常用实验设计方法1

配对t 检验
【例10-3】 8对受试者，试将其随机分入甲乙 两处理组。（其他教材方法）
种子数：5行6列开始 （单数－甲乙，双数－乙甲）
编 号 1 2 3 4 受试者号 1.1 1.2 2.1 2.2 3.1 3.2 4.1 4.2
随机数字 处 理 甲 73 乙 37 甲 乙 32 乙 04 甲 乙 甲
例：用某种降压药治疗高血压模型小鼠，观察其血压值的下 降情况
实验设计的基本原则
1、对照原则
2、随机原则 3、重复原则 4、盲法原则 5、均衡原则
条件：对等 、同步、专设 (1)抽样、分组随机 (2)实验顺序的随机 (1)结论的重复 (2) 用多个实验对象进行重复 (3) 同一实验对象的重复观察
1、完全随机设计


第二节 配对设计 （matched-pairs design）
一、概念与特点
1.概念
指先将条件相同（或相似）受试 对象配成对子，而后按随机原则给予 每对中的个体施以不同处理。
2. 特点
优点： 1）最大限度地排除非处理因素的干扰，减 少抽样误差； 2）处理组间有较好的齐同可比性； 3）试验效率高，所需样本含量较少。 缺点： 1）配对条件不能过严、过多，否则难以配对； 2）有一定的局限性。
随机化区组步骤：（教材步骤如下）
（1）按规定条件划分区组

若每个区组内含例数是处理组数（K）的倍数，则应将条件 非常接近的受试对象按组数分为若干小区组。
（2）将每个区组受试对象统一编号
（3）对每个区组（或小区组）进行随机分配

从随机数字表任意一行任意一项任意方向开始顺查随机数字 表，每次顺查（K-1），余此类推。视其余数决定分组。例 如四组实验，若第一个余数为1，分在甲组；第二余数为2， 由剩下的在该区组中居第二者为丙，分为丙组；第三个余数 仍为2，则剩下的在该区组中居第二者为丁，分在丁组；第 四个（未查随机数字）分在剩下的乙组。
随机化区组步骤：（参考书）
0）划分区组； 1）每个区组编号； 2）每个区组中的小鼠编号； 3）找随机数字（确定种子 数第1行第1个开始，获 取30个随机数字）； 4）赋予每只小鼠随机数字； 5）每只小鼠分配给每个处 理组。
随机数字表找随机数字
随机化区组步骤：（参考书） 随机排列表找随机数字
0）划分区组； 1）每个区组编号； 2）每个区组中的小鼠编号； 3）找随机数字（确定种子 数第1行第1个开始，获 取30个随机数字）； 4）赋予每只小鼠随机数字； 5）每只小鼠分配给每个处 理组。
编 号 5 6 7 8 受试者号 5.1 5.2 6.1 6.2 7.1 7.2 8.1 8.2 随机数字 05 69 30 16 处 理 甲 乙 甲 乙 乙 甲 乙 甲
第三节 配伍组设计 (completely randomized block design)
一、含义与特点
1. 含义
又称随机区组设计，是配对设计的扩大，它是按照一 定的条件，将几个条件相同的受试对象划成一个配伍组或 区组，而后在每个区组内部按随机原则，将每个受试对象 分配到各组，对每组分别予以不同处理，然后对其结果进 行分析。
n=[(s/ d)(Zα+Zβ)]2 (10-4) 式中s为标准差，d为预定的平均差数，Zα与Zβ分别为规 定的α与β在正态分布曲线下面积的正Z值与负Z值，计 算均取绝对值。


（一） 自身对照设计
1. 自身前后对照设计
（4）注意事项：
1）控制实验条件，保证处理前后其他条件 具有可比性，避免时间过长的实验；
（教学时数：6h）
实验设计的基本要素

处理因素 (treatment，study factor)
（实验因素 ） 非处理因素，混杂因素 (confounding factor)

实验对象(subject)
[实验单位 (experiment unit)、研究对象或研究单位 ]

