沈 寧，胡良平,2*

(1.軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院生物醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)咨詢(xún)中心，北京 100850；2.世界中醫(yī)藥學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)臨床科研統(tǒng)計(jì)學(xué)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)，北京 100029*通信作者：胡良平，E-mail：lphu812@sina.com )

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科研方法專(zhuān)題

試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型之概述

沈 寧1，胡良平1,2*

(1.軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院生物醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)咨詢(xún)中心，北京 100850；2.世界中醫(yī)藥學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)臨床科研統(tǒng)計(jì)學(xué)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)，北京 100029*通信作者：胡良平，E-mail：lphu812@sina.com )

本文目的是全面介紹與試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型有關(guān)的概念，以及學(xué)習(xí)和掌握試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型知識(shí)的意義。通過(guò)介紹“研究類(lèi)型、設(shè)計(jì)類(lèi)型、比較類(lèi)型和資料類(lèi)型”的概念、臨床試驗(yàn)研究中常見(jiàn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型的實(shí)例并從不同角度來(lái)劃分設(shè)計(jì)類(lèi)型的思路，讀者能夠比較全面和深刻地把握設(shè)計(jì)類(lèi)型的要領(lǐng)。本文首次將多因素設(shè)計(jì)類(lèi)型歸納為“伴隨式多因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)”與“統(tǒng)籌式多因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)”兩大類(lèi)，極大地方便了廣大科研工作者結(jié)合自己的科研實(shí)際，合理選定并規(guī)劃出所需要的多因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型。

研究類(lèi)型；設(shè)計(jì)類(lèi)型；比較類(lèi)型；重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)；析因設(shè)計(jì)；回歸設(shè)計(jì)

1 統(tǒng)計(jì)學(xué)中經(jīng)常提及的四種“類(lèi)型”

1.1 問(wèn)題的提出

在學(xué)習(xí)和使用統(tǒng)計(jì)學(xué)的過(guò)程中，人們常會(huì)提及四種“類(lèi)型”，即“研究類(lèi)型、設(shè)計(jì)類(lèi)型、比較類(lèi)型和資料類(lèi)型”。而且，人們常對(duì)前兩種“類(lèi)型”的概念感到模糊；對(duì)后兩種“類(lèi)型”的概念有時(shí)也吃不太準(zhǔn)。因此，常在平時(shí)的表達(dá)、論文寫(xiě)作，甚至在講課中，出現(xiàn)一些誤解或差錯(cuò)。下面，就用通俗的語(yǔ)言，將前述提及的四種“類(lèi)型”作一詮釋。

1.2 四種“類(lèi)型”的概念

1.2.1 研究類(lèi)型

人們觀(guān)察或研究事物或現(xiàn)象的一種手法，被稱(chēng)為一種“研究類(lèi)型”。例如某研究者希望在有限的人力、物力、財(cái)力和時(shí)間的前提條件下，獲得比較準(zhǔn)確的“現(xiàn)階段全國(guó)成年人口中某精神疾病患病率”的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。該研究者會(huì)采取調(diào)查方法(通常會(huì)采取抽樣調(diào)查方法，而非普查方法)，而不是試驗(yàn)方法，當(dāng)然，此時(shí)也很難采用“文獻(xiàn)研究方法”。這實(shí)際上說(shuō)明研究類(lèi)型可以粗分為“調(diào)查研究、試驗(yàn)研究、文獻(xiàn)研究”三類(lèi)。當(dāng)然，在實(shí)踐中，還會(huì)涉及到一種研究類(lèi)型，即“理論研究類(lèi)型”。例如陳景潤(rùn)研究“哥德巴赫猜想”時(shí)，采用的就是“純數(shù)學(xué)推導(dǎo)”。

