实验设计方案

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1、第1页/共26页 一、完全随机设计一、完全随机设计 二、配对设计二、配对设计 四、随机区组设计四、随机区组设计 三、交叉设计三、交叉设计 五、析因设计五、析因设计第三节 常用的实验设计方案第2页/共26页一、完全随机设计 完全随机设计也称为单因素设计，该设计只能分析一个处理因素的作用。处理因素可有2 2个或2 2个以上水平，每个水平代表一个分组。特点只涉及一个因素(变量)。将受试对象按随机化的方法分配到各个处理组中，观察实验效应。例数相等时，效率较高。优点简单易行，应用广泛，容易进行统计分析。缺点只能分析一个因素，效率不太高。分析方法：两样本t t检验，秩和检验，单因素方差分析。第3页/共26

2、页预选对象受试对象对照组纳入标准实验组随机化完全随机设计方案示意图完全随机设计方案示意图第4页/共26页二、配 对 设 计 配对设计是将受试对象按一定条件配成对子，分别给予每对中的两个受试对象以不同的处理。配对的条件是影响实验效应的主要非处理因素。非处理因素动物主要有：种属，性别，年龄，体重，窝别等因素；人群主要有：种族，性别，年龄，体重，文化教育背景，生活背景，居住条件，劳动条件等因素。其中病人还应考虑疾病类型，病情严重程度，诊断标准等方面。配对设计的目的是降低、减弱或消除两个比较组的非处理因素的作用。第5页/共26页（1）配对设计 将两个条件相近的受试对象按1:1配成对子，然后对每对中的个

3、体随机分组，再施加处理因素观察效应。医学科研中常见的配对设计有下列几种类型：（2 2）自身对照设计 临床上常见情况是，把病人治疗前与治疗后的检测指标值作为一对数据。若干个病人的检测值作为若干对数据。这种设计为配对设计中的一种。（3 3）同一标本用两种方法检测 采集的同一份标本或样品如果用两种方法进行检测，则得到一对数据。检测一批样品则得到若干对数据。此种设计也属于配对设计。第6页/共26页第7页/共26页三、交 叉 设 计 在自身配对设计基础上发展的双因素设计在自身配对设计基础上发展的双因素设计(两个阶段两个阶段,两种处理两种处理)。它可在同一病人身上观察两种或多种处理的效应。它可在同一病人身

4、上观察两种或多种处理的效应。设计设计:配对分两组；配对分两组；（阶段（阶段)）（阶段（阶段 交叉设计的基本模式见图：交叉设计的基本模式见图：按纳入标准 阶段 I 阶段 II 确定病人 A 处理(测量)B 处理(测量)间歇期 B 处理(测量)A 处理(测量)交叉设计是一种特殊的自身对照设计。它克服了由于施加于受试对象的处理因素在时间上的不同而导致的试验效应的偏差。1 1 组组，先先 A A后后 B B因素，因素，2 2 组，组，先先B B 后后A A 因素。因素。第8页/共26页（一）交叉设计的特点 由于处理和处于先后两个实验阶段的机会相等，因此，平衡了实验顺序的影响。而且能把不同处理之间的差别

5、与时间先后顺序之间的差别，还有受试者个体间差别分开分析，因此，该设计的实验效率较高。交叉设计的一个限制条件是，当处理停止时应该没有残留效应，即当处理或停止使用时，其效力不能持续到下一个时间阶段。否则，处理或的效果就无法判定。第9页/共26页 1.先将条件相近的受试对象按1:1配成若干对子；2.用随机方法将每对中的两个个体分为两组；3.决定两个组中的哪个组的受试对象先用A处理因素，后用B处理因素；另一组的受试对象则与此相反。4.在试验的不同时期即前后两个阶段，A与B两种处理因素既同时使用又交叉使用。两组中A结果与B结果之差即为试验效应。(二)设计方法:第10页/共26页 例例 某医院研究依那普利

6、某医院研究依那普利(A(A 药药)治疗高血压的疗效，以传统的抗高血压药治疗高血压的疗效，以传统的抗高血压药卡托普利卡托普利(B(B 药药)作对照。经随机化将个体分为两组，一组先给作对照。经随机化将个体分为两组，一组先给A A 药后给药后给 B B药，另一组给药，另一组给B B 药后给药后给 A A 药。第一、二阶段均为一个月，一、二阶段之间药。第一、二阶段均为一个月，一、二阶段之间的间歇期为一周。结果见下表。的间歇期为一周。结果见下表。两种药物治疗高血压的临床交叉试验两种药物治疗高血压的临床交叉试验 A A 药药 B B 药药 B B 药药 A A 药药 病例号病例号 第一阶第一阶段段 第二阶

7、第二阶段段 病例号病例号 第一阶第一阶段段 第二阶第二阶段段 1 1 102102 104104 16 16 108108 100100 2 2 。108108 。106106 。17 17 。110110 。9494 。第11页/共26页 第12页/共26页 随机区组设计也称为配伍组设计或双因素设计。它是1:11:1配对设计的扩展扩大。该设计是将受试对象按一定条件先划分成若干个区组或配伍组，再将每一区组中的各受试对象随机分配到各个处理组中去。四、随机区组设计 A 接受甲处理接受甲处理实验对象实验对象配成区组配成区组随机分配区组中随机分配区组中 B 接受乙处理接受乙处理 C 接受丙处理接受丙处

