早期阶段研究样本量
定义与适用范围
这一族研究的共同点:目标不是确认疗效,而是「决定要不要继续」。因此样本量依据也不同——不是「检出效应」或「估准参数」,而是「早停/继续的判定错误率」或「为下一阶段提供可用参数」。本书用四章覆盖:
| 章 | 研究类型 | 样本量依据 |
|---|---|---|
| 15 | 基因组靶点试验、剂量探索(3+3、CRM 等) | 设计规则本身决定(无闭式公式) |
| 16 | 可行性研究、试点研究(内部/外部) | 为估计 σ 或检验可行性指标所需的精度 |
| 17 | 单臂 II 期、二分类结局(Fleming-A'Hern、Simon、贝叶斯) | 单阶段/两阶段的 α 与功效,含早停概率 |
| 18 | II 期生存终点(Case-Morgan)、双终点(Bryant-Day)、随机化选优(Simon-Wittes-Ellenberg) | 阶段间的 α/β 分配与事件数 |
证据与解释
试点研究:先分清「可行性」与「试点」
- 可行性研究(feasibility):回答「这事能不能做」(招募率、依从性、流程可行性),不做效果估计。
- 试点研究(pilot):为主试验提供参数(σ、事件率、依从率),分两种1:
- 外部试点(external pilot):数据不并入主试验分析,只用于规划。
- 内部试点(internal pilot):在主试验内部先跑一段,用于重新估计样本量,其数据并入最终分析。
- 书中强调:内部试点并非「免费的保险」——它改变了主试验的操作特性(可能需要保持盲态、调整 α 消耗),且重新估计会让实际功效偏离名义值1。
外部试点要多大:三种方法
- 平坦经验法则(不看主试验效应量):文献建议从 20 到 70+ 不等(表 16.2:Birkett & Day 1994 建议 20;Julious 2005 建议 24;Sim & Lewis 2011 建议 ≥55;Teare 等 2014 建议 ≥70)1。
- 阶梯经验法则(按主试验的标准化效应 Δ 分档):Δ<0.1 需 150–275;0.1≤Δ<0.3 需 35–60;0.3≤Δ<0.7 需 15–30;Δ≥0.7 需 10–20(随 UCL 80%/95% 与 NCT 法不同)1。
- 上置信限(UCL)法与 NCT 法(把试点得到的 s_Pilot 放大成保守的 σ_Plan):
- UCL:
σ_Main = UCL(γ,f) = √(f/χ²(1−γ,f)) × s_Pilot = κ·s_Pilot(式 16.2) - NCT:用非中心 t 替代正态分量
θ = NCT{1−β, f_Pilot, t_{1−α/2, N_Main−2}}(式 16.4),需迭代(式 16.6 给初值)1。
- UCL:
- 试点 + 主试验总体最优:试点越大 → 主试验越小(σ 估得准、放大系数小),存在最优点(表 16.4)。例:Δ=0.2、主试验功效 90%、UCL 80% 时,试点 92、主试验 1,206、总体 1,298;同样条件下 NCT 法为 56 + 1,104 = 1,1601。
交叉核对(本页实算 + 英文原稿核对):表 16.4 在 Δ=1.00、主试验功效 80%、UCL 80% 一行给出「试点 20、主试验 22、总体 64」,但 20+22=42≠64;Δ=0.90 行同样不符(20+58=78,表中写 74)。已核对仓库
_archive/中的英文原稿(第 16 章,对应原文表 6):两行数值与中译稿一致,因此这是原书表格错误,不是翻译或 OCR 问题。其余行均满足「试点+主试验=总体」。
单臂 II 期(二分类结局)
- Fleming-A'Hern 单阶段(式 17.1):
N = [z_{1−α}√(π₀(1−π₀)) + z_{1−β}√(π_New(1−π_New))]²/(π_New−π₀)²——形式与第 3 章「已知一个比例」的式 (3.6) 相同,但这里的 α、β 是「单侧」且 π₀ 是无效水平(不感兴趣的反应率)2。 - 两阶段(Simon 最优 / 极小极大):第 1 阶段 n_S1 例,若应答数 ≤ R_S1 则早停;早停概率
P_Early = B(R_S1; π, n_S1)(式 17.3)2。- 最优设计:最小化期望样本量(在 H₀ 下早停概率最大)。
- 极小极大设计:最小化最大样本量。 两者给出不同的 (n_S1, R_S1, n_total, R_total) 组合,需要在「期望样本量」与「最坏情况样本量」之间选。
- 贝叶斯设计(Tan-Machin 的 STD/DTD;Mayo-Gajewski):以后验 odds = 先验 odds × 贝叶斯因子(式 17.5)作判定;STD(单阈值)只有一个决策界,DTD(双阈值)有「无效/继续/有效」三区2。
生存终点与双终点(第 18 章)
- Case-Morgan 设计:两阶段生存终点,第 1 阶段观察一定事件数,未达阈值即终止。两种终止口径:EDA(期望累积期,early decision after accrual)与 ETSL(期望总研究时长)——同一 α/β 下两者给出不同的阶段划分与总时长3。
- Bryant-Day 设计:同时考虑缓解与毒性两个二分类终点,只有「有效且可耐受」才算成功;因此样本量高于只看缓解的 Simon 设计3。