实验效应 (experimental effect)
2. 特点
优点：1) 适用面广（最适宜小样本探索性研究）；
2) 简单易行； 3）不受组数的限制；
4) 各组的样本含量可以相等, 也可以不相等； 注意: 在总样本量不变的情况下，各组样本量相同时设 计效率最高 5）统计分析方法相对简单。
缺点：1）只能作单一因素的比较；
2）组间平衡性差，实验误差偏大 ； 3）效率较低。
具体分组方法是: 先将小鼠按体重编号(1~20号)，查随机排列表 （种子数从25行第1列开始，具体方法见第5章），将动物编号与 表中随机数字相对应，将数字0~4编入八宝丹组，5~9编为生肌散 组，10～14编为凡士林纱条组，15～19编入生理盐水组（表101）。
例10-2 试将15只动物随机分配到甲、乙、 丙三组（其他教材方法） 种子数：10行1列开始
乙
7
组
别
甲
5
丙
13
甲
1
丙
15
乙
8
10
乙
具体步骤：
1）受试对象编号； 2）设置种子数；
3）找随机数字；
4）随机数字排序；
5）将随机数字对应的动物分至每一组。
四、 样本含量估计与统计方法

计量资料在组间样本含量相等时，每组样本含量 （n）的计算公式如下： n=2[(s/D)( Zα＋Zβ)] 2 (10-1)
二、分类
自身前后配对
1）自身配对
(同源配对 )
自身左右配对
2）异体配对
（一） 自身对照设计 1. 自身前后对照设计
（1）定义：指观察同一个体在处理前后某些指标
变化的一种设计。
（2）模式：
（3）样本含量估算：

例如，有人观察中草药降低SGPT的含量，用药一段时 间后，再测定该病人血清SGPT的含量，进行前后对照 比较。 自身前后对照设计的样本含量（n）按下式进行估算：
（一） 自身对照设计 2. 自身左右对照设计
（3）特点：
优点：可比性强 缺点：所用的处理均必须是局部性的，而不能通过 神经反射或体液途径引起全身反应。
（4）应用：
只适用于局部作用因素的研究。如扩瞳药，局部反 应药等。
（一） 自身对照设计
2. 自身左右对照设计应用
用中药膏剂（以凡士林为调料）治疗家兔股骨骨髓炎。 在双后肢制造模型后，按随机原则分别在左、右病变部位 涂上中药膏剂或凡士林，用药两周后观察两侧恢复情况， 比较两者对骨髓炎的治疗效果。 （5）样本含量估计： 与前后配对设计相同。
（最小的5个随机数对应的动物分为甲组，中间5个随机 数对应的动物分为乙组，最大的5个随机数分为丙组。）
动物编号 1 2 3 4 5 6 7 8 随机数字 58 71 96 30 24 18 46 23
排 序 11 12 14 6
组
别 丙
丙
丙
乙
4
甲
2
甲
9
乙
3
甲
动物编号 随机数字
排 序
9 10 11 12 13 14 15 34 27 85 13 99 44 49
（4）将随机数字对应的对象分至每一组。

【例10-6】 设有27个胃溃疡患者，中医辩证分为脾胃虚寒、 中气下陷与肝胃不和三型，现以三种方剂、（保和丸、六君 子汤、吴茱萸汤）比较疗效（即设三个处理组）。P85

式中s为标准差，D为预定差数，Zα与Zβ分别为规定 的α与β在正态分布曲线下面积的正Z值与负Z值，计 算时均取绝对值。
四、 样本含量估计与统计方法

计数资料在n1 =n2 条件下，每组样本含量的计算公式如下：

n=(p1q1＋p2q2)[ ( Zα＋Zβ)2/( p1－p2)]2
(10-2)

若多组共用一个对照组，则 共用对照组的样本含量（nc） 应当随处理组数扩大而增加，通常应是：
二、应用范围

凡两组实验无法配对或多组实验无法配伍 时，均可选用完全随机设计：

临床科研中，这种设计主要适于非专科病室的 对比研究

实验室研究中，这种设计主要用于大动物及珍 贵动物的比较实验
三、 模式
N为受试对象的总体； Ne为纳入实验的受试对象 R为随机； I、II、…K为分组； D为实验数据； C为对照； T为被试因素；

可能条件下，先按非被试影响因素分层，而后在分 层基础上随机分配样本，必要时前面 85%左右样本 完全按随机分配，而后大约15%样本按非被试因素 均匀分配，使组间不平衡指数达到最小。
2. 尽量使每组间样本数相等或接近

