均匀设计在针灸学研究中的应用

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　　摘要：论述均匀试验设计的应用现状及与正交设计的异同，并根据目前针灸科研领域中的多因素问题，论述了均匀设计在针灸科研领域中的可行性和应注意的问题；对均匀设计在针灸研究中应用的前景进行了展望。
　　关键词：均匀设计；正交设计；针灸学
　　中图分类号：11245
　　文献标识码：A　文章编号：1673－7717(2008)01－0119－02
　　
　　均匀设计(uniform design)是我国数学家方开泰和王元于1978年创造出的一种新的试验设计方法，是将数论方法用于多因素、多水平试验的设计。与正交设计相比，它放弃了试验的“整齐可比”性，而是让试验点在其试验范围内，充分地“均匀分散”，每一个试验点都有更好的代表性，试验次数因而大幅减少，成为选择最优化方案的有力工具。成功应用于我国飞航式导弹的设计工程后，迅速在国内各行业推广开来，并受到国际上的广泛关注。此方法在中药学领域研究中已广泛应用，但在针灸学界尚未引起充分关注，故而不揣浅陋，论之以飨同道。
　　
　　1　均匀设计在中医药研究中的应用现状
　　
　　近年来，均匀设计在中药制剂的提取工艺、成型工艺等方面的应用迅速增多，并逐渐运用于方剂药物配伍的研究中，积累了许多宝贵的经验，值得针灸学科研加以借鉴。
　　在单味中药提取工艺研究方面，如赵瑞芝等利用均匀设计安排实验，以虎杖中主要有效成分大黄素、白藜芦醇、白藜芦醇苷以及浸膏得率为指标，考察了乙醇浓度、溶媒量、提取时间、提取次数等对效果的影响，优选出合理提取工艺；在中药复方药物遴选方面，如林桂涛等以纤维蛋白溶解活性、纤溶酶活性为指标，对补阳还五汤处方进行优选和分析，结果表明：补阳还五汤原方作用最好，处方中当归、赤芍、地龙的作用影响较大；关于中药复方最佳剂量配比的确定。沈鸿等以旷野法的小鼠自发活动次数为指标，根据回归公式所得酸枣仁汤优化配比，经实验验证，其配比可行，最佳配比为酸枣仁：甘草：知母：茯苓：川芎=12：1：2：1：2，与《金匮要略》原方的配比接近；在中药复方制剂提取工艺方面，方亮等用均匀设计法优化四君子汤的提取工艺条件。考察乙醇浓度及用量、浸泡时间和回流时间5个因素，以人参总皂苷和总多糖含量为指标，按表安排实验，结果以乙醇浓度10％，溶剂用量为药材量的13倍，浸泡时间14h，回流时间2h为佳。此类实验不胜枚举。可见，在中药研究的方方面面，均匀设计得到了广泛而有效的应用，已崭露优势。
　　在针灸科研方面，均匀设计同样具有广泛的应用前景，它不仅可以全面客观地说明问题，而且与其他一些设计方法相比，大大地降低了实验成本，简化了实验设计，使一些较复杂的科研实验的开展变得可行。
　　
　　2　均匀设计在针灸研究领域的应用前景
　　
　　目前在针灸领域，腧穴特异性研究、穴位配伍及处方规律研究、针刺手法量化研究，无一不因其多因素、多水平、设计繁杂而受到制约。
　　
　　2.1　腧穴特异性研究　腧穴的特异性，是指腧穴在形态结构、生物物理特性、病理反应、刺激效应等方面与其周围的非腧穴或与其他腧穴比较，具有的特异性而言。这种特异性通常是多种因素及各因素多水平相互作用结果的体现。因而在实验研究中要考虑到很多因素，每个影响因素又包含不同的情况即水平层次，使腧穴功能特异性研究在实际操作中遇到很多客观因素的限制。以往通常是采用限制其它影响因素，单纯研究某一影响因素的方式来解决这个问题，但往往难以全面客观地说明问题，结论局限，说服力不强。而均匀设计实验正可以最少的实验次数满足这种多因素、多水平的复杂设计需要。
　　
　　2.2　穴位配伍及处方规律研究与方剂药物配伍研究相似，穴位配伍及处方同样存在着穴位遴选、最佳组穴配伍等问题。临床针灸治疗方案的优选需要解决的是多因素问题，采用单因素优选法显然不符合优选方案研究的设计要求。因此多因素多水平间的搭配组合方案的优选是研究设计的重点。均匀设计非常适合于解决此类问题，但目前在针灸临床研究中却应用很少。
　　
