F检验医学统计学

（优选）F检验医学统计学当前1页，总共70页。第一节方差分析的基本思想第二节完全随机设计的方差分析（completelyrandomdesign）第三节随机区组设计的方差分析

(randomizedblockdesign)第四节析因设计的方差分析(factordesign)第五节重复测量设计的方差分析(repeatedmeasurementsdesign)当前2页，总共70页。SS总总MS总SS组内组内MS组内SS组间组间MS组间三者之间的关系：SS总=SS组内+SS组间总=组内+组间三种“变异”之间的关系当前3页，总共70页。第三节随机区组设计的方差分析

随机区组设计(randomizedblockdesign)可以考察两个因素的作用。因素A称为处理因素，是本次试验观察的重点；因素B称为区组因素，是可能对试验效应产生作用的主要非处理因素。对处理因素与区组因素不同水平的每一种组合，

当前4页，总共70页。随机区组设计randomizedblockdesign

又称为配伍组设计，是配对设计的扩展。具体做法是：先按影响试验结果的非处理因素（如性别、体重、年龄、职业、病情、病程、动物窝别等）将受试对象配成区组(block)，再分别将各区组内的受试对象随机分配到各处理或对照组。当前5页，总共70页。区组随机试验过程示意随机分组

随机分组

随机分组

随机分组

预

选

对

象

研

究

对

象

纳入

标准

区组1

区组2

区组3

区组n

?

?

?

按配伍

条件

4个水平

4个水平

4个水平

4个水平

当前6页，总共70页。例1按随机区组设计方案，以窝别作为区组标志，给断奶后小鼠喂以三种不同营养素A、B、C，问营养素对小鼠所增体重有无差别。

表18个区组小鼠按随机区组设计的分配结果区组编号随机数分组当前7页，总共70页。当前8页，总共70页。问题基本分析可能影响结果的因素实验因素：营养素（单因素3水平）非实验因素：区组（8个区组）随机误差：源于个体变异分析目标在去除区组因素、随机误差作用影响后评价实验因素的作用当前9页，总共70页。建立假设、约定判断标准对于药物作用（treatment,t）

H0:3组的总体均数相等（3种营养药作用无差别）

H1:3组的总体均数不全相等（至少一种营养药与其它营养药作用不相同）对于区组因素(block,b)

H0:8个区组的总体均数相等

H1:8个区组的总体均数不全相等小概率标准（小于此水平时拒绝H0）

α=0.05当前10页，总共70页。(1)总变异：所有观察值之间的变异(2)处理间变异：处理因素＋随机误差(3)区组间变异：区组因素＋随机误差(4)误差变异：随机误差变异分解当前11页，总共70页。变异分解与统计量计算变异来源

SSDFMS

F值P

总变异(total)

SSTn-1

药物(treatment)SStt-1MStFt=MSt/MSe

Pt区组(block)SSbb-1MSbFb=MSb/MSe

Pb随机误差(error)

SSe

n-t-b+1Mse

SS：离均差平方和

DF：自由度

MS：均方

SSe=SST-SSt-SSb当前12页，总共70页。H0：，即三种不同营养素的小鼠所增体重的总体均数相等H1：三种不同营养素的小鼠所增体重的总体均数不全相等当前13页，总共70页。表2例1资料的方差分析表υ误差=(a-1)(n-1)当前14页，总共70页。查界值表，得

F0.05(2，14)=3.74，

今F＝2.88<F0.05(2,14)，故P>0.05。结论：按水准，不拒绝H0，尚不能认为三种不同营养素对小鼠所增体重的总体均数不等。

当前15页，总共70页。SS总SS误差SS处理变异之间的关系：SS总=SS处理+SS区组+SS误差总=处理+区组+误差SS区组当前16页，总共70页。随机区组设计的方差分析

例某厂10名氟作业工人24小时内不同时间尿氟排出如表１。试分析氟作业工人在工前、工中(上班第4小时)和工后(下班后第4小时)的尿氟排出量(ml/L)的差别有无统计学意义?当前17页，总共70页。

表１10名氟作业工作尿氟排出量(ml/L)

