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1、医学论文中统计分析错误辨析与释疑(20)沃登编辑一、合理选用实验设计类型的指导思想面对一个具体的买验研究可题，究竟应该选择什么实验设计类型合适呢？首先应考虑拟考察的实验因素的个数、各因素的水平数以及是否要考察因【石1的心佐 田甘旳 审耒1彥丿认命十口 C嵯制 轴 衣面对一个具体的实验研究问题，究竟应该选设计”。择设计3:若E择命帘女白轴滸則-设计3：若动物饲养中心能明确地区分每只猫所来自的窝别，也知道每只猫的年龄，那么，研究者素之间的交互作用;其次，应考虑必须加以控制的区组因素（即重要的非实验因素） 的个数及其水平数; 第三，应结合专业知识，考虑因素在施加时有无特殊要求，如“同时施加，还是分先
2、后顺序施加”;同一个因素的各水平作用于受试对象时有无特殊要求，如“每一个受试对象只能接受因素的一个水平，还是可以接受因素的多个水平”;第四，实验者在经济、时间等方面的承受能力。将以上4 方面综合起来考虑， 是针对具体问题合理选用实验设计类型的基本指导思想。二、针对具体问题合理选用某种设计类型举例（一）“成组、配对、交叉”设计中应选择哪一个例1 已知某中药有一定的降血压作用，先打算通过动物实验了解该药的最适剂量。研究者根据预实验的结果，拟采用A、B两种可能的剂量，并要求用猫作为受试对象。已知此药的持续作用时间小于6 h，6 h 后血压又会恢复到原先的水平。根据先验知识和对结果的精度要求，按统计公
3、式估算，每一组至少要用5 只猫。问：有哪几种可能的设计类型?其中最优者是哪一种?分析与解答:设计1:由于该药有两个剂量A和B， 故最简单的做法是将10 只猫完全随机地均分成2组,1组给药剂量为A,另1组给药剂量为B,即采用“成组设计”。设计2: 我们还可以将10 只猫按他们自身的条件,将性别、体重、年龄、健康状况、基础血压值等各方面都相同或接近的每两只猫配成1 对,用随机的方法决定其中1只猫接受该药的A剂量，另1只猫接受该药的B剂量，即采用“条件相近者配对实验设计类型的合理选择在领取猫时，可以规定:全部猫的年龄要基本相同， 从每一窝中取出2 只“性别相同、健康状况和基础血压值等各 方面都相同或
4、接近”的猫配成1对，用随机的方法决定其中1只猫接受该药的A剂量，另1只猫接受该药的B剂 量，即采用“同源配对设计”。将上述3 种设计用表格的形式给出，以便比较， 见表1 。上述3 种设计都存在一个不足之处:动物的利用率低，因为只要两次用药时间间隔大于6 h， 可就在同一只猫 身上使用该药的两种剂量各实验1 次。于是，可以考虑下面的另外3 种设计。设计4:每只猫都先用该药的A剂量，后用该药的B剂量，时间间隔为8 h,每次用药前后都测血压值,用其 差值作为观测指标， 即采用“自身配对设计”。设计5: 将全部10 只猫完全随机地均分成2 组，用随机的方法决定第1 组5 只猫使用该药两种剂量的顺序，
5、如先A后B，则第2组中的5只猫使用该药剂量的顺序正好相反。每只猫两次用药的时间间隔为8h，每次用药 前后都测血压值，用其差值作为观测指标，即采用“成组交叉设计”。编 号剂量：血压改变值号血压改变值窝别血压改变值齐uAB剂 量：AB量：AB1xx1xx 1xx2xx2xx2xx3xx3xx3xx4xx4xx4xxxxxxxx表1 成组设计、条件相近者配对设计和同源配对设计的列表格式555注:表中的“ x ”代表每只猫用药前后血压的差值设计6: 将全部10 只猫按它们所具备的条件配成5 对（配对条件越严越好，如同源配对），用随机的方法决定每 一对中2 只猫使用该药两种剂量的顺 序,如其中1只猫使用
6、该药剂量的顺序为先A后B，则另1只猫使用该药剂量的顺序正好相反。每只猫两次用药 的时间间隔为8h，每次用药前后都测血压值，用其差值作为观测指标，即采用“配对交叉设计”。计也身 设计类型点评:显然，后3个设计比前3个设计卄 二.V -对所有於将上述3种设计用表格的形式给出，以便比较，见表2。 从每一窝中取出压值等各方面者用随机的方法来对动物的利用率提高了,作统计分析时“自由度”增大了与就人为甘4（即自身配对设计）还是有问题的，对所有的猫来说,用该药的剂量都是先A后B，这样就人为地引入了“顺序误差”;设计5（即成组交叉设计）是比较好的设计方法，它可以将该药的A、B两个剂量的 使用顺序所产生的影响分
7、解出来;从对受试对象个体差异的控制角度来考察，设计6（即配对交叉设计） 的效果应 该是最好的。（二）“单因素k水平设计、配伍组设计、拉丁方设计”中应选择哪一个例2 已知某中药有一定的降血压作用，先打算通过动物实验了解该药的最适剂量。研究者根据预实验的结 果,拟采用A、B、C、D4种可能的剂量，并要求用猫作为受试对象。已知此药的持续作用时间小于6 h,6 h后血 压又会恢复到原先的水平。根据先验知识和对结果的精度要求，按统计公式估算， 每个剂量组至少要用4 只猫。其中最优者是哪一种?分析与解答:设计1: 由于该药有4 个剂量,故最简单的做法是将16 只猫完全随机地均分成4 组, 分别给予该 药的
