《实验设计教案》PPT课件.ppt

《《实验设计教案》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《实验设计教案》PPT课件.ppt（95页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、实验设计,第一节概论,科研课题的选择,科研设计,专业设计,统计设计,1.专业设计:,a.明确而且具体的目标,b.建立合理的假说及其依据,c.为达到目标提出的技术线路,d.完成目标必须的人，财，物均和信息资源,.统计设计:,围绕专业设计确立,a.统计设计的类型,b.样本的大小,c.分组方法,d.统计分析指标及方法,科研选题应具备,A.科学性：,a.实验对象的选择,b.观察指标的选择,c.数据收集，整理与正确的统计分析,b.必要性：,a.社会需要解决的问题,b.工作中遇到的问题,c.先进性,一等：世界首创或先进,二等：达到或接近世界水平,三等：国内领先或首创,D.可行性,a.技术上可行：学识，技术

2、力量，设备条件,b.时间上可行,c.财力上可行：试剂，动物,第二节 实验设计的三大要素,一.实验设计的定义(略),二.实验设计的三大要素,1.受试对象,指实验的承受者,基础医学,临床医学,预防医学,2.处理因素,研究因素,应注意,处理因素与非处理因素的区别,处理因素的标准化,处理因素与混杂因素的关系,实验效应：,观测指标,a.指标客观性,b.指标特异性,c.指标关联性,d.指标灵敏性,e.指标精确性,f.指标稳定性,实验设计的基本原理,第三节.,Fisher认为：在标准状态下，引进或改变处理因,素所产生实验效应的变化,由于标准状态是不存在的总是伴随有非,处理因素所产生的实验效应,即：,T+&,

3、e+s,实验设计的主要任务：,排除非处理因素的干扰效应,显示T作用,T+&,o+&,s,e+s,第四节,实验设计的基本原则,.对照原则：,即设立对照组,目的：使处理因素与非处理因素的差异有,科学的对比,*处理因素的效应大小，重要性的不是,其本身，而是通过对比所得的结论才有意义,举例：,对照的形式：,A.空白对照：对照组不施加任何处理因素,如：,实验组：接种疫苗,对照组：不接种疫苗,B.安慰剂对照,C.实验对照：对照组施加部分实验因素，,但不是所研究的处理因素,如：,对照组：普通面包,实验组：赖氨酸面包,D标准对照,E相互对照：几种处理（水平）互为对照,F.自身对照：对照与实验在同一受讨对象进行

4、,G历史对照：如病例对照研究,均衡原则,均衡形式：,A.交叉均衡,B.分层均衡,例：,某药预防肠道传染病的效果观察,甲幼儿园儿童服药后发病率下降,乙幼儿园儿童不服药发病率上升,结论：该药有预防效果,正确的是：,甲幼儿园,名儿童给药,名儿童不给药,乙幼儿园,名儿童给药,名儿童不给药,分别求出给药与不给药儿童的发病率，再比较,例：四种处理后，受试者皮肤温度恢复的冷水实验,把室温这个非处理因素分层，见下表,分别求出四种处理的实验效应再比较,.随机原则,指每个受试对象都有平等的机会被抽到,样本中来；每个受试对象有平等的机会被,抽到实验组或对照组,.重复原则：,指实验结果的重现性,往往靠样本含量来实现的

5、.,计量资料：一般为倍于研究因素,计数资料：一般为计量资料的倍,公式计算详见,http:/,PASS(power and sample size),练习题：,.医大一教授，长期从事蛇毒研究于年,在医大一院、二院、瑞金医院给100名脑血栓患者,服用了蛇毒，一月后，86%患者症状有了不同程度的,改善。因此，该教授认为蛇毒对治疗脑血栓有显著,疗效,建议科研处尽快组织专家予以认定,请问：从实验设计方面考虑一下该实验研究有无,缺陷、应如何改正？,2.有人设计某杀虫剂对粮食污染的动物实验，观察污染,因素对某些指标的影响。效应指标是动物体重,(1)组.污染米作饲料,(2)组.污染米带糠皮作饲料,(3)组.非

