常用醫(yī)學(xué)實驗設(shè)計

常用實驗設(shè)計方法（一）完全隨機設(shè)計（二）配對設(shè)計（三）隨機區(qū)組設(shè)計常用實驗設(shè)計方案（四）拉丁方設(shè)計（五）析因設(shè)計（六）正交設(shè)計醫(yī)學(xué)實驗設(shè)計必須遵循對照、隨機、重復(fù)和均衡的基本原則。不同的研究目的應(yīng)采用不同的設(shè)計方法安排實驗。醫(yī)學(xué)研究中常用的實驗設(shè)計方法有：一、完全隨機設(shè)計(completelyrandomdesign)完全隨機設(shè)計將實驗對象完全隨機地分配到實驗組與對照組（或多個處理組）中去進行實驗觀察。完全隨機設(shè)計亦稱單因素設(shè)計，即只有1種處理因素，但可以有多個水平。一、完全隨機設(shè)計受試對象實驗組1，2，…對照組隨機化各組樣本含量可以相等，也可以不等，但相等時統(tǒng)計分析效率最高。完全隨機化分組方法1.將受試對象依次編號;2.用抽簽法、隨機數(shù)字表法、隨機排列表法把受試對象隨機分配到各處理組中去。完全隨機設(shè)計的隨機分配方法樣本例數(shù)≤

20，使用隨機排列表樣本例數(shù)＞

20，使用隨機數(shù)字表1.將動物依次編號1，2，….n2.從隨機數(shù)字表中從任一數(shù)字開始向任一方向查出n個隨機數(shù)字，依次抄錄于動物編號下面3.按預(yù)先規(guī)定，將隨機數(shù)字為偶數(shù)者分入A組，為奇數(shù)者分入B組4.組間調(diào)整方法一、隨機數(shù)字表法分組例1試將性別相同、體重相近的18只實驗動物等分到A、B兩組。動物號123456789101112131415161718隨機數(shù)字162277943949544354821737932378873520組別AABABBABAABBBBABBA用隨機數(shù)字表進行分組初步分配結(jié)果組別動物號A12479101518B3568111213141617組間調(diào)整：接著摘抄一個隨機數(shù)字，96，除以10的余數(shù)為6，故把12號動物分至A組中。最終分配結(jié)果組別動物號A1247910151812B35681113141617例1試將性別相同、體重相近的18只實驗動物等分到A、B兩組。

