第二章實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

（designofexperiment，DOE）

實(shí)驗(yàn)性研究是指研究者根據(jù)研究目的人為地對(duì)實(shí)驗(yàn)單位設(shè)置干預(yù)措施，按照對(duì)照、重復(fù)、隨機(jī)化的基本原則控制非干預(yù)措施的影響，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，評(píng)價(jià)干預(yù)措施的效果。

良好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是順利進(jìn)行科學(xué)研究的和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的先決條件，也是獲得預(yù)期結(jié)果的重要保證。實(shí)驗(yàn)研究不同于調(diào)查研究，第一，在實(shí)驗(yàn)研究中的處理因素是人為施加的干預(yù)；第二，實(shí)驗(yàn)研究中受試對(duì)象接受何種處理是隨機(jī)分配的。

第一節(jié)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本要素

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本要素包括：處理因素、受試對(duì)象（實(shí)驗(yàn)單位）和實(shí)驗(yàn)效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)性研究的目的就是闡明某種或某些處理因素對(duì)受試對(duì)象產(chǎn)生的效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵：如何選擇三個(gè)基本要素。

受試對(duì)象是處理因素作用的客體，是接受處理因素的基本單位，也稱(chēng)實(shí)驗(yàn)對(duì)象。根據(jù)研究目的不同，實(shí)驗(yàn)單位可以是人、動(dòng)物和植物，也可以是某個(gè)組織、器官、細(xì)胞、亞細(xì)胞或血清等生物材料。一、受試對(duì)象subject（實(shí)驗(yàn)單位experimentUnit）根據(jù)實(shí)驗(yàn)單位的不同，實(shí)驗(yàn)分為：動(dòng)物實(shí)驗(yàn)：動(dòng)物臨床實(shí)驗(yàn)：病人現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)：自然人群醫(yī)學(xué)科研中受試對(duì)象的要求：（1）對(duì)處理因素敏感（2）反映穩(wěn)定如觀察某藥物對(duì)高血壓的療效，高血壓臨床分為3期，其中，I期患者血壓波動(dòng)較大，III期高血壓患者對(duì)藥物不夠敏感，II期患者對(duì)藥物敏感，且血壓波動(dòng)范圍小，較穩(wěn)定。因此宜選II期高血壓患者作為受試對(duì)象。

（3）受試對(duì)象在選擇上應(yīng)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。如動(dòng)物要種系、品系、窩別、性別、體重、年齡和營(yíng)養(yǎng)狀況等盡量一致；臨床試驗(yàn)選擇時(shí)應(yīng)診斷明確、依從性好，還應(yīng)注意病人的病情、病程、性別、年齡、生活條件、生活環(huán)境等?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)受試對(duì)象應(yīng)考慮其性別、年齡、民族、職業(yè)、文化程度、經(jīng)濟(jì)條件等方面。因?yàn)檫@些條件可能會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果，必須控制一致

根據(jù)研究目的確定的欲施加或欲觀察的、并能引起受試對(duì)象直接或間接效應(yīng)的因素。

處理因素包括物理因素、化學(xué)因素和生物因素。根據(jù)因素的多少，實(shí)驗(yàn)分為單因素實(shí)驗(yàn)和多因素實(shí)驗(yàn)。二、處理因素主動(dòng)施加（脂健乳）客觀存在（母乳喂養(yǎng)與人工喂養(yǎng)）處理因素（2）單因素多水平（某藥降血糖作用）A藥1mg2.5mg3mg1.53.34.21.35.45.62.53.66.4①明確處理因素和非處理因素處理因素一般是根據(jù)研究目的確定的主要因素，是人為施加的干預(yù)。在一次實(shí)驗(yàn)中處理因素不宜太多，否則會(huì)使分組及所需樣本容量增多，實(shí)驗(yàn)難于控制。在實(shí)驗(yàn)研究中還有一些其他的會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素（非處理因素-與處理因素相對(duì)應(yīng)并同時(shí)存在，也能使受試對(duì)象產(chǎn)生效應(yīng)的因素，又稱(chēng)混雜因素。），對(duì)于這些因素要能夠正確區(qū)分，并要嚴(yán)格控制非處理因素，否則會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對(duì)象降壓藥血壓下降低鹽飲食血壓下降例1例2研究綜合防治高血壓病的效果，處理因素為藥物治療加體育鍛煉及單純藥物治療。合理調(diào)配飲食結(jié)構(gòu)和其他的輔助治療措施也能緩解癥狀，有助于康復(fù)，但這并不是本次研究的處理因素。研究者應(yīng)采取各種措施，盡可能使某些非處理因素在所比較的各組中基本相同，以便充分顯示處理因素的作用。②處理因素應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化。所謂處理因素必須標(biāo)準(zhǔn)化是指在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中作用的受試對(duì)象上的處理因素要保持不變，始終如一。保證結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性例在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)藥物的批號(hào)、劑量應(yīng)當(dāng)一致，手術(shù)和操作的熟練程度也都應(yīng)從始到終保持恒定。

