沃登編輯：醫(yī)學(xué)論文中統(tǒng)計(jì)分析錯(cuò)誤辨析與釋疑_20.doc

沃登編輯 醫(yī)學(xué)論文中統(tǒng)計(jì)分析錯(cuò)誤辨析與釋疑(20) 一、合理選用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類型的指導(dǎo)思想 面對(duì)一個(gè)具體的實(shí)驗(yàn)研究問(wèn)題,究竟應(yīng)該選擇 設(shè)計(jì)3: 若動(dòng)物飼養(yǎng)中心能明確地區(qū)分每只貓所來(lái)自的窩別,也知道每只貓的年齡,那么,研究者素之間的交互作用;其次,應(yīng)考慮必須加以控制的區(qū)組因素(即重要的非實(shí)驗(yàn)因素) 的個(gè)數(shù)及其水平數(shù); 第三,應(yīng)結(jié)合專業(yè)知識(shí),考慮因素在施加時(shí)有無(wú)特殊要求,如“同時(shí)施加,還是分先后順序施加”;同一個(gè)因素的各水平作用于受試對(duì)象時(shí)有無(wú)特殊要求,如“每一個(gè)受試對(duì)象只能接受因素的一個(gè)水平,還是可以接受因素的多個(gè)水平”;第四,實(shí)驗(yàn)者在經(jīng)濟(jì)、時(shí)間等方面的承受能力。將以上4 方面綜合起來(lái)考慮, 是針對(duì)具體問(wèn)題合理選用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類型的基本指導(dǎo)思想。二、針對(duì)具體問(wèn)題合理選用某種設(shè)計(jì)類型舉例(一)“成組、配對(duì)、交叉”設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇哪一個(gè)例1 已知某中藥有一定的降血壓作用,先打算通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)了解該藥的最適劑量。研究者根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,擬采用A、B 兩種可能的劑量,并要求用貓作為受試對(duì)象。已知此藥的持續(xù)作用時(shí)間小于6 h,6 h 后血壓又會(huì)恢復(fù)到原先的水平。根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)和對(duì)結(jié)果的精度要求,按統(tǒng)計(jì)公式估算,每一組至少要用5 只貓。問(wèn):有哪幾種可能的設(shè)計(jì)類型? 其中最優(yōu)者是哪一種? 分析與解答:設(shè)計(jì)1: 由于該藥有兩個(gè)劑量A 和B, 故最簡(jiǎn)單的做法是將10 只貓完全隨機(jī)地均分成2 組,1 組給藥劑量為A, 另1 組給藥劑量為B, 即采用“成組設(shè)計(jì)”。設(shè)計(jì)2: 我們還可以將10 只貓按他們自身的條件,將性別、體重、年齡、健康狀況、基礎(chǔ)血壓值等各方面都相同或接近的每?jī)芍回埮涑? 對(duì),用隨機(jī)的方法決定其中1 只貓接受該藥的A 劑量,另1 只貓接受該藥的B 劑量, 即采用“條件相近者配對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類型的合理選擇在領(lǐng)取貓時(shí),可以規(guī)定:全部貓的年齡要基本相同, 從每一窩中取出2 只“性別相同、健康狀況和基礎(chǔ)血壓值等各方面都相同或接近”的貓配成1 對(duì),用隨機(jī)的方法決定其中1 只貓接受該藥的A 劑量,另1 只貓接受該藥的B 劑量,即采用“同源配對(duì)設(shè)計(jì)”。將上述3 種設(shè)計(jì)用表格的形式給出,以便比較, 見表1 。上述3 種設(shè)計(jì)都存在一個(gè)不足之處:動(dòng)物的利用率低,因?yàn)橹灰獌纱斡盟帟r(shí)間間隔大于6 h, 可就在同一只貓身上使用該藥的兩種劑量各實(shí)驗(yàn)1 次。