臨床試驗(yàn)中的成組序貫設(shè)計(jì)

胥芹，張怡君，3，田雪，3，夏雪，張曉麗，李靜，王安心

1 背景

在臨床試驗(yàn)中，傳統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法如平行組設(shè)計(jì)、交叉設(shè)計(jì)和析因設(shè)計(jì)均屬于固定設(shè)計(jì)，即需在完成所有受試者的主要結(jié)局隨訪后再對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。從臨床試驗(yàn)的倫理和成本效益角度來(lái)看，研究者們通常希望在試驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行期中分析，以比較處理組間的療效和安全性，并評(píng)估各中心的試驗(yàn)狀況、試驗(yàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量等。成組序貫設(shè)計(jì)能夠早期終止試驗(yàn)，縮短試驗(yàn)時(shí)間，減少試驗(yàn)所需樣本量，加速有效藥的批準(zhǔn)和應(yīng)用，是期中分析中應(yīng)用較為廣泛的方法。

傳統(tǒng)序貫設(shè)計(jì)方法是將每一對(duì)新的受試者隨機(jī)分配接受不同的干預(yù)，在完成試驗(yàn)后進(jìn)行一次統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)結(jié)果決定是否終止或繼續(xù)試驗(yàn)。但是該方法的可操作性較差。Pocock[1]于1977年在傳統(tǒng)序貫設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上提出了成組序貫方法，隨后O’Brien-Fleming和Lan等學(xué)者對(duì)該方法進(jìn)行了改進(jìn)[2-3]。與傳統(tǒng)臨床試驗(yàn)相比，成組序貫設(shè)計(jì)將多次假設(shè)檢驗(yàn)的思想納入到試驗(yàn)設(shè)計(jì)中來(lái)，樣本量估算、統(tǒng)計(jì)分析等方面不同于既往傳統(tǒng)臨床試驗(yàn)。本文以腦血管病臨床試驗(yàn)相關(guān)實(shí)例為基礎(chǔ)，對(duì)成組序貫設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路、與傳統(tǒng)臨床試驗(yàn)的比較、使用場(chǎng)景、案例解讀、設(shè)計(jì)要點(diǎn)和報(bào)告規(guī)范等方面進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

2 設(shè)計(jì)思路

成組序貫設(shè)計(jì)是每間隔一定的時(shí)間或一定比例的樣本量后對(duì)已完成試驗(yàn)的所有受試者進(jìn)行期中分析，以判斷試驗(yàn)是否可以提前得到有效或無(wú)效結(jié)論。從設(shè)計(jì)方案角度來(lái)看，成組序貫設(shè)計(jì)是將整個(gè)試驗(yàn)劃分成K個(gè)連續(xù)的時(shí)間段，每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的每個(gè)處理組都有n個(gè)受試者加入。當(dāng)?shù)贙個(gè)階段（K=1，2，……，K）結(jié)束后，把之前所有階段試驗(yàn)結(jié)果累積起來(lái)進(jìn)行一次統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)于拒絕性的成組序貫設(shè)計(jì)，如果拒絕H0則試驗(yàn)結(jié)束，否則繼續(xù)下一階段試驗(yàn)。當(dāng)其處于最后一個(gè)試驗(yàn)階段時(shí)，其結(jié)果不是接受H0，就是拒絕H0[4]。

成組序貫設(shè)計(jì)的一般步驟：

（1）根據(jù)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)類(lèi)型（計(jì)量、計(jì)數(shù)或生存資料等）選擇合適的統(tǒng)計(jì)分析方法，指定相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)模型和效應(yīng)參數(shù)θ，提出原假設(shè)：H0∶θ=0；指定試驗(yàn)的總Ⅰ類(lèi)錯(cuò)誤、容許誤差和檢驗(yàn)效能。

（2）選擇成組序貫設(shè)計(jì)的方法：如固定界值法中的Pocock法、O’Brien-Fleming法或損耗函數(shù)法等，并確定試驗(yàn)的總階段數(shù)。

（3）在滿足總Ⅰ類(lèi)錯(cuò)誤和檢驗(yàn)效能的概率條件下，計(jì)算對(duì)應(yīng)的成組序貫設(shè)計(jì)每階段的邊界值參數(shù)和試驗(yàn)所需的最大信息量，并進(jìn)一步得到所需的樣本量。

