医学实验设计的基本原则与方法

1、医学实验设计的基本原则与方法浙江中医药大学 郭莹2022/9/2211.调查（survey）研究被动地观察、如实记录2.实验（experiment）研究（干预）受试对象：人临床试验（clinical trial） 动物动物实验（animal experiment）临床试验：治疗临床疗效实验 预防社区干预实验医学研究的基本类型2022/9/222调查设计调查研究实验设计实验研究医学研究设计的类型2022/9/223实验设计（experimental design）指的是为实验研究制定出一个通盘的、周密的、安排合理的、科学性强的设计方案。实例研究目的：拟采用动物实验，以公认有效的降血脂药物“洛伐他

2、汀”作为对照，考察“A脂”降血脂疗效。如何安排实验？实验设计2022/9/224研究对象：昆明种小鼠40只干预因素：药物：“A脂”和“洛伐他汀”；环境非处理因素指标：低密度脂蛋白（LDL）实验安排：造模-随机分组-剂量、用法-数据收集统计分析方法：t检验实验设计2022/9/225一、实验设计的基本要素（一）处理因素（treatment factor）（二）受试对象（subject）（三）试验效应（experiment effect）处理因素受试对象试验效应降脂药高血脂病人LDL值2022/9/226（一）处理因素（study factor, treatment）1.分类：（1）化学因素：毒物

3、、粉尘、药物等。（2）物理因素：噪声、振动、温度等。（3）生物因素：寄生虫、细菌、病毒、生物制品。（4）其它：动物的饲养条件等。一、实验设计的基本要素2022/9/227（一）处理因素2.处理因素的数目与水平（1）单因素设计：每次实验只观察一个处理因素的效应。优点：目的明确，简单易行，条件好控制，结果一目了然。缺点：设计效率低，每次只能解决一个问题。（2）多因素设计：一次实验同时观察多种处理因素的效应。优点：设计效率高，每次可解决几个问题。缺点：设计复杂，条件不好控制，实验结果的统计分析较复杂。（3）处理因素的强度：剂量问题：前人经验或预实验。2022/9/228确定处理因素的注意事项：（1）

4、抓住实验中的主要因素（2）处理因素须标准化处理因素在整个试验过程中保持不变例如，不同时期的药物批号，手术操作者熟练呈高度。（3）明确处理因素和非处理因素病人对治疗的反应除了治疗因素外，还包括病人的心理状态、生产、生活条件及社会心理因素等。后者可称为非处理因素。2022/9/229常见的混杂因素年龄、性别病程、病情疾病史、家族史、伴发疾病职业、工种年龄、性别、种系、体重、窝别2022/9/2210研究因素与混杂因素研究因素：主要处理因素，与研究结果（效应）相联系。混杂因素：干扰研究结果的因素。能对研究结果产生作用在组间分布不均衡2022/9/2211研究因素：电针/常规引产方式引产方式 成功 失

5、败 合计 成功率常规 428 176 604 70.9%电针 128 39 167 76.6%P=0.1452022/9/2212混杂因素：胎膜状况胎膜状况 成功 失败 合计 成功率已破 318 80 398 79.9%未破 238 135 373 63.8%P=0.000例：电针引产2022/9/2213混杂因素在两组的分布 胎膜引产方式 已破 未破 已破率常规 331 273 54.80%电针 67 100 40.12%P=0.001例：电针引产2022/9/2214混杂因素不同状态时，研究因素的分析。胎膜 引产方式 例数 成功 成功率 P已破 常规 331 258 77.9% 0.030

6、 电针 67 60 90.0%未破 常规 273 170 62.3% 0.332 电针 100 68 68.0%2022/9/2215年龄、性别病程、病情疾病史、家族史、伴发疾病职业、工种年龄、性别、种系、体重常见的混杂因素2022/9/2216年龄作为一种混杂因素2022/9/2217采用良好的设计：平衡；-将混杂因素作为一个实验条件加以控制，即把它控制在不起作用的水平上或使各组处于同一水平上。-平衡法，如患者的病情严重程度常常是影响药物疗效判定的一个混杂因素，若试验组与对照组患者的病情严重程度分布是均衡的，则两者在病情严重程度这个因素上就是可比的。-转为实验因素，有时将明显的混杂因素就作为

7、一个实验因素对待。对混杂因素的处理2022/9/2218-在资料分析阶段用统计学手段控制：在实验中无法控制的混杂因素，可先记录下来，在资料分析时采用统计学手段来调整。-标准化法-分层分析-协方差分析-多元回归分析 等对混杂因素的处理2022/9/2219接受处理因素的被研究对象。1.动物选择种系的选择（种类、品系）动物个体的选择（如年龄、性别、体重、窝别、营养状态等）2.人（健康人或病例）明确规定受试对象选入标准：纳入标准、排除标准保证受试对象的同质性。（二）受试对象2022/9/2220例：在考核抗菌药物疗效时，病人入选标准是：（1）成年人：18-65岁，男女不限；（2）经临床确诊，患有急性