于是,可以考慮下面的另外3 種設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)4: 每只貓都先用該藥的A 劑量,后用該藥的B 劑量,時(shí)間間隔為8 h, 每次用藥前后都測(cè)血壓值, 用其差值作為觀測(cè)指標(biāo), 即采用“自身配對(duì)設(shè)計(jì)”。設(shè)計(jì)5: 將全部10 只貓完全隨機(jī)地均分成2 組,用隨機(jī)的方法決定第1 組5 只貓使用該藥兩種劑量的順序,如先A 后B, 則第2 組中的5 只貓使用該藥劑量的順序正好相反。每只貓兩次用藥的時(shí)間間隔為8h, 每次用藥前后都測(cè)血壓值,用其差值作為觀測(cè)指標(biāo),即采用“成組交叉設(shè)計(jì)”。表1 成組設(shè)計(jì)、條件相近者配對(duì)設(shè)計(jì)和同源配對(duì)設(shè)計(jì)的列表格式編血壓改變值對(duì)血壓改變值窩血壓改變值號(hào)劑量: A B 號(hào)劑量: A B 別劑量: A B 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 5 5 5 注:表中的“”代表每只貓用藥前后血壓的差值設(shè)計(jì)6: 將全部10 只貓按它們所具備的條件配成5 對(duì)(配對(duì)條件越嚴(yán)越好,如同源配對(duì)),用隨機(jī)的方法決定每一對(duì)中2 只貓使用該藥兩種劑量的順序,如其中1 只貓使用該藥劑量的順序?yàn)橄華 后B, 則另1 只貓使用該藥劑量的順序正好相反。每只貓兩次用藥的時(shí)間間隔為8h, 每次用藥前后都測(cè)血壓值, 用其差值作為觀測(cè)指標(biāo), 即采用“配對(duì)交叉設(shè)計(jì)”。將上述3 種設(shè)計(jì)用表格的形式給出,以便比較, 見表2 。設(shè)計(jì)類型點(diǎn)評(píng):顯然,后3 個(gè)設(shè)計(jì)比前3 個(gè)設(shè)計(jì) 對(duì)動(dòng)物的利用率提高了,作統(tǒng)計(jì)分析時(shí)“自由度”增大了, 4(即自身配對(duì)設(shè)計(jì)) 還是有問(wèn)題的,對(duì)所有的貓來(lái)說(shuō),用該藥的劑量都是先A 后B, 這樣就人為地引入了“順序誤差”;設(shè)計(jì)5(即成組交叉設(shè)計(jì)) 是比較好的設(shè)計(jì)方法,它可以將該藥的A、B 兩個(gè)劑量的使用順序所產(chǎn)生的影響分解出來(lái);從對(duì)受試對(duì)象個(gè)體差異的控制角度來(lái)考察,設(shè)計(jì)6(即配對(duì)交叉設(shè)計(jì)) 的效果應(yīng)該是最好的。(二)“單因素k 水平設(shè)計(jì)、配伍組設(shè)計(jì)、拉丁方設(shè)計(jì)”中應(yīng)選擇哪一個(gè)例2 已知某中藥有一定的降血壓作用,先打算通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)了解該藥的最適劑量。研究者根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,擬采用A、B 、C、D4 種可能的劑量, 并要求用貓作為受試對(duì)象。已知此藥的持續(xù)作用時(shí)間小于6 h,6 h 后血壓又會(huì)恢復(fù)到原先的水平。根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)和對(duì)結(jié)果的精度要求,按統(tǒng)計(jì)公式估算, 每個(gè)劑量組至少要用4 只貓。問(wèn):有哪幾種可能的設(shè)計(jì)類型? 其中最優(yōu)者是哪一種? 分析與解答:設(shè)計(jì)1: 由于該藥有4 個(gè)劑量,故最簡(jiǎn)單的做法是將16 只貓完全隨機(jī)地均分成4 組, 分別給予該藥的不同劑量,即采用“單因素4 水平設(shè)計(jì)”。設(shè)計(jì)2: 我們還可以將16 只貓按他們自身的條件,將性別、體重、年齡、健康狀況、基礎(chǔ)血壓值等各方面都相同或接近的每4 只貓形成1 個(gè)配伍組,用隨機(jī)的方法將每一個(gè)配伍組中的4 只貓分配到4 個(gè)劑量組中去,即采用“條件相近者配伍設(shè)計(jì)”。