8、不同剂量,即采用“单因素4 水平设计”。设计2: 我们还可以将16 只猫按他们自身的条件,将性别、体重、年龄、健康状况、基础血压值等各方面都 相同或接近的每4 只猫形成1 个配伍组,用随机的方法将每一个配伍组中的4 只猫分配到4 个剂量组中去,即采 用“条件相近者配伍设计”。ym 人 l- 7? /、。宀 n “1丄规定:全部猫的彳 4只“性别相同、健设计3:若动物饲养中心能明确地区分每只猫所来自的窝别,也知道每只猫的年龄，那么，研究者在领取猫时,可以规定:全部猫的年龄要基本相同, 从每一窝中取出4 只“性别相同、健康状况和基础血压值 等各方面都相同或接近”的猫形成1 个配伍组, 用随机的方法
9、将每一个配伍组中的 4 只猫分配到4 个剂量组中 去,即采用“同源配伍设计”。上述3 种设计也可以用表格的形式给出,其形式如表1 类似,此处从略。这3 种设计都存在一个不足之处:动 物的利用率低,因为只要每两次用药时间间隔大于6 h, 就可在同1 只猫身上使用该药的4 种不同剂量各实验1 次, 于是,可以考虑下面的另外3 种设计。设计4:每只猫都用4次药,在每只猫身上用此药不同剂量的顺序均为A、B、C、D,每相邻两次用药的时间 间隔为8h,每次用药前后都测血压值，用其差值作为观测指标。可以只用4只猫来完成此实验，即采用“具有一个 重复测量的单因素设计”。设计5:先将该药的4个剂量A、B、C、D
10、随机化排成一个4行4列的方阵，如：ABCDBCDA CDAB DABC将全部16 只猫按它们所具备的条件形成4 个配伍组(配伍的条件越严越好，如同源配伍)，将4 个配伍组放置 在上面4 X4拉丁方阵的4行上,用随机的方法决定每一个配伍组中4只猫中的每一只接受表2 自身配对设计、成组交叉设计和配对交叉设计的列表格式猫号猫号12猫号顺序：12顺序：顺序：11 2 3A()B121 122A()B ()121 122A()B ()4 5 6A( )( )123 124A( )B ( )221 222BA( )7 8 910A( )A( )B( )125 221A( )A( )B ( )B ( )32
11、1 322( ) A( )B ( )A( )A( )B222 223A( )B ( )421 422BA( )A( )( )224 225BA( )521 522( )B ( )A( )B( )A( )BB ( )A( )( )BA( )( )A( )A( )B( )A( )A( )A( )A( )( )BA( )A( )B ( )B( )B( )B( )B( )B( )B( )B( )A( )剂量代号与血压差值剂量代号与血压差值剂量代号与血压差值( )B( )B( )2注:表中A、B代表药物的两个剂量，括号内填写血压值的差值该药的一个特定的剂量，而4 列就是实验的顺序，每次用药前后都测血压值
12、，用其差值作为观测指标，即采用“独立 重复实验的4 X 4 拉丁方设计”。设计6:先将该药的4个剂量A、B、C、D随机化排成一个4行4列的方阵，如：CDA衆约旳一丁特疋旳刑量，向4刘就是宴验旳顺序，毎 欠用药前后都测血压值，用其差值作为观测指标，即 采用“独立重复实验的4 X4拉丁方设计”。设计6 :先将该药的4个剂量A、B、C、D随机化非成一个4行4列的方阵，如：ABCDBCDACDABDABC再将4只猫安排在4行上，其4次实验的结果因索C（基储液）：G （缓狎徹）、0（烝馅ZK）; 因素D（维生素加否）:Di （加）、0（不加）。要求一:若需考察因素之间的各级交互作用，应 选用什么设计类型
13、？要求二:若由预实验结果得知，只有A XB、C X D、A XB XD这3个交互作用是必需考虑的,其他交 互作用项可忽略不计，此时，适合选择什么设计类 型呢？分析与解答:由题意可知，实验中涉及4个二水 平的实验因素，按 雲求一”可知，要考察实验因素的便形成了一个配伍组,4列代表实验顺序，相当于第2个区组因素。每只猫相邻两次用药的时间间隔为8h,每次用 药前后都测血压值，用其差值作为观测指标，即采用“含重复测量的4 X4拉丁方设计”。设计类型点评:显然,在上述的6 种设计中,设计1 最为简单,但对于重要的非实验因素未加任何控制,其结论 的可靠性完全取决于“完全随机化”的效果,在各组样本含量都很大
14、的条件下,完全随机化或许可以使重要的非实 验因素在各组之间达到平衡一致;样本较小时,其效果就很难说了。设计2 和设计3 都是采用“配伍组设计”,只不过是配伍的条件有“一般与较严”之分,配伍的条件越严越好,但在实际工作中较难实现。设计4 是不妥的,因为每 只猫接受该药的剂量的顺序是一成不变的,这就必然会引入“顺序误差”。设计5 采用了“独立重复实验拉丁方设 计”,使每一配伍组内的4 只猫接受该药的不同剂量的顺序是随机的,它实际上是在前面设计2 和设计3 基础上作的一种改进,其缺点是没有减少样本含量。当然,在每次处理对受试者所造成的“创伤”严重的实验研究中,在同一 个受试者身上不能接受2 种或2 种以上的处理,此时,就不得不使用这一设计或前面的设计2 或设计3 了。在同一 个体身上可以做重复实验的前提下,设计6 是比较理想的设计
