第14章研究设计(2)
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n
s u u
2
GO
14.3.2 左右配对设计
(left-right paired design)
(1) 含义与特点 指同一观察对象两侧器官或组织给于不
同的处理，也属自身配对。特点：可比
性强，但应用面窄。应用范围：适用于 局部作用的因素研究，如扩瞳药、局部 反应药等。 (2) 样本含量估计：与前后配对设计相同。
3
析因分析表
乙 不用 甲 药 不用 用 食疗 食疗+甲药 药 用 食疗+乙药 食疗+甲药+乙药
例4
研究目的：家兔烫伤早期中性粒细胞凋亡 变化。通过检测烧伤早期中性粒细胞 （PMN）凋亡，观察烧伤血清和创伤面水 肿液对PMN体外自发凋亡的影响。
方法：将从烫伤组和对照组抽取实验所需 的各种材料，有正常血清、烧伤血清、烧 伤组织痂下液、正常PMN、烧伤PMN。 结果如下：
最适的光线强度为避光培养。
对差错的分析： 本实验中所考察的4个因素均为实验
因素。
一般来说，它们之间可能存在一定程度的交互
作用。单因素时得出的所谓“最佳水平”，放在一
起做实验时，情况可能会发生很大变化。当因素之
间的交互作用很复杂且具有显著性时，得出的因素
水平组合可能很糟糕。
go
处理：3个6水平、1个2水平的实验因素，若采用正
(3)
注意事项 ① 必须保证实验因素的效应是局部性
的，不可通过神经、体液等途径影 响对侧。 ② 应尽量保证两侧的病理模型、实 验方法的一致性，做到组间条件
的齐同。 ③ 处理和对照的左右分配，可用简 单随机方法解决。
左右配对设计的方差分析
基本思想：将总变异分解为处理与对照、左与右、
交设计，尚无相应的正交表。可考虑将3个因素仅 取4个水平，第4个因素仍取2个水平，可选用混合 水平的正交表L16（4326）.
说明：A培养基含水量（％）: 30 B pH值: 5
45 6
60 7
75 8
C 试验温度（oC）: 24、28、32、3
D 光线强度: 强光照 避光培养
表1 用L16(4326)正交表安排上述4个实验因素
优点：①适用面广，可用于两组或多组
实验 。
②应用灵活，各组的样本含量可
不相等。 缺点：①在小样本时，抽样误差较大。 ②设计效率低于配对设计和配伍组
设计。
③所需样本含量相对较大。
14.2.2
样本含量估计(两组比较)
定量资料：n=2[(s/)×(u＋u)]2
为两总体均数的差值估计。
u、u分别为正态离差。
）
PMN 凋亡率（%）
DNA 断裂百分率（% 33.383.03 10.601.28 10.411.26 33.072.91 10.531.26 10.691.15
表4家兔烫伤早期血清和痂下组织液对中性粒细胞 凋亡 的影响（
组别
xs
）
DNA 断裂百分率（%） 正常 PMN 33.383.03 10.601.28 10.411.26 烧伤 PMN 33.072.91 10.531.26 10.691.15
1
2
3
2
7
5
8
10
6
9
1
4
3
分组
A
B
B
A
A
A
B
B
A
B
14.2.4
注意事项
1. 注意各组均衡性，减少抽样误差。
如，可先按非实验因素分层，在此基础上进行
随机分组。
2. 最好保持各组样本例数相等。
如在实验组与对照组的设计与比较时，人们常常重视
实验组有无效应，而认为对照组只是陪衬而已，因此
往往实验组的样本数多于对照组。
(2)计算基础数据：ΣXU=312， ΣXR=295 ， (3) 计算统计量：
C 607
2
SS 总 20 26 32
20 18422.45
2 2
2
18422.45 1038.55
SS 实验
312 295 10
2
2
18422.45 14.45
2. 培养基起始pH值对产物的影响 最适的培养基起始pH值为6.5~7.5。 3. 温度对产物的影响 培养温度（oC）：20 25 28 30 32 35 1.69
VB2含量：1.77 2.00 4.42 3.98 3.02
最适的温度为28 oC 左右。
4. 光线强度对产物的影响 光线强度： 强光照 避光培养 VB2含量： 0.49 4.54
第十四章 研究设计
（experiment design) 14.1 选择实验设计方法的依据
14.2
实验设计
完全随机设计 (completely random design)
14.3 配对设计
14.4
(matched-paired design) 配伍组设计
(randomized block design)
(1)
提出检验假设：
实验因素：
H0：超短波(U)与红外线(R)对血栓形成的影响相同