- Simon-Wittes-Ellenberg 设计:随机化 II 期,从若干候选方案中选出最优者进入 III 期;样本量由「选对的概率」与「总样本约束」共同决定3。
- 基因组靶点调整:单臂与随机化试验在纳入生物标志物分层后,需按分层内的效应量而非总体效应量计算,否则会严重高估把握度3。
基因组靶点与剂量探索(第 15 章,无公式)
- 基因组靶点设计:单分类器(all-comers 但按标志物分析)、富集设计(只入标志物阳性者)、生物标志物分层设计(两种分析计划 A/B:先看全人群还是先看标志物亚组)、自适应阈值设计4。
- 剂量探索:逐步递增(3+3)、Storer 的前导(up-and-down)设计、C33D(连续三例三人决策)、best-of-5、连续重新评估法(CRM)。本章只给设计逻辑与实例(卒中幸存者 C33D、卡培他滨 CRM),不给闭式样本量公式——因为这类设计的「样本量」是设计规则的输出,不是预先算出的数4。
例子与推断
模型推断(本页):表 16.4 真正想说的是:「试点该多大」不是一个惯例数字,而是放大方法与预期效应量的函数。同一方法内,Δ 越大试点越小(UCL 80%、功效 90% 时,Δ=0.05 需试点 420,Δ=0.5 只需 32);不同方法之间,NCT 法在同一 Δ 下试点与主试验都更小(Δ=0.2:40+824=864,而 UCL 80% 为 78+914=992)。因此「试点 30 例」这类惯例既不对应任何单一方法,也不随效应量变化,最多只能当作平坦法则的下限参考。
模型推断(本页):第 15 章「无公式」不是缺陷,而是提示:剂量探索与靶点试验的样本量由操作特性(operating characteristics)决定,应当用模拟(而非公式)来评估设计在 π 网格上的表现(正确选择率、平均样本量、过度毒性概率)。本书给了设计名称与实例,但未展开模拟方法,这部分需要另找来源。
分歧、限制与待核实
| 争议点 | 来源 | 说法 | 当前判断 | 下一步核实 |
|---|---|---|---|---|
| 试点该多大 | 本书表 16.2(多种文献建议) | 从 20 到 ≥70 都有建议,彼此不收敛 | 未解决的真实分歧(不同作者、不同假设) | 需读 Whitehead/Julious/Cooper/Campbell 2015 原文 |
| 内部试点是否应重新估计样本量 | 本书 16.6 | 内部试点会改变操作特性,需谨慎 | 采纳 | 与成组序贯的 α 消耗如何协调,本书未展开(参见 成组序贯设计) |
| 表 16.4 Δ=1.00 与 Δ=0.90 行的加总 | 本书表 16.4(中译稿与 _archive/ 英文原稿) |
20+22=42 但写 64;20+58=78 但写 74 | 已确认:原书表格错误(英文原稿同) | 若引用此表,需自行重算或避开这两行 |
限制:本章所有「经验法则」都是二手汇总(表 16.2/16.3 部分基于 Whitehead、Julious、Cooper & Campbell 2015),本库未核对该原文;第 15 章的剂量探索设计参数(如 CRM 的先验、C33D 的决策规则)本库未记录。
相关知识
- 平行两组比较样本量 — 主试验的 N₀ 来源(式 5.4)
- 成组序贯设计与消耗函数 — 期中监测与 α 消耗(与内部试点、两阶段 II 期相邻)
- 非比例风险生存设计 — 生存终点与事件数
- 诊断准确性研究样本量 — 另一类「单臂/估计型」设计
- 样本量手册导航
参考文献
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同上,第 16 章「可行性与试点研究」(式 16.1–16.7;表 16.1–16.4)。 ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
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同上,第 17 章「治疗性探索性试验:单臂二分类结局」(式 17.1–17.8;Fleming-A'Hern、Simon、Tan-Machin、Mayo-Gajewski)。 ↩︎ ↩︎ ↩︎
-
同上,第 18 章「治疗探索性试验:生存、双终点、随机化与基因组靶点」(式 18.1–18.22;Case-Morgan、Bryant-Day、Simon-Wittes-Ellenberg)。 ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
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Machin D, Campbell MJ, Tan SB, Tan SH. Sample Sizes for Clinical, Laboratory and Epidemiology Studies. 4th ed. Wiley-Blackwell; 2018. DOI: 10.1002/9781118874905. ISBN 9781118874943 / 9781118874905. 依据章节:第 15 章「基因组靶点与剂量探索」(无编号公式,设计描述 + 例 15.3/15.4)。 ↩︎ ↩︎