8、细菌感染需要进行全身抗菌药物治疗的患者；（3）细菌学证实，即致病菌培养阳性；（4）病人无严重肝、肾、心脏及造血系统疾病；（5）病人需知情同意等。2022/9/2221病人的排除标准是：（1）药物或食物过敏史者；（2）过敏状态，如过敏性疾患合并感染；（3）造血功能障碍（特殊情况例外）；（4）妊娠及哺乳期妇女；（5）精神状态不能很好合作者；（6）正在应用其它抗菌类药物者等。2022/9/22223.受试对象应具备的条件：对处理因素较敏感；对处理因素产生的试验效应具有一定的特异性；对处理因素产生的反应较稳定等。2022/9/2223处理因素作用于受试对象后产生的结果，通过试验（观察）指标表达。1.试

9、验指标单指标试验：用一个指标来衡量试验结果，称为单指标试验；多指标试验：用两个以上指标衡量试验结果，称为多指标试验。（三）试验效应（experimental effect）2022/9/22242.分类按照指标本身特性，它可分为：定量指标：定性指标：2022/9/22253.观察指标要求关联性客观性准确性与精确性敏感性与特异性2022/9/22263.观察指标要求关联性指选用的指标必须与研究目的有本质联系，主要通过查文献、预备试验和理论分析等提出的。2022/9/22273.观察指标要求客观性客观指标是测量和检验的结果，是借助仪器来回答的，能够重复。主观指标是由受试者回答/医生自己判断。化验室

10、的检查结果物理学检查结果病理学的诊断意见细菌学培养结果如某药治疗慢性胃炎的疗效，选用胃镜下活体组织的病理学诊断结果，作为判断治疗效果的观察指标更为客观可靠。2022/9/22283.观察指标要求精确性：准确度或真实性观察值与真实值的接近程度，受系统误差的影响。精密度或可靠性或重复性重复观察时观察值与其均值的接近程度，受随机误差的影响。2022/9/2229准确度与精密度2022/9/22303.观察指标要求敏感性与特异性如研究某药治疗缺铁性贫血的效果，可选用临床症状，体征及血红蛋白，也可选用血清铁蛋白含量的变化作为观察指标。但前三者作为观察指标不够灵敏，只有在缺铁较为严重的情况下才会出现血红蛋

11、白的变化和贫血的症状、体征；若选用血清铁蛋白的含量作为观察指标，则可敏锐地反映处理因素的效应。2022/9/22314.指标的盲法观察：为消除或最大限度地减少主观偏性，在设计时常采用盲法（blind method）。 单盲法：受试对象不知道自己分在哪一组； 双盲法：受试对象和实验执行者均不知道受试对象分在哪一组； 三盲法：受试对象、实验执行者和统计分析人员三者均不知道受试对象分在哪一组。实验设计的基本要素2022/9/2232（一）对照原则（control）（二）随机化原则（randomization）（三）重复原则（replication）二、实验设计的基本原则2022/9/2233研究对象

12、：昆明种小鼠40只干预因素：药物：“A脂”和“洛伐他汀”；环境非处理因素指标：低密度脂蛋白（LDL）实验安排：造模-随机分组-剂量、用法-数据收集统计分析方法：t检验实验设计2022/9/2234基本原则之一：对照（control）2022/9/22351.对照的意义（1）区分处理因素与非处理因素的效应，是比较的必要基础。（2）消除和减少实验误差（感冒药疗效）处理组：处理因素+非处理因素 处理效应+非处理效应对照组： 非处理因素 非处理效应比较结果 处理因素 处理效应（一）对照原则2022/9/2236空白对照实验对照标准对照自身对照相互对照历史对照2.对照的形式2022/9/2237（1）空

13、白对照（blank control）对照组不加任何处理因素例如： 实验组儿童接种疫苗，对照组儿童不接种疫苗。试验空白、血样空白、无酶解空白、底物空白等。特点：简单易行，但容易引起心理差异，从而影响实验效应的测定。 安慰剂对照2022/9/2238（2）实验对照：施加基础实验条件（非处理因素，如面包、烟熏剂）2022/9/2239（3）标准对照以现有的标准或正常值作对照，实验室应用较多。例：新方法 与 传统方法患者生理、生化指标 与 正常人生理生化指标2022/9/2240（4）自身对照（self-control）：在同一受试对象上进行（同源配对设计、交叉设计）特点：简单易行，使用广泛假定试验前