事實(shí)上，在調(diào)查研究中，根據(jù)研究目的、要求和具體情況的不同，人們又可將調(diào)查研究劃分成以下四種類(lèi)型，即“橫斷面研究、前瞻性隊(duì)列研究、回顧性病例對(duì)照研究和混合研究”。其中，橫斷面研究最為常用，它能以相對(duì)少的人力、物力、財(cái)力和時(shí)間，獲得關(guān)于被研究對(duì)象的大量信息；其缺點(diǎn)在于原因與結(jié)果之間的關(guān)系并不明確，基于橫斷面研究所得的信息，很難對(duì)過(guò)去以及未來(lái)作出任何有價(jià)值的估計(jì)或預(yù)測(cè)。前瞻性隊(duì)列研究的優(yōu)點(diǎn)是所獲得的結(jié)果比較精準(zhǔn)可靠，缺點(diǎn)是質(zhì)量控制十分困難且費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)錢(qián)?；仡櫺圆±龑?duì)照研究所獲得的結(jié)論具有一定的參考價(jià)值，但所提取信息的精準(zhǔn)程度通常不夠高。在某些特殊的場(chǎng)合下，采用隊(duì)列與病例對(duì)照聯(lián)合起來(lái)的混合研究[1]，可以充分發(fā)揮隊(duì)列研究與病例對(duì)照研究各自的優(yōu)點(diǎn)，有效克服各自的缺點(diǎn)。

1.2.2 設(shè)計(jì)類(lèi)型[2]

設(shè)計(jì)類(lèi)型通常是指“試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型”。學(xué)習(xí)和掌握試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型的意義在于：其一，有利于科學(xué)、高效地安排試驗(yàn)因素并合理處置區(qū)組因素；其二，有利于在試驗(yàn)過(guò)程中及時(shí)精準(zhǔn)地收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)；其三，有利于對(duì)所獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的統(tǒng)計(jì)分析。

所謂試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型，它是由“外部輪廓”與“內(nèi)部情況”共同決定的安排因素及其水平組合的一種“架構(gòu)”。所謂“外部輪廓”，就是在觀(guān)察或試驗(yàn)中，合理安排試驗(yàn)因素、區(qū)組因素及其水平組合的一種框架(常以表格或流程圖形式呈現(xiàn))；所謂“內(nèi)部情況”，就是要結(jié)合實(shí)際問(wèn)題，明確交代具備以下哪些具體情形：是否具有“區(qū)組因素”；是否具有“重復(fù)測(cè)量因素”；是否對(duì)“時(shí)段”或“區(qū)域”進(jìn)行了分割；因素在“自然屬性”或“對(duì)結(jié)果變量影響的重要性”方面是否存在“主次關(guān)系”；是否可考察因素之間的全部交互效應(yīng)；全部試驗(yàn)點(diǎn)在空間上是否具有正交性或均勻性；設(shè)計(jì)矩陣是否具有某些優(yōu)良性。

將一個(gè)具體試驗(yàn)安排的“外部輪廓”與“內(nèi)部情況”結(jié)合起來(lái)，使用者就能比較準(zhǔn)確地判定其所對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型。

值得注意的是：在文獻(xiàn)中，人們習(xí)慣于用“組別”代替“因素”“水平”或“因素的水平組合”，常給讀者識(shí)別資料究竟來(lái)自什么樣的試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型增添了不小的麻煩?，F(xiàn)舉例如下：

【例1】在文獻(xiàn)[3]的表3中，將12個(gè)因素以先后順序放置在一張統(tǒng)計(jì)表的最左邊，冠以“組別”作為其總稱(chēng)。

剖析：這樣表達(dá)試驗(yàn)研究情況與資料，給人的錯(cuò)覺(jué)是：這是一個(gè)“單因素12水平設(shè)計(jì)”問(wèn)題。將“組別”換成“因素名稱(chēng)”，就不容易造成誤解了。

【例2】在文獻(xiàn)[4]的表3中，第1列呈現(xiàn)出6行，其中前4行分別代表“是否同卵”與“是否高收縮壓”兩個(gè)2水平因素的水平全面組合，而后2行則是前4行分別取2行合并的結(jié)果。