1.將實驗動物編號。2.查隨機排列表：隨機指定第6行，舍去18～19字，將0～17之間的數(shù)字依次錄于動物號下。3.預(yù)先規(guī)定，將隨機數(shù)字為0～8者分入A組，9～17者分入B組。編號123456789101112131415161718隨機數(shù) 組別 方法二、隨機排列表法分組動物號123456789101112131415161718隨機數(shù)字11215141081211743091661375組別BABBBABABAAABBABAA隨機排列表法分組最終分配結(jié)果組別動物號A268101112151718B1345791314161.將動物依次編號1，2，….n2.從隨機數(shù)字表中從任一數(shù)字開始向任一方向查出n個隨機數(shù)字，依次抄錄于動物編號下面3.求出每個隨機數(shù)字被3除后的余數(shù)4.按預(yù)先規(guī)定，將余數(shù)為0者分入A組，為1者分入B組，為2者分入C組。5.組間調(diào)整方法一、隨機數(shù)字表法分組例2試將性別相同、體重相近的30只實驗動物等分到A、B、C三組。方法一、隨機數(shù)字表法分組對象編號123456789101112131415隨機數(shù)字除以3的余數(shù)組別對象編號161718192021222324252627282930隨機數(shù)字除以3的余數(shù)組別方法一、隨機數(shù)字表法分組對象編號123456789101112131415隨機數(shù)字495443548217379323788735209643除以3的余數(shù)101012102002201組別BABABCBACAACCAB對象編號161718192021222324252627282930隨機數(shù)字842634916484421753315724550688除以3的余數(shù)021110022100101組別ACBBBAACCBAABAB初步分配結(jié)果組間調(diào)整：從隨機數(shù)字表中接著查一隨機數(shù)字，77，除以12，余5;則將A組中的第5只“11號”分至C組；組別動物號A248101114162122262729B135715181920252830C691213172324組間調(diào)整1組間調(diào)整：從隨機數(shù)字表中接著查一隨機數(shù)字，77，除以12，余5，則將A組中的第5只“11號”分至C組；從隨機數(shù)字表中接著查一隨機數(shù)字，04，除以11，余4，則將A組中的第4只“10號”分至C組；組別動物號A2481014162122262729B135715181920252830C69121317232411組間調(diào)整2組間調(diào)整：從隨機數(shù)字表中接著查一隨機數(shù)字，77，除以12，余5，則將A組中的第5只“11號”分至C組；從隨機數(shù)字表中接著查一隨機數(shù)字，04，除以11，余4，則將A組中的第4只“10號”分至C組；組別動物號A24814162122262729B135715181920252830C6912131723241110組間調(diào)整3組間調(diào)整：從隨機數(shù)字表中接著查一隨機數(shù)字，77，除以12，余5，則將A組中的第5只“11號”分至C組；從隨機數(shù)字表中接著查一隨機數(shù)字，04，除以11，余4，則將A組中的第4只“10號”分至C組；從隨機數(shù)字表中接著查一隨機數(shù)字，74，除以11，余8，則將B組中的第8只“20號”分至C組；組別動物號A24814162122262729B135715181920252830C6912131723241110最終分配結(jié)果組別動物號A24814162122262729B1357151819252830C691213172324111020各組接受何種處理也要隨機化。完全隨機設(shè)計分析方法

(計量資料)①兩個處理組為小樣本時，可以考慮兩個樣本均數(shù)比較的ｔ檢驗或秩和檢驗(Wilcoxon兩樣本比較法)。②兩個處理組為大樣本時,可以用兩個樣本均數(shù)比較的ｕ檢驗。③多個處理組時可以考慮單因素方差分析或秩和檢驗(KruskalWallis法)。完全隨機設(shè)計分析方法

(計數(shù)資料)①當(dāng)研究分為兩組時，可以考慮兩個樣本率比較的u檢驗、χ2檢驗或Fisher’s精確概率法。②當(dāng)研究分為多組且觀察指標(biāo)無序時，可采用χ2檢驗。③當(dāng)研究分為多組且觀察指標(biāo)有序時，秩和檢驗(KruskalWallis法)或ridit分析。一、完全隨機設(shè)計優(yōu)點：簡單易行。實驗中個別發(fā)生意外情況對實驗結(jié)果影響不大。缺點：一次實驗只能分析比較一個因素的實驗效應(yīng)。沒有控制混雜因素在各組的影響，實驗效率較低。要求樣本含量相對較大（一）完全隨機設(shè)計（二）配對設(shè)計（三）隨機區(qū)組設(shè)計常用實驗設(shè)計方案（四）拉丁方設(shè)計（五）析因設(shè)計（六）正交設(shè)計二、配對設(shè)計

（paireddesign）配對設(shè)計是將受試對象按某些特征或條件配成對子，然后分別把每對中的兩個受試對象隨機分配到實驗組與對照組(或不同處理組)。二、配對設(shè)計受試對象配對的特征或條件，主要是指年齡、性別、體重、環(huán)境條件等非實驗因素，不要以實驗因素作為配對條件。根據(jù)受試對象來源的不同，分為同源配對(homogeneticmatching)和異源配對(hetero-geneticmatching)兩種。同源配對

