常用医学实验设计

常用实验设计方法（一）完全随机设计（二）配对设计（三）随机区组设计常用实验设计方案（四）拉丁方设计（五）析因设计（六）正交设计医学实验设计必须遵循对照、随机、重复和均衡的基本原则。不同的研究目的应采用不同的设计方法安排实验。医学研究中常用的实验设计方法有：一、完全随机设计(completelyrandomdesign)完全随机设计将实验对象完全随机地分配到实验组与对照组（或多个处理组）中去进行实验观察。完全随机设计亦称单因素设计，即只有1种处理因素，但可以有多个水平。一、完全随机设计受试对象实验组1，2，…对照组随机化各组样本含量可以相等，也可以不等，但相等时统计分析效率最高。完全随机化分组方法1.将受试对象依次编号;2.用抽签法、随机数字表法、随机排列表法把受试对象随机分配到各处理组中去。完全随机设计的随机分配方法样本例数≤

20，使用随机排列表样本例数＞

20，使用随机数字表1.将动物依次编号1，2，….n2.从随机数字表中从任一数字开始向任一方向查出n个随机数字，依次抄录于动物编号下面3.按预先规定，将随机数字为偶数者分入A组，为奇数者分入B组4.组间调整方法一、随机数字表法分组例1试将性别相同、体重相近的18只实验动物等分到A、B两组。动物号123456789101112131415161718随机数字162277943949544354821737932378873520组别AABABBABAABBBBABBA用随机数字表进行分组初步分配结果组别动物号A12479101518B3568111213141617组间调整：接着摘抄一个随机数字，96，除以10的余数为6，故把12号动物分至A组中。最终分配结果组别动物号A1247910151812B35681113141617例1试将性别相同、体重相近的18只实验动物等分到A、B两组。

1.将实验动物编号。2.查随机排列表：随机指定第6行，舍去18～19字，将0～17之间的数字依次录于动物号下。3.预先规定，将随机数字为0～8者分入A组，9～17者分入B组。编号123456789101112131415161718随机数 组别 方法二、随机排列表法分组动物号123456789101112131415161718随机数字11215141081211743091661375组别BABBBABABAAABBABAA随机排列表法分组最终分配结果组别动物号A268101112151718B1345791314161.将动物依次编号1，2，….n2.从随机数字表中从任一数字开始向任一方向查出n个随机数字，依次抄录于动物编号下面3.求出每个随机数字被3除后的余数4.按预先规定，将余数为0者分入A组，为1者分入B组，为2者分入C组。5.组间调整方法一、随机数字表法分组例2试将性别相同、体重相近的30只实验动物等分到A、B、C三组。方法一、随机数字表法分组对象编号123456789101112131415随机数字除以3的余数组别对象编号161718192021222324252627282930随机数字除以3的余数组别方法一、随机数字表法分组对象编号123456789101112131415随机数字495443548217379323788735209643除以3的余数101012102002201组别BABABCBACAACCAB对象编号161718192021222324252627282930随机数字842634916484421753315724550688除以3的余数021110022100101组别ACBBBAACCBAABAB初步分配结果组间调整：从随机数字表中接着查一随机数字，77，除以12，余5;则将A组中的第5只“11号”分至C组；组别动物号A248101114162122262729B135715181920252830C691213172324组间调整1组间调整：从随机数字表中接着查一随机数字，77，除以12，余5，则将A组中的第5只“11号”分至C组；从随机数字表中接着查一随机数字，04，除以11，余4，则将A组中的第4只“10号”分至C组；组别动物号A2481014162122262729B135715181920252830C69121317232411组间调整2组间调整：从随机数字表中接着查一随机数字，77，除以12，余5，则将A组中的第5只“11号”分至C组；从随机数字表中接着查一随机数字，04，除以11，余4，则将A组中的第4只“10号”分至C组；组别动物号A24814162122262729B135715181920252830C6912131723241110组间调整3组间调整：从随机数字表中接着查一随机数字，77，除以12，余5，则将A组中的第5只“11号”分至C组；从随机数字表中接着查一随机数字，04，除以11，余4，则将A组中的第4只“10号”分至C组；从随机数字表中接着查一随机数字，74，除以11，余8，则将B组中的第8只“20号”分至C组；组别动物号A24814162122262729B135715181920252830C6912131723241110最终分配结果组别动物号A24814162122262729B1357151819252830C691213172324111020各组接受何种处理也要随机化。完全随机设计分析方法

(计量资料)①两个处理组为小样本时，可以考虑两个样本均数比较的ｔ检验或秩和检验(Wilcoxon两样本比较法)。②两个处理组为大样本时,可以用两个样本均数比较的ｕ检验。③多个处理组时可以考虑单因素方差分析或秩和检验(KruskalWallis法)。完全随机设计分析方法