剖析：這樣表達(dá)試驗(yàn)研究情況與資料，不難看出，在此張統(tǒng)計(jì)表中，“組別”的含義是令人費(fèi)解的，因?yàn)樗燃窗?×2析因設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，還包含了合并同卵和異卵者“有高收縮壓”與“無(wú)高收縮壓”兩種情形。這為在正確判定設(shè)計(jì)類(lèi)型的前提下合理選擇統(tǒng)計(jì)分析方法設(shè)置了多重障礙。

【例3】在文獻(xiàn)[5]的表1中，研究者安排了5組試驗(yàn)，其“組別”的含義分別代表“正常組”、“氯丙嗪10 mg/kg(ig)”、“氯丙嗪20 mg/kg(ig)”、“氯丙嗪40 mg/kg(ig)”和“氯丙嗪40 mg/kg(ig)+新斯的明0.5 mg/kg(ip)”。

剖析：這樣表達(dá)試驗(yàn)研究情況與資料，使讀者感到十分困惑——“組別”下面的5個(gè)組究竟代表一個(gè)因素的5個(gè)水平，還是代表兩個(gè)或多個(gè)因素水平的非全面組合？這種安排應(yīng)該被判定為什么試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型呢？

由基本常識(shí)可知，前述提及的5組試驗(yàn)，既不代表一個(gè)因素有5個(gè)水平，又不是某兩個(gè)因素水平的全面組合，也不是有根據(jù)地從多個(gè)因素水平全面組合中抽取的有代表性的試驗(yàn)點(diǎn)，實(shí)際上，那5個(gè)組應(yīng)該被視為“多因素非平衡組合試驗(yàn)”的產(chǎn)物，沒(méi)有資格被稱(chēng)為某種多因素設(shè)計(jì)類(lèi)型。

1.2.3 比較類(lèi)型

所謂試驗(yàn)比較類(lèi)型，實(shí)際上是指如何對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行差異性分析的四類(lèi)方法的總稱(chēng)。統(tǒng)計(jì)學(xué)上最開(kāi)始提出的“假設(shè)檢驗(yàn)”方法實(shí)際上屬于“一般差異性檢驗(yàn)”，大約在20世紀(jì)末，人們又提出了另外三類(lèi)“假設(shè)檢驗(yàn)”方法，即所謂的“非劣效性檢驗(yàn)”“等效性檢驗(yàn)”和“優(yōu)效性檢驗(yàn)”，這三類(lèi)檢驗(yàn)方法在本質(zhì)上仍屬于“差異性檢驗(yàn)”的范疇，它們與“一般差異性檢驗(yàn)”的區(qū)別在于：前者中涉及“非零的界值”，而后者中的“界值”被設(shè)定為0?，F(xiàn)在常把這四類(lèi)假設(shè)檢驗(yàn)統(tǒng)一稱(chēng)為“試驗(yàn)比較類(lèi)型”。

“試驗(yàn)比較類(lèi)型”與前述的試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型有什么關(guān)系呢？一般差異性檢驗(yàn)似乎與開(kāi)始的試驗(yàn)設(shè)計(jì)沒(méi)有太大關(guān)聯(lián)性，其實(shí)不然。事實(shí)上，試驗(yàn)設(shè)計(jì)三要素是否把握得合適、試驗(yàn)設(shè)計(jì)四原則是否遵守得嚴(yán)格、選擇什么樣的試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型，這些(例如如何估計(jì)出合適的樣本含量)都與將采取的一般差異性檢驗(yàn)有直接關(guān)系；尤其是在“非劣效性檢驗(yàn)”“等效性檢驗(yàn)”和“優(yōu)效性檢驗(yàn)”中，涉及到“在臨床上或?qū)嶋H工作中有意義的界值”。這些(非劣效性、優(yōu)效性)或這個(gè)(等效性)界值需要由多位同行專(zhuān)家依據(jù)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和已有的經(jīng)驗(yàn)在試驗(yàn)設(shè)計(jì)階段共同商量確定，而不是等到試驗(yàn)結(jié)束后根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果再來(lái)確定。