工人编号工前工中工后

11.722.701.6621.683.161.2631.423.211.3042.352.173.0051.952.753.7260.872.391.2371.412.633.8582.032.401.9391.672.302.07101.141.471.14当前18页，总共70页。解：1.H0：不同时间的尿氟排出量的均数相同。

H1

：不同时间的尿氟排出量的均数不全相同。

2.计算F值当前19页，总共70页。－130.54

=134.55－130.54＝4.01－130.54

=6.19SS处理

=

SS区组

=SS误差

=SS总－SS处理－SS区组=17.75－4.01－6.19=7.55

当前20页，总共70页。MS处理

=4.01/2=2.005MS区组

=6.19/9=0.688MS误差=7.55/18=0.419当前21页，总共70页。3.查表F0.05(2,18)=3.55F0.01(2,18)=6.01

F0.05(9,18)=2.46F0.01(9,18)=3.604.结论可见处理组间的变异有统计学意义，而区组间的变异无统计学意义,可以认为：当前22页，总共70页。如果区组的变异无统计学意义，则区间组变异不必分离出来，可直接用组内变异的均方差作为计算F值的分母即可。本例去掉区间组，作完全随机设计的方差分析，可得下列方差分析表可见处理组间的变异有统计学意义。当前23页，总共70页。方差分析的步骤

与完全随机设计的方差分析基本相同，主要区别在于：F值计算的方差分析表（ANOVAtable）不同。变异来源从组内变异中分解出单位组变异与误差变异。当前24页，总共70页。t检验与F检验的关系

当处理组数为2时，对于相同的资料，如果同时采用t检验与F检验，则有：随机单位组设计ANOVA的处理组F值与配对设计的t值；完全随机设计ANOVA的F值与两样本均数比较的t值间均有：当前25页，总共70页。第四节析因设计

Factorialdesign析因设计也称为全因子实验设计，即全部实验条件（或组数）由全部实验因素的水平全面组合而成，各实验条件下至少重复两次或两次以上独立重复实验。当前26页，总共70页。析因设计资料的方差分析1.完全随机设计的ANOVA2.随机区组设计的ANOVA所关心的问题：一个处理因素不同处理水平间的均数有无差异？

以上第2个设计中，设立单位组（区组）的目的是控制混杂因素。使混杂因素在各处理水平间达到均衡，提高检验效率。当前27页，总共70页。析因设计（factorialdesign）ANOVA所关心的问题两个或以上处理因素的各处理水平间的均数有无差异？即主效应有无统计学意义？两个或以上处理因素之间有无交互作用？当前28页，总共70页。1.析因设计的特点因素之间在专业上地位平等。做实验时，每次都涉及到全部因素，即因素是同时施加的；在每个实验条件下至少要做2次独立重复实验；因素的交互作用比较复杂且必须考虑；实验中涉及到2-4个实验因素；当前29页，总共70页。优点：可以用来分析全部主效应和因素之间的各级交互作用的大小；2析因设计的优点和缺点

缺点：所需要的实验次数很多，研究者常无法承受。当前30页，总共70页。【例1】某医院用中药复方治疗高胆固醇血症，把12例高胆固醇患者随机分为四组，用不同疗法治疗。第一组用一般疗法，第二组在一般疗法上外加用甲药，第三组在一般疗法上外加用乙药，第四组在一般疗法上外加用甲药和乙药，一个月后观察胆固醇降低数(mg％)资料如下，问：甲、乙两药是否有降低胆固醇的作用?两药之间的无交互作用是否有统计学意义?