即U＝R； 左右侧因素：
H0：左右侧下肢对血栓形成的影响相同，即左＝右；
个体间因素：
H0：不同个体的下肢对血栓形成的影响相同，
即甲＝乙；
表 14.3 犬号 左侧 右侧 合计 1 20U 18R 38 2 26R 27U 53
GO
பைடு நூலகம்
14.3 配对设计
(matched-paired design) 14.3.1 前后配对设计 (self-controlled design) 14.3.2 左右配对设计 (left-right paired design)
14.3.3 异体配对设计
(heterogeneous paired design)
值得注意的问题：
该表不能考虑各因素之间的交互作用。 必须考虑交互作用时，应选用L64(43254）
正交表。如果嫌实验次数过多，可使用
均匀设计或分式析因设计，进行探索和
因素筛选。
例2 某医生想探讨不同时辰、不同针刺强度 与下丘脑交叉上颌功能活动的关系。
表 2 处理因素和水平如下 一、动物处理时间 A, 子时（1 点） B，卯时（7 点） C，午时（13 点） D，酉时（19 点） 二、体重（克） 1，80 2，160 3，240 4，320 三、针刺强度 甲，不刺 乙，针刺 10 分 丙，针+电 10 分 丁，针+电 20 分
14.3.1 前后配对设计
(self-controlled design)
含义： 属自身配对设计。
特点：抽样误差小，但要求前后的
影响因素要相同。
应用范围：
主要应用于急性与短期实验，对病情较稳
定的慢性病，若研究目的仅仅是观察短暂
的对症治疗效果，也可用该设计(如研究
催眠药对习惯性失眠的疗效)
样本含量估计：
n＝2×[(1800/1000)×(1.96＋1.28)]2＝68例
14.2.3
例14.2
随机分组
将10名患者随机分配到A(实验组)、B
(对照组)两组中去，先将患者编号，然后
任意指定随机排列表的第4行，去掉11-20
的双位数字后排列见表14.1。
表 14.1 患 者 编 号
随机数字
两组间完全随机设计分组 4 5 6 7 8 9 10
超声波(U)与红外线(R)对血栓形成的影响(血栓干重，mg) 3 32U 29R 61 4 24U 27R 51 5 38R 30U 68 6 28R 34U 62 7 44R 49U 93 8 36U 30R 66 9 28U 24R 52 10 31R 32U 63 合计 307 300 607
14.5
交叉设计
(cross-over design)
14.6
拉丁方设计
(Latin square design)
14.7
析因设计
(factorial design)
14.8
正交试验设计
(orthogonal experiment design)
14.1 选择实验设计方法的依据
依据:
3.合理确定实验组数。
如：比较某癌瘤切除后化疗与放疗的效果，若 化疗和放疗的疗效未确定，则应设化疗、 放疗和空白对照组；若已知化疗和放疗有 一定疗效，则可设化疗和放疗两组。如果 想了解化疗与放疗之间有无交互作用，可 分为空白、化疗、放疗、“化疗+放疗”四组。
14.2.5 统计处理方法：
定量资料：t检验 完全随机设计的F检验 秩和检验。 定性资料：2检验 等级资料：秩和检验
表4家兔烫伤早期血清和痂下组织液对中性粒细胞
凋亡 的影响（
组别（n=6） 正常血清加正常 PMN 烧伤血清加正常 PMN 痂下液加正常 PMN 正常血清加烧伤 PMN 烧伤血清加烧伤 PMN 痂下液加烧伤 PMN
xs
18.752.35 5.980.83 6.120.97 19.842.41 6.471.03 6.320.92
表 14.3
犬号 左侧 右侧 合计 1 20U 18R 38 2 26R 27U 53
个体间和误差。
超声波(U)与红外线(R)对血栓形成的影响(血栓干重（mg）)
3 32U 29R 61 4 24U 27R 51 5 38R 30U 68 6 28R 34U 62 7 44R 49U 93 8 36U 30R 66 9 28U 24R 52 10 31R 32U 63 合计 307 300 607