1.2.4 資料類(lèi)型

所謂資料類(lèi)型，是指在所獲得的資料中，無(wú)論是原因還是結(jié)果變量及其取值具有何種“性質(zhì)”。例如人們常收集的原因變量有“性別、血型、有無(wú)某種疾病的家族史等”與“年齡、血壓等”，前者為“定性原因變量”，后者為“定量原因變量”。人們常收集的結(jié)果變量有“是否患高血壓、是否患糖尿病、治療結(jié)果為‘痊愈、好轉(zhuǎn)、無(wú)效、死亡’中的哪一檔”與“經(jīng)過(guò)治療后的血糖值、血小板數(shù)值等”，前者為“定性結(jié)果變量”，后者為“定量結(jié)果變量”。在“定性變量”中，若某個(gè)定性變量的若干個(gè)具體取值之間表現(xiàn)為一定的等級(jí)關(guān)系或存在雖不精確但可區(qū)分大小的數(shù)量關(guān)系，則應(yīng)將此類(lèi)定性變量再命名為“有序或等級(jí)變量”，連同變量名及其具體的取值被稱(chēng)為“有序或等級(jí)資料”。

值得注意的是：迄今為止，仍有一些論文作者稱(chēng)“定性變量或資料”為“計(jì)數(shù)變量或資料”，這是不妥的！所謂“計(jì)數(shù)變量或資料”是指變量在每個(gè)個(gè)體身上的取值是數(shù)值(多數(shù)情況下，為0或正整數(shù))而不是“屬性”(男、女性別；ABO血型系統(tǒng))或“等級(jí)”(優(yōu)、良、中、差等評(píng)價(jià)等級(jí))或“代號(hào)”(如用“0”代表未患某病、用“1”代表患了該病)。在醫(yī)學(xué)研究中，真正的“計(jì)數(shù)變量或資料”通常有：某地某年癲癇患者經(jīng)過(guò)治療后，在未來(lái)一年內(nèi)每位患者“復(fù)發(fā)的次數(shù)”；抽查某地正常成年人，測(cè)得每位受試者每分鐘的脈搏次數(shù)；某地區(qū)在某年內(nèi)各次出現(xiàn)食物中毒的人數(shù)。

1.3 四種“類(lèi)型”中的難點(diǎn)

在前述提及的四種類(lèi)型中，最難掌握的是“設(shè)計(jì)類(lèi)型”。這是由于不僅設(shè)計(jì)類(lèi)型的種類(lèi)繁多，而且有些設(shè)計(jì)類(lèi)型十分相似，在實(shí)際問(wèn)題中難以明確區(qū)分。最難之處在于一些實(shí)際問(wèn)題中的設(shè)計(jì)類(lèi)型是“可變的”。也就是說(shuō)，根據(jù)設(shè)計(jì)者和數(shù)據(jù)分析者對(duì)實(shí)際問(wèn)題把握的全面程度和要求高低、可能涉及的因素多少、因素之間的相互關(guān)系以及對(duì)相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)掌握的熟練程度，會(huì)采用動(dòng)態(tài)的眼光去探索每個(gè)具體問(wèn)題中最合適的設(shè)計(jì)類(lèi)型。正因如此，在后面的文章中，筆者將由淺入深，逐一展開(kāi)，目的是使讀者學(xué)以致用。

2 臨床試驗(yàn)研究中常見(jiàn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型舉例

2.1 單因素設(shè)計(jì)舉例

在文獻(xiàn)[6]中，研究者最關(guān)注的試驗(yàn)因素是受試者的年齡，分為“青中年”與“老年”兩個(gè)水平。若只關(guān)注兩個(gè)“年齡”組在各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)上的差異情況，則此研究可被視為“單因素兩水平設(shè)計(jì)”問(wèn)題。

2.2 多因素設(shè)計(jì)舉例

事實(shí)上，在文獻(xiàn)[6]中，研究者除了關(guān)注“年齡”這個(gè)試驗(yàn)因素外，還考慮了“性別”“民族”“有無(wú)配偶”“受教育程度”和“職業(yè)”等“重要非試驗(yàn)因素”。若將“年齡”和其他重要非試驗(yàn)因素一并納入考慮，則此研究也應(yīng)被視為某種多因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型。類(lèi)似的設(shè)計(jì)類(lèi)型在本刊的學(xué)術(shù)論文中經(jīng)常被使用，如文獻(xiàn)[7-8]。

