8医学实验设计

倘若上例除回答处理组间差异意义外，还需考虑几种不 同药物间的药物浓度变化，则需回答的问题有两个，这 就属于两因素实验。
如果除考虑上述两个问题外，还需回答不同高血压类型 对药物浓度变化的影响，那么需回答的问题有三个，就 属于三因素实验。当处理因素不止是一个时，就是多因 素实验设计，包括析因设计、正交设计和裂区设计等。
(二）设计模式
✓ 以N为受试对象的总体，Ne为纳入实验的合格受 试对象，R为随机，I、II、…K为组别，D为实验 效应数据，T为被试因素，则完全随机设计的模 式见下图：
研究 对象 N
合格 对象 Ne
随机 R
分组
Ⅰ组 Ⅱ组 … K组
处理因素 T
T1
效应
D0
T2
D1
….
Tk
Dk
图 1 完全随机设计的模式
医学实验设计
浙江大学流行病与卫生统计学系 王建炳
2014-04-08
内容
第一节 常见实验设计方法的选择
第二节 随机分组设计与统计分析
➢ 单因素设计
• 完全随机设计 • 配对设计 • 交叉设计 • 配伍组设计 • 拉丁方设计
➢ 多因素设计
• 析因设计 • 正交设计 • 嵌套设计 • 裂区设计
医学实验设计由专业设计与统计设计构成。
二、根据实验组数选择设计方法
• 根据试验研究对象的分组情况可分为单组、两组和 多组试验。
• 单组的试验，比较的实验对象为同一批次对象，常 见的有自身前后配对设计、自身左右配对设计和序 贯设计。
• 两组研究对象间的比较试验是较为常用的设计。在 具备配对条件下，一般采用异体配对设计；若受试 对象来源较少时，可采用交叉设计。两组试验如不 具备配对条件，且设计时确定样本含量(n)，可用 完全随机设计。
➢ 在开展实验设计时一般遵循以下步骤，以求选择最适宜 的设计方案：
1. 识别问题和明确问题。 2. 因素和水平的选择。实验者必须选择在实验中准备来研究的
因素，及其水平。如一次实验涉及的处理因素只有一个，则 为单因素设计。而因素在实验中所处的每个状态称为因素的 一个水平（level），也称处理组。 3. 影响变量的选择。 4. 实验设计的选择。选择设计方案涉及样本量(重复次数)，对实 验选择合适的试验次序，确定是否划分区组或是否随机化。
✓ 专业设计体现着研究的创新性与学术水平，它的好坏取决 于专业知识水平与科研思维能力；
✓ 统计设计则是使收集得到的数据适合于统计分析，得出有 效的和客观的结论，是对专业设计的合理性与实验结果可 靠性的重要保证。
实验设计的基本原则:
✓ 对照 ✓ 随机 ✓ 盲法(重复)
第一节 常见实验设计方法的选择
序号 X
4 3 10 9 5 12 6 11 1 7 2 8
Fra Baidu bibliotek组别
AACCBCBCABAB
随机分组时注意：
查找随机数时，位数不应小于研究单位数的位 数；
查找随机数时，如果出现重号，则选后一个随 机数；
• 多组试验则考虑了配伍条件、区组样本量、因素数 组、交互作用等方面，常见有完全随机设计、配伍 组设计、分层设计、拉丁方设计、析因设计等。
三、假设检验方法的选择
➢ 假设假设检验方法的选择主要取决于资料的性质与实验 设计类型，同时也与因素数量、水平、样本含量等有关。 常用的检验方法的选择归纳如下：
假设检验方法
多因素设计可了解因素间交互作用，常见有析因设计、正 交设计。多因素多水平研究不仅可以评价因素的主次，而 且可分析因素的交互作用与最佳组合。析因设计是全面考 虑，全部实施，工作量大，故目前仅用于简单的多因素多 水平试验。正交设计是全面考虑，部分实施，工作量小于 析因设计，目前一般多因素多水平研究常用这种设计。正 交设计是减少因素试验次数的有效方法。
完全随机设计
第二节 随机分组设计与统计分析
✓ 随机化是这类研究设计的最基本原则
➢ 单因素设计
• 完全随机设计 • 配对设计 • 交叉设计 • 配伍组设计 • 拉丁方设计
➢ 多因素设计
• 析因设计 • 正交设计 • 嵌套设计 • 裂区设计
第二节 随机分组设计与统计分析
一、 完全随机设计 （一）基本概念
表1 试验设计假设检验方法选择
无序分类变量资料
数值变量资料
有序分类变量资料
配对 t 检验 配对 χ2 检验 方差分析
配对设计
χ2 检验 秩和检验
Ridit 或 H 检验 触线判断
完全随机设计 序贯设计
配对设计
完全随机设计（变量转换） 析因设计 正交设计 均匀设计
完全随机设计（方差不齐或非正态） 配对设计（差值非正态）
✓ 完全随机设计(completely random design)是一种 将受试对象按随机原则分配到不同处理组，然后 分别给予被试因素，随后对它们的效应进行同期 平行观察，最后对实验结果做出统计分析 。
完全随机设计是单因素的设计方法。
优点：简单易行，统计分析简单，是医学科研中最常采用的 一种实验设计。其适应面广，不论两组或多组、不管组间样 本含量相等或不等，均可采用这种设计。
缺点：要求实验对象有较好的同质性，尤其在小样本实验时， 受试对象完全按随机分配，可能造成较大的抽样误差，因此 在大多数情况下，这种设计的效率低于配对设计(两组)和配伍 组设计(多组)。一般来说，由于这种设计的效率较低，实验所 需样本含量相对较多。
凡两组实验无法配对或多组实验无法配伍的情况，均可 采用完全随机设计。
一 根据研究（处理）因素和水平数 量选择设计方案
根据实验中处理因素和水平数的多少可将实验设计分为 单因素设计单水平、单因素多水平、多因素单水平和多 因素多水平设计。
例如，比较1h、2h和6h三个不同时间段(三个水平)的药 物浓度变化，只需回答处理组间差异有无统计意义，这 就属单因素多水平实验。单因素设计有完全随机设计、 配对设计和序贯设计。
统计 分析
例．将12只小鼠随机分为A、B、C三组。
➢ 先将12只小鼠编号，然后从随机数字表查找12个
两位数，将随机数从小到大排列后得序号X，并
规定X=1~4者为A组，X=5~8者为B组，X=9~12者
为C组。
单位编号 1 2
表 2 12 只小鼠的分配结果 345678
9 10 11 12
随机数 22 17 81 65 23 92 35 87 03 51 12 61