实验设计教案课件.ppt

1、实验日期实验日期受访者数受访者数处理处理第一天第一天A第二天第二天B第三天第三天C第四天第四天D实验日期实验日期处理处理ABCD第一天第一天第二天第二天第三天第三天第四天第四天溃疡面溃疡面 男男 女女 大大 中中 小小 大大 中中 小小 B B A A B B A B B B A A A A B A A B B A A B B A A A B A B B B B A B B A A B B B A B B A A A A A安眠药安眠药安慰剂安慰剂前前后后差值差值前前后后差值差值.-.合计 . . 方差来源方差来源df ss MS F P药物间药物间 误误 差差1181.4019.111.40

2、1.061.330.05 合计合计19一一. 单组比较设计单组比较设计:自身对照设计即实验与对照是同一个体上进行自身对照设计即实验与对照是同一个体上进行 1.对每个观察单位进行两次观察对每个观察单位进行两次观察,第一次观察不给处第一次观察不给处理理,第二次观察给予处理第二次观察给予处理.如如:观察观察30名高血压患者名高血压患者,测量血压平均值测量血压平均值x,给心得安给心得安再过几天后再测量血压平均值再过几天后再测量血压平均值x_2. 第一次给予第一次给予A处理处理.x 第二次给予第二次给予B处理处理.x注意注意: ”携带效应携带效应” ”carry up” ”洗脱洗脱期期” ”wash o

3、ut”如如:3.交叉设计交叉设计:将受试对象随机分为两组将受试对象随机分为两组第一组第一组 给予给予A处理经过洗脱后处理经过洗脱后第二组第二组 给予给予B处理经过洗脱后处理经过洗脱后第一组给予第一组给予B处理处理第二组给予第二组给予A处理处理分别把分别把A处理的效应处理的效应.与与B处理的效应求出来进行比较处理的效应求出来进行比较克服了随机性差的缺点克服了随机性差的缺点4.单组比较的优缺点单组比较的优缺点A 优点优点:节省样本节省样本 容容,易控制条件易控制条件,实验效率高实验效率高B 缺点缺点:除交叉设计外除交叉设计外,随机性差随机性差,急性病不能急性病不能用用.注意携带效应与洗脱期注意携带

4、效应与洗脱期二二. 组间比较设计组间比较设计是两组或多组间进行比较的设计方法是两组或多组间进行比较的设计方法设计要求设计要求:实验组与对照组样本数尽量相等实验组与对照组样本数尽量相等 条件均衡条件均衡A.优点优点:对比说明对比说明,设计简单设计简单,应用广泛应用广泛.B.缺点缺点:处理因素单一处理因素单一,灵敏度低灵敏度低.举例举例:三三.配对设计配对设计把实验对象按照一对一配成对子把实验对象按照一对一配成对子,随机将其中随机将其中之一分到实验组之一分到实验组.另一个分到对照组另一个分到对照组.配对配对自身配对自身配对异体配对异体配对接受处理前为对照接受处理前为对照接受处理后为实验接受处理后为

5、实验 同一观察对象的不同指标也是自身配对同一观察对象的不同指标也是自身配对如如: 血糖与尿糖血糖与尿糖,血硒与发硒血硒与发硒,分析分析 两种测得值之间的相关性两种测得值之间的相关性 配对实验的特点是以对子为观察单位配对实验的特点是以对子为观察单位; 一旦对子中一方脱离观察一旦对子中一方脱离观察,应立即从样本中除应立即从样本中除 去该对子去该对子配对设计的优点配对设计的优点: a.实验效率高实验效率高,节省样本节省样本 b.均衡性好均衡性好,减少抽样误差减少抽样误差缺点缺点: a.观察对象要经过挑选观察对象要经过挑选,易损失样本含量易损失样本含量 b.延长实验时间延长实验时间,对子间的条件易发生

6、变化对子间的条件易发生变化配对设计适用条件配对设计适用条件: a.保证实验个体与对照个体没有相互干扰保证实验个体与对照个体没有相互干扰. 如如:家兔双眼配对研究散瞳药家兔双眼配对研究散瞳药. b.自身配对试验适用于短期对比或急性实验自身配对试验适用于短期对比或急性实验 c.对人进行异体配对对人进行异体配对,所控制的条件不可能所控制的条件不可能是很严格的是很严格的.一般只能根据一般只能根据2-3个因素配对个因素配对.因此因此,每对的配对条件尽限每对的配对条件尽限2-3项项,若对比其它因素时若对比其它因素时,还还需要重新进行配对需要重新进行配对.如如: 肝肝Ca临床治疗研究临床治疗研究.可将病人按