(计数资料)①当研究分为两组时，可以考虑两个样本率比较的u检验、χ2检验或Fisher’s精确概率法。②当研究分为多组且观察指标无序时，可采用χ2检验。③当研究分为多组且观察指标有序时，秩和检验(KruskalWallis法)或ridit分析。一、完全随机设计优点：简单易行。实验中个别发生意外情况对实验结果影响不大。缺点：一次实验只能分析比较一个因素的实验效应。没有控制混杂因素在各组的影响，实验效率较低。要求样本含量相对较大（一）完全随机设计（二）配对设计（三）随机区组设计常用实验设计方案（四）拉丁方设计（五）析因设计（六）正交设计二、配对设计

（paireddesign）配对设计是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实验组与对照组(或不同处理组)。二、配对设计受试对象配对的特征或条件，主要是指年龄、性别、体重、环境条件等非实验因素，不要以实验因素作为配对条件。根据受试对象来源的不同，分为同源配对(homogeneticmatching)和异源配对(hetero-geneticmatching)两种。同源配对

(homogeneticmatching)又称同体配对(homobodymatching),即试验和对照在同一受试个体身上进行观察的方法，分为4种类型：(1)同一受试对象处理前、后的数据；(2)同一受试对象两个部位的数据；(3)同一受试对象、同一样品用两种方法或仪器检测结果；(4)用同一方法或仪器检测同一受试对象不同标本的检测结果。

异源配对

(heterogeneticmatching)例如：取同窝别、同性别、体重近似的2只动物配对；将病种、病型、病情及其它影响疗效的主要因素一致的病人配成对子；二、配对设计例3将样本中20例受试对象按性别相同、年龄、工作性质相近者配成对子，共10对。用随机排列表将每对中的两个受试对象随机分配到甲、乙两个处理组中。配对设计方法1.先将10对受试者编号，如第一对第1受试者编为1.1，第2受试者编为1.2，余仿此。2.再随机指定随机排列表第2行，舍去10～19之间的数字，并规定单数取甲、乙顺序，双数取乙、甲顺序。配对设计分配结果组别受试者编号甲1.22.13.24.25.16.17.28.19.210.1乙1.12.23.14.15.26.27.18.29.110.2例：如何将12对大鼠随机分配到两个不同处理组中？配对设计数据分析效应指标为数值变量参数检验：配对t检验（差值t检验）；非参数检验：Wilcoxon符号秩和检验；效应指标为分类变量配对四格表（2×2列联表）χ2

检验。二、配对设计优点：提高组间均衡性和统计效率，减少抽样误差；样本含量较小；统计分析方法简单。缺点：设计复杂；配对失败或配对欠佳时，会降低实验效率；观察对象要经过挑选,易损失样本含量；延长实验时间,对子间的条件易发生变化。例某厂医务室测定了10名氟作业工人工前、工中及工后4小时的尿氟浓度()，结果见下表.问氟作业工人在这三个不同时间的尿氟浓度有无差别?表氟作业工人不同时间的尿氟浓度(

)64.21192.6558.9573.6960.0110104.22312.65105.27121.0686.329110.54331.61100.01126.33105.278137.56412.67200.02138.9673.69779.31237.9265.27126.3346.326146.50439.51194.75144.75100.015184.22552.67210.54166.33175.80459.65178.9668.4363.1647.373105.62316.8765.27163.1788.432106.68320.0387.38142.1290.531

工后工中工前编号（一）完全随机设计（二）配对设计（三）随机区组设计常用实验设计方案（四）拉丁方设计（五）析因设计（六）正交设计三、随机区组设计(randomizedblockdesign)随机区组设计又称配伍组设计，这种设计实际上是配对设计的扩大。这种设计是将多方面条件相同或相近的受试对象组成区组或配伍组，再将每一区组的受试对象随机分配到各个处理组中。每个随机区组的受试对象数目取决于处理组数。三、随机区组设计

A接受甲处理实验对象→配成区组→随机分配区组中

B接受乙处理

C

接受丙处理

D

接受丁处理

…

…例4将21只小白鼠随机分组，分别接受A、B、C三种处理。三、随机区组设计随机区组设计方法21小白鼠编成7个配伍组，每个配伍组3只小白鼠。1～3号为第1配伍组，4～6号为第2配伍组，余类推。查随机排列表，随机指定7行，如第2～8行，在每行只取随机数1～3，其余数舍去，依次标于各配伍组的受试者编号下。预先规定随机数字为1划入A组，为2划入B组，为3划入C组。随机区组设计方法受试者号123456789101112随机数213123132123处理BACABCACBABC受试者号131415161718192021随机数213321321处理BACCBACBA分配结果配伍组处理组ABCⅠ213Ⅱ456Ⅲ798Ⅳ101112Ⅴ141315Ⅵ181716Ⅶ212019随机区组设计资料通常采用方差分析来处理。随机区组设计：例：将病期、病程、年龄等相近似的高血压患者20人分别配成5个配伍组，问如何保证随机原则？第一伍受试对象编号：1、2、3、4

查随机数表随机数：88565327

丁丙乙甲规定：按随机数字大小分入甲、乙、丙、丁四种处理。第二、三、四、五伍可按此法进行随机。均衡不完全配伍组设计

(balancedincompleteblocksdesign)

一般每个配伍组的受试对象个数k应等于处理组数v，但有时处理组数v多于配伍组所能容纳的受试对象个数，即v>k。此时每个配伍组不能把所有的处埋都安排进去，可采用均衡不完全配伍组设计，简称BIB设计。