试验号 （1，2，3） （4， 12） （5,10,15） 8， A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 B 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 C 1 2 3 4 2 1 3 4 3 4 1 2 4 3 2 1 1 1 2 2 2 2 1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 2 2 1 1 1 1 2 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 1 2 1 2 1 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 2 1 1 2 2 1 1 2 1 2 2 1 2 1 1 2 1 2 2 1 2 1 1 2 6 7 9 11 13 14 试 D 验结果
例14.1 比较黄芪与生血散对粒细胞减少症的疗效， 据以往经验，黄芪可升白细胞1000个/l，生血散可 升白细胞2000个/l，两者合并标准差估计约1800个 /l，拟取双侧 ＝0.05， ＝0.10，问每组需观察多 少病例？
本例s＝1800，＝2000－1000＝1000，u＝1.96，u＝1.28，
研究目的、研究因素、研究投入 (人财物和时间)
单因素: 完全随机设计, 配对设计, 序贯设计
因素
两因素: 配伍组设计、两层次分组设计
多因素:拉丁方设计、析因设计、正交设计
GO
14.2
完全随机设计
(completely random design)
14.2.1
概念与特点
将受试者随机分配到各实验组和
对照组中，进行实验并观察实验 效应。
SS 左右
307 300 10
2 2
2
2
18422.45 2.45
2 2
SS个体
38 53 ...... 52 63 2
18422.45
938.05
若用完全随机设计：43=64组次 若每组次用5只动物则：645=320 若用拉丁方设计只需16~32只，其设计方案是：
拉丁方设计 体
1 针 刺 强 度 甲 乙 丙 丁 A B C D 2 B C D A 3 C D A B
重
4 D A B C
例3 如表3资料属什么设计
表 3 四种治疗缺铁性贫血疗法的疗效比较（RBC 个百万/mm ） 食疗 0.8 0.9 0.7 食疗+甲药 1.3 1.2 1.1 食疗+乙药 0.9 1.1 1.0 食疗+甲+乙 2.1 2.2 2.0
PMN 凋亡率（%） 正常 PMN 烧伤 PMN 19.842.41 6.471.03 6.320.92
正常血清 烧伤血清 痂下液
18.752.35 5.980.83 6.120.97
两因素实验：样品类别（正常血清、烧伤血清、痂下液）
烧伤早期中性粒细胞状态（正常、烧伤） 正确：23析因设计 end
例1:某研究者在进行“伊利蒙菌发酵”的实验中, 分别对培养基含水量、培养基起始pH值、温度和 光线强度对产物的影响作了研究，其实验过程和 结果大致如下：
1. 培养基含水量对产物的影响
含水量（%）：30 40 50 60
4.39
70
3.89
80
染菌
VB2含量：0.30 1.07 2.76
实验结果得出最适的培养基含水量为55%~65%。
s u u
2
GO
14.3.2 左右配对设计
(left-right paired design)
(1) 含义与特点 指同一观察对象两侧器官或组织给于不
同的处理，也属自身配对。特点：可比
性强，但应用面窄。应用范围：适用于 局部作用的因素研究，如扩瞳药、局部 反应药等。 (2) 样本含量估计：与前后配对设计相同。
3
析因分析表
乙 不用 甲 药 不用 用 食疗 食疗+甲药 药 用 食疗+乙药 食疗+甲药+乙药
例4
研究目的：家兔烫伤早期中性粒细胞凋亡 变化。通过检测烧伤早期中性粒细胞 （PMN）凋亡，观察烧伤血清和创伤面水 肿液对PMN体外自发凋亡的影响。
方法：将从烫伤组和对照组抽取实验所需 的各种材料，有正常血清、烧伤血清、烧 伤组织痂下液、正常PMN、烧伤PMN。 结果如下：
最适的光线强度为避光培养。
对差错的分析： 本实验中所考察的4个因素均为实验
因素。
一般来说，它们之间可能存在一定程度的交互
作用。单因素时得出的所谓“最佳水平”，放在一
起做实验时，情况可能会发生很大变化。当因素之
间的交互作用很复杂且具有显著性时，得出的因素
水平组合可能很糟糕。
go
处理：3个6水平、1个2水平的实验因素，若采用正
(3)
注意事项 ① 必须保证实验因素的效应是局部性
的，不可通过神经、体液等途径影 响对侧。 ② 应尽量保证两侧的病理模型、实 验方法的一致性，做到组间条件
的齐同。 ③ 处理和对照的左右分配，可用简 单随机方法解决。
左右配对设计的方差分析
基本思想：将总变异分解为处理与对照、左与右、
交设计，尚无相应的正交表。可考虑将3个因素仅 取4个水平，第4个因素仍取2个水平，可选用混合 水平的正交表L16（4326）.
