常用實驗設(shè)計類型和方法

1、常用的實驗設(shè)計類型和分析方法，用最少的人力、物力和時間進行研究和設(shè)計，最大限度地豐富、準(zhǔn)確、可靠的信息和結(jié)論。研究設(shè)計：專業(yè)設(shè)計和統(tǒng)計設(shè)計：選題、假設(shè)建立、研究對象和技術(shù)方法。統(tǒng)計設(shè)計：以專業(yè)設(shè)計為重點，確定統(tǒng)計設(shè)計的類型、樣本量、分組方法、統(tǒng)計分析指標(biāo)和統(tǒng)計分析方法。根據(jù)加工因素、控制因素和實驗單元的特點，有許多不同類型的實驗設(shè)計方法。實驗設(shè)計是收集數(shù)據(jù)、應(yīng)用統(tǒng)計方法和得出結(jié)論的關(guān)鍵步驟。如果實驗設(shè)計有錯誤，無論用什么統(tǒng)計方法進行數(shù)據(jù)處理，都不能得到正確的結(jié)論。因此，只要條件允許，就應(yīng)該在良好的實驗設(shè)計的基礎(chǔ)上收集數(shù)據(jù)。醫(yī)學(xué)研究中常用的實驗設(shè)計有十幾種類型和方法。1.基本概念、總體和樣本(注

2、：樣本應(yīng)具有代表性)總體是指根據(jù)研究目的確定的所有同質(zhì)觀察個體的集合(整體),樣本是指來自整體的一些觀察個體。治療因素、非治療因素和橫向治療因素(實驗因素、研究因素，簡稱因素)是指在實驗中根據(jù)研究目的對受試者施加的各種人為設(shè)定的干預(yù)措施。非治療因素是指實驗中的非人為干預(yù)因素，如實驗動物的性別和體重、受試者的性別、年齡和狀況、實驗期間的季節(jié)和溫度等。應(yīng)特別注意影響實驗結(jié)果的非加工因素。平衡加工組之間的非加工因素是實驗設(shè)計的重要內(nèi)容之一。每個因素的不同狀態(tài)稱為水平，一個加工因素可以分為幾個水平，水平的多少是決定實驗組數(shù)量的基礎(chǔ)。實驗單位和觀察單位實驗單位是指被治療的基本單位。觀測單位是指根據(jù)研究需

3、要確定的收集數(shù)據(jù)的基本單位。一個實驗單元可以有多個觀察單元。注：治療之間的差異應(yīng)在實驗單位進行比較。單一效應(yīng)、主要效應(yīng)和交互作用簡單效應(yīng)是指在其他因素水平固定的情況下，同一因素不同水平之間的平均差異。主要影響是指某一因素水平之間的平均差異。當(dāng)一個因素的每個個體效應(yīng)隨著另一個因素的水平而變化，并且它們之間的差異超過了隨機波動的范圍時，就說這兩個因素之間存在相互作用。注：在統(tǒng)計分析中，如果存在交互作用，就需要逐一分析每個因素的個體效應(yīng)。相反，如果沒有相互作用，這兩個因素是相互獨立的。要分析某個因素的影響，只需要調(diào)查該因素的主要影響。一、檢驗效率檢驗效率(power of the test)，又稱保

4、證程度(power)，記錄為1-，指當(dāng)兩個(或幾個)群體之間存在差異時，有可能通過假設(shè)檢驗發(fā)現(xiàn)差異。與、和n相關(guān).如果試驗為“陰性”(P0.05)，我們不應(yīng)簡單地斷定治療無效，而應(yīng)檢查試驗效率是否不足。實驗設(shè)計的基本原則實驗設(shè)計的主要功能是減少誤差和提高實驗效率。因此，從統(tǒng)計學(xué)角度講，根據(jù)誤差來源，設(shè)計時必須遵循三個基本的統(tǒng)計學(xué)原則，即控制原則、隨機化原則和復(fù)制原則。重復(fù)和比較也是觀察研究中必須遵循的原則，只有隨機分組才是實驗研究的顯著特征。隨機化分組步驟1。實驗單位的數(shù)量從1到N。例如，動物可以根據(jù)它們的體重進行治療，病人可以根據(jù)它們的順序進行治療。2.以隨機數(shù)為例，隨機數(shù)的位數(shù)一般與n.