6、污染米作饲料,问:此设计有何缺陷?应如何改进?,3.欲比较A、B两种方法治疗胃溃疡,考虑到性别,、溃疡面（大、中、小）是混杂因素,应如何,进行分组？,注意：分层 注意：随机化,按性别和溃疡面分层后，每层内患者用分段随机化方法分配处理,为研究某药的催眠作用，应如何进行实验设计及资料分析,失眠患者服药后的睡眠时间（小时）,注：安眠药服用前后相比,差别显著（p.）,安慰剂服用前后相比,差别也显著（p.）,难以说明究竟是安眠药还是心理因素影响,了睡眠时间，因此需设立平行对照,两组差数d的方差分析表,故服安眠药与服安慰剂相比,睡眠增加时间未,见有显著差别,5.50年代用肾上腺素治疗婴儿眼晶状体后纤维,增

7、生证,治愈率为75%.治疗前后比较差别非常显著.,但后来证实此病与高氧环境有关.不作治疗.也可康复,问:应如何进行实验设计才具可比性？,6.举例说明6种对照形式,第五节 常用的实验设计方法,一.单组比较设计:,自身对照设计即实验与对照是同一个体上进行,1.对每个观察单位进行两次观察,第一次观察不给处理,第二次观察给予处理.,如:观察30名高血压患者,测量血压平均值x,给心得安再过几天后再测量血压平均值x,_,_,2.第一次给予A处理.x 第二次给予B处理.x,注意:”携带效应”carry up”洗脱期”wash out”,如:,3.交叉设计:将受试对象随机分为两组,第一组 给予A处理经过洗脱后

8、,第二组 给予B处理经过洗脱后,第一组给予B处理,第二组给予A处理,分别把A处理的效应.与B处理的效应求出来进行比较,克服了随机性差的缺点,4.单组比较的优缺点A 优点:节省样本 容,易控制条件,实验效率高B 缺点:除交叉设计外,随机性差,急性病不能用.注意携带效应与洗脱期,二.组间比较设计,是两组或多组间进行比较的设计方法,设计要求:实验组与对照组样本数尽量相等 条件均衡,A.优点:对比说明,设计简单,应用广泛.B.缺点:处理因素单一,灵敏度低.,举例:,三.配对设计,把实验对象按照一对一配成对子,随机将其中之一分到实验组.另一个分到对照组.,配对,自身配对,异体配对,接受处理前为对照,接受

9、处理后为实验,同一观察对象的不同指标也是自身配对,如:血糖与尿糖,血硒与发硒,分析 两种测得值之间的相关性,配对实验的特点是以对子为观察单位;一旦对子中一方脱离观察,应立即从样本中除 去该对子,配对设计的优点:a.实验效率高,节省样本,b.均衡性好,减少抽样误差,缺点:a.观察对象要经过挑选,易损失样本含量 b.延长实验时间,对子间的条件易发生变化,配对设计适用条件:a.保证实验个体与对照个体没有相互干扰.如:家兔双眼配对研究散瞳药.b.自身配对试验适用于短期对比或急性实验 c.对人进行异体配对,所控制的条件不可能是很严格的.一般只能根据2-3个因素配对.因此,每对的配对条件尽限2-3项,若对

10、比其它因素时,还需要重新进行配对.,如:肝Ca临床治疗研究.,可将病人按年龄,瘤大小,病程分三个层次.,A-40岁以上 a-40岁以下B-大瘤 b-小瘤C-半年以上,c-半年以下,可组成8个对子.,对子号,12345678,ABCABcAbCAbcaBCabCaBcabc,分层,配伍组设计(随机区组设计),是配对设计的扩展,先按影响实验结果的非处理因素将受试对象配伍(区组),再分别将各配伍组内的受试对象随机分配到各处理或对照组,配伍组内受试对象个数与处理水平数相等.,例1:欲比较三种抗癌药物对小白鼠肉瘤抑瘤效果,如何进行实验设计?(考虑配伍因素),配伍,A药 B药 C药 合计,12345,0.