（4）收集每階段的數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算當(dāng)前階段的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量并進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)，若拒絕原假設(shè)則停止試驗(yàn)并給出結(jié)論，否則繼續(xù)進(jìn)行下一階段試驗(yàn)；在試驗(yàn)的最后階段，若不能得出拒絕原假設(shè)的結(jié)論，則接受原假設(shè)并終止整個(gè)試驗(yàn)。

3 成組序貫設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)臨床試驗(yàn)的比較

采用成組序貫設(shè)計(jì)的臨床試驗(yàn)與傳統(tǒng)臨床試驗(yàn)在研究目的、研究設(shè)計(jì)、盲法、樣本量計(jì)算、試驗(yàn)方案、統(tǒng)計(jì)分析計(jì)劃等方面均有不同程度的差異，兩者的區(qū)別見(jiàn)表1。

4 使用場(chǎng)景

根據(jù)國(guó)家藥品監(jiān)督管理局公布的藥物臨床試驗(yàn)的生物統(tǒng)計(jì)學(xué)指導(dǎo)原則[5]，成組序貫設(shè)計(jì)一般用于創(chuàng)新藥物的臨床試驗(yàn)，而不用于仿制藥的臨床試驗(yàn)。當(dāng)懷疑試驗(yàn)藥物有較高的不良反應(yīng)發(fā)生率，或研究者和申辦方對(duì)試驗(yàn)藥物預(yù)期療效或預(yù)期療效差均有很大的不確定性，為了避免試驗(yàn)失敗造成的大量資金浪費(fèi)，可考慮采用在期中分析中基于有效性或無(wú)效性的結(jié)果提前結(jié)束試驗(yàn)。當(dāng)試驗(yàn)藥與對(duì)照藥的療效相差較大，但病例稀少或臨床觀察時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，采用成組序貫設(shè)計(jì)可以根據(jù)其有效性提前終止試驗(yàn)。

表1 成組序貫設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)臨床試驗(yàn)的比較

5 案例解讀

5.1 案例1 急性腦出血的降壓治療試驗(yàn)（antihypertensive treatment of acute cerebral hemorrhage 2，ATACH-2）研究是一項(xiàng)國(guó)際多中心、隨機(jī)、開(kāi)放標(biāo)簽的Ⅲ期臨床試驗(yàn)。該試驗(yàn)在發(fā)病4.5 h內(nèi)的自發(fā)性幕上腦出血患者中比較強(qiáng)化降壓治療是否優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)降壓治療。該研究納入年齡≥18歲、發(fā)病時(shí)間≤4.5 h、血腫＜60 mL且GCS評(píng)分≥5分、發(fā)病后至少有一次收縮壓≥180 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）的自發(fā)性幕上腦出血患者，研究對(duì)象被隨機(jī)分配至強(qiáng)化強(qiáng)壓治療組或標(biāo)準(zhǔn)降壓治療組，使用靜脈注射尼卡地平進(jìn)行降壓，在隨機(jī)化后的24 h內(nèi)分別將2組的每小時(shí)的最低收縮壓控制在110～139 mmHg和140～179 mmHg，主要終點(diǎn)指標(biāo)為3個(gè)月時(shí)中重度殘疾或死亡情況（mRS 4～6分）[6]。

ATACH-2研究采用成組序貫設(shè)計(jì)方法，分別在收集完1/3和2/3樣本量的主要終點(diǎn)指標(biāo)隨訪時(shí)進(jìn)行2次基于有效性和無(wú)效性的期中分析。根據(jù)既往文獻(xiàn)報(bào)道，研究者估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)降壓治療組腦出血后3個(gè)月死亡或殘疾發(fā)生率為60%，強(qiáng)化降壓治療組為50%，RR為0.83，試驗(yàn)組與對(duì)照組樣本量比例為1∶1，總Ⅰ類(lèi)錯(cuò)誤和檢驗(yàn)效能分別取0.05和90%，預(yù)計(jì)需要樣本量1042例?？紤]失訪率或治療失敗引起的不依從率（R=10%），根據(jù)公式1/（1-R）2得到膨脹因子1.23，最終研究所需的樣本量為1280例，每組各640例。