實(shí)驗(yàn)效應(yīng)是處理因素作用在受試對(duì)象上所產(chǎn)生的反應(yīng)，是研究結(jié)果的最終體現(xiàn)，是實(shí)驗(yàn)研究的核心內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)效應(yīng)主要通過(guò)觀察指標(biāo)(變量)顯示出來(lái)。為使實(shí)驗(yàn)效應(yīng)真實(shí)地、充分地顯示出來(lái)，在選擇觀察指標(biāo)時(shí)應(yīng)選擇客觀性強(qiáng)、靈敏性和特異性高、精確性高的指標(biāo)。三、實(shí)驗(yàn)效應(yīng)1。客觀性：指標(biāo)包括主觀指標(biāo)和客觀指標(biāo)，主觀指標(biāo)是受試對(duì)象的主觀感覺(jué)、記憶、陳述或?qū)嶒?yàn)者的主觀判斷結(jié)果；客觀指標(biāo)是借助測(cè)量?jī)x器和檢驗(yàn)手段獲得的觀測(cè)結(jié)果。一般主觀指標(biāo)易受研究者和受試對(duì)象心理因素的影響，具有隨意性和偶然性，而客觀指標(biāo)具有較好的真實(shí)性和可靠性。選用客觀性較強(qiáng)的指標(biāo)最好選用易于量化，即經(jīng)過(guò)儀器測(cè)量和檢驗(yàn)而獲得的指標(biāo)。隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展，主觀指標(biāo)收到重視和應(yīng)用-生存質(zhì)量2。精確性：精確性包括準(zhǔn)確度和精密度兩層含義。準(zhǔn)確度指觀測(cè)值與真實(shí)值的接近程度，主要受系統(tǒng)誤差的影響；精密度指重復(fù)觀察時(shí)，觀測(cè)值與其均數(shù)的接近程度，其差值屬于隨機(jī)誤差。選擇時(shí)首先要保證有較高的準(zhǔn)確度，然后要求有一定的精密度。3。特異性和靈敏性：特異性是指該指標(biāo)鑒別出真陰性的能力，特異度高的指標(biāo)能較好的揭示處理因素的作用，不易受混雜因素的干擾，可以減少假陽(yáng)性率；靈敏性是指該指標(biāo)檢測(cè)出真陽(yáng)性的能力，靈敏度高的指標(biāo)對(duì)外界的反應(yīng)靈敏，能將處理因素的效應(yīng)更好的顯示出來(lái)，減少假陰性率。選擇指標(biāo)時(shí)應(yīng)選擇特異性和靈敏性均較高的。

實(shí)驗(yàn)效應(yīng)的觀察如果帶有偏性，會(huì)影響結(jié)果的比較和分析，所以為消除或最大限度的減少這種偏性，常在設(shè)計(jì)時(shí)采用盲法設(shè)計(jì)。單盲：受試對(duì)象雙盲：受試對(duì)象和實(shí)驗(yàn)執(zhí)行者三盲：受試對(duì)象、實(shí)驗(yàn)執(zhí)行者和統(tǒng)計(jì)分析人員（4）指標(biāo)觀察時(shí)采用盲法第二節(jié)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主要作用是減小誤差，提高效率。因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須遵循對(duì)照（control）、隨機(jī)化(randomization)和重復(fù)(replication)的原則。一、對(duì)照原則

所謂對(duì)照原則就是要設(shè)立對(duì)照組。設(shè)立對(duì)照組的目的就是要消除非處理因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，從而使實(shí)驗(yàn)效應(yīng)充分顯示出來(lái)。在設(shè)立對(duì)照時(shí)，應(yīng)滿足均衡性，即除了處理因素外的所有可能的影響實(shí)驗(yàn)效應(yīng)的非處理因素都保持與實(shí)驗(yàn)組一致。所以在設(shè)立對(duì)照后應(yīng)對(duì)各組的基線情況進(jìn)行比較，檢驗(yàn)各組開(kāi)始時(shí)的狀態(tài)是否均衡。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組應(yīng)始終處于同時(shí)同地，即設(shè)立同期對(duì)照，盡量不要設(shè)歷史對(duì)照或用其他研究的資料作為對(duì)照。1。安慰劑對(duì)照：安慰劑是一種無(wú)藥理作用的“假藥”，其外觀上與試驗(yàn)藥物一致，不會(huì)被受試對(duì)象識(shí)別。設(shè)置安慰劑對(duì)照目的在于克服研究者、受試對(duì)象、評(píng)價(jià)者等由于心理因素所形成的偏倚。此外安慰劑對(duì)照還可以消除疾病自然進(jìn)程的影響，從而真正顯示試驗(yàn)藥物的作用大小。對(duì)照的形式2。空白對(duì)照：對(duì)照組不接受任何處理因素?？瞻讓?duì)照可以用于以下兩種不適用于安慰劑對(duì)照的情況：