14、后某些环境或自身因素保持不变。2022/9/2241（5）相互对照（inter-control）：几个实验组互相作为对照例如：比较几种药物治疗同一疾病的疗效（6）历史对照：以过去的研究结果作对照与本人或他人过去的研究结果作比较2022/9/22423.设立对照应注意的事项（1）均衡对照组与实验组 除研究因素外，其他因素应尽可能相同（2）同步对照组与实验组 应处于同一空间和同一时间2022/9/22431.随机的三个含义抽样随机：每一个符合条件的实验对象参加实验的机会相同，即总体中每个个体有相同的机会被抽到样本中来；分组随机：每个实验对象分配到不同处理组的机会相同；实验顺序随机：每个实验对象接受

15、处理先后的机会相同。基本原则之二：随机（random）2022/9/2244随机与随意随机：random机会均等，客观性随意：as will随主观意愿，主观性2.随机化的意义（1）随机分组使两组样本在非处理因素方面尽可能一致，使处理因素产生的效应更加客观；（2）随机抽样使抽取的样本具有代表（总体）性，减少误差；（3）抽样研究理论和统计分析方法的需要。2022/9/22453.随机化的方法（1）抛硬币法（2）掷骰子法（3）抽签法（4）随机数字表法（5）计算机产生随机数2022/9/2246可靠性整个实验的重复。确保实验的重现性，以提高实验的可靠性；用多个实验单位进行重复（样本含量）。避免把个别情

16、况误认为普遍情况，把偶然性或巧合的现象当作必然的规律，通过一定数量的重复，使结论可信；同一实验单位的重复观察。保证观察结果的精度。重复最主要的作用是估计实验误差。确定样本含量意义：样本含量大则浪费，过小，则检验效能偏低。基本原则之三：重复2022/9/2247数据的种类个体的变异组间的差别指标间的相关程度设计方法各组例数的分配研究的质量影响样本含量的因素2022/9/2248完全随机设计配对设计随机区组设计交叉设计析因设计正交设计三、常用的实验设计方案2022/9/22491.设计模式一、完全随机设计目标人群研究对象试验组对照组效应效应随机抽样随机分配2022/9/2250将观察单位完全随机地

17、分配到实验组与对照组或几个对比组中去。例1：设有同性别的动物12只，要求用随机方法将其分为甲、乙两组。一、完全随机设计2022/9/2251（1）编号：按动物体重依次编号为1,2,3，12号（2）产生随机数字：对于每一个编号，依次由计算机产生随机数（共12次）。（3）归组：事先规定将较小随机数的6只动物分入甲组，其他6只动物分入乙组。步骤2022/9/22522022/9/2253例2：将例1中的12只动物用随机分组的方法分配到甲、乙、丙三组中去。2022/9/2254方法2022/9/2255编号 随机数 随机数排序2022/9/2256优点：简单、易实施缺点：仅能分析一个因素 小样本，均衡

18、性较差；检验效能较随机区组（配对）低。一、完全随机实验设计2022/9/2257完全随机设计是最常用的一种设计方法，不受组数的限制；各组样本含量可以相等，也可以不等，但在总样本含量不变的情况下，各组样本含量相等时的设计效率最高；对照组可以不止一个；各组应达到均衡一致；各处理组应同期平行进行；对个体间同质性要求较高。在个体同质性较差时，完全随机设计并不是最佳设计。正确应用完全随机设计2022/9/2258配对设计是研究者为了控制可能存在的主要非处理因素而采用的一种试验设计方法。配对设计常见的设计形式：异体配对同体配对：同一样品，采用两种不同处理 自身前后或左右配对配对设计2022/9/22592

19、022/9/22602022/9/2261当实验对象的同质性欠佳时，采用配对设计可以提高处理组间的可比性和均衡性；有些研究必须用配对设计。比如，探索新的诊断方法；有些研究必须配对观察，如，某症状用药前后的变化。采用自身前后配对设计时，应考虑到环境、气候或疾病的自然进展等引起的效应改变；配对设计的资料结合相关或回归分析，有时能得到更丰富的结论。正确应用配对设计2022/9/2262是配对概念的扩展，不是按每两个配对，而是按每三个、每四个或更多个配起来，这就超出了“对子”的涵义，而是配伍组设计了。配对设计的扩展，故又称配伍组设计。随机区组实验设计2022/9/22632022/9/2264（1）将

