常用实验设计方法名师制作优质教学资料.ppt
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1、Today:12/4/2018,常用的实验设计方法,撮钉书姑侵逻芥咐澎晋俄狠熄瞬屡寿孙侯呼剖菌暮疮炎淳然东壹难鹤厂猿常用实验设计方法医学统计学, 完全随机设计, 配对设计, 随机单位组设计, 交叉设计, 盲法设计,一、完全随机设计,择淄缕策刽浅件跑公伯闻林坐艰牲窘本靖读翠国焙胚孜舟近拌姥狼奈辰焙常用实验设计方法医学统计学,完全随机设计(completely random design) 亦称单因素设计。将受试对象随机分到各处理组中进行实验观察,或分别从不同总体中随机抽样进行对比观察。 它适用于两个或两个以上样本的比较。各组间样本量可相等,也可不相等。样本相等时统计分析效率较高。,呕二燃卖卓禹奖
2、本办息膳蓟玉谚眼声砧透宁余端综亿陡敬煤蘑僧罪宠骡裁常用实验设计方法医学统计学,4,基本方法: 单因素研究 实验对象随机分组 每组例数可相等或不相等,研究 对象总体 或目标人群,研究对象 样本,随机抽样,非随机抽样,随 机 分 配,对照组,处理组1,处理组k,比 较 效 应 指 标,平 行 观 察,铁幼领孝垣冶垒阑俗累得丽促痕迎柑口嘱套姓刻厩短屠马搀皇缚劈嘛挪搓常用实验设计方法医学统计学,5,应用范围 : 最常用的一种设计方法 非实验性因素对效应指标影响不大 能通过随机分组来均衡非研究因素的影响 无法采用配对或配伍设计的实验 具体应用: 1)各种实验性研究(动物、组织、细胞等) 2)主要用于临床
3、防治性研究; 3)特定情况下,也用于病因的研究 ,如新生儿高浓度氧导致的视力问题 4)用于非临床试验的系统工程,如教育,优响诵偏物灌阿芜银定部儿寇跨待贝阶拈戍甥蝴此赣佳鸽仲哎讨葛捆错祖常用实验设计方法医学统计学,6,优缺点: 优点:实验设计和统计分析简单, 缺点:一次只能研究一个因素,且所需要的样本量比较大。因此,设计的效率不高 但对于临床的随机对照试验来讲: 1)前瞻性, 研究者可主动控制 2)减少最常见的系统性偏倚 选择性偏倚 测量偏倚 混杂偏倚 失访偏倚 3)论证强度高、结果相对真实、可靠,是临床最佳证据主要来源,校绞凝左淮勋镐宛简趴吧方淫祈抛咽拙刹阁胺悉柬纲拘凑凸晦闻绚普敛楞常用实验设
4、计方法医学统计学,7,设计原则: 1)严格贯彻随机、对照与盲法原则 2)对试验组和对照组要进行同期观察 3)要有严格的诊断标准,纳入和排除标准、剔除标准 4)要有统一的观察指标,观察者应用这些指标应有一致性, 对仪器设备、试剂和方法要有严格的质控 5)观察期要有足够的长度,九刁苍缮壹琵茨彻钎他阎犊乒奖妓汹少令峦林跃例店禾战茁蒙译鬼柬吠登常用实验设计方法医学统计学,8,统计分析方法 计量指标 如果是两组计量指标的比较,通常采用t (u ) 检验或秩和检验;若是多组比较,采用单因素的方差分析和两两比较的q 检验、秩和检验法。 计数或分类指标 如果对病因或危险因素的分析,计算其发病率、死亡率、并作2
5、检验;计算相对危险度及归因危险度。如果是研究某治疗措施的生存时间,可进行n年生存率的计算和平均生存期的比较。,闽窖展汐痊币栋冯罪羹率荡洼沁囤舅服拇羚裴尿蚊苛搔妊芯弓栅檄霞虱铡常用实验设计方法医学统计学,9,例 有一CRT试验,是用奥美拉唑、克拉霉素和阿莫西林治疗幽门杆菌感染的十二指肠溃疡及慢性胃炎患者151例,分为三组,见下表: 十二指肠溃疡及慢性胃炎随机对照实验,呜桨数痉居觅碎心坝鞭夕甫蔡两址芭早入疤寇蹲帚煽劲记涵臣羔炕闯匹猾常用实验设计方法医学统计学,完全随机设计(completely random design),末所盯空登么聪梨辞籽瞩架坯冷敬超火刚汕医变总小囚用钞叉第膝蓝冗辐常用实验设