5、3相同。根據(jù)分組要求將讀取的N個隨機數(shù)分成若干部分。也就是說，根據(jù)隨機數(shù)所在的區(qū)間，確定實驗單元應(yīng)該接受的處理例如，當(dāng)兩位數(shù)的隨機數(shù)被分成兩組時，隨機數(shù)0049可以被指定為第一組，而5099可以被指定為第二組；當(dāng)分成三組時，0133是第一組，3466是第二組，6799是第三組，依此類推。同樣，如果按2: 1的比例分成兩組，01-66為第一組，67-99為第二組。此外，當(dāng)分成兩組時，也可以根據(jù)奇數(shù)或偶數(shù)來確定組?；蛘撸梢詫⒆x取的n個隨機數(shù)從小到大進行排序，得到n個序列號r，然后根據(jù)r進行分組，即根據(jù)r所在的區(qū)間確定實驗單元應(yīng)該接受的處理。4。如有必要，可以調(diào)整分組結(jié)果。如果總共有N個案例，需要

6、提取一個案例，則讀取一個與N位數(shù)相同的隨機數(shù)，除以N，取余數(shù)作為所畫實驗單元的序號(規(guī)定如果等分，余數(shù)為N)。常用的隨機化分組方法簡單隨機化分段隨機化分層隨機化簡單隨機化讓甲和乙分別代表治療組和對照組。分組步驟是根據(jù)受試者的體重大小(或就診順序)對受試者(如動物和患者)進行編號，然后給每個受試者一個隨機數(shù)，并規(guī)定0-4個受試者被分配到A組，5-9個受試者被分配到B組.一組受試者被隨機分為兩組。主題編號。1 2 3 4 5 6 7 8 9隨機數(shù)4 0 5 7 2 8 1 9 3將組A B B A B A B A B A B A分配給兩個以上的組時，如果將隨機數(shù)1-3、4-6、7-9和C分成三組，

7、則可以指定它們。同樣，可以規(guī)定隨機數(shù)1-2是組A，3-4是組B，5-6是組C，7-8是組D，并且隨機數(shù)0和9被省略。簡單隨機分組法不能保證分組后各組病例數(shù)相等，但當(dāng)受試者總數(shù)較大(如N200)時，兩組之間的差異概率較小。然而，在正式測試之前，最好檢查隨機分配表(即分組過程和結(jié)果表)中每個組的案例數(shù)是否大致相等。如有較大差異(如100例分為兩組，A組15例，B組85例)，可重新建立隨機分布表。一些研究希望每組病例的數(shù)量是相同的。當(dāng)每組病例數(shù)不相等時，可以從病例較多的組中隨機選取一些受試者，將其加入到病例較少的組中，使每組病例數(shù)相等。將20個實驗單元隨機平均分成四組。根據(jù)這兩個隨機數(shù)，0024為A

8、組，2549為B組，5074為C組，7599為d組。分組結(jié)果如下：(346)，A組5例，B組8例，C組5例，d組2例。需要從B組中抽取3例放入d組。根據(jù)組調(diào)整步驟，讀取3的隨機數(shù)， 將它除以8(B組的病例數(shù))，余數(shù)為3，然后將B組的第三個病例(4號)放入d組。同樣，再次讀取隨機數(shù)4，除以7(B組有7例)，余數(shù)為4，然后將B組的第四個病例(10號)放入d組。最后，讀取隨機數(shù)6，除以6(B組有6例)，余數(shù)為6。 將乙組(17號)的第六個病例歸入丁組。常用的單因素實驗設(shè)計的類型和方法(1)完全隨機設(shè)計在統(tǒng)計分析上具有簡單易行的優(yōu)點。即使每個治療組的病例數(shù)不同，也不會影響實驗結(jié)果的統(tǒng)計分析。檢驗、方差

9、分析或克魯斯卡爾-沃利斯秩和檢驗常用于統(tǒng)計分析。缺點：測試效率不高，只能分析單個因素，要求實驗單元具有良好的同質(zhì)性。如果同質(zhì)性不好，需要觀察更多的樣本。隨機分組步驟：(N=16，G=4)實驗單元編號：1 2 3 4 5 6 7 8隨機數(shù)：76 63 10 21 85 90 63 08 R 14 12 3 5 15 16 13 2處理T4 T3 T1 T2 T4 T4 T4 T1實驗單元編號：9 10 11 12 13 14 15 16隨機數(shù)：27 54 31 03 13 61 24 37 R 7 10 8 1 4 11 6 9處理t2t 3 t1t 3 t2t 3 T3 7、14、8、16、1

10、3、6、3、9、5、1、4，干預(yù)隨機數(shù)(r)實驗單元號，T1 T2 T3 T4實驗12、13、4、9、11、15、2、10、14、16、1、5、6、7，分組平衡比較，1 7 4 T1 22210 T3 33112 T3 415 8 T2 5 8 7T2 63514 T4 717 9T3 8211 T3 9 3 2t 1 111 轉(zhuǎn)換-隨機數(shù)種子-將種子設(shè)置為2000000(默認)-轉(zhuǎn)換-計算-目標(biāo)變量填寫ran(變量名)-數(shù)值表達式：填寫統(tǒng)一(50)0x-確定轉(zhuǎn)換-排列情況-變量并填寫ran-確定(自動生成序列號rran，完整分組，分組)。 統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)表：16行2列(因變量)反應(yīng)變量處理因子