(homogeneticmatching)又稱同體配對(homobodymatching),即試驗和對照在同一受試個體身上進行觀察的方法，分為4種類型：(1)同一受試對象處理前、后的數(shù)據(jù)；(2)同一受試對象兩個部位的數(shù)據(jù)；(3)同一受試對象、同一樣品用兩種方法或儀器檢測結(jié)果；(4)用同一方法或儀器檢測同一受試對象不同標(biāo)本的檢測結(jié)果。

異源配對

(heterogeneticmatching)例如：取同窩別、同性別、體重近似的2只動物配對；將病種、病型、病情及其它影響療效的主要因素一致的病人配成對子；二、配對設(shè)計例3將樣本中20例受試對象按性別相同、年齡、工作性質(zhì)相近者配成對子，共10對。用隨機排列表將每對中的兩個受試對象隨機分配到甲、乙兩個處理組中。配對設(shè)計方法1.先將10對受試者編號，如第一對第1受試者編為1.1，第2受試者編為1.2，余仿此。2.再隨機指定隨機排列表第2行，舍去10～19之間的數(shù)字，并規(guī)定單數(shù)取甲、乙順序，雙數(shù)取乙、甲順序。配對設(shè)計分配結(jié)果組別受試者編號甲1.22.13.24.25.16.17.28.19.210.1乙1.12.23.14.15.26.27.18.29.110.2例：如何將12對大鼠隨機分配到兩個不同處理組中？配對設(shè)計數(shù)據(jù)分析效應(yīng)指標(biāo)為數(shù)值變量參數(shù)檢驗：配對t檢驗（差值t檢驗）；非參數(shù)檢驗：Wilcoxon符號秩和檢驗；效應(yīng)指標(biāo)為分類變量配對四格表（2×2列聯(lián)表）χ2

檢驗。二、配對設(shè)計優(yōu)點：提高組間均衡性和統(tǒng)計效率，減少抽樣誤差；樣本含量較小；統(tǒng)計分析方法簡單。缺點：設(shè)計復(fù)雜；配對失敗或配對欠佳時，會降低實驗效率；觀察對象要經(jīng)過挑選,易損失樣本含量；延長實驗時間,對子間的條件易發(fā)生變化。例某廠醫(yī)務(wù)室測定了10名氟作業(yè)工人工前、工中及工后4小時的尿氟濃度()，結(jié)果見下表.問氟作業(yè)工人在這三個不同時間的尿氟濃度有無差別?表氟作業(yè)工人不同時間的尿氟濃度(

)64.21192.6558.9573.6960.0110104.22312.65105.27121.0686.329110.54331.61100.01126.33105.278137.56412.67200.02138.9673.69779.31237.9265.27126.3346.326146.50439.51194.75144.75100.015184.22552.67210.54166.33175.80459.65178.9668.4363.1647.373105.62316.8765.27163.1788.432106.68320.0387.38142.1290.531

工后工中工前編號（一）完全隨機設(shè)計（二）配對設(shè)計（三）隨機區(qū)組設(shè)計常用實驗設(shè)計方案（四）拉丁方設(shè)計（五）析因設(shè)計（六）正交設(shè)計三、隨機區(qū)組設(shè)計(randomizedblockdesign)隨機區(qū)組設(shè)計又稱配伍組設(shè)計，這種設(shè)計實際上是配對設(shè)計的擴大。這種設(shè)計是將多方面條件相同或相近的受試對象組成區(qū)組或配伍組，再將每一區(qū)組的受試對象隨機分配到各個處理組中。每個隨機區(qū)組的受試對象數(shù)目取決于處理組數(shù)。三、隨機區(qū)組設(shè)計