8、理 D 接受丁处理接受丁处理统计分析方法 方差分析；秩和检验 第13页/共26页例 研究人员在进行科研时，要观察2 2个因素的作用。欲用2020只动物分为五个区组和四个处理组。试进行设计及分组。设计及分组方法和步骤如下：（1 1）该设计可采用随机区组设计方案。分析的两个因素的作用可分别列为区组因素和处理组因素。两因素服从正态分布、方差齐性且相互独立。（2 2）取同一品系的动物2020只。其中每一区组取同一窝出生的动物4 4只。五个区组即为五个不同窝别的动物。（3）将每一区组的4只动物分别顺序编号为14号，58号，912号，1316号，1720号，接受A、B、C、D四种处理方式。（4）查附表15

9、 随机排列表，任意指定5行，如第9至第13行。每行只随机取数14，其余数舍去。依次将随机数字记录于各配伍组的编号下，其随机数字即为该动物应分入的处理组，见下表。第14页/共26页按随机区组设计要求对20只动物进行分组 20只动物的分组结果 第15页/共26页析因设计 是一种多因素的交叉分组设计，是指两个或多个因素的各水平进行组合。它不仅可检验每个因素各水平间的差异，而且可检验各因素间的交互作用。交互作用 是指两个或多个因素的作用相互影响，各因素间互不独立，一个因素的水平有改变时，另一个或几个因素的效应也相应有所改变。交互作用的结果是使总的试验效应增强或降低。五、析 因 设 计(一一)概念及特点

10、概念及特点第16页/共26页最简单的析因设计为22（或22）析因设计。其意义为：试验中共有2个因素，每个因素各有两个水平。再如，222（或23）析因设计，表示试验中有三个因素，每个因素各有两个水平。数字表达式中的指数表示因素个数，底数表示每个因素的水平数。析因设计的特点是：可分析多个因素多个水平的试验效应，可以分析各因素的独立作用及其各级交互作用；节省样本含量，试验效率高；设计时较为复杂，计算较为繁琐。可用析因设计的方差分析处理数据。当因素个数较多时，计算量大，计算工作相当繁琐，对计算结果的解释也会变得十分错综复杂。第17页/共26页（二）22析因实验作用模式 22析因设计作用模式 第18页/

11、共26页（三）交互作用的类型 设实验研究中有A、B、C、D四种因素，其交互作用的 类型如下：（1）独立作用：A、B、C、D，是四个因素各自的单独作用。（2）一级交互作用：AB，AC，AD，BC，BD，CD，是任意两个因素的共同作用。（3）二 级 交 互 作 用：ABC，ABD，ACD，BCD，是任意三个因素的共同作用。（4）三级交互作用：ABCD，是四个因素的共同作用。上述独立作用与交互作用总共需进行15次试验，目的在于得出各因素的最佳水平及其组合。随着试验因素的增加，交互作用及试验次数会急剧增加。当试验次数很多时，则宜采用正交试验设计。第19页/共26页完全随机设计完全随机设计2222析因试

12、验析因试验 表5、家兔神经缝合后的轴突通过率(%)A(缝合方法)外膜缝合(A1)束膜缝合(A2)B(缝合后时间)1月(B1)2月(B2)1月(B1)2月(B2)10 30 10 50 10 30 20 50 40 70 30 70 50 60 50 60 10 30 30 30 研究目的：观察两种神经缝合方法、缝合后两个时间点神经轴突通过率第20页/共26页33析因试验举例考察不同剂量考的松和党参对ATP酶活力的作用。A因素(考的松)不用 低剂量 高剂量 不用 O A1 A2B因素 低剂量 B1 A1 B1 A2 B1 高剂量 B2 A1 B2 A2 B2第21页/共26页2232析因设计在培

13、养钩端螺旋体时，除已固定因素外，拟研究以下4个因素不同水平的效应，求最佳组合。A血清种类(2水平)：兔血清，胎盘血清B浓 度(2水平)：5%，8%C基 础 液(3水平)：缓冲液，蒸馏水，自来水D维 生 素(2水平)：加维生素，不加维生素第22页/共26页2232析因试验的钩端螺旋体计数A A(血清种类血清种类)B B=5%=5%浓度浓度B B=8%=8%浓度浓度C C=缓冲液缓冲液C C=蒸馏水蒸馏水C C=自来水自来水C C=缓冲液缓冲液C C=蒸馏水蒸馏水C C=自来水自来水D D加加不加不加加加不加不加加加不加不加加加不加不加加加不加不加加加不加不加兔血清兔血清14261426 6486

14、48 6846841763176311821182 5805801260126011441144 87587514471447122012201789178911831183124612461430143012411241151215121026102615991599187718772250225018831883109510951215121520002000139813981165116513811381145014501026102614101410167116711871187118961896170017001434143416121612 90990920222022242124

15、2113851385 830830241624161845184519621962192619262372237216511651胎盘血清胎盘血清604604 830830 867867 920920124312431126112611081108 57857811151115 93393312831283 68568510811081 853853 771771 7097091115111511761176 886886 669669 6986981024102411421142 546546487487 441441 403403 848848 41641612801280 831831

16、643643 79179110921092 677677 59559562462410301030 370370 574574 533533121212121159115910021002 559559 742742 534534 566566第23页/共26页正确应用析因设计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，找出最佳组合当考虑的因素较多，处理组数会很大(比如，4个因素各3个水平的处理数为3481种)，这时采用析因设计不是最佳选择，可选用正交设计。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。第24页/共26页实实 验验 设设 计计实验设计的基本构成三个基本要素四个基本原则受试对象处理因素试验效应 随机化的原则对照的原则重复的原则均衡的原则实验设计的基本构成实验设计的基本构成降压药降压药高血压病人高血压病人血压值血压值处理因素处理因素受试对象受试对象实验效应实验效应其他因素其他因素其他效应其他效应第25页/共26页谢谢您的观看！第26页/共26页