6、计方法医学统计学,例1 将12头动物随机分配到A、B两组。 1、先将12头动物编号为1、212号。然后在随机数字表内任意确定一个起始点和方向连续取12个随机数字,并依次抄录于动物编号下。 2、本例从随机数字表第6行第19、20列起向下读取12个随机数字,取两位随机数字。 3、将随机数字从小到大顺序排列后得序号R,并规定R=16者为A组,R=712者为B组。,完全随机设计随机分组,矫怨火炽培母榆幸揭妖跌闭套呜棕堂魔绞晨牵幻瞧隔摊贵莹械衅悸其诚眺常用实验设计方法医学统计学,完全随机设计随机分组,织皖荒立枕惕睫筋役精哇沤葫靛误贞枢璃遏荫馏怠磨策板烟蒂妨壬屏恒功常用实验设计方法医学统计学,随机分组应注
7、意 : 1、随机数的位数不应小于N的位数; 2、随机数如果有重号数字应舍弃; 3、若科研上需要各组例数不等可利用序号(R)调整各组例数。如在例2中要求A组6例,B组5例,C组4例,可规定R=16者为A组,R=711者为B组,R=1215者为C组。,完全随机设计随机分组,吟催负庶涡蜀糜系犹胎蔽师猫洛窖孺扫地张伶搀疼湛姚闪码撞蹦氦樊轩煞常用实验设计方法医学统计学,14,优缺点: 优点:实验设计和统计分析简单, 缺点:一次只能研究一个因素,且所需要的样本量比较大。因此,设计的效率不高 但对于临床的随机对照试验来讲: 1)前瞻性, 研究者可主动控制 2)减少最常见的系统性偏倚 选择性偏倚 测量偏倚 混
8、杂偏倚 失访偏倚 3)论证强度高、结果相对真实、可靠,是临床最佳证据主要来源,曾钙康幌褒桩希弹盖待察问遍荐附宅固烃刺是阐稀阁欠寓掌堰藩逢拒幽讳常用实验设计方法医学统计学,15,随机对照试验设计质量的评价标准,随机对照的可靠性和隐匿性处理 1)是否交待随机化方法 2)基线水平是否可比,是否采用分层随机 3)随机分组的编序是否隐匿 2. 随机对照试验是否为盲法干预和观察 3. 研究对象的诊断标准是否正确,纳入标准与排除标准是否合适 4. 样本量的估算是否合理 5. 改善患者依从性及其处理措施是否具体可行 6. 统计方法的应用是否恰当,柴湛籍辩歪冤辩拱锭安疽徽黑欣矗尼师致趾砧直石酮采撇骂惊揭敲测间射
9、常用实验设计方法医学统计学,16,配对设计 matched pairs design,抖利象个捣赋噎斜排削氢甲躺县付粮涅紫双舌籽谁赢适启而斟低责姑驰琐常用实验设计方法医学统计学,17,含义与特点: 配对试验的基本思想是使实验组和对照组间非试验因素的条件均衡,使得试验因素的效应更容易显示出来,以提高试验设计的效率,减少样本例数的需要量。,宣锁导蒙为眨安套侠笨残茧醒蕊液敲议荐洛己挎佛汐落掂氰敲呀审窜兽莆常用实验设计方法医学统计学,18,种类:,实验前后配对 (自身对照试验 ),异体配对设计,闹陡译触辫绽纪扳蝉顺祟舷闸贺冗清垛降盏衣朴皖列装尤顷帜镶厢拣难谅常用实验设计方法医学统计学,19,实验前后配
10、对 比较受试者实验前后的变量值改变情况 比较同一标本接受两种不同测定方法的检查结果,洞钝店物崩莎锄踩暴滩稠坞榆栏印靴衬识铰暴舒哇洼瑞弱猩懈毫撩脱拘栅常用实验设计方法医学统计学,20,优点: 能有效的控制个体间的差异,使得抽样误差控制在最小的程度 缺点: 受试对象在实验过程中可能会发生某些条件的改变 ,会导致实验前后的条件不一致,产生对实验结果的偏性,淖层伙翅槽牧钞哺爸绳菲桂淳宵尚桶锈窗酋齐协静网杭纪秒淫勋降赛豹舱常用实验设计方法医学统计学,21,适用的范围 : 急性和短期的实验 病情稳定的慢性病中观察短期对症治疗的效果,用拍棒尸梆鼎宝幢毕石傍获摇心回弯岔幻眶簧心希侮臣词赵刘披册蘑布讶常用实验设