A接受甲處理實驗對象→配成區(qū)組→隨機分配區(qū)組中

B接受乙處理

C

接受丙處理

D

接受丁處理

…

…例4將21只小白鼠隨機分組，分別接受A、B、C三種處理。三、隨機區(qū)組設(shè)計隨機區(qū)組設(shè)計方法21小白鼠編成7個配伍組，每個配伍組3只小白鼠。1～3號為第1配伍組，4～6號為第2配伍組，余類推。查隨機排列表，隨機指定7行，如第2～8行，在每行只取隨機數(shù)1～3，其余數(shù)舍去，依次標(biāo)于各配伍組的受試者編號下。預(yù)先規(guī)定隨機數(shù)字為1劃入A組，為2劃入B組，為3劃入C組。隨機區(qū)組設(shè)計方法受試者號123456789101112隨機數(shù)213123132123處理BACABCACBABC受試者號131415161718192021隨機數(shù)213321321處理BACCBACBA分配結(jié)果配伍組處理組ABCⅠ213Ⅱ456Ⅲ798Ⅳ101112Ⅴ141315Ⅵ181716Ⅶ212019隨機區(qū)組設(shè)計資料通常采用方差分析來處理。隨機區(qū)組設(shè)計：例：將病期、病程、年齡等相近似的高血壓患者20人分別配成5個配伍組，問如何保證隨機原則？第一伍受試對象編號：1、2、3、4

查隨機數(shù)表隨機數(shù)：88565327

丁丙乙甲規(guī)定：按隨機數(shù)字大小分入甲、乙、丙、丁四種處理。第二、三、四、五伍可按此法進行隨機。均衡不完全配伍組設(shè)計

(balancedincompleteblocksdesign)

一般每個配伍組的受試對象個數(shù)k應(yīng)等于處理組數(shù)v，但有時處理組數(shù)v多于配伍組所能容納的受試對象個數(shù)，即v>k。此時每個配伍組不能把所有的處埋都安排進去，可采用均衡不完全配伍組設(shè)計，簡稱BIB設(shè)計。

均衡不完全配伍組設(shè)計是指處理組數(shù)多于配伍組所能容納的個數(shù)。配伍組設(shè)計配伍組號處理因素1ABCD2BADC3CBAD4DCBA每伍4個受試對象，接受四個水平處理61均衡不完全配伍組設(shè)計設(shè)有A、B、C、D四種處理，每個配伍組只能按排3個處理，不能安排所有的4個處理，因此是不完全的。如果按照表5－1設(shè)計，則每個處理因素出現(xiàn)的次數(shù)都相同(3次)；且任意兩個因素在同一配伍組內(nèi)的次數(shù)也是相同的(2次)，因此設(shè)計是均衡的。

表5－1均衡不完全配伍組設(shè)計配伍組號處

理

因

素1234AAABBBCCCDDD隨機區(qū)組設(shè)計優(yōu)點：處理組間的可比性更強；增加了區(qū)組信息，實驗效率較高；缺點：受配伍條件限制，樣本難獲得；分組較繁，要求單位組內(nèi)實驗單位數(shù)與處理數(shù)相同，有時實際應(yīng)用有一定困難；實驗結(jié)束若有數(shù)據(jù)缺失，統(tǒng)計分析較麻煩。（一）完全隨機設(shè)計（二）配對設(shè)計（三）隨機區(qū)組設(shè)計常用實驗設(shè)計方案（四）拉丁方設(shè)計（五）析因設(shè)計（六）正交設(shè)計單因素設(shè)計多因素設(shè)計

研究蛇毒的抑瘤作用，擬將四種瘤株勻漿接種小白鼠，一天后分別用四種不同的蛇毒成份，各取四種不同的劑量腹腔注射，每日一次，連續(xù)十天，停藥一天，解剖測瘤重。（一）完全隨機設(shè)計（二）配對設(shè)計（三）隨機區(qū)組設(shè)計常用實驗設(shè)計方案（四）拉丁方設(shè)計（五）析因設(shè)計（六）正交設(shè)計四、拉丁方設(shè)計（Latinsquaredesign）

所謂拉丁方是一個用拉丁字母A、B、C、D….排列成的方陣。這個方陣中每個字母在任意行或列中，均出現(xiàn)一次，而且僅僅出現(xiàn)一次。如3×3、4×4標(biāo)準(zhǔn)拉丁方：ABCDBCDACDABDABCABCBCACAB四、拉丁方設(shè)計