11、82 0.65 0.51 1.980.73 0.54 0.23 1.500.43 0.34 0.28 1.050.41 0.21 0.31 0.930.68 0.43 0.24 1.35,合计 3.07 2.17 1.57 6.81 X 0.614 0.434 0.314 0.45,_,方差分析表,变异来源 自由度 SS MS F P,总变异 14 0.53 处理间 2 0.23 0.11 11.88 0.01配伍间 4 0.23 0.06 5.95 0.05误差 8 0.08 0.01,例2.欲研究酵解作用对血糖浓度的影响,应如何进行实验设计?,放置不同时间血液所含血糖浓度(mg%),123

12、45678,受试者编号,_ _ _ _,_ _ _ _,_ _ _ _,_ _ _ _,_ _ _ _,_ _ _ _,_ _ _ _,_ _ _ _,例3.某市为对比6台肺功能仪的性能,应如何 设计?提示:选择一些健康人测试肺活量拿符合国际标准的肺功能仪器做标准，用组间设计即可，也可以用区组设计。第一台 第二台 第三台 第四台 第五台 第六台 第七台患者1患者2患者3 患者4患者5患者6患者7,06年试题：问题一：自身对照设计有何优缺点：应如何 克服缺点？问题二：在针刺麻醉研究中，比较A、B两种参数 的电针刺激后，痛阈值上升情况。问：应如何设计（至少三种设计方法），请举例说明。（交叉、组间、

13、区组）问题三：配伍组设计与拉丁方设计分别是如 何体现实验设计原则的？其设计的 优点和缺点是什么请举例说明。问题四：配对设计如何满足随机原则？,配伍组设计如何体现实验设计原则？优缺点：选择25名高血压患者随机分成5个伍，伍伍之间患者不同（均衡原则）5个伍达到样本含量标准（重复原则），研究5种药（每个伍患者接受哪种药物治疗满足随机原则）。5个伍接受5种药物治疗（满足对照原则）优点：实验效率高。且可研究两个因素。缺点：若有一个患者脱离观察，所有样本均 失去意义，容易损失样本含量。,拉丁方设计,拉丁方是用r个拉丁字母为排成r行r列的方阵，且每行每列中每个字母都只出现一次，这样的方阵叫rxr拉丁方。拉丁

14、方设计是利用拉丁方安排实验的设计，字母安排处理因素，行、列安排控制因素。它是配伍组设计的拓展，可同时研究三个因素。,设计要求：（1）必须是三因素同水平数的试验；（2）设计时将拉丁字母安排处理因素行和列安排控制因素，并使行数、列数都相等（即水平数相同）；（3）任何两因素、三因素间均无交互作用。交互作用：因素与因素间的相互作用称为交互作用。即因素不独立的（类似拮抗或协同作用），一个因素改变时，另一个或几个因素的效应也相应改变。,一、拉丁方的基本型：,二、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

15、任意整行或整 列的变换，体现了随机原则。如：,第1与2行,交换,第列与列,交换,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。,三、拉丁方设计优缺点和和适用条件,1、优点：实验效率高，误差小，均衡性好。2、缺点：不能研究因素间的交互作用，三个因素水平数要求相同，一般的试验不容易满足此条件，在临床上只能用于慢性疾病不同处理后短期疗效的比较。3、适用条件：A、三因素研究，且各因素水平数相等。B、行间、列间、字母间均无交互作用。C、各行、各列、字母间的方差齐。,四、拉丁方设计的应用,例：应用蛇毒不同浓度、不同成份对不同瘤株的 抑制作

16、用研究。瘤株：小白鼠肉瘤180。小白鼠肝肉瘤 小白鼠艾氏腹水瘤 小白鼠网状细胞瘤浓度：0.00mg/Kg 0.03 mg/Kg 0.05 mg/Kg 0.075 mg/Kg,成份(峰)：、每个因素都是4个水平，可选用44拉丁方通常可任取一个基本型，通过随机化得到某一拉丁方如何安排实验：动物造型：小白鼠根据所选拉丁方，确定字母为瘤株。行为浓度，列为成份。实验结果如下：,例2、为了解4种强度的噪声刺激是否使动物体内消耗VC量有所不同，考虑到不同动物试验日期也会影响结果，应如何设计？(字母为噪声),2003年考题用超声乳化治疗白内障：乳化时间（字母）：5分钟、10分钟、15分钟乳化液种类（行）：国产