(1)處理手段特殊，安慰劑對(duì)照無(wú)法執(zhí)行，或執(zhí)行困難

(2)試驗(yàn)藥物的不良反應(yīng)特殊，無(wú)法使受試對(duì)象處于盲法狀態(tài)3。實(shí)驗(yàn)對(duì)照：對(duì)照組不施加處理因素，但施加某種與處理因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)因素。當(dāng)處理因素的施加需要伴隨其他因素，而這些因素可能影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)應(yīng)設(shè)立實(shí)驗(yàn)對(duì)照，以保證組間的均衡性。例賴氨酸添加實(shí)驗(yàn)4。自身對(duì)照：對(duì)照與實(shí)驗(yàn)在同一受試對(duì)象身上。注意：前后對(duì)照不是同期對(duì)照。在實(shí)驗(yàn)中同樣需要另外設(shè)立一個(gè)對(duì)照組，用處理前后效應(yīng)的差值來(lái)比較實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組。5。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照：用現(xiàn)有方法或常規(guī)方法，或者現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)值或參考值作為對(duì)照。6。相互對(duì)照：不專(zhuān)門(mén)設(shè)立對(duì)照，各實(shí)驗(yàn)組間互為對(duì)照（研究目的比較療效差別）。7。潛在對(duì)照（歷史對(duì)照）:由于不同期，缺乏可比，因此僅適用公認(rèn)難治疾?。◥盒阅[瘤，艾滋病等）。設(shè)立對(duì)照時(shí)應(yīng)注意兩個(gè)問(wèn)題：同期對(duì)照（concurrentcontrol）:在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組應(yīng)始終處于同時(shí)同地基線（baseline）比較:對(duì)照組設(shè)立后，應(yīng)檢驗(yàn)（運(yùn)用適當(dāng)?shù)募僭O(shè)檢驗(yàn)方法）兩組開(kāi)始時(shí)的狀態(tài)是否均衡。二、隨機(jī)化原則

遵循隨機(jī)化是采用隨機(jī)的方式，使每個(gè)受試對(duì)象都有同等的機(jī)會(huì)被抽取或分到不同的實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組?？墒箻颖镜拇硇暂^強(qiáng)，提高組間的均衡性，控制非處理因素。隨機(jī)化是對(duì)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)推斷的前提，各種統(tǒng)計(jì)分析方法只有在資料滿足隨機(jī)化原則下才能使用。

隨機(jī)化原則是指做到：①隨機(jī)抽樣：從總體中隨機(jī)抽取部分觀察單位時(shí)，總體中的每個(gè)觀察單位被抽到的可能性一樣。②隨機(jī)分配：樣本中的每個(gè)觀察單位進(jìn)哪個(gè)處理組的機(jī)會(huì)均等。③實(shí)驗(yàn)順序的隨機(jī)：每個(gè)受試對(duì)象先后接受處理的機(jī)會(huì)相等。1。完全隨機(jī)化①編號(hào)：將n個(gè)受試對(duì)象編號(hào)。②取隨機(jī)數(shù)字：從隨機(jī)數(shù)字表中的任意一行任意一列開(kāi)始，依次讀取隨機(jī)數(shù)字，每次讀取的隨機(jī)數(shù)字可以是一位數(shù)，也可是二位數(shù)或三位數(shù)，一般要求與n的位數(shù)相同。③確定組別：依據(jù)每個(gè)受試對(duì)象獲得的隨機(jī)數(shù)字決定受試對(duì)象在哪個(gè)組。分兩組可按照隨機(jī)數(shù)字的奇偶決定，分k組可按照隨機(jī)數(shù)字除以k后的余數(shù)決定小鼠編號(hào)12345隨機(jī)數(shù)字1539257099余數(shù)00110小鼠編號(hào)678910隨機(jī)數(shù)字9386527765序號(hào)02122小鼠編號(hào)1112131415隨機(jī)數(shù)字1533590528序號(hào)00221從隨機(jī)數(shù)字表的第9行第1列開(kāi)始，依次讀取2位作為一個(gè)隨機(jī)數(shù)字例：將15只小鼠隨機(jī)分為3組。規(guī)定：余數(shù)為0的進(jìn)甲組，1進(jìn)乙組，2進(jìn)丙組甲組：1，2，5，6，11，12；乙組：3，4，8，15；丙組：7，9，10，13，14p832思考：完全隨機(jī)化的缺點(diǎn)2、分層隨機(jī)化①配伍（或配對(duì)）：將受試對(duì)象按條件相同或相近配成區(qū)組（或配成對(duì)）②編號(hào)：分別對(duì)每個(gè)區(qū)組（每對(duì)）中的受試對(duì)象編號(hào)③取隨機(jī)數(shù)字：從隨機(jī)數(shù)字表中的任意一行任意一列開(kāi)始，依次讀取隨機(jī)數(shù)字，每個(gè)受試對(duì)象可取兩位隨機(jī)數(shù)字

