医学研究之诊断试验的样本量计算——单组设计的灵敏度和特异度的容许概率法

发布于 2022年4月8日 星期五 10:31:46 浏览:4417
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在单组设计的诊断试验研究中,若已知欲评估方法的灵敏度、特异度和容许误差,其样本量计算可采用单组设计的灵敏度和特异度的容许概率法(Confidence Intervals for One-Sample Sensitivity and Specificity with Tolerance Probability)分别对病例组和对照组的进行样本含量估计。

关键词:样本量计算; PASS; 诊断试验; 灵敏度和特异度; 单样本诊断试验的样本量计算; 单样本灵敏度和特异度的容许概率

一、案例数据

在单组设计的诊断试验研究中,若预估所评价的诊断试验的灵敏度为90%,特异度为85%,容许误差为3%。取双侧α=0.05,试估计病例组和对照组所需的样本含量?

二、案例分析

本研究已知诊断试验的灵敏度和特异度及容许误差,可分别进行病例组的灵敏度检验和对照组的特异度检验,需要以下几个参数:

  • 诊断试验的灵敏度,本例取0.90
  • 诊断试验的特异度,本例取0.85
  • 容许误差,本例取0.03
  • 检验水准α (通常取0.01至0.1),本例取0.05
  • 脱失率(DR,通常不宜超过20%),本例取10%

三、病例组样本量估算

(一) 软件操作

诊断试验病例组样本量估算需在PASS软件界面中依次选择“Procedures (程序)”—“Proportions (比例)”—Sensitivity and Specificity (灵敏度和特异度检验)”—“ Confidence Intervals for One-Sample Sensitivity (单组设计灵敏度的置信区间)”,见图1。

图 1

(二)参数设置

在“Design (设置)”模块中按图2参数设置相应选项:

  • Solve For:选择“Sample Size”,表示本分析的目的是用于计算样本量。
  • Confidence Interval Formula:表示置信区间公式,在PASS中有5种选择,“Exact (Clopper-pearson)”精确估计法(二项式概率)、“Score(Wilson)”临界比率转换、“Score(Contin.Correction)” 连续性校正的临界比率转换、“Simple Asymptotic”二项分布正态近似法,仅适用于非常大的样本量、“Sample Asymptotic(Contin.Correction)”连续校正的二项分布正态近似法,本例选择“Simple Asymptotic”二项分布正态近似法。
  • Interval Type:表示置信区间的类型,本例选择“Two-Sided”双侧置信区间宽度。
  • Confidence Level (1-Alpha): 表示置信度,本例为0.95。
  • Confidence Interval Width (Two-Sided): 表示双侧置信区间的宽度,即2倍的容许误差,本例为0.06。
  • Sensitivity:即诊断试验的灵敏度,本例为0.90。
  • Prevalence:指定疾病的患病率,范围介于0~1。病例组设置为1。 
图 2

(三)脱失率设置

在“Reports (结果报告)”模块中,勾选“Show Dropout-Inflated Sample Size Report (报告脱失样本量)”,在“Dropout Rate”中填10,表示按照10%的脱失率计算样本量(图3)。设置好上述参数后点击“Calculate (计算)”。

图 3

(四) 结果及解释

图4列出了该研究设计的相关参数和样本量计算结果,可知计算的病例组样本例数(N)为385。

图 4

图5中“References (参考文献)”列出了该计算过程中参考的相关文献;“Report Definitions (报告定义)”列出了各个参数的具体解释;“Summary Statements (报告概述)”为整个分析报告的摘要。

图 5

图6“Dropout-Inflated Sample Size (脱失样本量)”为考虑了脱失率的样本量(N'),也是研究实际开展过程中需要达到的最低样本量,本研究中病例组至少需要428例。

图 6

图7为病例组此次样本量估算整个过程的详细参数设置汇总。

图 7

四、对照组样本量估算

(一) 软件操作

诊断试验对照组样本量估算需在左侧界面中依次选择“Procedures (程序)”—“Proportions (比例)”—Sensitivity and Specificity (灵敏度和特异度检验)”—“ Confidence Intervals for One-Sample Specificity (单组设计特异度的置信区间)”,见图8。

图 8

(二)参数设置

在“Design (设置)”模块中按图9参数设置相应选项:

  • Solve For:选择“Sample Size”,表示本分析的目的是用于计算样本量。
  • Confidence Interval Formula:表示置信区间公式,在PASS中有5种选择,“Exact (Clopper-pearson)”精确估计法(二项式概率)、“Score(Wilson)”临界比率转换、“Score(Contin.Correction)” 连续性校正的临界比率转换、“Simple Asymptotic”二项分布正态近似法,仅适用于非常大的样本量、“Sample Asymptotic(Contin.Correction)”连续校正的二项分布正态近似法,本例选择“Simple Asymptotic”二项分布正态近似法。
  • Interval Type:表示置信区间的类型,本例选择“Two-Sided”双侧置信区间宽度。
  • Confidence Level (1-Alpha): 表示置信度,本例为0.95。
  • Confidence Interval Width (Two-Sided): 表示双侧置信区间的宽度,即2倍的容许误差,本例为0.06。
  • Specificity:即诊断试验的特异度,本例为0.85。
  • 指定疾病的患病率,范围介于0~1。对照组设置为0。
图 9

(三)脱失率设置

在“Reports (结果报告)”模块中,勾选“Show Dropout-Inflated Sample Size Report (报告脱失样本量)”,在“Dropout Rate”中填10,表示按照10%的脱失率计算样本量(图10)。设置好上述参数后点击“Calculate (计算)”。

图 10

(四) 结果及解释

图11列出了该研究设计的相关参数和样本量计算结果,可知计算的对照组样本例数(N)为545。

图 11

图12中“References (参考文献)”列出了该计算过程中参考的相关文献;“Report Definitions (报告定义)”列出了各个参数的具体解释;“Summary Statements (报告概述)”为整个分析报告的摘要。

图 12

图13“Dropout-Inflated Sample Size (脱失样本量)”为考虑了脱失率的样本量(N'),也是研究实际开展过程中需要达到的最低样本量,本研究中对照组至少需要606例。

图 13

图14为对照组此次样本量估算整个过程的详细参数设置汇总。

图 14

五、结论

本研究为单组设计诊断试验研究的灵敏度和特异度容许概率的样本含量计算。已知所评价的诊断试验的灵敏度为90%,特异度为85%,容许误差为3%。若取检验水准0.05,病例组至少需要385例研究对象,对照组至少需要545例研究对象。若考虑10%的脱失率,则病例组至少需要428例研究对象,对照组至少需要606例研究对象。

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