設(shè)計(jì)3: 若動(dòng)物飼養(yǎng)中心能明確地區(qū)分每只貓所來(lái)自的窩別,也知道每只貓的年齡,那么,研究者在領(lǐng)取貓時(shí),可以規(guī)定:全部貓的年齡要基本相同, 從每一窩中取出4 只“性別相同、健康狀況和基礎(chǔ)血壓值等各方面都相同或接近”的貓形成1 個(gè)配伍組, 用隨機(jī)的方法將每一個(gè)配伍組中的4 只貓分配到4 個(gè)劑量組中去,即采用“同源配伍設(shè)計(jì)”。上述3 種設(shè)計(jì)也可以用表格的形式給出,其形式如表1 類似,此處從略。這3 種設(shè)計(jì)都存在一個(gè)不足之處:動(dòng)物的利用率低,因?yàn)橹灰績(jī)纱斡盟帟r(shí)間間隔大于6 h, 就可在同1 只貓身上使用該藥的4 種不同劑量各實(shí)驗(yàn)1 次,于是,可以考慮下面的另外3 種設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)4: 每只貓都用4 次藥,在每只貓身上用此藥不同劑量的順序均為A、B 、C、D, 每相鄰兩次用藥的時(shí)間間隔為8h, 每次用藥前后都測(cè)血壓值,用其差值作為觀測(cè)指標(biāo)?？梢灾挥? 只貓來(lái)完成此實(shí)驗(yàn),即采用“具有一個(gè)重復(fù)測(cè)量的單因素設(shè)計(jì)”。設(shè)計(jì)5: 先將該藥的4 個(gè)劑量A、B 、C、D 隨機(jī)化排成一個(gè)4 行4 列的方陣,如: A B C D B C D A C D A B D A B C 將全部16 只貓按它們所具備的條件形成4 個(gè)配伍組(配伍的條件越嚴(yán)越好,如同源配伍),將4 個(gè)配伍組放置在上面4 4 拉丁方陣的4 行上,用隨機(jī)的方法決定每一個(gè)配伍組中4 只貓中的每一只接受表2 自身配對(duì)設(shè)計(jì)、成組交叉設(shè)計(jì)和配對(duì)交叉設(shè)計(jì)的列表格式劑量代號(hào)與血壓差值劑量代號(hào)與血壓差值劑量代號(hào)與血壓差值貓?zhí)栘執(zhí)栘執(zhí)栱樞? 1 2 順序: 1 2 順序: 1 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A( ) A( ) A( ) A( ) A( ) A( ) A( ) A( ) A( ) A( ) B ( ) B ( ) B ( ) B ( ) B ( ) B ( ) B ( ) B ( ) B ( ) B ( ) 121 122 123 124 125 221 222 223 224 225 A( ) A( ) A( ) A( ) A( ) B ( ) B ( ) B ( ) B ( ) B ( ) B ( ) B ( ) B ( ) B ( ) B ( ) A( ) A( ) A( ) A( ) A( ) 121 122 221 222 321 322 421 422 521 522 A( ) B ( ) A( ) B ( ) B ( ) A( ) A( ) B ( ) B ( ) A( ) B ( ) A( ) B ( ) A( ) A( ) B ( ) B ( ) A( ) A( ) B ( ) 注:表中A、B 代表藥物的兩個(gè)劑量,括號(hào)內(nèi)填寫血壓值的差值該藥的一個(gè)特定的劑量,而4 列就是實(shí)驗(yàn)的順序,每次用藥前后都測(cè)血壓值,用其差值作為觀測(cè)指標(biāo),即采用“獨(dú)立重復(fù)實(shí)驗(yàn)的4 4 拉丁方設(shè)計(jì)”。設(shè)計(jì)6: 先將該藥的4 個(gè)劑量A、B 、C、D 隨機(jī)化排成一個(gè)4 行4 列的方陣,如: A B C D B C D A 便形成了一個(gè)配伍組,4 列代表實(shí)驗(yàn)順序,相當(dāng)于第2 個(gè)區(qū)組因素。每只貓相鄰兩次用藥的時(shí)間間隔為8h, 每次用藥前后都測(cè)血壓值,用其差值作為觀測(cè)指標(biāo),即采用“含重復(fù)測(cè)量的4 4 拉丁方設(shè)計(jì)”。