④排序：對(duì)每個(gè)區(qū)組內(nèi)的隨機(jī)數(shù)字從小到大編序號(hào)，若遇到數(shù)字相同的按出現(xiàn)的先后順序編號(hào)。⑤確定組別：依據(jù)每個(gè)區(qū)組內(nèi)各受試對(duì)象獲得的隨機(jī)數(shù)字的序號(hào)決定受試對(duì)象在哪個(gè)組。

例：按隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，分配15只小鼠接受甲、乙、丙三種抗癌藥物區(qū)組號(hào)12345小鼠編號(hào)123456789101112131415隨機(jī)數(shù)字683526009953936128527005483456序號(hào)321132321231213從第8行第3列開(kāi)始規(guī)定：序號(hào)為1的進(jìn)甲組；序號(hào)為2的進(jìn)乙組；序號(hào)為3的進(jìn)丙組。

區(qū)組12345

甲組：3491214

乙組：2681013

丙組：1571115

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的重復(fù)原則是指在相同條件下進(jìn)行多次研究或多次觀察，以提高實(shí)驗(yàn)的可靠性和科學(xué)性。從廣義上講，重復(fù)包括：

1。整個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)

2。用多個(gè)受試對(duì)象進(jìn)行重復(fù)（個(gè)別-普遍；偶然-必然）

3。同一受試對(duì)象的重復(fù)觀察重復(fù)的主要作用是控制和估計(jì)隨機(jī)誤差三、重復(fù)原則

狹義的講遵循重復(fù)原則是指要保證實(shí)驗(yàn)重復(fù)的次數(shù)足夠，即保證樣本容量足夠。所謂“足夠”是指不要太少，也不要太多，必須用相應(yīng)的公式進(jìn)行估計(jì)。如果太多，質(zhì)量不易控制，而且造成浪費(fèi)；如果太少，所得的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)不穩(wěn)定，用以推斷總體的精密度和準(zhǔn)確性差，檢驗(yàn)功效低，應(yīng)有的差別顯示不出來(lái)，難以獲得正確的研究結(jié)果，結(jié)論也缺乏充分的依據(jù)。

樣本含量是在保證研究結(jié)論具有一定可靠性的前提下，在設(shè)計(jì)階段估計(jì)出的所需的最少實(shí)驗(yàn)單位數(shù)。第四節(jié)樣本含量的估計(jì)1。影響樣本含量的條件①一類(lèi)錯(cuò)誤（α）：α越小，所需樣本含量越大；對(duì)于相同的α，雙側(cè)比單側(cè)所需樣本含量多。②二類(lèi)錯(cuò)誤β或檢驗(yàn)效能（1-β）：β越小，樣本含量越大。③容許誤差（δ）：δ

（μ1-μ2，π1-π2

）越大，樣本含量越小。④總體的相關(guān)信息：總體的標(biāo)準(zhǔn)差（σ）或總體率（π）。σ越小，樣本含量越小；π越接近0.5，樣本含量越大。總體指標(biāo)一般未知，通常以樣本作為估計(jì)值。（預(yù)實(shí)驗(yàn)、查閱文獻(xiàn)、經(jīng)驗(yàn)）