11、反應(yīng)變量處理因子(腫瘤重量g，y)(藥物濃度，T)y T 3.6 1 0.4 3 4.5 1 1 1.7 3 4.2 1 2.3 3 4.4 1 4.5 3 3.0 2 3.3 4 2 2 2 1.2 4 2.4 2 0.0 4 1.1 2 2.7 4單向方差分析，(2)隨機區(qū)組設(shè)計，又稱配伍組設(shè)計或隨機區(qū)組設(shè)計。 實際上是配對設(shè)計的擴展(將在許多方面具有相似條件的受試者配對成對)和對完全隨機設(shè)計的改進(即增強平衡可比性)。 在這種設(shè)計中，在許多方面具有相同或相似條件的受試者被分組為一個單元組(區(qū)塊，也稱為區(qū)塊或相容組)，其適用于三組或更多組實驗。每個隨機單位組中受試者的數(shù)量取決于治療的數(shù)量。

12、如果一個實驗安排了四種不同的治療，那么每個單元組應(yīng)該有四個受試者。由于存在許多單元組，因此可以將許多受試者分配到每個治療中。優(yōu)點：條件相同或相似的受試者組成同一個單位組(非隨機)，隨機分配到每個治療組，使得治療組之間的可比性更強，改善了組間生物學(xué)特性的平衡，減少了誤差，分析了治療組與配伍組之間兩個因素的影響，從而達到更高的實驗效率。缺點：分組復(fù)雜，要求單元組中實驗單元的數(shù)量與治療的數(shù)量相同，有時難以在實踐中應(yīng)用。如果有一些遺漏的實驗結(jié)果，統(tǒng)計分析是麻煩的。結(jié)果分析：方差分析，弗里德曼秩和檢驗，1。實驗設(shè)計方法(1)根據(jù)實驗單元的自然屬性或非加工因素，將實驗單元分成N個單元組，每個單元組包含K個

13、實驗單元。(2)每個單元組隨機分配K個處理。k=2時的配對設(shè)計。實驗單位的自然屬性：動物的巢型(同一巢中的k只動物)、受試者的體重(體重相近的k只受試者)等。應(yīng)選擇對測試結(jié)果有很大影響的非處理因素組成一個單元組。例如，為了研究小鼠在食用不同飼料后的體重增加，可以將體重相似的小鼠分配到一個單位組中，而在臨床試驗中，可以將病情基本相同的患者分配到一個單位組中。遵循“單元組之間的差異越大越好，單元組內(nèi)部的差異越小越好”的原則。，隨機單元組設(shè)計(N=12，b=3，k=4)，1，4，1，3，2，1，3，4，2，4，3，單元組干預(yù)(隨機數(shù)，r)，11 71 21223 31314 41153無塊RAN r

14、RAN， 變換-隨機數(shù)種子-將種子設(shè)置為2000000(默認)-變換-計算-目標(biāo)變量填充ran(變量名)-數(shù)值表達式：填充統(tǒng)一(50)0x-確定變換-等級情況-變量填充ran按塊填充-確定(根據(jù)塊自動生成序列號rran并完成分組)如果單元組之間的差異因單元組選擇不當(dāng)而較小，單元組將占據(jù)n-1個自由度，但會增加誤差均方值。 如表一的測試結(jié)果所示，根據(jù)隨機單位組方差分析(表二)，均方誤差為8.18，如果單位組測向和測向與誤差相結(jié)合(根據(jù)完全隨機組方差分析)，均方誤差為6.61。軟件操作數(shù)據(jù)表：12行3列(因變量組因素)反應(yīng)變量組處理因素反應(yīng)變量組處理因素(內(nèi)容，y) B(測量方法，T)y B T 27.21 1 24.8 3 1 24.6 1 2 22.2 3 2 39.5 1 3 45.2 3 38.6 1 4 33.0 3 4 23.2 1 24.2 2 43.1 2 3 39.5 2 4雙向方差分析(無交互作用)數(shù)據(jù)不完整(無交互作用)，重復(fù)測量隨機單位分組設(shè)計、什么是干預(yù)？測量時間？主題？(3)非完全平衡區(qū)組設(shè)計(簡稱BIB設(shè)計)隨機單元組設(shè)計要求實驗單元的數(shù)量和單元組中處理的數(shù)量相等。然而，在醫(yī)學(xué)研究中，存在實驗治療的數(shù)量大于可容納在單元組中的實驗單元的數(shù)量的情況。例如，通過三種手術(shù)方法切斷并吻合狗的坐骨神經(jīng)，但是每只狗只有兩條左右坐骨神