实验设计与数据处理论文

医学中的实验设计与数据处理

摘要：实验是一切自然学科的基础。实验设计与数据处理在医学中更是发挥着不可估量的作用。通过科学合理的实验设计过程加上严谨规范的数据处理方法，可以使医学中更多的生理机制被探索发现，使更多的药物疗法被发明应用，从而更好地拯救患者，造福人类。

关键词：医学实验，实验设计，数据处理

实验是自然学科的基础，任何自然科学都离不开实验。科学界中大多数的公式定理都是由实验反复验证而推导出来的，只有经得起实验验证的定理定律才具有普遍实用性。而科学的实验设计是利用已有的专业学科知识，以大量的实践经验为基础而得出的既能减少实验次数，又能缩短试验周期，从而迅速找到优化方案的一种科学计算方法。这就必然涉及到实验的数据处理，也只有对实验得出的数据作出科学合理的处理，才能使实验结果更具说服力。实验设计方法最早应用于农业、生物学、遗传学方面。早在20世纪中期，就有一些欧美国家将实验设计应用于工业生产，以达到减少成本而获取最大利益的目的。随着时间的推移，实验设计越来越受到人们的重视，也开始在各个领域开始广泛的应用。

医学是一门将科学和生活紧密结合的学科，因此医学中的实验设计显得尤为的重要。科学的实验设计不仅能起到节约时间，节约成本的作用，还能使分析更具普遍适用性，或减少药物风险，或增强药物疗效，更加福泽患者。

1常见的医学实验设计类型

医学实验设计类型有几十种，其中常见的有：配对设计、成组设计、单因素K水平设计( K≥3)、配伍组设计、拉丁方设计、交叉设计、析因设计、正交设计和具有重复测量的设计。从是否便于考察因素之间交互作用的角度看，前六种设计都不便考察交互作用，后三种设计是可以考察交互作用的。从同时考察因素的个数多少角度看，前三种设计都属于单因素设计，配伍组设计属于二因素设计，拉丁方设计、交叉设计都属于三因素设计，而后三种设计即可以用于二因素设计，又可以用于多因素设计。由于配伍组设计、拉丁方设计和交叉设计都不便考察交互作用，故最适合用于安排只含一个处理因素，含一个或二个区组因素的实验研究场合。如果实验中同时涉及二个或二个以上处理因素，因素之间的交互作用往往又是不可忽视的，此时，就应当选用析因设计或正交设计。如果希望观察接受不同处理的几组受试对象某些定量观测指标随时间推移的动态变化趋势，需要在不同时间点上从同一个受试对象身上进行多次观测，这就是所谓的重复测量设计(1)。

在一次实验中，某人在研究三七皂甙Rg1对大鼠实验性血栓形成的影响和对正常血压及高血压大鼠血小板内游离钙水平影响时，收集到表1和表2资料（2）。

Tab．1 Effects of Rgl，Rb1 and lysinip irinum(LNP)on thrombosis in rats(±s) Drug/(mg*kg) Thrombosis wet weight/mg

NS 25.3±3.9

Rg1 5 8.7±1.2

Rb1 5 18.0±3.3

LNP 9.04 8.2±1.2

NS:Normal saline;Rb1 and Rg1:Two components in Ginsenosides;LNP:Lysinipirinum Tab.2 Effects of Rg1 on platelet［Ca 2+］i under the influence of thrombin in normotensive and

hypertensive rats(±s) Group

Rg1/

(μmol*L)

［Ca 2+

］i *(nmol/L) Resting Thrombin Normotensive

0 167±24 503±62

1 154±26 255±66

10 141±30 160±33

100 120±26 140±31 Hypertensive

0 230±47 709±65

1 182±38 312±46

10 140±39 232±31 100 131±32 157±37 可以看到，表1中虽然涉及到药物和剂量二个方面，但一种药物只取了一种剂量，并不能将剂量视为一个独立的因素。因此，在表1中，只有药物一个因素，它有四个水平，生理盐水可被视为一种特殊的“药物”。显然，与表1资料所对应的实验设计类型应叫做单因素四水平设计。而表2资料中涉及到三个因素，即受试者的类型(分为正常血压者与高血压者)、接受药物Rgl 的剂量(分为0、1、10和100／μmol*L -1

)和受试者被检测时所处的状态(静息与接受凝血酶刺激后)。本资料所对应的实验设计类型取决于在二种状态下是对各组中每一只大鼠分别进行了检测，还是对不同大鼠进行了检测。若属于前一种情况，应叫做具有一个重复测量的三因素设计；若属于后一种情况，应叫做三因素析因设计。

2．实验数据的分析与处理

在设计实验中，表格的合理设计对实验结果的分析有很大的促进作用。科学合理的表格让人对实验分析方法一目了然，而不合理的表格则易使人产生混淆，误用分析方法而出现不必要的错误影响实验结果。在另一次实验中，某人用6.5 Gy 照射小鼠后再用几种不同的药物治疗，观察每只小鼠照后不同时间点 上外周血白细胞数的动态变化情况，各处理组中的小鼠在不同时间点上反复被观测。资料如表3所示。

Tab.3 Changes of circulating WBC(×109/L) in rats by 6.5γ ir radiation(±s,n=10) Days after irrad #

Group

WBC(×109/L) Control rhIL-6 rhG-CSF rhIL-6+rhG-CSF Before *

19.7±1.8 17.3±3.2 17.9±3.8 18.3±3.7 7

1.8±0.7 1.9±0.8

2.0±1.0 2.2±1 .5 10

1.8±0.9 1.7±0.8 1.7±0.6 1.3±0.6 14

1.9±0.6

2.9±1.0 2.7±1.1 2.5±0.9 17

2.8±1.0

3.3±0.9

4.6±1.2 4.5±1.1 21

7.6±2.0 6.6±2.4 6.0±3.0 6.9±4.2 23 9.4±3.8 9.7±4.2 9.7±3.9

8.7±5.6 在本实验中涉及了三个处理因素，除照后时间外，纵向所列 的四组是各有二水平的二