使假設(shè)檢驗(yàn)的結(jié)論具有一定可靠性時(shí)所必須的樣本含量是：按照一定的檢驗(yàn)水準(zhǔn)(α)發(fā)現(xiàn)所比較因素間特定的效應(yīng)差別為δ，同時(shí)又保證檢驗(yàn)效能為(1-β)時(shí)所需的最少實(shí)驗(yàn)單位數(shù)。按照α=0.05的水準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)東北某縣和北方農(nóng)村前囟門(mén)閉合月齡平均相差0.2月（14.3-14.1），同時(shí)若真的有差別，那么抽100次樣，平均有90次能得出有差別（β=0.1）的結(jié)論時(shí)所需的最少實(shí)驗(yàn)單位數(shù)。2。樣本含量的估計(jì)方法（假設(shè)檢驗(yàn)）①樣本均數(shù)與已知總體均數(shù)比較（配對(duì)設(shè)計(jì)均數(shù)比較）公式計(jì)算法：查表法：附表16②兩樣本均數(shù)比較公式計(jì)算法：查表法：完全隨機(jī)設(shè)計(jì)多個(gè)樣本均數(shù)的假設(shè)檢驗(yàn)重復(fù)上述計(jì)算，直至n穩(wěn)定時(shí)，即為所求的樣本含量(1)(2)每組所需樣本含量

某單位擬用4種方法治療貧血患者，預(yù)試驗(yàn)結(jié)果為治療后4組血紅蛋白（g/L）增加的均數(shù)分別為18，13，16，8，標(biāo)準(zhǔn)差分別為8，7，6，6，設(shè)α=0.05，β=0.1，若要得出有差別的結(jié)論，問(wèn)每組需觀察多少例？?jī)纱斡?jì)算結(jié)果接近，故可認(rèn)為每組需要觀察13例。④樣本率與已知總體率的比較公式計(jì)算法：查表法：⑤兩獨(dú)立樣本率的比較公式計(jì)算法：查表法：⑥多個(gè)樣本率的比較公式計(jì)算法：⑦直線相關(guān)分析公式計(jì)算法：第五節(jié)常用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法一、完全隨機(jī)設(shè)計(jì)完全隨機(jī)設(shè)計(jì)（completelyrandomizeddesign）,又稱(chēng)簡(jiǎn)單隨機(jī)分組設(shè)計(jì)（simplerandomizeddesign）,是采用完全隨機(jī)化分組方法將同質(zhì)的實(shí)驗(yàn)單位分配到各處理組，各組分別接受不同的處理。各組樣本含量可以相等，稱(chēng)平衡設(shè)計(jì)（balanceddesign）;也可不等，稱(chēng)非平衡設(shè)計(jì)（unbalanceddesign）。平衡設(shè)計(jì)時(shí)檢驗(yàn)效率高實(shí)驗(yàn)單位（樣本）實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組完全隨機(jī)設(shè)計(jì)①編號(hào)：將n個(gè)受試對(duì)象編號(hào)。②取隨機(jī)數(shù)字：從隨機(jī)數(shù)字表中的任意一行任意一列開(kāi)始，依次讀取隨機(jī)數(shù)字，每次讀取的隨機(jī)數(shù)字可以是一位數(shù)，也可是二位數(shù)或三位數(shù)，一般要求與n的位數(shù)相同。③確定組別：依據(jù)每個(gè)受試對(duì)象獲得的隨機(jī)數(shù)字決定受試對(duì)象在哪個(gè)組。分兩組可按照隨機(jī)數(shù)字的奇偶決定，分k組可按照隨機(jī)數(shù)字除以k后的余數(shù)決定小鼠編號(hào)12345隨機(jī)數(shù)字1539257099余數(shù)00110小鼠編號(hào)678910隨機(jī)數(shù)字9386527765序號(hào)02122小鼠編號(hào)1112131415隨機(jī)數(shù)字1533590528序號(hào)00221從隨機(jī)數(shù)字表的第9行第1列開(kāi)始，依次讀取2位作為一個(gè)隨機(jī)數(shù)字例：將15只小鼠隨機(jī)分為3組。規(guī)定：余數(shù)為0的進(jìn)甲組，1進(jìn)乙組，2進(jìn)丙組甲組：1，2，5，6，11，12；乙組：3，4，8，15；丙組：7，9，10，13，14小鼠編號(hào)12345隨機(jī)數(shù)字1539257099序號(hào)2741115小鼠編號(hào)678910隨機(jī)數(shù)字9386527765序號(hào)141381210小鼠編號(hào)1112131415隨機(jī)數(shù)字1533590528序號(hào)369151～5甲組６～１０乙組1１～１5丙組等分二、配對(duì)設(shè)計(jì)配對(duì)設(shè)計(jì)（paireddesign）是將實(shí)驗(yàn)單位按照一定條件配成對(duì)子，再將每對(duì)中的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)單位隨機(jī)分配到不同處理組。配對(duì)的因素為可能影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的主要非處理因素。對(duì)子號(hào)12345678910ABABABABABABABABABAB隨機(jī)數(shù)字9264875031實(shí)驗(yàn)組ABBBBAABAA對(duì)照組BAAAABBABB配對(duì)設(shè)計(jì)和完全隨機(jī)設(shè)計(jì)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于抽樣誤差較小、實(shí)驗(yàn)效率較高、所需樣本含量也較小；其缺點(diǎn)在于當(dāng)配對(duì)條件未能?chē)?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。

隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)（randomizedblockdesign）又稱(chēng)配伍組設(shè)計(jì)，是配對(duì)設(shè)計(jì)的擴(kuò)展。首先從總體中隨機(jī)抽樣，然后將樣本中的所有受試對(duì)象，按條件相同或相近配成若干組（隨機(jī)區(qū)組或配伍組），再將每組中的幾個(gè)受試對(duì)象隨機(jī)分配到不同的處理組中去，這種設(shè)計(jì)的方法稱(chēng)隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。三、隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)隨機(jī)抽樣隨機(jī)分配配成組隨機(jī)分配完全隨機(jī)設(shè)計(jì)隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)2。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)隨機(jī)分配的方法①配伍：將受試對(duì)象按條件相同或相近配成組②編號(hào)：分別對(duì)每個(gè)區(qū)組中的受試對(duì)象編號(hào)③取隨機(jī)數(shù)字：從隨機(jī)數(shù)字表中的任意一行任意一列開(kāi)始，依次讀取隨機(jī)數(shù)字，每個(gè)受試對(duì)象可取兩位隨機(jī)數(shù)字

④排序：對(duì)每個(gè)區(qū)組內(nèi)的隨機(jī)數(shù)字從小到大編序號(hào)，若遇到數(shù)字相同的按出現(xiàn)的先后順序編號(hào)。⑤確定組別：依據(jù)每個(gè)區(qū)組內(nèi)各受試對(duì)象獲得的隨機(jī)數(shù)字的序號(hào)決定受試對(duì)象在哪個(gè)組。

例：按隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，分配15只小鼠接受甲、乙、丙三種抗癌藥物區(qū)組號(hào)12345小鼠編號(hào)123456789101112131415隨機(jī)數(shù)字683526009953936128527005483456序號(hào)321132321231213從第8行第3列開(kāi)始規(guī)定：序號(hào)為1的進(jìn)甲組；序號(hào)為2的進(jìn)乙組；序號(hào)為3的進(jìn)丙組。

區(qū)組12345

甲組：3491214

乙組：2681013

丙組：15711153。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：

隨機(jī)分配的次數(shù)要重復(fù)多次，每次隨機(jī)分配都對(duì)同一個(gè)區(qū)組中的受試對(duì)象進(jìn)行各個(gè)處理組受試對(duì)象數(shù)量相同，每個(gè)處理組中的受試對(duì)象的個(gè)數(shù)等于配伍組數(shù)；每個(gè)配伍組中的受試對(duì)象個(gè)數(shù)等于處理組數(shù)區(qū)組內(nèi)影響研究結(jié)果的因素相同，區(qū)組內(nèi)均衡

隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)的資料在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)也需要根據(jù)資料的分布特征選擇方法，對(duì)于正態(tài)分布且方差齊的資料，應(yīng)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)資料的方差分析或配對(duì)t檢驗(yàn)（g=2）。當(dāng)不滿足方差分析和t檢驗(yàn)條件時(shí)，可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行變換或采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)資料的秩和檢驗(yàn)。4。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)資料的分析方法

又稱(chēng)完全交叉分組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，將兩個(gè)或多個(gè)實(shí)驗(yàn)因素的各個(gè)水平進(jìn)行組合，對(duì)各種可能的組合都進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而探討各實(shí)驗(yàn)因素的主效應(yīng)以及各因素間的交互效應(yīng)。四、析因設(shè)計(jì)（factorialdesign）

析因設(shè)計(jì)中通常用表達(dá)式表示不同因素和水平數(shù)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)有k個(gè)因素每個(gè)因素都有m個(gè)水平時(shí)，析因設(shè)計(jì)用mk表示，如22、32；但也可以有各因素水平不等的情況，如3×5、3×2×2。

在析因試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，最簡(jiǎn)單的就是2×2（22）析因設(shè)計(jì)，各因素的各水平均搭配一次，共4種組合，每一種組合就是一種處理。表2×2析因設(shè)計(jì)模式處理因素A處理因素Bb1b2a1a1b1a1b2a2a2b1a2b2A因素B因素平均b2-b1b1b2a124443420a228524024平均264822a2-a14861。單獨(dú)效應(yīng)：其他因素水平固定時(shí)，同一因素不同水平的差別2。主效應(yīng)：某一因素各水平間的平均差別(平均單獨(dú)效應(yīng))。3。交互效應(yīng)：當(dāng)某因素的各單獨(dú)效應(yīng)隨另一因素變化而變化時(shí)，稱(chēng)這兩個(gè)因素間存在交互效應(yīng)?？p合1月(b1)縫合2月(b2)24445228