在N不变的条件下，n1 =n 2设计效率较高，一般认 为可升高10%～15%。
五、 注意事项

K为处理组组数（不含对照组）
四、 样本含量估计与统计方法
统计分析方法依资料性质而异：
1）计数资料（无序分类变量资料）用χ2或u检验
2）等级资料（有序分类变量资料）用秩和检验 3）计量资料两组比较用t 检验或秩和检验 4）计量资料多组用方差分析或秩和检验
五、 注意事项
1. 尽量注意各组样本间的均衡性，缩小抽样误差
（一） 自身对照设计 2. 自身左右对照设计
（6）注意事项
1）一个体左右两个部位必须对称，病理条件应当相同。
2）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。
3）处理组和对照组的左右分配可用简单随机方法决定。
（7）统计分析：自身配对的实验结果用配对t检验
（二） 异体配对对照设计 1. 定义
3. 根据科研目的，合理确定实验组数

例如研究某种实体瘤切除后中药与化学疗法的效果： 若中药与化疗对该类型肿瘤的疗效尚未确定，则应设中药 组、化疗组与空白组。 假使已知中药与化疗都有一定的疗效，研究目的仅仅是比 较两者疗效的优劣，则设中药与化疗2组即可。 但若还需探索中药与化疗在疗效上是否有叠加或交互作用， 则应设4组，即空白组、中药组、化疗组和中药加化疗组， 应按2×2析因设计进行分析。
将受试对象按照一定的条件（依专业知识确定）， 将条件相同的个体配成对子，然后在对子内部按照随机 方法，将一个分配至实验组，另一个分配到对照组，最 后对其结果以配对分析的统计方法加以处理。
（二）异体配对对照设计
2. 特点
由于异体配对设计实验是同期平行进行，可以排除时间、 大自然条件改变与医疗条件等因素对疗效的干扰，因此异体 配对试验结论的可靠性大于自身前后配对设计。
区组化的目的：对一些已知的非处理因素进行控制,以 提高组间的均衡性,减少实验误差。
【例10-4】 16名高血压患者，按年龄分成4个年龄段： 25～、36～、 46～、56～，每年龄段各4人，欲观 察某降压药的降压效果，请将其分成四组进行试验。
【例 10-5】 现有来自 6 个不同窝别的雄性小鼠各 5 只，共 30 只。欲将 30 只小鼠随机分配到 A，B， C，D，E 5 个处理组中去。要求每个处理组 6 只， 且来自不同的窝别。
2、配对设计
3、交叉设计
4、配伍组设计
5、拉丁方设计
6、析因设计
第一节 完全随机设计 （completely randomized design）
一、概念与特点
1. 概念
（1）动物 （2）人：健康人 、病人
又称单因素设计,或成组设计，将同质的受试对象随机地分
配到各处理组中进行同期平行观察, 或从不同总体中随机抽 样进行对比研究。
3. 应用
1）急性实验 2）慢性实验 3）较长期观察
第二节 配对设计
二、 异体配对对照设计
4. 模式
（二）异体配对对照设计

【例10-2】 现有病情、病种与年龄相近的男病人4对， 女病人4对，查随机数字表，从11行第1个数字开始自 左向右，则随机分配如下（表10-2）：
（二）异体配对对照设计 5. 注意事项
2）应设立平行对照观察（空白组或实验对 照组）； （5）应用： 主要应用于急性与短期的实验。
第二节 配对设计
（一）自身对照设计
2. 自身左右对照设计
（1）定义： 指2种不同处理分别施加于同一 个体左右两部分的设计。 （2）模式： N Ne R 1/2 1/2 左C 右T 左T 右C
第二节 配对设计
1）对子本身的齐同（齐同性要求P>0.2 ）； 2）在慢性实验中或长期观察过程中应设法保持
非被试因素的可比性。
（二）异体配对对照设计
6. 统计处理

首先应将每组（Ｄ1－Ｄ２）i进行前后配对t 检验； 然后着重分析每个对子前后变化的差值，即将两组各对的 [（Ｄ1 －Ｄ２）Ⅰ － （Ｄ1 －Ｄ２）Ⅱ]i进行配对t 检验，若 单纯比较Ｄ２Ⅰ与Ｄ２Ⅱ，这是不妥的。
I：D1I N Ne R II：D1II K：D1K
C
Ta
D2IБайду номын сангаасD2II D2K
… … …
Tj
注：有些实验无法取得处理前数据，只有处理后数据
【例10-1】 取体重为18-22克健康小鼠20只，随机分为四组，用巴 豆油造成人工创面，分别用八宝丹、生肌散、凡士林纱条及生理 盐水外敷用药10天，观察创面恢复情况并比较之。