20、多方面条件相近的受试对象配成一组，称作一个区组。（2）每个区组的受试对象个数取决于对比组组数。（3）每个区组的受试对象被随机地分配到各对比组中。随机区组实验设计2022/9/2265例4：将例1中的12只动物设计分为三个区组，进行四种处理的比较。方法（1）编号：对12只动物进行区组编号，同时每个区组内的四只动物也分别编号。（2）产生随机数字：对于每一组合编号，依次由计算机产生随机数（共12个）。（3）归组（区组内四只动物的随机）：事先规定每一个区组内随机数字由小到大对应动物分别分配到甲、乙、丙、丁处理组。2022/9/22662022/9/2267对研究因素以外的已知的干扰因素加以控制，从而将

21、研究因素的作用与干扰因素的作用区分开，以达到提高检验的功效的目的。随机区组设计的目的2022/9/2268优点：使比较的各组均衡性好；分析两因素、多水平；检验效能较高。缺点：配（伍）对条件不易控制，配（伍）对失败则检验效能降低。随机区组实验设计2022/9/2269一、交叉设计1.概念是在自身前后配对设计的基础上发展起来的。是将每个观察对象在第一个时间阶段（或疗程）随机分配在实验组或对照组，然后在第二个阶段交叉安排实验。由于A、B两种处理在全部试验过程中“交叉”进行，故称为交叉试验设计。多因素试验设计方法：2022/9/22702022/9/2271一、交叉设计2、基本模式多因素试验设计方法：

22、2022/9/22723.设计类型：（1）简单交叉设计（2）组间交叉设计（3）配对交叉设计2022/9/2273（2）组间交叉设计2022/9/22744.交叉设计的特点优点（1）具备自身配对的全部优点，如减少个体差异对处理因素的影响，节省样本含量等。（2）能控制时间因素（试验阶段）对处理方式的影响，因而优于自身对照设计；（3）各试验对象皆接受了试验因素和对照，符合医德要求。缺点：处理时间不能太长；受试对象中途退出造成数据缺失。2022/9/2275析因设计将两个或多个实验因素的各水平进行组合，对各种可能的组合都进行实验，从而探讨各实验因素的主效应以及各因素的交互作用。多因素试验设计方法202

23、2/9/22762022/9/22772022/9/2278子宫收缩描记高度（mm）2022/9/22792个或以上（处理）因素（分类变量）每个因素有2个或以上水平每一组合涉及全部因素，每一因素只有一个水平参与 几个因素的组合中至少有2个或以上的观察值观测值为定量数据（需满足随机、独立、正态、等方差的ANOVA条件）析因设计的特点2022/9/2280单独效应：其它因素水平固定，同一因素不同水平的差别。（与因素的水平数相同）主效应某一因素各水平间的平均差别，单独效应的平均值交互作用某因素的单独效应随另一因素变化而变化的效应，即某因素单独效应的平均差别。若无交互作用则单独效应应该相差不大。主效应

24、和交互作用2022/9/22811.单独效应 指其他因素的水平固定时，同一因素不同水平间的差别2022/9/22822.主效应指某一因素各水平间的平均差别3.交互作用当某因素的各个单独效应随另一因素变化而变化时，则称这两个因素间存在交互作用。2022/9/2283析因设计各处理组间在均衡性方面的要求与完全随机设计一致，各处理组样本含量应尽可能相同；析因设计对各因素不同水平的全部组合进行试验，故具有全面性和均衡性；析因设计可以提供三方面的重要信息； 各因素不同水平的效应大小 各因素间的交互作用 通过比较各种组合，找出最佳组合正确应用析因设计2022/9/2284析因设计比一次只考虑一个因素的实验

25、效率高，比如，2 2析因设计是一次考虑一个因素试验的1.5倍。从得到的信息来看，它节省了组数和例数；当考虑的因素较多，处理组数会很大（比如，4个因素3个水平的处理数为34=81种），这时采用析因设计不是最佳选择，可根据实际情况选用正交设计等。析因设计的优点之一是可以考虑交互作用，但有时高阶交互作用是很难解释的，实际工作中常只考虑一、二阶交互作用。2022/9/22852022/9/22864.2.1 正交试验设计的基本概念 正交试验设计是利用正交表来安排与分析多因素试验的一种设计方法。它是由试验因素的全部水平组合中，挑选部分有代表性的水平组合进行试验的，通过对这部分试验结果的分析了解全面试验的

26、情况，找出最优的水平组合。2022/9/2287 例如，要考察溶剂用量、pH值和温度对中药提取率的影响。每个因素设置3个水平进行试验 。 A因素是溶剂用量，设A1、A2、A3 3个水平；B因素是pH值，设B1、B2、B3 3个水平；C因素为温度，设C1、C2、C3 3个水平。这是一个3因素3水平的试验，各因素的水平之间全部可能组合有27种 。 全面试验：可以分析各因素的效应 ，交互作用，也可选出最优水平组合。但全面试验包含的水平组合数较多，工作量大 ，在有些情况下无法完成 。 若试验的主要目的是寻求最优水平组合，则可利用正交表来设计安排试验。2022/9/22884.2.2 正交设计的特点正交