7、年龄可将病人按年龄,瘤大小瘤大小,病程分三个层次病程分三个层次.A-40岁以上岁以上 a-40岁以下岁以下B-大瘤大瘤 b-小瘤小瘤C-半年以上半年以上c-半年以下半年以下可组成可组成8个对子个对子.对子号对子号12345678ABCABcAbCAbcaBCabCaBcabc分层分层配伍组设计配伍组设计(随机区组设计随机区组设计) 是配对设计的扩展是配对设计的扩展,先按影响实验结果的非处先按影响实验结果的非处理因素将受试对象配伍理因素将受试对象配伍(区组区组),再分别将各配再分别将各配伍组内的受试对象随机分配到各处理或对照伍组内的受试对象随机分配到各处理或对照组组,配伍组内受试对象个数与处理水

8、平数相等配伍组内受试对象个数与处理水平数相等.例例1:欲比较三种抗癌药物对小白鼠肉瘤抑瘤效欲比较三种抗癌药物对小白鼠肉瘤抑瘤效果果,如何进行实验设计如何进行实验设计?(考虑配伍因素考虑配伍因素)配伍配伍A药药 B药药 C药药 合计合计123450.82 0.65 0.51 1.980.73 0.54 0.23 1.500.43 0.34 0.28 1.050.41 0.21 0.31 0.930.68 0.43 0.24 1.35合计合计 3.07 2.17 1.57 6.81 X 0.614 0.434 0.314 0.45_方差分析表方差分析表变异来源变异来源 自由度自由度 SS MS F

9、 P总变异总变异 14 0.53 处理间处理间 2 0.23 0.11 11.88 0.01配伍间配伍间 4 0.23 0.06 5.95 0.05误差误差 8 0.08 0.01例例2. 欲研究酵解作用对血糖浓度的影响欲研究酵解作用对血糖浓度的影响,应如何进应如何进行实验设计行实验设计?放置不同时间血液所含血糖浓度放置不同时间血液所含血糖浓度(mg%)12345678受试者编号受试者编号放置时间放置时间0 45 90 135 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _例例3. 某市为对比某市为对比6台肺功能仪

10、的性能台肺功能仪的性能,应如何应如何 设计设计?提示提示: 选择一些健康人测试肺活量选择一些健康人测试肺活量拿符合国际标准的肺功能仪器做标准，用组间设计拿符合国际标准的肺功能仪器做标准，用组间设计即可，也可以用区组设计。即可，也可以用区组设计。 第一台第一台 第二台第二台 第三台第三台 第四台第四台 第五台第五台 第六台第六台 第七台第七台患者患者1患者患者2患者患者3 患者患者4患者患者5患者患者6患者患者706年试题：问题一：自身对照设计有何优缺点：应如何 克服缺点？问题二：在针刺麻醉研究中，比较A、B两种参数 的电针刺激后，痛阈值上升情况。问： 应如何设计（至少三种设计方法），请举例说明

11、。（交叉、组间、区组）问题三：配伍组设计与拉丁方设计分别是如 何体现实验设计原则的？其设计的 优点和缺点是什么请举例说明。问题四：配对设计如何满足随机原则？ 配伍组设计如何体现实验设计原则？优缺点： 选择25名高血压患者随机分成5个伍，伍伍之间患者不同（均衡原则）5个伍达到样本含量标准（重复原则），研究5种药（每个伍患者接受哪种药物治疗满足随机原则）。5个伍接受5种药物治疗（满足对照原则） 优点：实验效率高。且可研究两个因素。 缺点：若有一个患者脱离观察，所有样本均 失去意义，容易损失样本含量。拉丁方设计拉丁方设计 拉丁方是用r个拉丁字母为排成r行r列的方阵，且每行每列中每个字母都只出现一次，

12、这样的方阵叫rxr拉丁方。 拉丁方设计是利用拉丁方安排实验的设计，字母安排处理因素，行、列安排控制因素。它是配伍组设计的拓展，可同时研究三个因素。 设计要求： （1）必须是三因素同水平数的试验； （2）设计时将拉丁字母安排处理因素行和列安排控制因素，并使行数、列数都相等（即水平数相同）； （3）任何两因素、三因素间均无交互作用。 交互作用：因素与因素间的相互作用称为交互作用。即因素不独立的（类似拮抗或协同作用），一个因素改变时，另一个或几个因素的效应也相应改变。一、拉丁方的基本型：33拉丁方ABCBCACAB44拉丁方ABCDBCDACDABDABC二、拉丁方是如何体现实验设计原则的？ 1、对