均衡不完全配伍组设计是指处理组数多于配伍组所能容纳的个数。配伍组设计配伍组号处理因素1ABCD2BADC3CBAD4DCBA每伍4个受试对象，接受四个水平处理61均衡不完全配伍组设计设有A、B、C、D四种处理，每个配伍组只能按排3个处理，不能安排所有的4个处理，因此是不完全的。如果按照表5－1设计，则每个处理因素出现的次数都相同(3次)；且任意两个因素在同一配伍组内的次数也是相同的(2次)，因此设计是均衡的。

表5－1均衡不完全配伍组设计配伍组号处

理

因

素1234AAABBBCCCDDD随机区组设计优点：处理组间的可比性更强；增加了区组信息，实验效率较高；缺点：受配伍条件限制，样本难获得；分组较繁，要求单位组内实验单位数与处理数相同，有时实际应用有一定困难；实验结束若有数据缺失，统计分析较麻烦。（一）完全随机设计（二）配对设计（三）随机区组设计常用实验设计方案（四）拉丁方设计（五）析因设计（六）正交设计单因素设计多因素设计

研究蛇毒的抑瘤作用，拟将四种瘤株匀浆接种小白鼠，一天后分别用四种不同的蛇毒成份，各取四种不同的剂量腹腔注射，每日一次，连续十天，停药一天，解剖测瘤重。（一）完全随机设计（二）配对设计（三）随机区组设计常用实验设计方案（四）拉丁方设计（五）析因设计（六）正交设计四、拉丁方设计（Latinsquaredesign）

所谓拉丁方是一个用拉丁字母A、B、C、D….排列成的方阵。这个方阵中每个字母在任意行或列中，均出现一次，而且仅仅出现一次。如3×3、4×4标准拉丁方：ABCDBCDACDABDABCABCBCACAB四、拉丁方设计

（Latinsquaredesign）

拉丁方设计是将三个因素按水平数r排列成一个r×r随机方阵，然后按照拉丁方阵型将受试对象分配到各个处理组中去进行实验的一种设计方法。适用条件：

涉及三个处理因素，各因素间无交互作用且水平数相等。设计步骤根据因素的水平数选定拉丁方表。将选定拉丁方表随机化，即行、列交换。规定行、列、字母代表的因素和水平。按照拉丁方阵进行试验。拉丁方设计例5研究蛇毒的抑瘤作用，拟将四种瘤株匀浆接种小白鼠，一天后分别用四种不同的蛇毒成份，各取四种不同的剂量腹腔注射，每日一次，连续十天，停药一天，解剖测瘤重。试作拉丁方设计。瘤株A（肉瘤180）B（肝肉瘤）C（艾氏腹水瘤）D（网状细胞瘤）成份ⅠⅡⅢⅣ剂量（mg/Kg)1（0）2(0.03)3(0.05)4(0.075)拉丁方设计步骤本例有3个因素，每个因素4个水平。按水平数选定标准拉丁方，4×4拉丁方将标准方随机化，可将整行、整列调换，使之随机化。规定字母、行、列所代表的因素和水平。ABCDBADCCDABDCBACBADDABCADCBBCDACBADADCBDABCBCDA剂量(mg/Kg)成份ⅠⅡⅢⅣ0.000CBAD0.030ADCB0.050DABC0.075BCDA规定：字母为瘤株，行为剂量，列为成份蛇毒抑癌实验结果（瘤重）浓度成分合计ⅠⅡⅢⅣ0.00A0.80B0.74C0.31D0.482.330.03B0.50A0.36D0.18C0.201.240.05C0.38D0.44A0.17B0.421.410.07D0.22C0.25B0.36A0.281.11合计1.901.791.021.386.09瘤株合计A1.61B2.02C1.41D1.32

方差分析表变异来源ＳＳＶＭＳＦＰ总0.510315浓度间0.228730.007629.29﹤0.05峰间0.121730.04064.95﹤0.05瘤株间0.110630.03694.50﹥0.05误差0.049360.0082

拉丁方是如何体现实验设计原则的？1、对照原则：各字母间体现各处理间相互对照各行、列的水平数间体现相互对照。2、随机原则对拉丁方基本型，可进行任意整行或整列的变换，体现了随机原则。3、均衡原则：每个字母在每一行每一列均出现一次，体现了均衡原则。4、重复原则：每个格子可同时安排多个受试对象。四、拉丁方设计优点拉丁方设计可以看成是纵横两相皆为配伍组，可以用较少的重复次数，获得较多的信息，统计效率更高。缺点

要求各因素的水平数必须相等且无交互作用，实际应用中有一定局限性。如：12例缺铁性贫血病人的疗效观察，分为4组，给予不同治疗，一个月后检查各组病人红细胞增加数（百万/mm³）第一组一般疗法第二组一般疗法+叶酸第三组一般疗法+铁剂第四组一般疗法+叶酸+铁剂（一）完全随机设计（二）配对设计（三）随机区组设计常用实验设计方案（四）拉丁方设计（五）析因设计（