27、试验设计的基本特点是：用部分试验来代替全面试验，通过对部分试验结果的分析，了解全面试验的情况。正因为正交试验是用部分试验来代替全面试验的，它不可能像全面试验那样对各因素效应、交互作用一一分析；当交互作用存在时，有可能出现交互作用的混杂。虽然正交试验设计有上述不足，但它能通过部分试验找到最优水平组合，因而很受实际工作者青睐。2022/9/22894.2.2 正交设计的特点进行制药工艺优化，需要安排多个因素多个水平的试验，常用的方法是利用正交表安排试验。特点：（1）均匀分散使试验点均衡分布于试验范围内，有充分代表性。（2）整齐可比使试验结果具有可比性，既可减少实验次数，又可进行全面比较。2022/

28、9/2290因素：影响试验结果的条件。水平：因素的不同数量等级或状态。重要因素的水平数可多取些，各水平间距离要恰当。试验指标：衡量试验结果好坏的标准。2022/9/22914.2.3 正交试验的原理为什么要进行正交试验: 在实际生产中，影响试验的因素往往是多方面的，我们要考察各因素对试验影响的情况。在多因素、多水平试验中，如果对每个因素的每个水平都互相搭配进行全面试验，需要做的试验次数就会很多。 比如对3因素7水平的试验，如果3因素的各个水平都互相搭配进行全面试验，就要做73=343次试验，对6因素7水平，进行全面试验要做76=117649次试验。这显然是不经济的。 我们应当在不影响试验效果的

29、前提下，尽可能地减少试验次数。正交设计就是解决这个问题的有效方法。 正交设计的主要工具是正交表。2022/9/2292某药厂为改革“潘生丁”环合反应旧工艺，其主要目的是想利用尿素与双乙烯酮来代替旧工艺中的硫脲及乙酰乙酸乙酯，其指标是6-甲基脲嘧啶的收率，列出因素水平表如下：P72,表4-12022/9/2293（1）若对这3因素3水平进行全面搭配，需33=27次试验：2022/9/2294先固定A于A1,B于B1,变化C:（2）若孤立考虑各个因素，可先固定一些因素，变化某个因素进行搭配，成为简单比较。然后固定A于A1,C于C2,变化B:最后固定B于B3,C于C2,变化A:A1B1C1C2C3A

30、1C2B1B2B3B1C2A1A2A3假定C2最好假定B3最好假定A3最好次数不多搭配不均存在重复费时间2022/9/2295右图是一个比较典型的正交表.“L”表示此为正交表,“8”表示试验次数, “2”表示两水平, “7”表示试验最多可以有7个因素 (包括单个因素及其交互作用).4.2.4 正交表及其用法正交表:2022/9/2296正交表的表示方法:一般的正交表记为Ln(mk)，n是表的行数， 也就是要安排的试验数; k 是表中的列数，表示因素的个数； m 是各因素的水平数；常见的正交表:2水平的有 L4(23), L8(27), L12(211), L16(215)等；3水平的有 L9(

31、34), L27(313)等；4水平的有 L15(45);5水平的有 L25(56);2022/9/2297正交表的两条重要性质:（1）每列中不同数字出现的次数是相等的。 如L9(34)中，每列中不同的数字是1，2，3，它们各出现3次；（2）在任意两列中，都包含了可能出现的同行数对，出现的次数相等。如L9(34)中有序数对共有9个: (1,1), (1,2), (1,3), (2,1), (2,2), (2,3), (3,1), (3,2), (3,3), 它们各出现一次。特点：均匀分散、整齐可比。2022/9/22981.试验前的准备在进行正交试验之前，要做到：（1）明确试验目的，确定要考核

32、的试验指标；（2）根据试验目的，确定要考察的因素和各因素的水平；要通过对实际问题的具体分析选出主要因素，略去次要因素；4.2.5 正交试验步骤2022/9/22992.设计程序（1）选表列数略多于因素数，因为要考虑交互作用。（2）表头设计若不考虑交互作用，可随意安排因素在表头各列考虑交互作用，则安排在适当的列。如：安排4因素2水平试验选L8(27)表1）不考虑交互作用:2022/9/221002）考虑AB，AC:（3）安排试验（4）结果计算分析（5）验证试验序号列号 1A 2B 3AB 4C 5AC 6 7D12345672022/9/22101试验目的与要求试验指标选因素、定水平因素、水平确