说明：A培养基含水量（％）: 30 B pH值: 5
45 6
60 7
75 8
C 试验温度（oC）: 24、28、32、3
D 光线强度: 强光照 避光培养
表1 用L16(4326)正交表安排上述4个实验因素
优点：①适用面广，可用于两组或多组
实验 。
②应用灵活，各组的样本含量可
不相等。 缺点：①在小样本时，抽样误差较大。 ②设计效率低于配对设计和配伍组
设计。
③所需样本含量相对较大。
14.2.2
样本含量估计(两组比较)
定量资料：n=2[(s/)×(u＋u)]2
为两总体均数的差值估计。
u、u分别为正态离差。
）
PMN 凋亡率（%）
DNA 断裂百分率（% 33.383.03 10.601.28 10.411.26 33.072.91 10.531.26 10.691.15
表4家兔烫伤早期血清和痂下组织液对中性粒细胞 凋亡 的影响（
组别
xs
）
DNA 断裂百分率（%） 正常 PMN 33.383.03 10.601.28 10.411.26 烧伤 PMN 33.072.91 10.531.26 10.691.15
1
2
3
2
7
5
8
10
6
9
1
4
3
分组
A
B
B
A
A
A
B
B
A
B
14.2.4
注意事项
1. 注意各组均衡性，减少抽样误差。
如，可先按非实验因素分层，在此基础上进行
随机分组。
2. 最好保持各组样本例数相等。
如在实验组与对照组的设计与比较时，人们常常重视
实验组有无效应，而认为对照组只是陪衬而已，因此
往往实验组的样本数多于对照组。
(2)计算基础数据：ΣXU=312， ΣXR=295 ， (3) 计算统计量：
C 607
2
SS 总 20 26 32
20 18422.45
2 2
2
18422.45 1038.55
SS 实验
312 295 10
2
2
18422.45 14.45
2. 培养基起始pH值对产物的影响 最适的培养基起始pH值为6.5~7.5。 3. 温度对产物的影响 培养温度（oC）：20 25 28 30 32 35 1.69
VB2含量：1.77 2.00 4.42 3.98 3.02
最适的温度为28 oC 左右。
4. 光线强度对产物的影响 光线强度： 强光照 避光培养 VB2含量： 0.49 4.54
第十四章 研究设计
（experiment design) 14.1 选择实验设计方法的依据
14.2
实验设计
完全随机设计 (completely random design)
14.3 配对设计
14.4
(matched-paired design) 配伍组设计
(randomized block design)
(1)
提出检验假设：
实验因素：
H0：超短波(U)与红外线(R)对血栓形成的影响相同
即U＝R； 左右侧因素：
H0：左右侧下肢对血栓形成的影响相同，即左＝右；
个体间因素：
H0：不同个体的下肢对血栓形成的影响相同，
即甲＝乙；
表 14.3 犬号 左侧 右侧 合计 1 20U 18R 38 2 26R 27U 53
GO
பைடு நூலகம்
14.3 配对设计
(matched-paired design) 14.3.1 前后配对设计 (self-controlled design) 14.3.2 左右配对设计 (left-right paired design)
14.3.3 异体配对设计
(heterogeneous paired design)
值得注意的问题：
该表不能考虑各因素之间的交互作用。 必须考虑交互作用时，应选用L64(43254）
正交表。如果嫌实验次数过多，可使用
均匀设计或分式析因设计，进行探索和
因素筛选。
例2 某医生想探讨不同时辰、不同针刺强度 与下丘脑交叉上颌功能活动的关系。
表 2 处理因素和水平如下 一、动物处理时间 A, 子时（1 点） B，卯时（7 点） C，午时（13 点） D，酉时（19 点） 二、体重（克） 1，80 2，160 3，240 4，320 三、针刺强度 甲，不刺 乙，针刺 10 分 丙，针+电 10 分 丁，针+电 20 分
14.3.1 前后配对设计
(self-controlled design)
含义： 属自身配对设计。
特点：抽样误差小，但要求前后的
影响因素要相同。
应用范围：
主要应用于急性与短期实验，对病情较稳
定的慢性病，若研究目的仅仅是观察短暂
的对症治疗效果，也可用该设计(如研究
催眠药对习惯性失眠的疗效)
样本含量估计：
n＝2×[(1800/1000)×(1.96＋1.28)]2＝68例
14.2.3
例14.2
随机分组
将10名患者随机分配到A(实验组)、B
(对照组)两组中去，先将患者编号，然后
任意指定随机排列表的第4行，去掉11-20
的双位数字后排列见表14.1。
表 14.1 患 者 编 号
随机数字
两组间完全随机设计分组 4 5 6 7 8 9 10
超声波(U)与红外线(R)对血栓形成的影响(血栓干重，mg) 3 32U 29R 61 4 24U 27R 51 5 38R 30U 68 6 28R 34U 62 7 44R 49U 93 8 36U 30R 66 9 28U 24R 52 10 31R 32U 63 合计 307 300 607