13、照原则： 各字母间体现各处理间相互对照 各行、列的水平数间体现相互对照。 2、随机原则 对拉丁方基本型，可进行任意整行或整 列的变换，体现了随机原则。如：ABCDBADACDABDABCBACDCBDADCBBADACBACDDCABCBDAADBC第第1与与2行行交换交换第第列与列与列列 交换交换 3、均衡原则：每个字母在每一行每一列均 出现一次，体现了均衡原则。 4、 重复原则：每个格子可同时安排多个 受试对象。三、拉丁方设计优缺点和和适用条件拉丁方设计优缺点和和适用条件 1、优点：实验效率高，误差小，均衡性好。 2、缺点：不能研究因素间的交互作用，三个因素水平数要求相同，一般的试验不容易

14、满足此条件，在临床上只能用于慢性疾病不同处理后短期疗效的比较。 3、适用条件：A、三因素研究，且各因素水平数相等。 B、行间、列间、字母间均无交互作用。 C、各行、各列、字母间的方差齐。四、拉丁方设计的应用 例：应用蛇毒不同浓度、不同成份对不同瘤株的 抑制作用研究。 瘤株：小白鼠肉瘤180。 小白鼠肝肉瘤 小白鼠艾氏腹水瘤 小白鼠网状细胞瘤 浓度：0.00mg/Kg 0.03 mg/Kg 0.05 mg/Kg 0.075 mg/Kg 成份(峰)：、 每个因素都是4个水平，可选用44拉丁方 通常可任取一个基本型，通过随机化得到某一拉丁方如何安排实验： 动物造型：小白鼠 根据所选拉丁方，确定字母为

15、瘤株。 行为浓度，列为成份。 实验结果如下：蛇毒抑癌实验结果（瘤重）蛇毒抑癌实验结果（瘤重）浓度0.00 0.03 0.05 0.07 合计瘤株合计峰A0.80B0.50C0.38D0.221.90 A1.61B0.74A0.36D0.44C0.251.79 B2.02C0.31D0.18A0.17B0.361.02 C1.41D0.48C0.20B0.42A0.281.38 D1.32合计2.331.241.411.116.09 方差分析表变异来源总浓度间峰间瘤株间误差0.51030.22870.12170.11060.04931533360.007620.04060.03690.00829

16、.294.954.500.050.050.05 例2、为了解4种强度的噪声刺激是否使动物体内消耗VC量有所不同，考虑到不同动物试验日期也会影响结果，应如何设计？(字母为噪声)实验日期1234动物编号1ABCD2BCDA3CDAB4DABC 2003年考题 用超声乳化治疗白内障： 乳化时间（字母）：5分钟、10分钟、15分钟 乳化液种类（行）：国产名牌、进口名牌、国产 消毒液 冲洗液种类（列）：国产名牌、进口名牌、国产 消毒液 该设计如何体现实验设计四大原则 拉丁方设计相当于双配伍设计 处理因素：即最重要最主要的研究因素正交试验 一、正交试验定义一、正交试验定义 正交试验是研究与处理多因素试验的

17、 一种科学方法。它是按照数理统计提供的一系列规格化的正交表来安排试验。由于正交表具有均衡搭配的特点，从而能够提供样本含量较少、代表性强的均衡设计，从中找到最优或较优的条件。二、正交表的表示形式正交表的表示形式是L试验次数（水平数因素数），L是正交表的代号。例如：L8（27），就表示7个因素，各取两个水平，共进行8次试验。三、正交表特点1、正交性：各水平在各列中出现的次数相同2、均衡分散性：任意两列各水平的搭配均衡3、齐同可比性： 在对比某列因素的各水平效果差异时，由于其他列因素的各水平出现的次数都是相同的，从而最大限度地排除了其它因素的干扰，使对比条件具备齐同可比性。三、正交表特点4、可分析因

18、素间的交互作用L8（27）正交表 列 号试验号 1 2 3 4 5 6 7 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 2 2 2 2 3 1 2 2 1 1 2 2 4 1 2 2 2 2 1 1 5 2 1 2 1 2 1 2 6 2 1 2 2 1 2 1 7 2 2 1 1 2 2 1 8 2 2 1 2 1 1 2四、正交表的选择1、选择因素：尽量包括全部有关因素2、确定水平数：主要因素水平数多些3、确定试验次数：尽力而为：试验次数多比 次数少的样本代表性强。4、重复：将正交表的每个试验号重复n次目的是减少试验误差。五、统计分析方法1、直观法：把评价指标最好的试验号配方定为最优方