在文獻(xiàn)[9]中，研究者最關(guān)注的試驗(yàn)因素有兩個(gè)，其一，在患者使用了艾司西酞普蘭基礎(chǔ)上，是否對(duì)他們進(jìn)行干預(yù)，即“干預(yù)與否”是第1個(gè)試驗(yàn)因素；其二，觀(guān)測(cè)療效的時(shí)間(分為“治療前”“治療1月末”“治療2月末”三個(gè)時(shí)間點(diǎn))是第2個(gè)試驗(yàn)因素。這項(xiàng)研究所對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)類(lèi)型為“帶有一個(gè)協(xié)變量(即治療前)且具有一個(gè)重復(fù)測(cè)量因素的兩因素設(shè)計(jì)”。類(lèi)似的設(shè)計(jì)類(lèi)型在本刊的學(xué)術(shù)論文中也經(jīng)常被使用，如文獻(xiàn)[10]。

3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型種類(lèi)的劃分

3.1 基于不同角度來(lái)劃分設(shè)計(jì)類(lèi)型的種類(lèi)

設(shè)計(jì)類(lèi)型的名稱(chēng)很多，例如單因素與多因素設(shè)計(jì)，顯然，這是從一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目所涉及的因素個(gè)數(shù)角度來(lái)劃分的；還有“非回歸設(shè)計(jì)與回歸設(shè)計(jì)”的說(shuō)法，這是從分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用的是“回歸分析”還是“非回歸分析”的角度來(lái)劃分的。類(lèi)似地，還可羅列出許多種劃分設(shè)計(jì)類(lèi)型種類(lèi)的方法。

值得一提的是，“單因素與多因素設(shè)計(jì)”是沒(méi)有多大實(shí)用價(jià)值的稱(chēng)謂，因?yàn)樵凇皢我蛩卦O(shè)計(jì)”中還包含著多個(gè)具體的“單因素設(shè)計(jì)類(lèi)型”；同樣，在“多因素設(shè)計(jì)”中，也包含著幾十個(gè)具體的“多因素設(shè)計(jì)類(lèi)型”。諸如“N(≥2)因素設(shè)計(jì)(即兩因素設(shè)計(jì)、四因素設(shè)計(jì)、七因素設(shè)計(jì)等)”的說(shuō)法或名稱(chēng)，對(duì)于具體的試驗(yàn)安排或?qū)σ勋@得的試驗(yàn)資料進(jìn)行差異性分析都是沒(méi)有任何幫助的。因?yàn)樵诟鞣N統(tǒng)計(jì)分析中，通常只是在進(jìn)行差異性分析時(shí)，人們才會(huì)特別關(guān)注資料來(lái)自什么試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型。事實(shí)上，在進(jìn)行直線(xiàn)相關(guān)與回歸分析時(shí)，也應(yīng)先辨別其所對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)類(lèi)型是否為單組設(shè)計(jì)。若不是，很可能會(huì)出現(xiàn)誤用現(xiàn)象。當(dāng)然，“非回歸設(shè)計(jì)與回歸設(shè)計(jì)”也是沒(méi)有多大實(shí)用價(jià)值的劃分結(jié)果，因?yàn)椤胺腔貧w設(shè)計(jì)”與“回歸設(shè)計(jì)”的每一大類(lèi)中，都包含了很多具體的“設(shè)計(jì)類(lèi)型”。

3.2 基于構(gòu)造原理角度來(lái)劃分設(shè)計(jì)類(lèi)型的種類(lèi)

