4.常用医学实验设计方法-上

常用医学实验设计翟德胜[e-mail]新乡医学院公共卫生学系实验设计的基本要素降压药高血压病人血压值处理因素受试对象实验效应实验设计的基本原则对照原则principleofcontrol均衡原则principleofhomogeneity随机原则principleofrandomization重复原则principleofreplication（一）完全随机设计（二）配对设计（三）随机区组设计常用实验设计方案（四）拉丁方设计（五）析因设计（六）正交设计一、完全随机设计(completelyrandomizeddesign)完全随机设计是最常见的一种考察单因素两水平或多水平的实验设计方法。它是将同质的受试对象完全随机地分配到各处理组，然后观察其实验效应。一、完全随机设计受试对象实验组1，2，…对照组随机化分组各组样本含量可以相等，也可以不等，但相等时统计分析效率最高。【例1】为探讨硫酸氧矾对糖尿病性白内障的防治作用，研究人员将已诱导糖尿病模型的18只大鼠随机分为两组。一组用硫酸氧矾治疗，另一组作对照观察，12周后测大鼠血糖含量。比较两组动物血糖含量的总体均数是否相同。完全随机化分组方法1.将受试对象依次编号;2.用抽签法、随机数字表法、随机排列表法（N=20）把受试对象随机分配到各处理组中去。1.将动物依次编号1，2，….182.从随机数字表中从任一数字开始向任一方向查出18个随机数字，依次抄录于动物编号下面3.按预先规定，将随机数字为偶数者分入A组，为奇数者分入B组4.组间调整方法一、随机数字表法分组例1试将性别相同、体重相近的18只实验动物等分到A、B两组。动物号123456789101112131415161718随机数字162277943949544354821737932378873520组别AABABBABAABBBBABBA用随机数字表进行分组初步分配结果组别动物号A12479101518B3568111213141617组间调整：接着摘抄一个随机数字，96，除以10的余数为6，故把12号动物分至A组中。最终分配结果组别动物号A1247910151812B35681113141617思考如何将受试对象随机分配到3组或更多的研究组中？例2试将性别相同、体重相近的30只实验动物随机等分到A、B、C三组。1.将动物依次编号1，2，….302.从随机数字表中从任一数字开始向任一方向查出30个随机数字，依次抄录于动物编号下面3.按预先规定，将查得的随机数字除以3，余数为0、1、2者分别分入A组、B组、C组4.组间调整动物号123456789101112131415随机数字3321123429786456782524274438组别AAABCABCBBBABCC动物号161718192021222324252627282930随机数字1551013429966279545760863244组别AAABAAACBAAACCC用随机数字表进行分组初步分配结果组别动物号A123612161718202122252627B4791011131924C58141523282930组间调整：接着摘抄一个随机数字9，除以14的余数为9，故把20号动物分至B组中。以此类推，47/13，27/12，96/11，将18号动物分到B组中，将3号，22号动物分到C组中。最终分配结果组别动物号A12612161721252627B47910111319242018C58141523282930322例1试将性别相同、体重相近的18只实验动物等分到A、B两组。1.将实验动物编号。2.查随机排列表：随机指定第6行，舍去18～19字，将0～17之间的数字依次录于动物号下。3.预先规定，将随机数字为0～8者分入A组，9～17者分入B组。编号123456789101112131415161718随机数组别方法二、随机排列表法分组动物号123456789101112131415161718随机数字11215141081211743091661375组别BABBBABABAAABBABAA随机排列表法分组最终分配结果组别动物号A268101112151718B134579131416【例2】某医生为了研究一种降血脂新药的临床疗效，按统一纳入标准选择120名高血脂患者，采用完全随机设计方法将患者等分为2组进行试验。实验组服用降血脂新药，对照组服用安慰剂。6周后测得低密度脂蛋白作为试验结果，比较2个处理组患者的低密度脂蛋白含量总体均数有无差别。【例3】某医生为了研究一种降血脂新药的临床疗效，按统一纳入标准选择120名高血脂患者，采用完全随机设计方法将患者等分为4组进行试验。其中降血脂新药组分为高剂量组、中剂量组和低剂量组，对照组服用安慰剂。6周后测得低密度脂蛋白作为试验结果，比较4个处理组的患者的低密度脂蛋白含量总体均数有无差别。各组接受何种处理也要随机化。