在第1次期中分析后，數(shù)據(jù)與安全監(jiān)察委員會(huì)（Data and Safety Monitoring Board，DSMB）建議在1/2樣本量時(shí)增加一次計(jì)劃外的期中分析。研究者采用O’Brien and Flemingα消耗函數(shù)法的邊界值作為有效性判定條件，4次分析的名義檢驗(yàn)水準(zhǔn)分別為0.0002、0.0030、0.012和0.046。采用基于條件檢驗(yàn)效能（conditional power，CP）的隨機(jī)縮減法作為試驗(yàn)無(wú)效的判定標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)CP低于某一值（如20%）后，DSMB將會(huì)對(duì)整個(gè)試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估，包括入組率、次要結(jié)局指標(biāo)數(shù)據(jù)等，從而判定試驗(yàn)是否能夠由于無(wú)效而早期終止。在第1次分析后，DSMB決定在第2次和第3次期中分析時(shí)將CP低于20%作為試驗(yàn)無(wú)效性的判定邊界。當(dāng)試驗(yàn)完成850例（2/3樣本量）患者的90 d隨訪時(shí)，在沒(méi)有揭盲的情況下，研究者分別計(jì)算了基于2組作為參照組的CP，分別為9.11%和4.73%且均低于預(yù)設(shè)的20%，所以DSMB決定停止試驗(yàn)。

5.2 案例2 直接血管內(nèi)血栓切除術(shù)與靜脈溶栓（intravenous thrombolysis，IVT）聯(lián)合血管內(nèi)血栓切除術(shù)治療前循環(huán)急性大血管閉塞患者的療效（direct endovascular thrombectomyvs.combined IVT and endovascular thrombectomy for patients with acute large vessel occlusion in the anterior circulation，DEVT）這一研究是在急性顱內(nèi)大血管閉塞卒中患者中比較單獨(dú)血管內(nèi)治療與阿替普酶靜脈溶栓橋接血管內(nèi)治療有效性及安全性的研究，是一項(xiàng)多中心、隨機(jī)、開(kāi)放標(biāo)簽、結(jié)局盲法的非劣效臨床試驗(yàn)，旨在判斷對(duì)發(fā)病4.5h內(nèi)大血管閉塞所致急性缺血性卒中患者進(jìn)行單獨(dú)血管內(nèi)取栓是否不劣于橋接取栓，研究的主要結(jié)局指標(biāo)是90 d良好功能預(yù)后（mRS 0～2分）[7]。

DEVT試驗(yàn)采用成組序貫設(shè)計(jì)方法，計(jì)劃在完成20%、40%、60%、80%和100%樣本量時(shí)進(jìn)行期中分析。根據(jù)既往文獻(xiàn)報(bào)道，研究者估計(jì)橋接取栓組90 d良好功能預(yù)后為43%，非劣效界值設(shè)定為-10.0%，2組樣本量比例為1∶1，單側(cè)α=0.025，β=0.2，考慮5%的失訪率，最終研究所需的樣本量為970例。該研究采用Pocockα消耗函數(shù)法來(lái)計(jì)算樣本量和調(diào)整Ⅰ類(lèi)錯(cuò)誤，5次分析的名義檢驗(yàn)水準(zhǔn)分別為0.009 18、0.007 10、0.009 31、0.007 84和0.009 05。在完成20%的樣本量即194例時(shí)，2組的檢驗(yàn)P=0.008小于預(yù)先設(shè)定的界值（P=0.0918），非劣效成立，DSMB決定試驗(yàn)提前終止。

6 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

6.1 期中分析的次數(shù) 期中分析次數(shù)的確定在成組序貫試驗(yàn)中需要慎重考慮，多次的期中分析會(huì)增大試驗(yàn)總樣本量，耗費(fèi)大量人力、財(cái)力。更重要的是，為了控制試驗(yàn)的總Ⅰ類(lèi)錯(cuò)誤，多次的期中分析需要校正分配到各期的名義檢驗(yàn)水準(zhǔn)，使其值變得更小，除非試驗(yàn)藥物效果非常優(yōu)越，顯著性檢驗(yàn)結(jié)果有很大差異的預(yù)期，否則試驗(yàn)在前期將會(huì)更難得到中止。一般期中分析次數(shù)以不超過(guò)5次為宜。