對(duì)于某些簡(jiǎn)單的試驗(yàn)研究場(chǎng)合，人們只需要基于“功能”角度來(lái)劃分設(shè)計(jì)類(lèi)型的種類(lèi)即可，例如單組設(shè)計(jì)、單因素K(≥2)水平設(shè)計(jì)、配對(duì)設(shè)計(jì)；而對(duì)于某些較復(fù)雜或很復(fù)雜的試驗(yàn)研究場(chǎng)合，人們則需要基于“構(gòu)造原理”角度來(lái)劃分設(shè)計(jì)類(lèi)型的種類(lèi)，這樣做的結(jié)果不僅言簡(jiǎn)意賅，而且可以形象生動(dòng)。例如隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)、平衡不完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)、交叉設(shè)計(jì)、拉丁方設(shè)計(jì)、嵌套設(shè)計(jì)、裂區(qū)設(shè)計(jì)、重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)、析因設(shè)計(jì)、分式析因設(shè)計(jì)、正交設(shè)計(jì)、均勻設(shè)計(jì)、穩(wěn)健設(shè)計(jì)、A最優(yōu)設(shè)計(jì)、D最優(yōu)設(shè)計(jì)和G最優(yōu)設(shè)計(jì)等。

3.3 兩類(lèi)模式的多因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.3.1 攜帶式多因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在臨床試驗(yàn)研究中，實(shí)際工作者經(jīng)常采用的多因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型可以被概括為“攜帶式多因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)”。在這類(lèi)多因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，研究者通常以一個(gè)單因素兩水平(如試驗(yàn)組與對(duì)照組)設(shè)計(jì)或單因素多水平(如單相抑郁、雙向Ⅰ型、雙向Ⅱ型[11])設(shè)計(jì)為“骨架”，順便記錄下伴隨的其他影響因素的取值[6-8]，故稱(chēng)其為“伴隨式多因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)”。

3.3.2 統(tǒng)籌式多因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在以動(dòng)物或樣品為受試對(duì)象的試驗(yàn)研究中，實(shí)際工作者經(jīng)常采用的多因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型可以被概括為“統(tǒng)籌式多因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)”。在這類(lèi)多因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，研究者通常以全部擬考察的試驗(yàn)因素全部或部分水平組合為“骨架”，必要時(shí)可納入少量來(lái)自受試對(duì)象的屬性因素，如窩別、性別、體重分組、年齡分組等，它們常被簡(jiǎn)稱(chēng)為“區(qū)組因素”。這類(lèi)多因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)的具體設(shè)計(jì)名稱(chēng)常常為前面提及的“基于構(gòu)造原理角度來(lái)劃分”的那些設(shè)計(jì)類(lèi)型。后續(xù)系列文章中將要詳細(xì)介紹的多因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型就屬于此類(lèi)。

4 如何正確選定一個(gè)試驗(yàn)研究問(wèn)題中的試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型

4.1 何時(shí)需要選定試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型

由基本常識(shí)可知，在整個(gè)試驗(yàn)研究過(guò)程中，在兩個(gè)時(shí)間段上需要選定試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型，其一，在正式開(kāi)展試驗(yàn)研究之前，就應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)研究目的和研究者所具備的前提條件，選定合適的試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型；其二，在完成了試驗(yàn)且收集到全部試驗(yàn)數(shù)據(jù)之后，擬對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種統(tǒng)計(jì)分析之前，首要任務(wù)是需要多次選定試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型。因?yàn)閿M采取的統(tǒng)計(jì)分析方法不同，將需要從全分析集中提取不同的數(shù)據(jù)子集，因而它們也就對(duì)應(yīng)著不同的設(shè)計(jì)類(lèi)型。

4.2 正式開(kāi)展試驗(yàn)研究之前確定試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型的一般方法

