雙側(cè)檢驗：π0為已知總體概率，π1為預(yù)期實驗總體概率=Nêú2ê?ú?ùé2÷Z?è??+Zdba)1(-π0π0(5)兩個獨立樣本頻率的檢驗(4)配對二分類資料的檢驗四、樣本含量的常用軟件：SAS

nQueryAdvisor

PASSExcelSamplepowerEGRETSIZSASA12.6常見錯誤實例辨析統(tǒng)