14.5
交叉设计
(cross-over design)
14.6
拉丁方设计
(Latin square design)
14.7
析因设计
(factorial design)
14.8
正交试验设计
(orthogonal experiment design)
14.1 选择实验设计方法的依据
依据:
3.合理确定实验组数。
如：比较某癌瘤切除后化疗与放疗的效果，若 化疗和放疗的疗效未确定，则应设化疗、 放疗和空白对照组；若已知化疗和放疗有 一定疗效，则可设化疗和放疗两组。如果 想了解化疗与放疗之间有无交互作用，可 分为空白、化疗、放疗、“化疗+放疗”四组。
14.2.5 统计处理方法：
定量资料：t检验 完全随机设计的F检验 秩和检验。 定性资料：2检验 等级资料：秩和检验
表4家兔烫伤早期血清和痂下组织液对中性粒细胞
凋亡 的影响（
组别（n=6） 正常血清加正常 PMN 烧伤血清加正常 PMN 痂下液加正常 PMN 正常血清加烧伤 PMN 烧伤血清加烧伤 PMN 痂下液加烧伤 PMN
xs
18.752.35 5.980.83 6.120.97 19.842.41 6.471.03 6.320.92
表 14.3
犬号 左侧 右侧 合计 1 20U 18R 38 2 26R 27U 53
个体间和误差。
超声波(U)与红外线(R)对血栓形成的影响(血栓干重（mg）)
3 32U 29R 61 4 24U 27R 51 5 38R 30U 68 6 28R 34U 62 7 44R 49U 93 8 36U 30R 66 9 28U 24R 52 10 31R 32U 63 合计 307 300 607
试验号 （1，2，3） （4， 12） （5,10,15） 8， A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 B 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 C 1 2 3 4 2 1 3 4 3 4 1 2 4 3 2 1 1 1 2 2 2 2 1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 2 2 1 1 1 1 2 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 1 2 1 2 1 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 2 1 1 2 2 1 1 2 1 2 2 1 2 1 1 2 1 2 2 1 2 1 1 2 6 7 9 11 13 14 试 D 验结果
例14.1 比较黄芪与生血散对粒细胞减少症的疗效， 据以往经验，黄芪可升白细胞1000个/l，生血散可 升白细胞2000个/l，两者合并标准差估计约1800个 /l，拟取双侧 ＝0.05， ＝0.10，问每组需观察多 少病例？
本例s＝1800，＝2000－1000＝1000，u＝1.96，u＝1.28，
研究目的、研究因素、研究投入 (人财物和时间)
单因素: 完全随机设计, 配对设计, 序贯设计
因素
两因素: 配伍组设计、两层次分组设计
多因素:拉丁方设计、析因设计、正交设计
GO
14.2
完全随机设计
(completely random design)
14.2.1
概念与特点
将受试者随机分配到各实验组和
对照组中，进行实验并观察实验 效应。
SS 左右
307 300 10
2 2
2
2
18422.45 2.45
2 2
SS个体
38 53 ...... 52 63 2
18422.45
938.05
若用完全随机设计：43=64组次 若每组次用5只动物则：645=320 若用拉丁方设计只需16~32只，其设计方案是：
拉丁方设计 体
1 针 刺 强 度 甲 乙 丙 丁 A B C D 2 B C D A 3 C D A B
重
4 D A B C
例3 如表3资料属什么设计
表 3 四种治疗缺铁性贫血疗法的疗效比较（RBC 个百万/mm ） 食疗 0.8 0.9 0.7 食疗+甲药 1.3 1.2 1.1 食疗+乙药 0.9 1.1 1.0 食疗+甲+乙 2.1 2.2 2.0
PMN 凋亡率（%） 正常 PMN 烧伤 PMN 19.842.41 6.471.03 6.320.92
正常血清 烧伤血清 痂下液
18.752.35 5.980.83 6.120.97
两因素实验：样品类别（正常血清、烧伤血清、痂下液）
烧伤早期中性粒细胞状态（正常、烧伤） 正确：23析因设计 end
例1:某研究者在进行“伊利蒙菌发酵”的实验中, 分别对培养基含水量、培养基起始pH值、温度和 光线强度对产物的影响作了研究，其实验过程和 结果大致如下：
1. 培养基含水量对产物的影响
含水量（%）：30 40 50 60
4.39
70
3.89
80
染菌
VB2含量：0.30 1.07 2.76
实验结果得出最适的培养基含水量为55%~65%。