1. 成組序貫設(shè)計(Group Sequential Design)

?????? 臨床試驗中,提前因無效中止試驗可以一定程度上降低受試者暴露于無效治療中(特別是腫瘤試驗),有效中止則可以加快試驗進(jìn)程,加速藥物研發(fā)上市。提前終止考慮引入期中分析,期中分析可能引入偏移,因此需要在方案中提前計劃并描述。
?????? 特殊情況下,可能需要做一些非計劃的期中分析,此時應(yīng)在任何分析進(jìn)行前撰寫方案修訂聲明,描述期中分析的合理原因。
?????? 涉及揭盲的期中分析,Data Monitoring Committee (DMC) 需在方案中計劃并引入以保證試驗的完整性。

期中分析涉及的問題-->

Error-inflation:
?????? 同一試驗涉及多終點、多組間、多次分析比較時,一類錯誤(在H0為真時拒絕H0)會一定程度膨脹,膨脹到1?(1?α )k,(實際上,因為期中分析的數(shù)據(jù)具有相關(guān)性,不能直接這樣計算,錯誤膨脹會比這個公式小一點)。如進(jìn)行5次期中分析,根據(jù)文獻(xiàn)α=0.025會膨脹到0.071。
?????? *那是否可以用比如Bonfferroni的方法校正?也可以。比如2階段設(shè)計,總α為0.05,則每次檢驗的α為0.05/2=0.025,雙側(cè)檢驗對應(yīng)的界值為2.241(即Φ^{-1}(0.9875)),最終的一類錯誤為0.0428,小于0.05,沒有窮盡alpha。我們希望找到一種方法可以窮盡α,增加試驗成功的可能性。
?????? P_{H0}(|Z_1^*|≥2.241 or |Z_2^*|≥2.241)=0.0428<0.05
?????? *Repeated Significance Tests - Repeated Confidential Interval

Stopping Boundaries
?????? 每個stage設(shè)置范圍(L,U),超過這個范圍則無效或有效中止,在范圍內(nèi)則繼續(xù)試驗。最終分析時,α、β需重疊(此時L=U),因為在最后一次分析時,只能拒絕或接受原假設(shè)。

  • 在同時考慮有效或者無效均提前中止的試驗中,L和U的選擇基于控制alpha和beta分別計算。進(jìn)行期中分析時,對于申辦方來說都希望因為有效而提前中止,這樣藥物可以盡早上市,而考慮無效終止標(biāo)準(zhǔn)時,有時并不希望過早因無效而提前中止,而希望能觀察更多的受試者。因此設(shè)置futility boundary時,可以考慮降低界值,這樣試驗更不容易因無效中止,符合試驗實際考慮。也就是說alpha和beta的界值并不一定要求對稱

  • 假設(shè)一個試驗同時考慮因efficacy或futility提前終止,因為考慮了futility boundary時的efficacy boundary會導(dǎo)致一類錯誤小于α,因此在前期試驗設(shè)計時會放大一些efficacy boundary來保證最后的α=0.025。但在實際試驗中,并不一定會完全按照早期的方案設(shè)計進(jìn)行,如雖然達(dá)到了futility boundary,但DMC不打算提前因無效終止試驗,此時因為efficacy boundary已經(jīng)放大了,因此最終的α?xí)笥?.025,導(dǎo)致α膨脹。需要再一次將efficacy boundary調(diào)高以控制一類錯誤,但此時此類試驗進(jìn)行時的調(diào)整時不允許的。因此目前監(jiān)管部門建議使用Non-Binding boundary以有效控制α。

    ?????- Binding Bounday:即結(jié)果達(dá)到futility boundary時就一定要終止試驗,否則將無法控制一類錯誤(一類錯誤會放大)
    因為是通過Pr(a1<Z1<b1, a2<Z2<b2,…,Zn<an) 聯(lián)合概率密度函數(shù)求解的 Low&upper boundary
    ??? ???∑_{k=1}^K P_{θ=0}(a_1<Z_1<b_1, …,a_{k-1}<Z_{k-1}<b_{k-1},Z_k>b_k)
    ?????- Non-Binding Boundary(監(jiān)管要求):結(jié)果達(dá)到futility boundary時,可以不終止試驗。不會影響一類錯誤的控制。
    ??????Pr(a1<Z1, a2<Z2,…,Zn<an) 聯(lián)合概率密度函數(shù)求解
    ??? ???∑_{k=1}^K P_{θ=0}(Z_1<b_1, …,Z_{k-1}<b_{k-1},Z_k>b_k)
    Stopping boundaries圖示:


    理論-->
    來源:Group Sequential and Confirmatory Adaptive Designs in Clinical Trials(by Gernot Wassmer &Werner Brannath)

對于常規(guī)的統(tǒng)計檢驗,原假設(shè)為:H_0: μ=μ_0
檢驗統(tǒng)計量為

對于成組序貫設(shè)計而言,整個研究的受試者被分成了K個部分,每個部分的受試者累積了前面各個階段的受試者。
累計至第k個階段時的均值(即前面各階段的總和/總例數(shù),nk為第k個階段的受試者總數(shù))為

每個階段(非累積樣本)的均值為
在K階段(累積的)統(tǒng)計量可以寫為:
而每個階段(非累積樣本)的統(tǒng)計量為
把上面的各個式子代入(1.2),就可以將累積的統(tǒng)計量轉(zhuǎn)換為各階段(非累積)樣本統(tǒng)計量的累計和

各個階段分析是累加的,統(tǒng)計量很明顯是相關(guān)的(后面的階段包含了前面階段的樣本量)。當(dāng)期中分析次數(shù)較多時,可以用協(xié)方差表示。任意兩次協(xié)方差可以表示為
方差為1, Var(Z_k^*=1)。
各個階段的統(tǒng)計量向量為Z^*=(Z_1^*, ......, Z_K^*)^T,為多元正態(tài)分布,對應(yīng)的均值向量為V=(V_1, ......, V_K)^T


δ=(μ-μ_0)/σ, 為標(biāo)準(zhǔn)化的效應(yīng)量(Standardized effect size)
由(1.4)得任意兩個統(tǒng)計量的

知道了各個階段分布和參數(shù)之后,通過計算H0或H1下的界值來控制α和β。

  • 一類錯誤
    假設(shè)R_K^*為拒絕域,當(dāng)Z_K^*∈R_K^*為拒絕H0, C_K^*為接受域,Z_K^*∈C_K^*為接受H0
    一類錯誤的聯(lián)合概率,即至少一次期中分析時拒絕H0的概率。

    如有兩階段成組序貫設(shè)計,兩個階段樣本量等分,α=0.05,未進(jìn)行校正,根據(jù)(1.4)式,
    兩階段協(xié)方差為:COV(Z_1^*,Z_2^*)=\sqrt\frac{n_1}{n_1+n_1}=1/\sqrt2
    一類錯誤為:
    P_{H_0}(|Z_1^*|≥1.96 \quad or \quad |Z_2^*|≥1.96)
    =P_{H_0}(|Z_1^*|≥1.96)+ P_{H_0}(|Z_1^*|<1.96 \quad and \quad |Z_2^*|≥1.96)=0.0831>0.05
    一類錯誤>0.05,因此需要進(jìn)行校正。即考慮使
    P_{H_0}(|Z_1^*|≥a \quad or \quad |Z_2^*|≥b)=0.05,這里a和b可以是有很多組合,所以可以采用某些特定規(guī)則來確定a和b的取值,如后面提到的Pocock和OBF。假如直接采用Bonferroni法,最終的一類錯誤為
    P_{H_0}(|Z_1^*|≥2.241 \quad or \quad |Z_2^*|≥2.241) =0.0428,沒有窮盡α。
    查找a/b使α等于或接近0.05,有不同的組合,a/b可以相等也可以不等。如:
    P_{H_0}(|Z_1^*|≥2.178\quad or \quad |Z_2^*|≥2.178) =0.05
    P_{H_0}(|Z_1^*|≥2.797\quad or \quad |Z_2^*|≥1.977) =0.05
    當(dāng)期中分析數(shù)大于2時,界值的計算復(fù)雜,文獻(xiàn)中提到采用Recursive Integration formula來進(jìn)行計算。

  • 二類錯誤

    二類錯誤跟一類錯誤類似,但需要注意的是在H1下統(tǒng)計量對應(yīng)的多元分布是不同的,此時μ=μ1,

參考:Group Sequential and Confirmatory Adaptive Designs in Clinical Trials(by Gernot Wassmer &Werner Brannath)

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