（Latinsquaredesign）

拉丁方設(shè)計是將三個因素按水平數(shù)r排列成一個r×r隨機方陣，然后按照拉丁方陣型將受試對象分配到各個處理組中去進行實驗的一種設(shè)計方法。適用條件：

涉及三個處理因素，各因素間無交互作用且水平數(shù)相等。設(shè)計步驟根據(jù)因素的水平數(shù)選定拉丁方表。將選定拉丁方表隨機化，即行、列交換。規(guī)定行、列、字母代表的因素和水平。按照拉丁方陣進行試驗。拉丁方設(shè)計例5研究蛇毒的抑瘤作用，擬將四種瘤株勻漿接種小白鼠，一天后分別用四種不同的蛇毒成份，各取四種不同的劑量腹腔注射，每日一次，連續(xù)十天，停藥一天，解剖測瘤重。試作拉丁方設(shè)計。瘤株A（肉瘤180）B（肝肉瘤）C（艾氏腹水瘤）D（網(wǎng)狀細(xì)胞瘤）成份ⅠⅡⅢⅣ劑量（mg/Kg)1（0）2(0.03)3(0.05)4(0.075)拉丁方設(shè)計步驟本例有3個因素，每個因素4個水平。按水平數(shù)選定標(biāo)準(zhǔn)拉丁方，4×4拉丁方將標(biāo)準(zhǔn)方隨機化，可將整行、整列調(diào)換，使之隨機化。規(guī)定字母、行、列所代表的因素和水平。ABCDBADCCDABDCBACBADDABCADCBBCDACBADADCBDABCBCDA劑量(mg/Kg)成份ⅠⅡⅢⅣ0.000CBAD0.030ADCB0.050DABC0.075BCDA規(guī)定：字母為瘤株，行為劑量，列為成份蛇毒抑癌實驗結(jié)果（瘤重）濃度成分合計ⅠⅡⅢⅣ0.00A0.80B0.74C0.31D0.482.330.03B0.50A0.36D0.18C0.201.240.05C0.38D0.44A0.17B0.421.410.07D0.22C0.25B0.36A0.281.11合計1.901.791.021.386.09瘤株合計A1.61B2.02C1.41D1.32

方差分析表變異來源ＳＳＶＭＳＦＰ總0.510315濃度間0.228730.007629.29﹤0.05峰間0.121730.04064.95﹤0.05瘤株間0.110630.03694.50﹥0.05誤差0.049360.0082

拉丁方是如何體現(xiàn)實驗設(shè)計原則的？1、對照原則：各字母間體現(xiàn)各處理間相互對照各行、列的水平數(shù)間體現(xiàn)相互對照。2、隨機原則對拉丁方基本型，可進行任意整行或整列的變換，體現(xiàn)了隨機原則。3、均衡原則：每個字母在每一行每一列均出現(xiàn)一次，體現(xiàn)了均衡原則。4、重復(fù)原則：每個格子可同時安排多個受試對象。四、拉丁方設(shè)計優(yōu)點拉丁方設(shè)計可以看成是縱橫兩相皆為配伍組，可以用較少的重復(fù)次數(shù)，獲得較多的信息，統(tǒng)計效率更高。缺點

要求各因素的水平數(shù)必須相等且無交互作用，實際應(yīng)用中有一定局限性。如：12例缺鐵性貧血病人的療效觀察，分為4組，給予不同治療，一個月后檢查各組病人紅細(xì)胞增加數(shù)（百萬/mm3）第一組一般療法第二組一般療法+葉酸第三組一般療法+鐵劑第四組一般療法+葉酸+鐵劑（一）完全隨機設(shè)計（二）配對設(shè)計（三）隨機區(qū)組設(shè)計常用實驗設(shè)計方案（四）拉丁方設(shè)計（五）析因設(shè)計（