19、案。2、极差法：以各因素各水平极差值的绝对值从大到小排序，即可获得各因素的主次顺序，再选各因素的最大值的平均值作为最优水平。3、方差分析法六、实例（1）试验目的： 确定某抗放射病有效药物的较优给药条件，以大鼠的存活天数作为评价指标。（2）选正交表： 研究者提出制剂（A）、剂量（B）、途径（C）、时间（D）4个考察因素，各有两个水平，并考虑AB、AC及BC3对交互作用，选定L8（27）正交表，即通过8次试验考察4因素3个交互作用、各自两水平。抗放射线药实验考察的因素与水平考察因素 水 平 （1） （2）制剂，A 水剂 醇剂 剂量（mg），B 5 10途径，C 肌肉注射 口服时间，D 照前30分钟

20、 照前10分钟 （3）结果分析：直观法：从抗放射病药实验方案及实验结果可见存活30天为最大值，确定第7号动物的给药条件最优，即A2B2C1D1是最优配方。按抗放射病药实验方案及实验结果中R值的绝对值自大至小排列，AC D AB B BC AC 从而得到各因素的主次顺序。对比各因素k1与K2，以大值定为最优水平，得到A2C1D2B2为最优条件，它不包括在18号动物方案内。 抗放射病药实验方案及实验结果动物 因 素 及 水 平 实验结果号 制剂A ，剂量B，AB 途径C ， AC BC 时间D ， （存活天数）1 2 3 4 5 6 71水（1） 5（1） 1 肌（1） 1 1 30分（1） 17

21、.52 水（1） 5（1） 1 口（2） 2 2 10分（2） 16.5 3 水（1） 10（2） 2 肌（1） 1 2 10分（2） 19.54 水（1） 10（2） 2 口（2） 2 1 30分（1） 14.05 醇（2） 5（1） 2 肌（1） 2 1 10分（2） 29.56 醇（2） 5（1） 2 口（2） 1 2 30分（1） 20.57 醇（2） 10（2） 1 肌（1） 2 2 30分（1） 30.08 醇（2） 10（2） 1 口（2） 1 1 10分（2） 26.0K1 67.5 84.0 90.0 96.5 83.5 87.0 82.0 计173.5K2 106.0 89

22、.5 83.5 77.0 90.0 86.5 91.5R 38.5 5.5 6.5 19.5 6.5 0.5 9.5方差分析表方差来源 离均差平方和 自由度 均方 F值总 258.47 7制剂间（A） 185.28 1 185.28 51.47 途径间（B） 47.53 1 47.53 13.22 时间间（C） 11.28 1 11.28 3.13 剂量间（D） 3.78BC 0.03AB 误 5.28 14.38 4 3.60 AC 差 5.28剩余 0.01 P0.01 P 0.05析因设计 它是一种交叉分组设计，可以进行因素各水平间的比较，也可进行分析因素间的交互作用。 判断是否有交互作

23、用：看各因素合在一起的效应是否与它单独效应之和是否相同。 22析因设计 即两因素、两水平的析因设计。22析因设计列联表aa1a2bb1a1b1a2b1b2a1b2a2b2 如：12例缺铁性贫血病人的疗效观察，分为4组，给予不同治疗，一个月后检查各组病人红细胞增加数（百万/mm） 第一组 一般疗法 第二组 一般疗法+叶酸 第三组 一般疗法+铁剂 第四组 一般疗法+叶酸+铁剂 设：叶酸为A因素，2水平，A1为不用，A2为用叶酸； 铁剂为B因素，2水平，B1为不用，B2为用铁剂； 共有4个交叉组： 第一组：A1B1 第二组：A2B1 第三组：A1B2 第四组：A2B2 每组观察三个病人，观察结果见下

24、表：治疗缺铁性贫血四种疗法的红细胞增加数合计均数110.80.90.72.40.8211.31.21.13.61.2120.91.11.0 3.0 1.0 222.12.226.32.1合计15.3 从结果可看出： 不用B药时：用A药可平均增加红细胞1.2-0.8=0.4 用B药时：用A药可平均增加红细胞2.1-1.0=1.1 可看出B因素在不同水平下，用A药和不用A药平均增加红细胞数是不同的，其相差为：1.1-0.4=0.7 这就是两药的交互作用,即协同作用,析因设计的统计分析 总变异:A+B+AB+误差变异 ss总x-c=3.0425 C=(x) =19.5075A AB B交互表交互表A

