實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析

放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院研究生講壇

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析沈月平,副教授,Ph.D蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部公共衛(wèi)生學(xué)院流行病與衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)教研室Email:shenyueping@Tel:65880079(O)Officeroom:401-1403Contents實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基本概念數(shù)據(jù)處理案例-SPSS軟件結(jié)果呈現(xiàn)和描述2

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（experimentaldesign）科研設(shè)計(jì)根據(jù)特定的研究目的，對(duì)一項(xiàng)科學(xué)研究的全過(guò)程，包括資料的收集、整理和分析等，進(jìn)行科學(xué)地、有效地和周密地計(jì)劃和安排，從而保證研究工作的順利進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是指研究者根據(jù)研究目的人為地對(duì)受試對(duì)象（人或動(dòng)物）施加干預(yù)因素的研究。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容專業(yè)設(shè)計(jì)：是從專業(yè)角度考慮設(shè)計(jì)的科學(xué)性，包括選題、提出假設(shè)、確定受試對(duì)象和技術(shù)方法。

課題：低劑量輻射對(duì)小鼠淋巴細(xì)胞影響研究統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)：統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)是從統(tǒng)計(jì)角度考慮設(shè)計(jì)的科學(xué)性，它包括資料如何獲得、如何整理及如何分析等

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)“三要素”受試對(duì)象：細(xì)胞株、小鼠等，同質(zhì)；處理因素：注意非處理因素/混雜因子；效應(yīng)指標(biāo)：靈敏和特異，準(zhǔn)確，誤差?。?/p>

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)“三原則”對(duì)照：為了使處理因素的作用凸顯空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照相互對(duì)照隨機(jī)化：是均衡兩組或多種混雜因子最好的方法之一重復(fù)：個(gè)體重復(fù)或?qū)嶒?yàn)重復(fù)，盡量避免把偶然性當(dāng)做普遍存在的規(guī)律

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類型完全隨機(jī)設(shè)計(jì)（常用）配對(duì)設(shè)計(jì)配伍組設(shè)計(jì)（常用）析因設(shè)計(jì)重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)（常用）

完全隨機(jī)設(shè)計(jì)

completelyrandomizeddesign將受試對(duì)象隨機(jī)分配到兩組或多組實(shí)驗(yàn)水平中簡(jiǎn)單，宜操作采用隨機(jī)化的方法（抓鬮、隨機(jī)數(shù)字表、統(tǒng)計(jì)軟件）受試對(duì)象隨機(jī)化試驗(yàn)組對(duì)照組納入標(biāo)準(zhǔn)排除標(biāo)準(zhǔn)案例1鐵皮楓斛對(duì)小鼠急性放射性損傷保護(hù)作用研究為了研究鐵皮楓斛（DCWD）對(duì)小鼠急性放射性損傷保護(hù)作用，將24只清潔級(jí)雌性BALB/c小鼠隨機(jī)分配到4組中，每組4只。第1組為空白對(duì)照，第2組為單純照射組；第3組照射前灌胃給藥，每天1次，連續(xù)16d,劑量2g/kg(低劑量組),第4組4g/kg（高劑量組），3組均用4Gy6MVX射線(Sl18型直線加速器,Philips)全身單次均勻照射；服藥組照射后再服藥4d,將4組小鼠活殺，剖取一側(cè)股骨，測(cè)量DNA的含量(ug)并進(jìn)行比較。表1鐵皮楓斛對(duì)小鼠急性放射性損傷保護(hù)作用groups照射給藥DNA/ug對(duì)照組--166.3,178.1,169.3,160.2,181.3,182.1單純照射組4Gy-59.4,71.3,72.1,79.2,60.07,54.2DCWD低劑量組4Gy2g/kg83.6,71.2,75.4,74.3,92.1,89.0DCWD高劑量組4Gy4g/kg96.4,85.3,87.2,104.3,105.1,89.1配對(duì)設(shè)計(jì)（paireddesign）配對(duì)條件：性別、年齡、體重等等自身配對(duì)：前后對(duì)照試驗(yàn)、同一對(duì)象采用兩種不同的方法優(yōu)點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)誤差較小、檢驗(yàn)效率較高、所需樣本量也較小。缺點(diǎn)：當(dāng)配對(duì)條件未能嚴(yán)格控制造成配對(duì)失敗或配對(duì)欠佳時(shí)，反而會(huì)降低效率。研究對(duì)象納入標(biāo)準(zhǔn)排除標(biāo)準(zhǔn)對(duì)子1配對(duì)條件實(shí)驗(yàn)組A2隨機(jī)化對(duì)子2對(duì)子K對(duì)照組A1B1B2K1K210

案例2配對(duì)設(shè)計(jì)為了比較兩種方法對(duì)乳酸飲料中脂肪含量測(cè)定結(jié)果是否不同，某研究者隨機(jī)抽取了10份乳酸飲料制品，分別用脂肪酸水解法和哥特里-羅紫法測(cè)定其結(jié)果（%），問(wèn)兩種方法是否不同？

表2脂肪酸水解法和哥特里-羅紫法測(cè)定結(jié)果比較

編號(hào)