設(shè)計(jì)類型點(diǎn)評(píng):顯然,在上述的6 種設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)1 最為簡(jiǎn)單,但對(duì)于重要的非實(shí)驗(yàn)因素未加任何控制,其結(jié)論的可靠性完全取決于“完全隨機(jī)化”的效果,在各組樣本含量都很大的條件下,完全隨機(jī)化或許可以使重要的非實(shí)驗(yàn)因素在各組之間達(dá)到平衡一致;樣本較小時(shí),其效果就很難說(shuō)了。設(shè)計(jì)2 和設(shè)計(jì)3 都是采用“配伍組設(shè)計(jì)”,只不過(guò)是配伍的條件有“一般與較嚴(yán)”之分,配伍的條件越嚴(yán)越好,但在實(shí)際工作中較難實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)4 是不妥的,因?yàn)槊恐回埥邮茉撍幍膭┝康捻樞蚴且怀刹蛔兊?這就必然會(huì)引入“順序誤差”。設(shè)計(jì)5 采用了“獨(dú)立重復(fù)實(shí)驗(yàn)拉丁方設(shè)計(jì)”,使每一配伍組內(nèi)的4 只貓接受該藥的不同劑量的順序是隨機(jī)的,它實(shí)際上是在前面設(shè)計(jì)2 和設(shè)計(jì)3 基礎(chǔ)上作的一種改進(jìn),其缺點(diǎn)是沒(méi)有減少樣本含量。當(dāng)然,在每次處理對(duì)受試者所造成的“創(chuàng)傷”嚴(yán)重的實(shí)驗(yàn)研究中,在同一個(gè)受試者身上不能接受2 種或2 種以上的處理,此時(shí),就不得不使用這一設(shè)計(jì)或前面的設(shè)計(jì)2 或設(shè)計(jì)3 了。在同一個(gè)體身上可以做重復(fù)實(shí)驗(yàn)的前提下,設(shè)計(jì)6 是比較理想的設(shè)計(jì)類型,因?yàn)樗粌H可以考察1 個(gè)實(shí)驗(yàn)因素、2 個(gè)區(qū)組因素,還對(duì)實(shí)驗(yàn)因素的水平進(jìn)行了隨機(jī)化,同時(shí), 又大大減少了樣本含量。(三)“析因設(shè)計(jì)、正交設(shè)計(jì)”中應(yīng)選擇哪一個(gè)例3 在培養(yǎng)鉤端螺旋體時(shí),除了根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)已固定若干因素外,擬研究以下4 個(gè)實(shí)驗(yàn)因素取不同水平的效應(yīng),實(shí)驗(yàn)研究的目的是尋找四因素最佳的水平組合。因素A( 血清種類) :A1 ( 兔血清) 、A2 ( 胎盤血清); 因素B(血清濃度) :B1 (5 %) 、B2(8 %) ; 各級(jí)交互作用,此時(shí),滿足要求的惟一設(shè)計(jì)類型就是四因素析因設(shè)計(jì),即將四因素的水平進(jìn)行全面組合, 共有2 2 2 2 =16 種,各種組合條件下至少要做2 次或2 次以上獨(dú)立重復(fù)實(shí)驗(yàn)。其設(shè)計(jì)格式如表3 所示。按“要求二”可知,只有少部分交互作用項(xiàng)必須考慮,若仍采用上面的析因設(shè)計(jì),將意味著要多做很多次不必要的實(shí)驗(yàn)。此時(shí),比較明智的做法是選用合適的二水平正交表進(jìn)行正交設(shè)計(jì)。那么,究竟應(yīng)該選用什么樣的二水平正交表呢? 表3 具有兩次獨(dú)立重復(fù)實(shí)驗(yàn)的2 2 2 2 析因設(shè)計(jì)格式因素因素重復(fù)實(shí)驗(yàn)號(hào)C 與D : 鉤端螺旋體計(jì)數(shù)C1 (D1 D2) C2 (D1 D2) A1 B1 1 X X X X 2 X X X X B2 1 X X X X 2 X X X X A2 B1 1 X X X X 2 X X X X B2 1 X X X X 2 X X X X 注:表中的“X”代表實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯然,L4 (23) 正交表只有3 列,是無(wú)法安排4 個(gè)因素和3 個(gè)交互作用項(xiàng)的;而L8(27) 正交表雖然有7 列,但在這7 列里,也無(wú)法合理地安排4 個(gè)因素和3 個(gè)交互作用項(xiàng),因?yàn)槟承┙换プ饔庙?xiàng)會(huì)與單個(gè)因素所在的列重疊在一起,造成因素與交互作用項(xiàng)效應(yīng)的混雜,這是無(wú)效的設(shè)計(jì);看來(lái)比較可行的做法是選用L16 (215 ) 正交表, 認(rèn)真查閱其“對(duì)應(yīng)的交互作用表”,或許能在15 列中作出合理的安排,使單個(gè)因素的效應(yīng)不與需要考察的3 個(gè)交互作用項(xiàng)混雜。