33、定选择合适正交表表头设计列试验方案试验方案设计：试验结果分析2022/9/221023. 进行正交试验需要注意的问题（1）因素选择要有可比性不可比的因素不能安排在同一个正交表中。（2）交互作用协同交互拮抗交互药物研究开发一般是选择没有交互作用的因素。2022/9/221034.2.6 正交设计分析举例正交试验的步骤：1.无重复水平试验如：某中药有效成分提取工艺研究，采用3因素3水平表。水平因素溶剂倍数A（倍） 煎煮时间（h） 提取次数（次）811102212332022/9/22104（1）选表1）根据水平数几水平就选几水平的表。2）自由度正交表的自由度f表=试验次数-1试验总自由度f试=fA

34、+fB+fC=2+2+2=6选择f试f表的最小正交表。即：f表=8的L9(34)2022/9/22105（2）表头设计若不考虑交互作用，可把A、B、C顺次安排在第1、2、3列上，第4列作为空白列。2022/9/22106（3）安排试验2022/9/22107（4）试验结果的直观分析2022/9/22108目的：确定每个因素各水平的优劣。分析因素主次。确定最佳试验方案。特点：简单、直观但是不能估计误差，不知道分析的精度。2022/9/22109（5）试验结果的方差分析可把因素间由于水平变化引起试验结果差异与试验的随机误差分开。若某因素水平变化引起试验结果的变动与试验误差相差不大，可认为该因素对试

35、验结果影响不显著。若相差大，认为该因素对试验结果有显著影响。2022/9/221109次试验结果参差不齐，程度可用离差平方和SS衡量，原因一：由各因素水平变化；原因二：试验本身的误差。SS总=SS因+SSe计算离差平方和即：各次试验结果yi与其平均值 的离差平方之和，称为全部试验的总变异。f总=9-1=82022/9/22111计算各因素的离差平方和fj=3-1=2计算误差的离差平方和SSe= SSD=0.299,自由度fe=3-1=2计算各因素的方差SA=SSA/fA, SB=SSB/fB, SC=SSC/fC一般表示为S因=SS因/f因计算随机误差的方差Se=SSe/fe显著性检验（F检验

36、）2022/9/221122022/9/221132、有重复三水平试验例：在某中药浸膏制备工艺的研究中，确定4因素3水平，不考虑交互作用，试作方差分析。以上例子是用空白列的离差平方和作为误差估计。若各列被因素或交互作用占满而没有空白列，为正确估计试验误差，进行方差分析，须作重复试验。水平因素酸浓度/mol（A） 浸提时间/h（B） 浸提温度/ （C） 醇浓度/%（D）10.01 1.5 40 3020.6 2 50 5031.2 2.5 60 702022/9/22114（1）选用正交表L9(34)，以氨基酸含量为指标，每个试验做4次。（2）确定各因素各水平的优劣（3）方差分析（4）预测最佳试

37、验方案（5）验证试验2022/9/22115P80，表4-142022/9/22116方差分析步骤总离均差平方和设正交表有n号试验，每号试验做m次，把第i号试验的第k次结果记为yik本次试验，n=9，m=4，y43=6.35。n*m个试验结果的总离均差平方和：G是nm个数据的总和，所以计算CT时要除以nm。2022/9/22117=5.24+5.50+.+6.39=219.16SS总既包含各因素水平引起的差异，也包含同一号试验m次结果间的差异。=219.162/9*4=1334.20= (5.242+5.502+.+6.392)-1334.20=4.30f总=nm-1=94-1=352022/

38、9/22118误差离均差平方和同一号试验中，m次结果间的差异反映了试验误差的影响，设第i号试验m次结果的平均值为f总i=n-1Yi为第i号试验m次结果的和。2022/9/22119显然，SS总1是排除了试验误差后的总离均差平方和，SS总与它之差就是试验误差的离均差平方和。为了与由空白列算的离均差平方和相区别，把由重复试验数据算的误差离均差平方和称作第二类离差SSe2，而把由空白列算的离均差平方和叫做第一类离差SSe1。SSe2=SS总-SS总1Fe2=f总-f总1=（nm-1）-（n-1）=n（m-1）2022/9/22120=1/4(21.962+24.202+.25.402)-1334.2

39、0=2.62f总1=n-1=9-1=8SSe2=SS总-SS总1=4.30-2.62=1.68fe2=n(m-1)=9(4-1)=272022/9/22121各因素的离均差平方和和无重复试验的计算方法一样，不同的是，这里要用各号试验结果的合计值代替原来的试验结果。I1=y1+y2+y3=21.96+24.20+24.24=70.40II1=y4+y5+y6=25.52+23.50+24.02=73.04nj为第j列同水平重复数。本例中，n=9，nj=3，m=42022/9/22122=1/12(70.42+73.042+75.722)-1334.20=1.177SSB=0.064, SSC=0