脂肪酸水解法哥特里-羅紫法10.5800.84020.5090.59130.5000.67440.3160.63250.3370.68760.5170.97870.4540.75080.5120.73090.9971.200100.5060.870

配伍組設(shè)計(jì)

randomizedblockdesign配伍條件：性別、年齡、體重等等優(yōu)點(diǎn)：增強(qiáng)各組間的均衡性，進(jìn)一步控制混雜偏倚。配伍組設(shè)計(jì)的檢驗(yàn)效能高于完全隨機(jī)設(shè)計(jì)研究對(duì)象納入標(biāo)準(zhǔn)排除標(biāo)準(zhǔn)區(qū)組1配伍條件實(shí)驗(yàn)組2A2隨機(jī)化區(qū)組2區(qū)組K實(shí)驗(yàn)組1對(duì)照A1A3B2B1B3K1K2K312

案例3-1某研究者采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，比較三種抗癌藥物對(duì)小白鼠肉瘤抑瘤效果，先將15只染有肉瘤小白鼠按體重大小配成5個(gè)區(qū)組，每個(gè)區(qū)組內(nèi)3只小白鼠隨機(jī)接受三種抗癌藥物，以肉瘤的重量為指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果下表。問(wèn)三種不同藥物的抑瘤效果有無(wú)差別？區(qū)組A藥B藥C藥10.820.650.5120.730.540.2330.430.340.2840.410.210.3150.680.430.24表3不同藥物作用后小白鼠肉瘤重量（g）13

案例3-2為探討復(fù)方丹參注射液在惡性腫瘤治療中的作用機(jī)理，有研究者觀察了不同濃度的復(fù)方丹參注射液，對(duì)HepG2細(xì)胞（人肝癌細(xì)胞株）、SGC-7901細(xì)胞（人胃腺癌細(xì)胞株）及BEL-7402細(xì)胞（人肝癌細(xì)胞）的體外殺傷情況，結(jié)果見(jiàn)表4，問(wèn)不同藥物濃度的作用是否有差別？

表5復(fù)方丹參作用后的腫瘤細(xì)胞體外成活情況（%）細(xì)胞株藥物終濃度（μl/mL）3001507537.518.759.3754.6875HepG2727291102115111105SGC-790175405572859092BEL-740277668177848988

析因設(shè)計(jì)（factorialdesign)概念:是一種多因素多水平交叉分組進(jìn)行全面實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法

案例4析因設(shè)計(jì)

例：為了研究不同氧濃度（因素B）和抗癌藥（因素A），對(duì)用放射性3H-胸腺嘧啶（3H-TdR）滲入后的人紅白血病細(xì)胞K562的抑制效果，因素B分為B1（-）、B2（含氧20%），因素A為A1（-），A2（表阿霉素），進(jìn)行2×2析因設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)見(jiàn)下表，試分析A、B兩因素對(duì)K562細(xì)胞的抑制效果。表6無(wú)交互作用協(xié)同作用Synergisticeffect拮抗作用Antagonisticeffect

為了研究超聲引導(dǎo)下對(duì)肝腫瘤進(jìn)行射頻毀損的早期療效。將16名肝癌患者隨機(jī)分為兩組，其中，采用射頻治療的患者8名，采用常規(guī)化療的患者8名，測(cè)量數(shù)字CT片下肝腫瘤的直徑（cm），見(jiàn)表7。試探討肝癌患者采用射頻治療前后肝腫瘤的變化趨勢(shì)，與常規(guī)化療相比，是否更為有效。案例5-1重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)/資料（repeatedmeasurementdesign/data）數(shù)據(jù)特點(diǎn)是什么？1、時(shí)間不是隨機(jī)因素2、相關(guān)性3、差值方差不齊表74、數(shù)據(jù)的時(shí)間變化趨勢(shì)不同重復(fù)測(cè)量資料的特點(diǎn)概念：重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)（repeatedmeasurementsdesign）是指針對(duì)同一對(duì)象某觀察指標(biāo)在不同時(shí)間點(diǎn)或不同場(chǎng)合時(shí)進(jìn)行的多次測(cè)量。重復(fù)測(cè)量資料(repeatedmeasurementdata)：重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)所獲得的資料。主要特點(diǎn)：（1）重復(fù)性（2）非隨機(jī)性（3）非獨(dú)立性

案例5-2將14只家兔隨機(jī)分配到A，B兩種不同藥物處理組中，觀察實(shí)驗(yàn)前、5周及10周時(shí)點(diǎn)的血清膽固醇濃度（mg%,自然對(duì)數(shù)）。家兔號(hào)

A藥

家兔號(hào)

B藥

實(shí)驗(yàn)前5周后10周后

實(shí)驗(yàn)前5周后10周后14.395.666.2784.034.324.2224.555.705.2894.644.234.1134.014.795.85104.254.604.2544.735.605.89114.375.004.6854.235.324.64123.813.904.2664.645.586.57134.514.534.4174.705.294.88144.524.214.19SPSS17.0演示

結(jié)果顯示案例1脂肪酸水解法和哥特里-羅紫法測(cè)定結(jié)果比較：t=7.926,P<0.0001,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義案例2案例3-1腫瘤藥物A，B，C對(duì)小鼠肉瘤治療效果差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=11.94，P=0.004）

案例