析因設(shè)計(jì)可以安排兩個(gè)或兩個(gè)以上處理因素，每個(gè)因素至少有2個(gè)水平，每個(gè)組可以使各因素各水平的一種組合，總處理組數(shù)是各因素各水平的全面組合，即各因素?cái)?shù)各水平數(shù)的乘積。析因設(shè)計(jì)要求各處理組內(nèi)的受試對(duì)象數(shù)相等且每組至少2個(gè)受試對(duì)象，否則無(wú)法分析因素間的交互作用。

析因設(shè)計(jì)對(duì)各因素的不同水平進(jìn)行組合，分組實(shí)驗(yàn)，探討各因素不同水平的效應(yīng)及因素間的交互效應(yīng)，通過(guò)比較還能得到最佳組合。但當(dāng)因素個(gè)數(shù)較多時(shí)析因設(shè)計(jì)所需處理組數(shù)增多，不但統(tǒng)計(jì)分析時(shí)計(jì)算復(fù)雜，而且因素間的交互作用解釋困難。例9-3某研究人員為了解升白細(xì)胞藥物(A)和純苯(B)對(duì)大鼠吞噬指數(shù)的影響，以及兩者同時(shí)使用的作用。將20只性別相同、體重相近的大鼠，按A、B兩因素有無(wú)分為a1b1、a1b2、a2b1、a2b2四組。其中a1表示使用升白細(xì)胞藥物；a2表示未用升白細(xì)胞藥物；b1表示用純苯染毒（表示以0.3mg/kg純苯給大鼠皮下注射染毒，每周3次，共一個(gè)半月。）；b2表示未用純苯染毒。一、因素及水平升白細(xì)胞（A）純苯（B）用不用用不用a1a2b1b2兩因素兩水平的2x2析因設(shè)計(jì)二、分組a1b1a1b2a2b1a2b2升白+純苯升白純苯空白1213616717210519320849141811151五、重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)又稱(chēng)重復(fù)測(cè)量資料，是指對(duì)同一實(shí)驗(yàn)單位的某項(xiàng)觀測(cè)指標(biāo)接受同一處理后，至少在3個(gè)及以上時(shí)點(diǎn)或部位等進(jìn)行多次測(cè)量所得到的數(shù)據(jù)。

為研究減肥新藥鹽酸西布曲明片和鹽酸西布曲明膠囊的減肥效果是否不同，以及肥胖患者服藥后不同時(shí)間的體重隨時(shí)間的變化情況。采用雙盲雙模擬隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)，將40名肥胖患者隨機(jī)等分成兩組，一組給予鹽酸西布曲明片+模擬鹽酸西布曲明膠囊，另一組給予鹽酸西布曲明膠囊+模擬鹽酸西布曲明片。所有患者每天堅(jiān)持服藥，共服藥6個(gè)月(24周)，受試期間禁用任何影響體重的藥物，而且受試對(duì)象行為、飲食及運(yùn)動(dòng)與服藥前的平衡期均保持一致。分別于平衡期(0周)、服藥后的8周、16周、24周測(cè)定肥胖患者的體重(kg)得表9-13的資料。受試對(duì)象j劑型k服藥后測(cè)定時(shí)間i(周)受試對(duì)象j劑型k服藥后測(cè)定時(shí)間i(周)0816240816241184.482.282.283.021264.461.461.862.021105.0100.897.496.622291.088.487.489.63163.862.061.660.423276.076.272.871.64186.285.583.081.824271.072.069.868.45175.673.474.073.025269.466.662.860.86161.260.460.860.226289.987.492.695.57167.866.063.463.627266.863.662.661.68177.273.672.672.028263.461.262.662.09173.272.272.274.629270.067.669.869.4部分?jǐn)?shù)據(jù)省略重復(fù)測(cè)量資料和隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)資料的區(qū)別：(1)重復(fù)測(cè)量資料中同一受試對(duì)象(看成區(qū)組)的數(shù)據(jù)高度相關(guān)，無(wú)論哪位受試對(duì)象服用鹽酸西布曲明片劑或是膠囊，其服藥后8周、16周和24周的體重均和前面時(shí)間點(diǎn)(含服藥前的0周)的體重相關(guān)。(2)重復(fù)測(cè)量資料中的處理因素在受試對(duì)象(看成區(qū)組)間為隨機(jī)分配，但受試對(duì)象(看成區(qū)組)內(nèi)的各時(shí)間點(diǎn)往往是固定的，不能隨機(jī)分配；隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)資料中每個(gè)區(qū)組內(nèi)的受試對(duì)象彼此獨(dú)立，處理只在區(qū)組內(nèi)隨機(jī)分配，同一區(qū)組內(nèi)的受試對(duì)象接受的處理各不相同。前后比較資料設(shè)立對(duì)照的前后比較的資料實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)案例