40、.599, SSD=0.769fA=fB=fC=3-1=22022/9/22123显著性检验F0.05(2,27)=3.35 F0.01(2,27)=5.49 2022/9/22124实际中常考虑两个或两个以上指标，即多指标试验。综合照顾，全面衡量，客观分析。常用综合加权评分，基本思想：兼顾各项指标，进行综合评分，以各号试验得分多少评价试验结果。化多指标为单一指标，先把各号试验的每个指标转换为分数，按各项指标的重要程度，综合加权评分。2022/9/221253、多指标问题的处理单指标试验多指标试验衡量试验效果的指标只有一个衡量试验效果的指标有多个科学试验2022/9/22126多指标试验多个指

41、标之间可能存在一定的矛盾，这时需要兼顾各个指标，寻找使得每个指标都尽可能好的生产条件2022/9/22127多指标问题处理方法综合评分法综合平衡法排队评分法在对各个指标逐个测定后，按照由具体情况确定的原则，对各个指标综合评分，将多个指标综合为单指标。将各个指标的最优条件综合平衡，找出兼顾每个指标都尽可能好的条件。综合各个指标，按效果好坏，进行排队打分。这也是将多个指标转化为单指标。三种方法综合应用2022/9/22128（1）综合评分法在对各个指标逐个测定后，按照由具体情况确定的原则，对各个指标综合评分，将多个指标综合为单指标。此方法关键在于评分的标准要合理。评分标准即权值，综合评分法也称加权

42、评分法。得分=K1第一个指标+Kn第n个指标值 （K为常数）2022/9/22129例31 白地雷核酸生产工艺的试验试验目的：原来生产中核酸的得率太低，成本太高，甚至造成亏损。试验目的是提高含量，寻找好的工艺条件。本例介绍由北京大学生物系与生产厂联合攻关中的第一批L9(34 ) 正交试验的情况。因素水平白地雷核酸含量（）腌制时间（小时）加热时pH值1237.48.46.224404.86.09.0加水量1:41:31:2因素水平表2022/9/22130列号试验号123456789K1K2K3k1k2k3RA1B1C3D4L9 (34 )256.1108.2113.236.137.715.91

43、5.9128.4116.3132.642.838.844.25.4127.3131.1118.942.443.739.64.1143.7127.5106.247.942.535.412.5试验指标1217.812.26.28.04.54.18.57.34.429.841.359.924.350.658.230.920.473.459.451.245.532.236.639.436.828.547.7综合评分1 核酸泥纯度（）2 纯核酸回收率（）试验方案及结果分析分数2.5纯度0.5回收率2.517.8+0.529.8=59.4极差判断因素主次：ADBC2022/9/2213150454035

44、A3 A2 A1 B3 B2 B1 C3 C2 C1 D3 D2 D1因素指标指标（得分）因素图因素水平白地雷核酸含量（）腌制时间（小时）加热时pH值1237.48.46.224404.86.09.0加水量1:41:31:2最优条件：A1B3C2D12022/9/22132从图上和表上的极差都可以看出，因素的主次为：所以，A取A1，D取D1，pH值选取便于操作的水平C2，B取B3，故：最优条件为：A1B3C2D1事实上，试验结果也证明，上述最优条件效果很好。投产后核酸质量得到显著提高，做到了不经提纯一次可以入库。ADBC主次2022/9/22133正交设计助手极差分析2022/9/22134极

45、差分析2022/9/22135指标因素图2022/9/22136（2）综合平衡法对各个指标进行分析，与单指标的分析方法完全一样，找出各个指标的最优生产条件。将各个指标的最优生产条件综合平衡，找出兼顾每个指标都尽可能好的条件。2022/9/22137例：液体葡萄糖生产工艺最佳条件选取试验目的：生产中存在的主要问题是出率低，质量不稳定，经过问题分析，认为影响出率、质量的关键在于调粉、糖化这两个工段，决定将其它工段的条件固定，对调粉、糖化的工艺条件进行探索。出率：越高越好总还原糖：在3240之间明度：比浊度越小越好，不得大于300mg/l色泽：比色度越小越好，不得大于20ml。2022/9/2213

