实验设计与数据分析

放射医学与防护学院研究生讲坛

实验设计与数据分析沈月平,副教授,Ph.D苏州大学医学部公共卫生学院流行病与卫生统计教研室Email:shenyueping@Tel:65880079(O)Officeroom:401-1403Contents实验设计基本概念数据处理案例-SPSS软件结果呈现和描述2

实验设计（experimentaldesign）科研设计根据特定的研究目的，对一项科学研究的全过程，包括资料的收集、整理和分析等，进行科学地、有效地和周密地计划和安排，从而保证研究工作的顺利进行。实验设计是指研究者根据研究目的人为地对受试对象（人或动物）施加干预因素的研究。

实验设计内容专业设计：是从专业角度考虑设计的科学性，包括选题、提出假设、确定受试对象和技术方法。

课题：低剂量辐射对小鼠淋巴细胞影响研究统计设计：统计设计是从统计角度考虑设计的科学性，它包括资料如何获得、如何整理及如何分析等

实验设计“三要素”受试对象：细胞株、小鼠等，同质；处理因素：注意非处理因素/混杂因子；效应指标：灵敏和特异，准确，误差小；

实验设计“三原则”对照：为了使处理因素的作用凸显空白对照实验对照标准对照相互对照随机化：是均衡两组或多种混杂因子最好的方法之一重复：个体重复或实验重复，尽量避免把偶然性当做普遍存在的规律

实验设计类型完全随机设计（常用）配对设计配伍组设计（常用）析因设计重复测量设计（常用）

完全随机设计

completelyrandomizeddesign将受试对象随机分配到两组或多组实验水平中简单，宜操作采用随机化的方法（抓阄、随机数字表、统计软件）受试对象随机化试验组对照组纳入标准排除标准案例1铁皮枫斛对小鼠急性放射性损伤保护作用研究为了研究铁皮枫斛（DCWD）对小鼠急性放射性损伤保护作用，将24只清洁级雌性BALB/c小鼠随机分配到4组中，每组4只。第1组为空白对照，第2组为单纯照射组；第3组照射前灌胃给药，每天1次，连续16d,剂量2g/kg(低剂量组),第4组4g/kg（高剂量组），3组均用4Gy6MVX射线(Sl18型直线加速器,Philips)全身单次均匀照射；服药组照射后再服药4d,将4组小鼠活杀，剖取一侧股骨，测量DNA的含量(ug)并进行比较。表1铁皮枫斛对小鼠急性放射性损伤保护作用groups照射给药DNA/ug对照组--166.3,178.1,169.3,160.2,181.3,182.1单纯照射组4Gy-59.4,71.3,72.1,79.2,60.07,54.2DCWD低剂量组4Gy2g/kg83.6,71.2,75.4,74.3,92.1,89.0DCWD高剂量组4Gy4g/kg96.4,85.3,87.2,104.3,105.1,89.1配对设计（paireddesign）配对条件：性别、年龄、体重等等自身配对：前后对照试验、同一对象采用两种不同的方法优点：实验误差较小、检验效率较高、所需样本量也较小。缺点：当配对条件未能严格控制造成配对失败或配对欠佳时，反而会降低效率。研究对象纳入标准排除标准对子1配对条件实验组A2随机化对子2对子K对照组A1B1B2K1K210

案例2配对设计为了比较两种方法对乳酸饮料中脂肪含量测定结果是否不同，某研究者随机抽取了10份乳酸饮料制品，分别用脂肪酸水解法和哥特里-罗紫法测定其结果（%），问两种方法是否不同？

表2脂肪酸水解法和哥特里-罗紫法测定结果比较

编号

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

配伍组设计

randomizedblockdesign配伍条件：性别、年龄、体重等等优点：增强各组间的均衡性，进一步控制混杂偏倚。配伍组设计的检验效能高于完全随机设计研究对象纳入标准排除标准区组1配伍条件实验组2A2随机化区组2区组K实验组1对照A1A3B2B1B3K1K2K312

案例3-1某研究者采用随机区组设计进行实验，比较三种抗癌药物对小白鼠肉瘤抑瘤效果，先将15只染有肉瘤小白鼠按体重大小配成5个区组，每个区组内3只小白鼠随机接受三种抗癌药物，以肉瘤的重量为指标，试验结果下表。问三种不同药物的抑瘤效果有无差别？区组A药B药C药10.820.650.5120.730.540.2330.430.340.2840.410.210.3150.680.430.24表3不同药物作用后小白鼠肉瘤重量（g）13

案例3-2为探讨复方丹参注射液在恶性肿瘤治疗中的作用机理，有研究者观察了不同浓度的复方丹参注射液，对HepG2细胞（人肝癌细胞株）、SGC-7901细胞（人胃腺癌细胞株）及BEL-7402细胞（人肝癌细胞）的体外杀伤情况，结果见表4，问不同药物浓度的作用是否有差别？

表5复方丹参作用后的肿瘤细胞体外成活情况（%）细胞株药物终浓度（μl/mL）3001507537.518.759.3754.6875HepG2727291102115111105SGC-790175405572859092BEL-740277668177848988

析因设计（factorialdesign)概念:是一种多因素多水平交叉分组进行全面实验的设计方法

案例4析因设计

例：为了研究不同氧浓度（因素B）和抗癌药（因素A），对用放射性3H-胸腺嘧啶（3H-TdR）渗入后的人红白血病细胞K562的抑制效果，因素B分为B1（-）、B2（含氧20%），因素A为A1（-），A2（表阿霉素），进行2×2析因设计，数据见下表，试分析A、B两因素对K562细胞的抑制效果。表6无交互作用协同作用Synergisticeffect拮抗作用Antagonisticeffect

为了研究超声引导下对肝肿瘤进行射频毁损的早期疗效。将16名肝癌患者随机分为两组，其中，采用射频治疗的患者8名，采用常规化疗的患者8名，测量数字CT片下肝肿瘤的直径（cm），见表7。试探讨肝癌患者采用射频治疗前后肝肿瘤的变化趋势，与常规化疗相比，是否更为有效。案例5-1重复测量设计/资料（repeatedmeasurementdesign/data）数据特点是什么？1、时间不是随机因素2、相关性3、差值方差不齐表74、数据的时间变化趋势不同重复测量资料的特点概念：重复测量设计（repeatedmeasurementsdesign）是指针对同一对象某观察指标在不同时间点或不同场合时进行的多次测量。重复测量资料(repeatedmeasurementdata)：重复测量设计所获得的资料。主要特点：（1）重复性（2）非随机性（3）非独立性

案例5-2将14只家兔随机分配到A，B两种不同药物处理组中，观察实验前、5周及10周时点的血清胆固醇浓度（mg%,自然对数）。家兔号

A药

家兔号

B药

实验前5周后10周后

实验前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

结果显示案例1脂肪酸水解法和哥特里-罗紫法测定结果比较：t=7.926,P<0.0001,差异有统计学意义案例2案例3-1肿瘤药物A，B，C对小鼠肉瘤治疗效果差异有统计学意义（F=11.94，P=0.004）

案例