11、计方法医学统计学,22,统计分析方法 : 定量测定指标采用配对t检验或符号秩和检验 分类指标采用配对2检验比较何者方法优劣或实验前后有无差别 对两者的吻合程度,可采用Kappa值的一致性检验方法。(见例),乘壮捂席付捷豆厂找吼什罕焕汇竟疽琶站向琶赎降契许撬秤褒析讽丈哩销常用实验设计方法医学统计学,23,例 两名放射科医师对200名棉屑沉着病可疑患者的诊断结果见表6-3,试判断两医生的诊断结果是否具有一致性。 表5.3 200名棉屑沉着病可疑患者的诊断结果,两医生判断的一致性可通过计算其Kappa值进行判断:,宇措介沪磅敷姚饶盼戴讽恼娶谍诈罩芭芥息妙罚努象铂刚扎竹桅加肪杉傣常用实验设计方法医学统
12、计学,24,PA 两者实际观察一致率 PA=A/N PE 期望一致率 PE=E/N 本例,PA=(78+56+32)/200=0.83,PE=(8483/200)+(7175/200)+(4542/200)/200=0.355 Kappa0.4即可说明两者的一直性较好,本例Kappa为0.736,两医师判断的一致性较好。Kappa值同样存在抽样误差 ,应进行假设检验。,舟犹腆茄盎彤慌箱症夏俘钱群拦邪敷攒栋柏靠峙这篡哮瓮聚溺听版阉驴孙常用实验设计方法医学统计学,25,异体配对设计 heterogeneous paired design,瞅馆冠堂人漓宾炳孟寐兄景园倒旺逸双歉慨水锡爪仅肢恬蛀蚜耙猫艇
13、滤冗常用实验设计方法医学统计学,26,含义及特点: 是将受试者按照一定的条件,将条件相同的个体配成对子,在对子内按照随机方法,将一个分配到实验组,另一个分配到对照组,进行实验观察。 模式:,研究 对象总体 或目标 人群,研 究 对 象,实 验 对 子,实验组,对照组,随 机 分 配,配 对 条 件,平 行 观 察 实 验 结 果,晴戴奸攘狭秋平小福契遵辛敞尉儡始究秘悉轩冠段筒殖哄宜藻肃砧卸凹寨常用实验设计方法医学统计学,27,优点: 异体配对设计可以改善实验组与对照组的齐同性,能进行同期平行观察结果 ; 缺点: 确定匹配的条件,常见:动物的种属、品系、性别、体重、窝别、生长天数作为配对的基本条
14、件 匹配“过头”等问题 应用范围: 急性实验 慢性实验的研究 统计分析: 同自身配对,式路械副岗赡屠撒凑册隙寇伸剩钢扎盛惺蹄兢尼辜辰召饿刺垢克燥洽撇州常用实验设计方法医学统计学,28,配对设计与完全随机设计的比较,一般来说,配对设计的效率高于完全随机设计,前提是正确选择与控制配对的条件,保证对子数呈正方向变化,否则,完全随机设计的效率则不一定高 例: r=0.382, t配对=2.676,P0.05。 配对成功,蒜啼陌溉发丢砖屏姚医滤倘擅膨绰每拓扰堑楚题坏郴蚂环缎驾范只朝衫伙常用实验设计方法医学统计学,将受试对象按某些特征或条件配成对子,然后分别把每对中的两个受试对象随机分配到试验组和对照组,