17、名牌、进口名牌、国产 消毒液冲洗液种类（列）：国产名牌、进口名牌、国产 消毒液该设计如何体现实验设计四大原则拉丁方设计相当于双配伍设计处理因素：即最重要最主要的研究因素,正交试验,一、正交试验定义 正交试验是研究与处理多因素试验的 一种科学方法。它是按照数理统计提供的一系列规格化的正交表来安排试验。由于正交表具有均衡搭配的特点，从而能够提供样本含量较少、代表性强的均衡设计，从中找到最优或较优的条件。,二、正交表的表示形式,正交表的表示形式是L试验次数（水平数因素数），L是正交表的代号。例如：L8（27），就表示7个因素，各取两个水平，共进行8次试验。,三、正交表特点,1、正交性：各水平在各列中

18、出现的次数相同2、均衡分散性：任意两列各水平的搭配均衡3、齐同可比性：在对比某列因素的各水平效果差异时，由于其他列因素的各水平出现的次数都是相同的，从而最大限度地排除了其它因素的干扰，使对比条件具备齐同可比性。,三、正交表特点,4、可分析因素间的交互作用L8（27）正交表 列 号试验号 1 2 3 4 5 6 7 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 2 2 2 2 3 1 2 2 1 1 2 2 4 1 2 2 2 2 1 1 5 2 1 2 1 2 1 2 6 2 1 2 2 1 2 1 7 2 2 1 1 2 2 1 8 2 2 1 2 1 1 2,四、正交表的选择,1、选择因

19、素：尽量包括全部有关因素2、确定水平数：主要因素水平数多些3、确定试验次数：尽力而为：试验次数多比 次数少的样本代表性强。4、重复：将正交表的每个试验号重复n次目的是减少试验误差。,五、统计分析方法,1、直观法：把评价指标最好的试验号配方定为最优方案。2、极差法：以各因素各水平极差值的绝对值从大到小排序，即可获得各因素的主次顺序，再选各因素的最大值的平均值作为最优水平。3、方差分析法,六、实例,（1）试验目的：确定某抗放射病有效药物的较优给药条件，以大鼠的存活天数作为评价指标。（2）选正交表：研究者提出制剂（A）、剂量（B）、途径（C）、时间（D）4个考察因素，各有两个水平，并考虑AB、AC及

20、BC3对交互作用，选定L8（27）正交表，即通过8次试验考察4因素3个交互作用、各自两水平。,抗放射线药实验考察的因素与水平,考察因素 水 平（1）（2）制剂，A 水剂 醇剂 剂量（mg），B 5 10途径，C 肌肉注射 口服时间，D 照前30分钟 照前10分钟,（3）结果分析：,直观法：从抗放射病药实验方案及实验结果可见存活30天为最大值，确定第7号动物的给药条件最优，即A2B2C1D1是最优配方。按抗放射病药实验方案及实验结果中R值的绝对值自大至小排列，AC D AB B BC AC 从而得到各因素的主次顺序。对比各因素k1与K2，以大值定为最优水平，得到A2C1D2B2为最优条件，它不包

21、括在18号动物方案内。,抗放射病药实验方案及实验结果,动物 因 素 及 水 平 实验结果号 制剂A，剂量B，AB 途径C，AC BC 时间D，（存活天数）1 2 3 4 5 6 7水（1）5（1）1 肌（1）1 1 30分（1）17.52 水（1）5（1）1 口（2）2 2 10分（2）16.5 3 水（1）10（2）2 肌（1）1 2 10分（2）19.54 水（1）10（2）2 口（2）2 1 30分（1）14.05 醇（2）5（1）2 肌（1）2 1 10分（2）29.56 醇（2）5（1）2 口（2）1 2 30分（1）20.57 醇（2）10（2）1 肌（1）2 2 30分（1）30

22、.08 醇（2）10（2）1 口（2）1 1 10分（2）26.0K1 67.5 84.0 90.0 96.5 83.5 87.0 82.0 计173.5K2 106.0 89.5 83.5 77.0 90.0 86.5 91.5R 38.5 5.5 6.5 19.5 6.5 0.5 9.5,方差分析表,方差来源 离均差平方和 自由度 均方 F值总 258.47 7制剂间（A）185.28 1 185.28 51.47 途径间（B）47.53 1 47.53 13.22 时间间（C）11.28 1 11.28 3.13 剂量间（D）3.78BC 0.03AB 误 5.28 14.38 4 3.