人們習(xí)慣于將復(fù)雜的多因素試驗(yàn)研究問(wèn)題盡可能簡(jiǎn)單化，例如人們最熱衷于將全部受試對(duì)象分入試驗(yàn)組與對(duì)照組中去。然后記錄每位受試對(duì)象的各種“基線(xiàn)資料”，通常包括性別、血型、職業(yè)、受教育程度、生活地點(diǎn)與環(huán)境、生活習(xí)慣與方式、年齡、血壓、各種血脂指標(biāo)、生理指標(biāo)、是否患有某些疾病、與某些疾病有關(guān)的家族史等。人們將前述的資料視為來(lái)自“單因素兩水平(即試驗(yàn)與對(duì)照)設(shè)計(jì)類(lèi)型”，而把前述提及的“基線(xiàn)資料”視為“協(xié)變量”，讀者從文獻(xiàn)[6-8]中可以非常明顯地看出前述提及的那些“特征”。由此可知，很多實(shí)際工作者就是通過(guò)所謂的“協(xié)變量”這個(gè)“殺手锏”來(lái)達(dá)到“化繁為簡(jiǎn)”的目的。換句話(huà)說(shuō)，實(shí)際工作者基本上都習(xí)慣于采用“攜帶式多因素設(shè)計(jì)”取代“統(tǒng)籌式多因素設(shè)計(jì)”。

事實(shí)上，基于上述“化繁為簡(jiǎn)”做法得出的結(jié)論，通常是存在問(wèn)題的，因?yàn)樗[含著下面兩個(gè)很強(qiáng)但幾乎不太可能滿(mǎn)足的假定：其一，試驗(yàn)組與對(duì)照組(簡(jiǎn)稱(chēng)為試驗(yàn)因素)中的受試對(duì)象在所有“基線(xiàn)資料(包括未檢測(cè)的其他各種因素或指標(biāo))”上是均衡一致的；其二，試驗(yàn)因素與所有“基線(xiàn)資料”之間的交互作用是可以忽略不計(jì)的。

正因如此，在試驗(yàn)之前，就應(yīng)結(jié)合基本常識(shí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，從“基線(xiàn)資料”中提取出不可忽視的重要非試驗(yàn)因素，將其與試驗(yàn)因素，即試驗(yàn)組與對(duì)照組一視同仁，由它們聯(lián)合起來(lái)構(gòu)成一個(gè)特定的多因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型，并將未被列入“重要非試驗(yàn)因素”的其他“基線(xiàn)資料”視為“協(xié)變量”。這樣做，才是明智之舉。

4.3 在對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析之前確定試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型的一般方法

在前面“3.2”中所討論的兩種情形(即單因素兩水平設(shè)計(jì)與某種特定的多因素設(shè)計(jì))下且在對(duì)所獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析之前，又一次面臨著確定試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型的問(wèn)題，因?yàn)樵谀莾煞N情形下，都存在較多的“協(xié)變量”。于是，如何正確處置“協(xié)變量”，便成為合理選擇統(tǒng)計(jì)分析方法的“關(guān)鍵問(wèn)題”。

事實(shí)上，應(yīng)該將“協(xié)變量”分解成兩種類(lèi)型的“因素或變量”。其一，為定性的；其二，為定量的。在差異性分析中，“協(xié)方差分析”中的“協(xié)”實(shí)際上指的是“定量協(xié)變量(因素)”，此類(lèi)“協(xié)變量”是不會(huì)改變?cè)却_定的設(shè)計(jì)類(lèi)型的；問(wèn)題是：在差異性分析中，如何引入“定性協(xié)變量(因素)”呢？它或它們的加入，會(huì)使原先的設(shè)計(jì)類(lèi)型變得更加復(fù)雜。在實(shí)踐中，人們幾乎一律采取“回歸分析”的手段，將“定量與定性協(xié)變量(因素)”考慮在統(tǒng)計(jì)分析之中。然而，這實(shí)際上是一種基于“黑箱原理”理念指導(dǎo)下的“餛飩”做法。因?yàn)榇藭r(shí)由全部自變量組成的“子集”可能是來(lái)自多個(gè)未知“總體”的一個(gè)樣本，而且，自變量中既有服從各種分布的定量變量，也有三種類(lèi)型(即二值的、多值名義的和多值有序的)的定性變量。能夠很好駕馭前述兩種情形資料的回歸分析模型和求解方法，迄今為止，幾乎還未被發(fā)現(xiàn)。當(dāng)然也就不太可能在現(xiàn)今的國(guó)際通用統(tǒng)計(jì)軟件包中找到相應(yīng)的、合理的解決方案。