請(qǐng)根據(jù)所學(xué)知識(shí)，判斷以下幾個(gè)科研的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案案例一

為了解內(nèi)毒素對(duì)大鼠肌酐含量的影響，研究者隨機(jī)選擇10窩中年大鼠，每窩中取兩只雌性大鼠隨機(jī)的分入甲、乙兩組，甲組大鼠不接受任何處理(即空白對(duì)照)，乙組中的每只大鼠接受3mg/kg的內(nèi)毒素。分別測(cè)定兩組大鼠的肌酐(mg/L)數(shù)據(jù)。表1各組大鼠肌酐含量(mg/L)窩別編號(hào)12345678910甲組6.23.75.82.73.96.16.77.83.86.9乙組8.56.89.39.49.37.35.67.97.28.2案例二

為探討丹參對(duì)肢體缺血再灌注損傷的影響，研究者將30只純種新西蘭試驗(yàn)用大白兔，按窩別相同分為10個(gè)區(qū)組。每個(gè)區(qū)組的3只大白兔隨機(jī)接受三種不同的處理，分別為：松止血帶前后給予丹參2ml/kg、丹參1ml/kg、生理鹽水2ml/kg，測(cè)定松止血帶前及松后1小時(shí)后血中白蛋白含量(g/L)，算出白蛋白的減少量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。表2三種方案處理后大白兔血中白蛋白減少量區(qū)組丹參2mg/kg丹參1mg/kg生理鹽水12.212.914.2522.322.644.5633.153.674.3341.863.293.8952.562.453.7861.982.744.6272.373.154.7182.883.443.5693.052.613.77103.422.864.23實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：案例三

研究者欲研究煤焦油以及作用時(shí)間對(duì)細(xì)胞毒性的作用，煤焦油含量分別為3μg/lm和75μg/lm兩個(gè)水平，作用時(shí)間分別為6小時(shí)和8小時(shí)。研究者將統(tǒng)一制備的16盒已培養(yǎng)好的細(xì)胞隨機(jī)分為4組，分別接受：煤焦油3μg/lm作用6小時(shí)、煤焦油3μg/lm作用8小時(shí)、煤焦油75μg/lm作用6小時(shí)和煤焦油75μg/lm作用8小時(shí)四種不同的處理。測(cè)處理液吸光度(%)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：表3四種不同處理情況下吸光度(%)分組吸光度(%)煤焦油3μg/lm作用6小時(shí)0.1630.1990.1840.198煤焦油3μg/lm作用8小時(shí)0.1270.1680.1520.150煤焦油75μg/lm作用6小時(shí)0.1240.1510.1270.101煤焦油75μg/lm作用8小時(shí)0.1010.1920.0790.086案例四

研究者為研究某中學(xué)初中不同年級(jí)學(xué)生周日鍛煉時(shí)間情況，從該中學(xué)初中三個(gè)年級(jí)中各隨機(jī)抽取20名學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，以學(xué)生周日鍛煉時(shí)間(分)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：表4初中不同年級(jí)學(xué)生的鍛煉時(shí)間年級(jí)鍛煉時(shí)間(分)一年級(jí)37.85670.79386.92858.78573.92361.43564.13067.16949.09962.72852.53445.23040.40044.39933.09163.46941.70462.26858.20963.319二年級(jí)59.16436.65038.51148.94529.36741.98869.41933.10938.87253.40162.81438.45432.80237.68348.94448.86941.92046.85965.06738.403三年級(jí)48.77851.05747.60948.42842.81452.30354.32735.59155.01336.08421.30746.41941.83637.48135.78131.35445.19040.92438.87727.259案例五

研究DHA和樟樹(shù)堿對(duì)小鼠學(xué)習(xí)記憶能力的影響，研究者根據(jù)DHA的3種劑量、樟樹(shù)堿加入與否，共分為6個(gè)實(shí)驗(yàn)組，每組用小鼠5只。觀測(cè)結(jié)果為Y型放射狀迷宮中小鼠逃入安全區(qū)所需的時(shí)間(潛伏期)。：表5各組小鼠潛伏期（分）組別測(cè)定前未給樟樹(shù)堿測(cè)定前給樟樹(shù)堿對(duì)照組104.8±14.4641.15±11.310.1g/kgDHA組116.8±14.3068.45±13.70