46、8因素水平A粉浆浓度（Be）B粉浆酸度（pH）C稳压时间（分）1231618201.52.02.50510D工作压力（kg/cm）2.22.73.2因素水平表产量还原糖明度色泽指标前进2022/9/22139四个因素对四个指标的主次关系为：产量： DCA B还原糖： BDAC明度： ABCD色泽： BACD分析顺序确定（BADC）主 次B对还原糖和色泽影响均最大，应首先分析；A对明度影响最大，对色泽影响较大，次要分析；然后是D、Cif权重： 8 4 2 1则： A16、B21、C9、D14分析顺序：BADC返回前进2022/9/22140综合考察四个指标，还原糖含量要求在3240之间，从趋势及

47、因素主次知道B的影响最重要，取1.5和2.5都不行，只有选2.0最合适。B取B2最好。从色泽来看，B最重要，而且仍然以B2最好；从明度来看，B为次要因素，但也仍以B2为好；因此可确定B2是最优水平。粉浆浓度A对产量影响很大，取A1最好。但对于明度来说，取A1时大于300不合适，浓度A2时比A1略低一些，但其它指标，除色泽外，都能达到要求。因此粉浆浓度定位A2。返回前进2022/9/22141工作压力对产量影响最大，取D3最好。但它的色泽不好，用2.7产量会低一些，但其余指标都还比较好，因此确定为D2。稳压时间对四个指标来说，对产量影响最大，对还原糖没有什么影响，对明度、色泽影响也不大，照顾产量

48、应选C25分钟。但此时色泽、明度都不好，考虑将时间延长一些，定为57分钟。最后得出最优条件为：A2 B2 C2 D2事实上，结果证明采用后各项指标都有明显提高。返回前进2022/9/22142列号试验号123456789K1K2K3k1k2k3RA1B1C3D4L9 (34 )3266325731201088.71085.7104048.73125325832331050.710861077.735.331743308316110581102.71053.749303932163318101310701129.3116试验结果产量（斤）99611351135115410241079100210

49、991019试验方案及结果计算表-1返回2022/9/2214311301110107010401010 A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3因素产量（斤）指标因素图-1返回2022/9/22144列号试验号123456789K1K2K3k1k2k3RA1B1C3D4L9 (34 )112109.813337.336.337.711.1126.4117.291.242.139.130.411.7112.4111.8110.637.537.336.90.6108.811211436.337.3381.7试验结果还原糖（）41.639.43142.437.230.

50、242.440.630试验方案及结果计算表-2返回2022/9/2214542383430 A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3因素还原糖含量（）指标因素图-2返回2022/9/22146列号试验号123456789K1K2K3k1k2k3RA1B1C3D4L9 (34 ) 130 525 525 433.3 175 175258.3 825 625 900 275 208.3 30091.7 800 800 650 266.7 300 216.783.3 925 725 700 308.3 241.7 233.375试验结果明度（mg/l）近 500近 40

51、0近 400 200 125近 200 125 100 300试验方案及结果计算表-3返回2022/9/22147450390330270210150 A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3因素明度（mg）指标因素图-3返回2022/9/22148列号试验号123456789K1K2K3k1k2k3RA1B1C3D4L9 (34 )4580801526.726.811.76050952016.731.7156080652026.721.76.770607523.320255试验结果色泽（ml）101025 30近 20近 30近 20 20 40试验方案及结果计

52、算表-4返回2022/9/2214933272115 A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3因素色泽（ml）指标因素图-4返回2022/9/22150例：中药丸剂溶散度的最佳工艺水平因素赋形剂量/%（A）干燥温度/ （B）泛丸速度/ min/kg（C） 醇浓度/%（D）1560 0.67 1021080 1.33 75315100 2 952022/9/22151P81,表4-172022/9/22152溶散度与菌检数的权重系数分别取0.6和0.4，在统一标准下加权评分，分别把最好的两项指标定成100。溶散度百分数=（最小溶散度+100）-y1菌检百分数=（最小

53、菌检数+100）-y2加权求和综合评分y=0.6（140-y1）+0.4（138-y2）其他按照单指标试验进行直观和方差分析。2022/9/22153需要指出：综合加权评分法非常灵活，要根据指标性质研究评分方案，如可采用倒数法。对于定性多指标试验，如颜色、气味等，可把各号结果按规定指标及其重要程度相互比较，把最好的试验结果定成100分，其他情况酌情扣分。临床试验设计2022/9/22154临床试验的分期 I期临床试验为新药研究的起始期，往往在数名志愿者身上进行，必要时可包括病人。初步的临床药理学及人体安全性评价 II期临床试验为新药临床评价最为重要的一期。 盲法的随机对照试验（RCT），对新药的有效性和安全性作出初步评价，推荐临床给药剂量。 III期临床试验为扩大的多中心临床试验，进一步评价药物的有效性、安全性。 IV期临床试验为药品上市后的监测。2022/9/22155应用治疗效果评价（药物、放射、基因等）预防措施效果评价病因学因果效应研究2022/