【例4】将15只兔随机均分入三组，任意指定随机排列表的某一行(如第2行)。【分析与解答】将15只兔编成1～15号，舍去指定行中15～19的随机数字，剩下的依次抄录在15个编号之下，并事先规定遇随机数0～4、5～9、10～14的兔分别进入甲、乙、丙组。现假定选定了第16行随机排列数字，舍去该行中15～19的随机数字，剩下的依次抄录在15个编号之下：用随机排列表实现随机化举例3续【分组结果】6，11，12，13，15号小兔进入甲组；1，2，3，5，9号小兔进入乙组；4，5，7，10，14号小兔进入丙组。对象编号123456789101112131415随机数字87611142135912014103组别乙乙乙丙丙甲丙乙乙丙甲甲甲丙甲完全随机设计数据分析效应指标为数值变量参数检验：ｔ检验，ｕ检验或单因素方差分析法；非参数检验：Wilcoxon符号秩和检验，KruskalWallis法秩和检验；效应指标为分类变量两个样本率比较的u检验、χ2检验或Fisher’s精确概率法，秩和检验(KruskalWallis法)或Ridit分析一、完全随机设计优点：简单易行。实验中个别发生意外情况对实验结果影响不大。缺点：一次实验只能分析比较一个因素的实验效应。没有控制混杂因素在各组的影响，实验效率较低。要求样本含量相对较大。（一）完全随机设计（二）配对设计（三）随机区组设计常用实验设计方案（四）拉丁方设计（五）析因设计（六）正交设计二、配对设计（paireddesign）配对设计是将受试对象按某些特征或条件配成对子，再随机分配每对中的两个对象接受不同的处理方式。配对的因素是影响实验效应的主要非处理因素。优点：增强处理组间的均衡性，提高检验效能。二、配对设计受试对象配对的特征或条件，主要是指年龄、性别、体重、环境条件等非实验因素，不要以实验因素作为配对条件。要选择对试验结果影响较大的非处理因素配对，如研究小鼠吃不同饲料后的体重增长情况，可将体重相近的小鼠配对，在临床试验中可将病情基本相同的患者配对。遵循“(配对)组间差别越大越好，(配对)组内差别越小越好”的原则。同源配对(homogeneticmatching)即试验和对照在同一受试个体身上进行观察的方法，分为3种类型：(1)同一受试对象处理前、后的数据；(2)同一受试对象左右两个部位的数据；(3)同一受试对象、同一样品用两种方法或仪器检测结果；前后配对应用范围急性与短期的实验研究注意事项尽量控制实验条件，保证处理前后其他条件具有可比性。并避免时间过长的实验，以避免时间与大自然条件变化的影响个体间差异较大时，可用相对差数进行分析，即变化（比）率=（处理前-处理后）/处理前左右配对应用范围适于局部作用因素的研究。如扩瞳药、局部反应药等。但如局部应用后可通过反射或血液循环而影响对侧者，均不宜采用这种设计。注意事项必须保证被试因素的观察效应是局部性的，不致通过反射方式或体液途径影响对侧。若实验目的是利用病理模型观察不同被试因素的疗效，应尽量做到条件齐同，保证两侧模型病变程度的一致性。处理组和对照组的左右分配可用简单随机方法决定。异源配对(heterogeneticmatching)例如：取同窝别、同性别、体重近似的2只动物配对；将病种、病型、病情及其它影响疗效的主要因素一致的病人配成对子。异源配对应用范围同期平行观察，不仅适用于急性实验，而且可用于慢性实验或较长期观察动物配对的基本条件：临床实验配对的基本条件：注意事项尽量做到对子本身的齐同，同卵双生保持非被试因素的可比性配对不成功时的分析处理配对设计方法1.先将10对受试者编号，如第一对第1受试者编为1.1，第2受试者编为1.2，余仿此。2.再随机指定随机排列表第2行，舍去10～19之间的数字，并规定单数取甲、乙顺序，双数取乙、甲顺序。配对设计分配结果组别受试者编号甲1.22.13.24.25.16.17.28.19.210.1乙1.12.23.14.15.26.27.18.29.110.2配对设计数据分析效应指标为数值变量参数检验：配对t检验（差值t检验）；非参数检验：Wilcoxon符号秩和检验；效应指标为分类变量配对四格表（2×2列联表）χ2检验。二、配对设计优点：提高组间均衡性和统计效率；样本含量较小；统计分析方法简单。缺点：设计复杂，配对失败或配对欠佳时，会降低实验效率。配对设计与完全随机设计的比较1.标准误配对设计：完全随机设计（n1=n2）：nsrssssd/]2)[(212221nsssxx/)(221221配对设计与完全随机设计的比较2.自由度异源配对设计实验资料分析时的自由度只有完全随机设计的一半。自由度与tα标准呈反变。自由度越大，t0.05与t0.01的标准越小。对于两组实验，从统计学角度看，到底选择配对设计还是完全随机设计，应当从标准误与自由度两方面加以考虑。只有配对设计可能导致标准误减小的效果大于自由度减小的效果时，才能选用配对设计；否则，以完全随机设计为妥。Haveagreatweek!