6.2 期中分析的時(shí)間 時(shí)間點(diǎn)的選擇有日歷時(shí)間和信息時(shí)間2種方式，通常采用信息時(shí)間，即在累積完成某一比例的樣本例數(shù)或事件數(shù)時(shí)進(jìn)行分析。例如三階段成組序貫試驗(yàn)預(yù)計(jì)死亡600例，可在觀察到死亡人數(shù)300例、450例和600例時(shí)，即信息時(shí)間為0.5、0.75和1的時(shí)候進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。時(shí)間點(diǎn)選擇的考量要求主要有：數(shù)據(jù)量是否充分，隨訪時(shí)間是否足夠，是否有足夠的療效估計(jì)和安全性評(píng)價(jià)結(jié)果，也要考慮重要的次要結(jié)局和重要的亞組信息是否足夠。

6.3 Ⅰ類(lèi)錯(cuò)誤的調(diào)整方法 在成組序貫設(shè)計(jì)試驗(yàn)中，若多次假設(shè)檢驗(yàn)都是采用0.05的雙側(cè)顯著性檢驗(yàn)水準(zhǔn)，則會(huì)導(dǎo)致Ⅰ類(lèi)錯(cuò)誤膨脹，假陽(yáng)性的可能性增加。因此需要對(duì)各階段的檢驗(yàn)水準(zhǔn)進(jìn)行校正，校正后的檢驗(yàn)水準(zhǔn)稱為名義檢驗(yàn)水準(zhǔn)。

目前常用的校正方法包括固定界值法和α消耗函數(shù)類(lèi)。固定界值法包括Pocock法、O’Brien-Fleming法和Peto法。這三種方法的比較見(jiàn)表2。

由于Pocock法和O’Brien-Fleming法要求必須先確定期中分析的次數(shù)，并且每次期中分析增加的患者數(shù)應(yīng)該大致相似。Lan等[3]于1983年提出了一種更為靈活的α消耗函數(shù)方法。常用的損耗函數(shù)形式有以下三種。其中①所計(jì)算的期中分析界值和名義檢驗(yàn)水準(zhǔn)近似于Pocock設(shè)計(jì)公式，②則近似于O’Brien-Fleming設(shè)計(jì)，因此，它們也被成為Pocockα消耗函數(shù)和O’Brien-Flemingα消耗函數(shù)，并在實(shí)際臨床試驗(yàn)應(yīng)用和統(tǒng)計(jì)軟件中替代Pocock設(shè)計(jì)和O’Brien-Fleming設(shè)計(jì)使用。

6.4 試驗(yàn)終止規(guī)則 目前成組序貫設(shè)計(jì)常采用的方法是α消耗函數(shù)法，也有文獻(xiàn)報(bào)道了隨機(jī)縮減法，其中以CP作為衡量指標(biāo)最為常用。CP是指通過(guò)當(dāng)前階段所納入樣本提供的信息，估計(jì)試驗(yàn)完成時(shí)能夠得出有效結(jié)論的可能性[8]。在研究開(kāi)始之前，需要提前設(shè)定有效性界值和無(wú)效性界值。有效性界值是將Ⅰ類(lèi)錯(cuò)誤率維持在指定水平之下，通常使用α消耗函數(shù)計(jì)算，越過(guò)邊界意味著已經(jīng)越過(guò)統(tǒng)計(jì)顯著性閾值，試驗(yàn)有效。無(wú)效性界值是使檢驗(yàn)效能保持在指定水平之上，通常使用β消耗函數(shù)或CP計(jì)算，越過(guò)邊界意味著檢測(cè)到具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的結(jié)果的可能性已經(jīng)低于期望值，試驗(yàn)無(wú)效。

7 報(bào)告規(guī)范

成組序貫設(shè)計(jì)屬于適應(yīng)性設(shè)計(jì)的一種，報(bào)告規(guī)范可參考《試驗(yàn)報(bào)告統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》針對(duì)適應(yīng)性設(shè)計(jì)的擴(kuò)展版——適應(yīng)性設(shè)計(jì)試驗(yàn)報(bào)告統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)拓展[9]。

表2 常用的固定界值法的比較（總α=0.05）