25、药A1A2合计B药B12.43.66.0 B23.0 6.3 9.3合计5.49.915.3 ssA=5.4+9.9c=1.6875 ssB=6.0+9.3c=0.9075 ssAB =（2.4+6.3）-（3.0+3.6）=0.3675VA=A的水平数-1VB=B的水平数-1VAB= VAVB方差分析表变异来源总ABAB误差SS3.04251.68750.90750.36750.08v111118MS1.68750.90750.36750.01F168.7590.7536.75 P0.010.010.01结论：A、B两药均有效，且两药间具有协同作用。 问题问题：欲比较不同缝合方法及缝合后时间

26、对轴突通过率的影响，试做析因分析。 A因素为缝合方法，有两水平A1：外膜缝合A2：束膜缝合 B因素为缝合后时间，有两水平B1：缝合后1个月B2：缝合后2个月 试验结果为：家免神经缝合后的轴突通过测量（计量资料）家免神经缝合后的轴突通过率（%）A(缝合方法) B(缝合后时间)Xi外膜缝合(a1)1月（b1）1010405010242月(b2)303070603044束膜缝合（a2）月（b1）1020305030282月（b2）5050706030522因素2水平析因试验的均数差别平均A因素a1a2a2-a1B因素b12428264b24452488平均34406b2-b1202422处理组均数比

27、较的方差分析变异来源总变异处理组间误差自由度19316742026204800300析因试验结果方差分析表变异来源总变异（处理组间）误差自由度193111167420262018024202048001802420203000.60 8.070.070.050.050.05 第六节第六节:其他其他随机数表的应用随机数表的应用一、配对设计配对设计： 如：现有10对高血压二期患者，问：如何保证随机原则？ 首先，把10对患者编成号，1、210，然后，查随机数字表或随机排列表，任意行或列，凡随机数字为双数者，该对子中第一个受试对象分入甲组，而同对子中的另一对象则分入乙组，反之亦然，查随机数表第16行开

28、始： 配对号配对号：1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10 随机数字随机数字：88 56 53 27 59 33 35 72 67 47第一个对象第一个对象：甲甲 甲甲 乙乙 乙乙 乙乙 乙乙 乙乙 甲甲 乙乙 乙乙第二个对象：乙第二个对象：乙 乙乙 甲甲 甲甲 甲甲 甲甲 甲甲 乙乙 甲甲 甲甲二、配伍设计配伍设计：将病期、病程、年龄等相近似的高血压患者20人分别配成5个配伍组，问如何保证随机原则？第一伍受试对象编号：1、 2、 3、 4 查随机数表随机数： 88 56 53 27 丁 丙 乙 甲规定：按随机数字大小分入甲、乙、丙、丁四种处理。第二、三、四、五伍可按此法进

29、行随机。三、组间设计组间设计： （1）两组间设计： 例：将20名高血压患者随机分为两组，如何保证随机原则？ 方法：将20名高血压患者编号：1、2、3、4、5、6、7、20，查随机数表任意行或列，规定单数分入甲组，双数乙组， 88 56 53 27 59 33 3590 乙 乙 甲 甲 甲 甲 甲乙 最后有9个分入乙组，11个分入甲组； 为了等分两组，可先将随机数字排序，排20个，规定前10个随机数字相对应的将受试对象分入甲组，后10个分入乙组。 （2）多组间设计： 例：将24人分为三组，如何保证随机原则？ 将24人编号：1、2、324， 查随机数字表，列于其下： 88、56、53、27、59、33、3570 先把随机数字排序，规定前8个随机数字所对应的受试对象分入甲组，中间8个分入乙组，后8个分入丙组。均衡不完全配伍组设计均衡不完全配伍组设计 是指处理组数多于配伍组所能容纳的个数。配伍组设计配伍组号1234处理因素ABCDBABCCDABDCDA每伍4个受试对象，接受四个水平处理 特点：1、每个处理因素出现的次数都相同； 2、任意两个因素出现的次数都相同。 因此，该设计是均衡的。由于每个配伍组不能安排所有的处理，因此是不完全的。均衡不完全配伍组设计配伍组号1234处理因素AAABBBCCCDDD再见!