23、60 AC 差 5.28剩余 0.01 P0.01 P 0.05,析因设计,它是一种交叉分组设计，可以进行因素各水平间的比较，也可进行分析因素间的交互作用。判断是否有交互作用：看各因素合在一起的效应是否与它单独效应之和是否相同。,22析因设计 即两因素、两水平的析因设计。,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/mm）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,设：叶酸为A因素，2水平，A1为不用，A2为用叶酸；铁剂为B因素，2水平，B1为不用，B2为用铁剂；共有4个交叉组：第一组：A1B

24、1 第二组：A2B1 第三组：A1B2 第四组：A2B2每组观察三个病人，观察结果见下表：,从结果可看出：不用B药时：用A药可平均增加红细胞1.2-0.8=0.4用B药时：用A药可平均增加红细胞2.1-1.0=1.1可看出B因素在不同水平下，用A药和不用A药平均增加红细胞数是不同的，其相差为：1.1-0.4=0.7这就是两药的交互作用,即协同作用,析因设计的统计分析总变异:A+B+AB+误差变异ss总x-c=3.0425 C=(x)=19.5075,ssA=5.4+9.9c=1.6875ssB=6.0+9.3c=0.9075ssAB=（2.4+6.3）-（3.0+3.6）=0.3675,VA=

25、A的水平数-1VB=B的水平数-1VAB=VAVB,结论：A、B两药均有效，且两药间具有协同作用。,问题：欲比较不同缝合方法及缝合后时间对轴突通过率的影响，试做析因分析。A因素为缝合方法，有两水平A1：外膜缝合A2：束膜缝合B因素为缝合后时间，有两水平B1：缝合后1个月B2：缝合后2个月试验结果为：家免神经缝合后的轴突通过测量（计量资料）,第六节:其他,随机数表的应用,一、配对设计：如：现有10对高血压二期患者，问：如何保证随机原则？首先，把10对患者编成号，1、210，然后，查随机数字表或随机排列表，任意行或列，凡随机数字为双数者，该对子中第一个受试对象分入甲组，而同对子中的另一对象则分入乙

26、组，反之亦然，查随机数表第16行开始：,配对号：1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 随机数字：88 56 53 27 59 33 35 72 67 47第一个对象：甲 甲 乙 乙 乙 乙 乙 甲 乙 乙第二个对象：乙 乙 甲 甲 甲 甲 甲 乙 甲 甲,二、配伍设计：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：88 56 53 27 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。,三、组间设计：（1）两组间设计：例：将20名高血压患者随机分为两

27、组，如何保证随机原则？方法：将20名高血压患者编号：1、2、3、4、5、6、7、20，查随机数表任意行或列，规定单数分入甲组，双数乙组，88 56 53 27 59 33 3590 乙 乙 甲 甲 甲 甲 甲乙最后有9个分入乙组，11个分入甲组；为了等分两组，可先将随机数字排序，排20个，规定前10个随机数字相对应的将受试对象分入甲组，后10个分入乙组。,（2）多组间设计：例：将24人分为三组，如何保证随机原则？将24人编号：1、2、324，查随机数字表，列于其下：88、56、53、27、59、33、3570先把随机数字排序，规定前8个随机数字所对应的受试对象分入甲组，中间8个分入乙组，后8个分入丙组。,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。,每伍4个受试对象，接受四个水平处理,特点：1、每个处理因素出现的次数都相同；2、任意两个因素出现的次数都相同。因此，该设计是均衡的。由于每个配伍组不能安排所有的处理，因此是不完全的。,再见!,