第1组16，25，18第2组56，44，42

第3组28，31，23第4组64，78，803析因设计的实例实例1

当前31页，总共70页。表１甲、乙两药治疗高胆固醇血症的疗效━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━甲药使胆固醇降低值（mg％）用与否乙药使用与否：不用用───────────────────────不用①162518③283123

用②564442④647880━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━注：表10中的四个号码分别代表原题中的第一组至第四组当前32页，总共70页。实例2【例２]某儿科观察白血病患儿的淋巴细胞转化率(％)与化疗期的病情是否处于缓解阶段有关，测得白血病患儿淋巴细胞转化率(％)如下，问：这个资料所对应的实验设计类型是什么？当前33页，总共70页。完全缓解组：

(1)化疗期(％)4651413245524134(2)化疗间隙(％)5636464763565439部分缓解：

(1)化疗期(％)4250343640434038(2)化疗间隙(％)5238534659525142未缓解组：

(1)化疗期(％)3928263331353750(2)化疗间隙(％)5358665157644545当前34页，总共70页。实例3【例３】某医科大学病理生理学教研室研究三种因素“小鼠种别A、体重B和性别C”对皮下移植SRS瘤细胞生长特性影响的结果，A、B、C三因素各有两个水平。A分为A1：昆明种、A2：沪白1号；B分为B1：24-25克，B2：13-15克；C分为C1：雄性、C2：雌性。共选了24只小鼠，在接种后第8天测得肿瘤体积见表３，请问：这是一种什么设计类型?当前35页，总共70页。表３三因素影响下小鼠第8天肿瘤体积━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━因素肿瘤体积(cm3)C因素A与B：A1(B1B2)A2(B1B2)─────────────────────────C10.70691.08380.06280.47120.78540.94250.09420.08800.35810.33350.04710.1759C20.07850.50270.01260.22460.18850.95500.01260.25130.34030.92150.00940.36760.25030.85140.01250.1327━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━当前36页，总共70页。中国·首医

某研究者欲说明心理辅导的重要性，在校外旅游地区选取40人，其中20作用心理辅导，另20人未作；在校内有20人采用心理辅导。

有无问题？当前37页，总共70页。两因素析因设计两个处理因素：A、BA、B因素各有a、b个水平，共有a×b种组合每一组合下有n个受试对象全部实验受试对象总数为a×b×ni(i=1,2…,α)表示因素A的水平号，j(j=1,2,…,b)表示因素B的水平号，k(k=1,2,…,n)表示在每一组合下的受试对象号符号当前38页，总共70页。

例４用A、B两种基因治疗方法进行肿瘤治疗的动物实验。取40只动物，根据A、B两疗法的使用与否分为四组，治疗14天后称肿瘤重量，结果表４。表４肿瘤重量当前39页，总共70页。建立假设、约定判断标准对于A处理（A）

H0:使用A疗法治疗与不使用的动物肿瘤重量相等

H1:使用A疗法治疗与不使用的动物肿瘤重量不相等对于B处理（B）

H0:使用B疗法治疗与不使用的动物肿瘤重量相等

H1:使用B疗法治疗与不使用的动物肿瘤重量不相等对于交互作用(A*B)

H0:A、B无交互作用（A、B作用互不影响）

H1:A、B存在交互作用（A、B作用相互影响）小概率标准（小于此水平时拒绝H0）

α=0.05当前40页，总共70页。变异分解与统计量计算变异来源

SSDFMS

F值P

总变异(total)SSTn-1

A药

SSaa-1MSaFa=MSa/MSe

Pa

B药

SSbb-1MSbFb=MSb/MSe

Pb

A＊BSSab(a-1)*(b-1)MSabFab=MSab/MsePab随机误差(error)

SSe

n-a–b–(a-1)*(b-1)+1Mse

SS：离均差平方和

DF：自由度

MS：均方

SSe=SST-SSa-SSb-SSab当前41页，总共70页。(1)总变异：(2)处理因素A的变异：(3)处理因素B的变异：(4)A与B交互作用的变异：(5)误差变异：

变异分解当前42页，总共70页。SS总SS误差SSA变异之间的关系：SS总=SS处理+SS误差SS总=SSA+SSB+SSAB+SS误差总=A+B+AB+误差SSB析因设计的方差分析SSAB当前43页，总共70页。析因设计的方差分析1.先列表计算有关各种组合时的X，X2，当前44页，总共70页。2.计算校正数C3.计算各类离均差平方和