綜上所述，在多因素差異性分析中，正確判定試驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型是合理選擇統(tǒng)計(jì)分析方法的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；而借助“回歸分析”來(lái)替代“多因素差異性分析”應(yīng)該十分謹(jǐn)慎，其重點(diǎn)應(yīng)放在“合理處置自變量”上。

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(本文編輯：陳 霞)

科研方法專(zhuān)題策劃人——胡良平教授簡(jiǎn)介

胡良平，男，1955年8月出生，教授，博士生導(dǎo)師，曾任軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院研究生部醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)教研室主任和生物醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)咨詢(xún)中心主任、國(guó)際一般系統(tǒng)論研究會(huì)中國(guó)分會(huì)概率統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)理事會(huì)常務(wù)理事和北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院客座教授；現(xiàn)任世界中醫(yī)藥學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)臨床科研統(tǒng)計(jì)學(xué)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)會(huì)長(zhǎng)、中國(guó)生物醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)，《中華醫(yī)學(xué)雜志》等10余種雜志編委和國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局評(píng)審專(zhuān)家。主編統(tǒng)計(jì)學(xué)專(zhuān)著45部，參編統(tǒng)計(jì)學(xué)專(zhuān)著10部；發(fā)表第一作者學(xué)術(shù)論文220余篇，發(fā)表合作論文130余篇，獲軍隊(duì)科技成果和省部級(jí)科技成果多項(xiàng)；參加并完成三項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的撰寫(xiě)工作；參加三項(xiàng)國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)課題研究工作。在從事統(tǒng)計(jì)學(xué)工作的30年中，為幾千名研究生、醫(yī)學(xué)科研人員、臨床醫(yī)生和雜志編輯講授生物醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)，在全國(guó)各地作統(tǒng)計(jì)學(xué)學(xué)術(shù)報(bào)告100余場(chǎng)，舉辦數(shù)十期全國(guó)統(tǒng)計(jì)學(xué)培訓(xùn)班，培養(yǎng)多名統(tǒng)計(jì)學(xué)專(zhuān)業(yè)碩士和博士研究生。近幾年來(lái)，參加國(guó)家級(jí)新藥和醫(yī)療器械項(xiàng)目評(píng)審數(shù)十項(xiàng)、參加100多項(xiàng)全軍重大重點(diǎn)課題的統(tǒng)計(jì)學(xué)檢查工作。歸納并提煉出有利于透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)的“八性”和“八思維”的統(tǒng)計(jì)學(xué)思想，獨(dú)創(chuàng)了逆向統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)法和三型理論。擅長(zhǎng)于科研課題的研究設(shè)計(jì)、復(fù)雜科研資料的統(tǒng)計(jì)分析與SAS實(shí)現(xiàn)、各種層次的統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)培訓(xùn)和咨詢(xún)工作。

Overview of the experimental design type

ShenNing1,HuLiangping1,2*

(1.ConsultingCenterofBiomedicalStatistics,AcademyofMilitaryMedicalSciences,Beijing100850,China；2.SpecialtyCommitteeofClinicalScientificResearchStatisticsofWorldFederationofChineseMedicineSocieties,Beijing100029,China*Correspondingauthor:HuLiangping,E-mail:lphu812@sina.com)

The aim of this article is to comprehensively introduce the concepts involved with the experimental design type, and illustrate the meaning of studying and apprehension of the knowledge relating to the design of experiments and clinical trials. By introducing the four concepts "research type, design type, comparative type, data type", giving the examples of experimental design commonly used in clinical research, and illustrating the categorization of experimental designs from different aspects, the readers may thoroughly and deeply understand the principles of experimental designs. This article, for the first time, establishes the concepts of "concomitant multifactor design" and "overall planning multifactor design" to categorize an experiment involving multiple factors. Such categorization facilitates the process of choosing design type for researchers who deal with multiple factors in an experiment or a clinical trial, based on their individual research specification.

Research type; Design type; Comparative type; Repeated measurement design; Factorial design; Regression design

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃課題資助(2015AA020102)

R195.1

A

10.11886/j.issn.1007-3256.2017.01.001

2017-02-11)