當(dāng)然,對(duì)本例而言,選擇L16 (215) 正交表,就等價(jià)于“未做重復(fù)實(shí)驗(yàn)的四因素析因設(shè)計(jì)”,因?yàn)? 個(gè)二水平因素的全面組合總共只有16 種。其表頭設(shè)計(jì)見表4。在表4 中, 為什么要把AB ( 即A B) 放在第表4 用L16 (215) 正交表安排4 個(gè)二水平因素和表5 L16 (215) 正交表的交互作用表3 個(gè)交互作用項(xiàng)的表頭設(shè)計(jì)No. 1234567891011121314 15 試驗(yàn)號(hào)12345678910 11 12 131415 1 (1)32547698111013121514 A BAB C D ABDCD2 (2)1 6 7 4 51011 8 914151213 3 (3) 7 6 5 41110 9 815141312 4 (4) 1 2 31213 1415 8 91011 3 列上,把ABD (即A B D) 放在第11 列上,而把5 (5) 3 21312 1514 9 81110 CD(即C D) 放在第12 列上呢? 這是查閱與L16 6 (6)12 13 10 11 8 9 13121110 9 8(215) 正交表對(duì)應(yīng)的交互作用表才可以得到的,這個(gè)7 1 234567 交互作用表見表5 。(9) 325476 從表5 中可以查得:第1 列與第2 列的交互作(10)16 7 4 5 (11)7 6 5 4 12 (12)123 13 (13)3 2 在第12 列上。在這個(gè)表頭設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,做實(shí)驗(yàn)14 (14) 1 時(shí),只需要抄寫安排單個(gè)因素的那4 列,即第1 、2 、4 、8 列。每行做1 次實(shí)驗(yàn)(若實(shí)驗(yàn)重復(fù)起來(lái)不困難,人大小,等有了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后,進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí),仍然只力和物力花費(fèi)都不大,做2 次或2 次以上重復(fù)實(shí)驗(yàn)需將表6 中的4 列單個(gè)因素的水平代碼和最后一列效果就更好了),共得16 個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),寫在表6 的最實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī),運(yùn)用統(tǒng)計(jì)程序可以方便地分后一列。與表6 對(duì)應(yīng)的完整的正交表中還有8 個(gè)空析4 個(gè)因素以及3 個(gè)交互作用項(xiàng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響列派什么用場(chǎng)呢? 他們將被用來(lái)估計(jì)實(shí)驗(yàn)誤差的大小是否具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。表6 用L16 (215) 正交表安排本例實(shí)驗(yàn)的16 種水平組合試驗(yàn)號(hào)1 2 4 8 結(jié)果1 1 (兔血清) 1 (5 %) 1 (緩沖液) 1(加Vit D) 2 1 (兔血清) 1 (5 %) 1 (緩沖液) 2(不加Vit D) 3 1 (兔血清) 1 (5 %) 2 (蒸餾水) 1(加Vit D) 4 1 (兔血清) 1 (5 %) 2 (蒸餾水) 2(不加Vit D) 5 1 (兔血清) 2 (8