SS总=X2－C=991.27－864.16=127.11当前45页，总共70页。SSAB=SS处－SSA－SSB

=114.84－69.48－38.57=6.79此处SSAB反映A疗法与B疗法的交互作用SS误差=SS总－SS处=127.11－114.84=12.27当前46页，总共70页。

4.计算各类离均差平方和所对应的自由度

df总=N－1=40－1=39

df处=(A的水平数×B的水平数)－1=(2×2)－1=3dfA=A的水平数－1=2－1=1

dfB=B的水平数－1=2－1=1

dfAB=df处－dfA－dfB=3－1－1=1

或dfAB=(A的水平数－1)(B的水平数－1)

=(2－1)(2－1)=1

df误差=df总－df处=39－3=36当前47页，总共70页。5.列方差分析表,如表５F=MSAB/MS误差=19.91，F0.05(1,36)=4.11.F0.01(1,36)=7.40,P<0.01，交互作用有统计学意义；A、B各水平间差异有统计学意义表５方差分析结果当前48页，总共70页。可见同时使用疗效较好。

A、B两疗法的交互作用有统计学意义，就是说A、B两疗法同时使用效果更好，有协同作用。当前49页，总共70页。两因素析因设计方差分析中的多重比较

当双向方差分析拒绝无效假设时，需要进一步确定哪些水平间的效应差异存在统计学意义。当交互作用无统计学意义时，可直接对处理因素各水平的平均值进行比较。当交互作用有统计学意义时，必须用两因素各水平组合下的平均值进行比较。

当前50页，总共70页。

单独效应（simpleeffect）是指其他因素固定在一个水平时，余下的一个因素不同水平之间均数的差别。

交互效应(interaction)是指如果一个处理因素各水平的单独效应随另一因素水平变化而变化，而且变化的幅度超出抽样误差可解释的程度，则称两个因素间存在交互效应或交互作用。

在临床实践中，不同药物间的协同作用或拮抗作用都可以看成是交互作用的实例。当前51页，总共70页。当前52页，总共70页。当前53页，总共70页。当前54页，总共70页。当前55页，总共70页。当前56页，总共70页。当前57页，总共70页。第五节具有重复测量的设计

Repeatedmeasurementdesign

接受不同处理的受试对象在不同时间点上被重复观测，适于研究处理效应随时间推移的动态变化情况的实验研究场合。当前58页，总共70页。重复测量的定义

重复测量(repeatedmeasure)是指对同一研究对象的某一观察指标在不同场合（occasion，如时间点）进行的多次测量。例如，为研究某种药物对高血压（哮喘病）病人的治疗效果,需要定时多次测定受试者的血压（FEV1），以分析其血压（FEV1）的变动情况。注：FEV1——最大呼气量当前59页，总共70页。实例举例1每一根线代表1只兔子当前60页，总共70页。实例举例2每一根线代表1位病人当前61页，总共70页。重复测量设计的优缺点优点：每一个体作为自身的对照，克服了个体间的变异。分析时可更好地集中于处理效应.因重复测量设计的每一个体作为自身的对照，所以研究所需的个体相对较少，因此更加经济。缺点：滞留效应(Carry-overeffect)

前面的处理效应有可能滞留到下一次的处理.潜隐效应(Latenteffect)前面的处理效应有可能激活原本以前不活跃的效应.学习效应(Learningeffect)

由于逐步熟悉实验，研究对象的反应能力有可能逐步得到了提高。当前62页，总共70页。表７

接受不同处理的家兔血浆中K+含量的测定结果━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━处理组家兔血浆中K+含量（ppm）(因素A)编号缺氧时间T(h）：T1（0）T2（0.5）T3（1）T4（2）─────────────────────────────────A1（适应组）

1154.5129.8122.7171.72173.0124.0170.4168.63186.0131.0137.0138.04161.0154.0178.0128.05187.0158.0162.0152.0A2（平原组）

6144.4135.5149.9129.17147.1134.2138.3146.18183.6189.3190.5227.39181.7160.3163.3163.310166.7136.8134.6142.5A3（急性缺

11173.3231.4293.7401.4

氧组）12155.1199.6191.8203.413177.9153.6158.7240.314158.2146.7135.2228.715