　　2.3　针剌手法量化研究针刺手法是针灸治疗过程中必须掌握的基本技能，也是提高临床疗效的根本所在。针剌补泻等手法、持续的时间、刺激强度，乃至选择的针灸工具，都是需要量化的因素，即每个因素都有数个水平。如刺激方法可以选择毫针刺、电针或灸法；针刺补泻手法可分为补法、泻法、平补平泻、或不同针刺深度等不同水平；同样，电针的频率、强度、波形等也可作为影响因素的不同参数水平等等。目前建立量化、规范化和标准化的针刺手法实验研究已成为我国针灸界急需解决的重要课题。这种多因素、多水平的复杂设计同样需要应用均匀设计。
　　针灸是一门系统科学，但目前的针灸研究明显缺乏系统性，大多数研究选用的是单因素分析法，得出的结论存在较大的局限性，影响了针灸研究的进程，有待于正交设计、均匀设计一类多因素设计分析方法在针灸研究中的倡导应用。
　　
　　3　均匀设计与正交设计的异同点
　　
　　正交设计和均匀设计在科研中的运用越来越广泛，但是如何能在研究过程中带来更大的方便和更准确的结果，有赖于对这两种方法正确的理解和运用。
　　在科研过程中。作为当今实验设计采用的重要方法之一，正交设计法在某些方面的优势是不可忽略的。比如在定性因素的考察、因素间出现交互作用时的考察等方面，正交设计仍是一种相当可靠的实验方法。但在更多的方面均匀设计则表现出明显的优势。
　　均匀设计将试验点在高维空间内充分均匀分散，使数据具有更好的代表性，为揭示规律创造必要条件。当变量和水平数少于4时，试验设计适用的方法较多，如正交试验设计、回归正交试验设计、旋转设计等，试验次数通常在十几个，尚可以接受。而对于一些复杂规律的研究(水平通常在5以上)，正交表为了照顾“整齐可比”的特点，往往无法做到充分“均匀分散”，要求的试验次数会剧增。如3因素10水平试验，不考虑交互作用，用正交法需要100次。若继续应用正交设计法便只能简化条件或是取消试验考察。应用均匀设计方法，试验次数等于最大水平数，而不是实验因子数平方的关系，可以在水平数较多的情况下尽可能地减少实验次数，又可以不降低实验的准确性，因此大大增加了实验的可操作性。但一般来说，试验次数选为实验因子个数的3倍左右为宜，有利于建模和优化。
　　两种方法实验数据分析处理方法不一。正交设计法采用极差方差计算，未能反应出各自指标值的误差状况。一旦某点或某几点指标误差较大，势必会影响计算结果的可靠性，进而影响试验结果分析的正确性。而均匀设计法采用多元线性回归计算和逐步回归分析，建立了回归方程，并且以此建立误差点的判断依据。从而使分析结果建立在一个可靠的基础上。当然，鉴于正交设计法因素间彼此正交，正符合回归计算对因素的要求，而且正交设计同样基于实验点在实验范围的“均匀分散”，因此同样可以采用多元线性回归计算，来弥补正交极差方差计算的不足。
　　正交设计法现今所作的多是从正交试验表中找出指标最好点的实验条件作为最优条件，但此点未必是真正的最优条件。而均匀设计则是通过回归方程来分析及预测，并在预测后用实验来验证，从而找到真正的最优条件。
　　
　　4　均匀设计在针灸领域应用中应注意的问题
　　
　　均匀设计在应用时普遍应当注意的问题是，正确使用均匀设计表和使用表；不要片面追求过少的试验次数，试验次数最好是因素数的3倍；在回归分析时避免片面追求回归模型的项数、片面追求大的R2、误差自由度过小等；注意变量、范围、水平数的选择等。在针灸领域应用中应当注意如下问题。
　　
　　4.1　因素选择的合理性试验设计中选择的各因素应当是可以量化的，如电针强度、电针频率、留针时间等。若选择难以数字量化的因素，则应保证各水平之间的均衡性，如针剌补泻手法分为补法、泻法、平补平泻法。
　　
　　4.2　水平选择的合理性实验之前应当进行充分的文献调研及预试验，从而确定各因素的考察范围，使均匀设计各因素的优化水平落在考察范围中间，以保证筛选出的最佳条件的可靠性。
　　
　　4.3　效应评价指标选择的合理性在临床针灸治疗优选方案研究中，效应评价指标应坚持金标准原则，通常采用临床诊断定量指标中的特异指标。如果选择的是组合指标。则应对试验结果分别进行多元逐步回归分析，并将分析结果进行比较。若几种结果相近，能够互相印证，则十分理想；若几种分析结果明显不同，则可依据各指标的重要程度，对试验结果进行加权平均处理，并将处理结果用软件包处理，得出最佳方案。
　　总之，均匀设计对于针灸的科学研究有广泛的应用前景，可以在多因素、多水平的情况下，以尽可能低的投入全面客观的说明问题，为针灸的科研提供了一个非常好的途径。

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