15、再给予每对中的个体以不同处理,连续试验若干对,观察对子间的差别有无意义。,配对设计(paired design)概念,硼厩帽屋煮情废铰藻求伏癌烂澜跌灸渴硕豫吉眯派鼻餐斟滚蜕芍鸦赚嗡膜常用实验设计方法医学统计学,30,交叉试验设计 Cross-over design,牡垮蝎硫牢酷林薄践厩怂甥鞋寇脖饯淄灶笨暑荒酶冰岛哈蓄倡涧乔遭挽蟹常用实验设计方法医学统计学,31,基本方法:将两种处理因素在实验组和对照组间交叉进行,研究 对象总 体或目 标人 群,研究 对象 样本,实 验 对 子,实 验 组 1,验 组 2,E1,E2,E3,E4,洗 脱 期,洗 脱 期,处 理 A,处 理 B,处 理 A,处 理
16、 B,随 机 分 配,德跳实坐挥淳峙镇撰捆狙阵娥冠利惩聘瘁钩娶邦旁祝闯忙腾犁臆李雾琢蔷常用实验设计方法医学统计学,32,适用: 临床研究 动物研究 尤其是在临床的慢性病研究 如:高血压/溃疡/支气管哮踹,凛豌环入呐灿制迎庭盗何差刻喝漓陛苟戳慌苑瘤储死盛哲缠狗产趋巾殖俱常用实验设计方法医学统计学,33,优点: 不但平衡了个体间的差异(通过配对),并平衡了实验顺序间的差异(通过处理因素的交叉进行)。因此,有效地提高了设计效率,并较大程度地节约了样本含量。,酒荤辉衣掉粤喀丹泄藐酮馈栋温博憾徘始摈湍香狭笺且霞颁特指缀乾舷护常用实验设计方法医学统计学,34,统计分析方法: 1. 结果观察为计数(分类)资
17、料:整理为配对的四格表资料。采用配对卡方检验分析。 例:选择有输血发热反应而需要继续输血的住院病例,随机分为两组,第一组36例,在输血前先用盐酸苯海拉明40mg肌注,无论有无预防发热反应的效果,在下次输血前均改用氢化考的松50mg静滴。第2组37例,在输血前先用氢化考的松静滴,待下次输血前改用苯海拉明肌注。见表: 经配对卡方检验,2=3.68,P0.05,说明两种药物在预防输血发热反应效果的差别无显著性,柔悬匡尊默埃姬怂欠畦痴批燎艰节羌黎誊淤碟棘纷区征黔旁杂支厄琵哦砌常用实验设计方法医学统计学,35,2. 结果观察为计量资料的,采用方差分析 例. 欲比较A、B两种降压药的效果,选择6对(12例
18、)患者,进行交叉试验。先采用随机的方法,将每一对病人到AB组(即先用A药再用B药)和BA组(即先用B药再用A药)。病人先进行不用任何降压药的四周观察,如连续三次血压都稳定在一个水平后,AB组病人开始服用A药,BA组病人开始服用B药。治疗四周后,测定病人的血压值。再经过四周的洗脱期,待血压稳定,AB组病人开始服用B药,BA组病人开始服用A药。四周治疗后,再测定其血压值。然后统计分析两组血压值的改变,判断两种降压药的效果,陪仍溅讫蹿满菌拘屡洞偿倔限茫帛括苹搀计埔普两场檀模漠猜盐芥吾怯扎常用实验设计方法医学统计学,36,A、B两种疗法治疗高血压下降值(mmHg),纺卡酉乏休裳圈详趾磨苫钡伦抛审眨晌淬
19、邵饥阉记叹一整途膀槛景删众历常用实验设计方法医学统计学,37,分析: 在交叉设计的方差分析中,可以将数据的总变异分解为处理间、阶段间、个体间与误差项,并分别判断三种变异对实验效应的影响。,速噎诈独中副舟卯谭舍弟瓣恫舅住捕泵太伶今星拘十皱饰蠕皱效签骤外晋常用实验设计方法医学统计学,38,分析步骤: 假设: 不同个体间差别无显著性 不同阶段差别无显著性 不同处理因素间差别无显著性 F个体=Ms个体/Ms误差 F阶段=Ms阶段/Ms误差 F处理=Ms处理/Ms误差,曼地阅帖躁义盒耽观涎坷壕戚牧巫传睬侧澳鸭陷胁舀些蛀奴皂片填焙衣房常用实验设计方法医学统计学,39,二、变异的分解 1、常规的方差分析法:
20、 SS总= SS个体+ SS阶段+ SS处理+ SS误 总=n-1 个体=配对数-1 阶段=阶段数-1 处理=处理因数-1,疏蜀了榜舷玩魔挛焉宽薄饭银植秸寥挛弄历尚粥忌稠容驹寥帜晦破紫妙姆常用实验设计方法医学统计学,40,上例: SS总=232+102+262+132-(4562/24)=1338 SS个体=1/2(442+212+31)-(4562/24)=1008 ss阶段=1/12(2402+2162)-(4562/24)=24 SS处理=1/12(2522+2042)-(4562/24)=96 SS误差=1333-1008-24-96=210,部唬怕掺象颐髓筏季徐怠璃蛤模脂碍法捐咆储迷
21、嫂啮猪耕覆扳触拥朽眩锗常用实验设计方法医学统计学,41,从上面方差分析的结果可见,不同的治疗方案,不同的阶段,差别都没有统计学意义,只是个体间差别具有统计学意义。,交叉设计的方差分析表(常规方法),义焚咳腻胳钾柯偶鱼玄燥滴捉泳紊诽鳃鸽兔漓绿执垦室室犀郭韦倾骚懦株常用实验设计方法医学统计学,42,2、差数法:通过相减求出差数,“消除”顺序和个体间的效应,只剩下处理的效应。 SS总= SS处理+ SS误 =I-1 =K-1 =I-K,锐稚电埔弧潘吟乘事筛搔灌凡罚吐焊某且哦亏指训谰粪缺辣其嫡冉郭朴哮常用实验设计方法医学统计学,43,差数法:,图者街陨咒黄涪后耙乐吱穗玻苑咨厩脉芦拘剑狐葛梨节泵眨吹综钳
22、冉蔬卵常用实验设计方法医学统计学,44,1.计算效正数: C=(d)2=36+(-12)2/12=48 2. 计算总的离均差平方和: SS总=d2-C=660-48=612 3. 计算组间离均差平方和 SS组间=1/6(d1)2+(d2)2-C =1/6362+(-12)2-48=192,方差分析表(差数法),倔站暖男放箭羽究思岗睦环枕牡裕矩尼迷校臭疑焰轧乡霞扰吗注氢夸山钳常用实验设计方法医学统计学,45,交叉设计应用的注意事项: 1在交叉设计中,两种处理因素的效应不能有蓄积作用和(或)交互作用,否则,观察指标会有“滞溜”效应。 2处理之间应有时间的间隔,间隔时间的长短取决于处理因素对实验对象
23、的作用时间。如药物在体内的排泄时间(washout time ),通常称为洗脱期。洗脱期的长短通常认为应大于68个半衰期。 3交叉设计不适合用于有自愈趋向或病程短的临床研究。否则,难于判定是自愈的结果还是药物的作用。在慢性病的研究中,也要注意整个研究过程中保持条件的一致性。 4在临床研究中,交叉试验应当采用盲法。使观察者和患者不知道在哪个阶段使用有效药物,以免产生偏倚。,便虏绢倪缚惟谜践辫邻傈掂送知陕赫厌檀咆窥矽董出模渴蓑引挺脐捏胰瘪常用实验设计方法医学统计学,46,例. 欲比较A、B两种降压药的效果,选择10对(20例)患者,进行交叉试验。先采用随机的方法,将每一对病人到AB组(即先用A药再
24、用B药)和BA组(即先用B药再用A药)。病人先进行不用任何降压药的四周观察,如连续三次血压都稳定在一个水平后,AB组病人开始服用A药,BA组病人开始服用B药。治疗四周后,测定病人的血压值。再经过四周的洗脱期,待血压稳定,AB组病人开始服用B药,BA组病人开始服用A药。四周治疗后,再测定其血压值。然后统计分析两组血压值的改变,判断两种降压药的效果。,渤喉椰渴就淹稀顷著坛誓损蛰社逞沉跃蝉摄豆备钠倒褐稿曾填丰娜掖幂攫常用实验设计方法医学统计学,47,配伍设计 randomized block design,肯莆蔗蹈翁肚壹酸喀泼钳施茨慷邀纹舆稗涕裳青斗赎写筒焉楚憾烟菊祸离常用实验设计方法医学统计学,4
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