Bei der Durchführung von Forschungsarbeiten denken viele Forscher über die Frage nach: „Nehme ich genügend Proben?“ Denn die Anzahl der Proben wirkt sich direkt auf die Genauigkeit der Forschung und die Zuverlässigkeit der Forschungsschlussfolgerungen aus. Wenn die Anzahl der Proben zu gering ist, sind die Forschungsergebnisse instabil und das Risiko, „falsch negative“ Ergebnisse zu erhalten, ist hoch. Wenn die Anzahl der Proben zu groß ist, erhöhen sich die Forschungskosten und die experimentellen Schwierigkeiten.
Wie kann festgestellt werden, ob die Stichprobengröße der Studie angemessen ist? Heute stellt JMP vor, wie man durch Leistungsanalyse die entsprechende Anzahl von Proben erhält.
Die Beziehung zwischen Probenanzahl und Leistung
Bevor die Studie beginnt, müssen wir wissen, wie viele Proben die Studie durchführen soll.
Wenn es um die Anzahl der Stichproben geht, müssen wir ein ebenso wichtiges Konzept erwähnen: die Leistung, die als statistische Testleistung, statistische Testleistung und statistische Leistungsanalyse bezeichnet wird. In diesem Artikel wird sie als Leistung bezeichnet. Einfach ausgedrückt bedeutet Leistung: Wenn es in der Praxis tatsächlich einen Unterschied zwischen den beiden Gruppen gibt, die Fähigkeit, diesen Unterschied mit der aktuellen Anzahl von Proben zu erkennen.
Unter der Voraussetzung, dass andere Parameter bekannt sind, können die Anzahl der Abtastwerte und die Leistung voneinander berechnet werden. Um die Anzahl der Proben zu berechnen, muss die Leistung eingestellt werden. Wenn die Anzahl der Proben bekannt ist, kann auf ähnliche Weise auch die Leistung unter der aktuellen Anzahl der Proben berechnet werden. Das statistische Ergebnis im Experiment ist negativ. Wenn die Leistung zu diesem Zeitpunkt zu niedrig ist, bedeutet dies, dass die Anzahl der Proben wahrscheinlich nicht ausreicht und die ursprünglich unterschiedlichen Ergebnisse nicht erzielt werden können.
Wie berechnet man die Anzahl der Proben mit JMP?
Die Berechnung der Probenanzahl erfordert nur zwei Schritte (so einfach, als würde man einen Elefanten in den Kühlschrank stellen):
Der erste Schritt besteht darin, historische Dokumente zu konsultieren, um die für die Berechnung der Stichprobenzahl erforderlichen Parameter wie Mittelwert, Standardabweichung, Rate usw. zu erhalten.
Geben Sie im zweiten Schritt diese Parameter in JMP ein und erhalten Sie die Ergebnisse.
JMP kann die Anzahl der Proben für mehrere gängige Vergleiche zwischen Gruppen in klinischen Studien schätzen, beispielsweise die Schätzung von Mittelwertvergleichen, die Schätzung von Ratenvergleichen und die Schätzung der Anzahl von Proben für Äquivalenztests. Es ist einfach zu bedienen und hochgradig interaktiv. Im Folgenden wird der Schwerpunkt auf der Verwendung von JMP zur Berechnung der Probenanzahl und der Leistung liegen.
Wählen Sie in JMP Experimentelles Design → Stichprobengrößen-Explorer → Trennschärfe (Abbildung 1). Sie können sehen, dass es im Menü „Leistungsstärke“ mehrere Szenarien zur Berechnung der Trennschärfe und der Stichprobenanzahl gibt. Sie können die entsprechenden spezifischen Szenarien entsprechend dem Forschungszweck auswählen. Menü .
Abbildung 1 Berechnung der Stichprobenanzahl und Trennschärfe zweier Gruppen unabhängiger Stichprobenmittelwerte – Menüauswahl
Im Folgenden werden die beiden häufigsten Situationen vorgestellt, nämlich der Vergleich der Mittelwerte zweier Gruppen und der Vergleich der Quoten zweier Gruppen.
01 Schätzung der Anzahl der Stichproben zum Vergleich der Mittelwerte zweier Gruppen
Vorbereitung vor der Schätzung
Um die Anzahl der Stichproben zum Vergleich der Mittelwerte zweier Gruppen abzuschätzen, müssen vorab folgende Parameter ermittelt werden:
01 Unabhängig davon, ob es sich um einen einseitigen oder zweiseitigen Testtyp handelt, handelt es sich in der Regel um einen zweiseitigen Test, wenn keine besonderen Anforderungen bestehen.
Typ 02 – die Obergrenze des Fehlers α, nimmt normalerweise den Wert 0,05 (zweiseitiger Test) oder 0,025 (einseitiger Test) an;
03 Typ 2 Fehler β oder Leistung 1-β, es wird allgemein empfohlen, dass die Leistung über 0,80 liegt;
04. Der Mittelwert (oder die Differenz zwischen den beiden Gruppen) und die Standardabweichung jeder Gruppe. Diese Daten können durch Durchsicht der Literatur oder durch Vortests ermittelt werden;
05 Das Verhältnis der Probenanzahl zwischen den einzelnen Gruppen beträgt normalerweise 1:1 und kann manchmal auch auf 1:2 festgelegt werden (je nach Forschungszweck und tatsächlicher Situation);
06 Wenn es sich um eine Folgestudie handelt, muss auch die Verlust-zu-Follow-up-Rate berücksichtigt werden, die normalerweise 10 % beträgt (abhängig von der tatsächlichen Situation);
07Beim Verfassen eines Vorschlagsberichts oder einer Forschungsausschreibungsunterlage müssen die oben genannten Parameter angegeben werden, um die Durchführbarkeit und Zuverlässigkeit der Forschung nachzuweisen.
Die geschätzte Anzahl der Proben JMP erreichen
Klicken Sie in Abbildung 1 auf die Leistung der beiden unabhängigen Stichprobenmittelwerte, um die Benutzeroberfläche für die Berechnung von Probenanzahl und Leistung aufzurufen (Abbildung 2).
Abbildung 2 Berechnung der Stichprobenanzahl und -stärke von zwei Sätzen unabhängiger Stichprobenmittelwerte – Operationsschnittstelle
Die linke Seite von Abbildung 2 zeigt die verschiedenen Parameter, die bei der Berechnung der Probenanzahl eine Rolle spielen. Von oben nach unten sind dies der Testtyp, feste Parameter (Alpha und Standardabweichung), Testparameter (einschließlich der zu testenden Differenz, die Anzahl der Proben und die Leistung) und die rechte Seite ist die Kurve zur Schätzung der Probenanzahl.
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Wenn Sie in Versionen vor JMP 16 die Anzahl der Proben berechnen möchten, müssen Sie die Leistung eingeben; wenn Sie die Leistung berechnen möchten, müssen Sie entsprechend die Anzahl der Proben eingeben; in der JMP 16-Version die Anzahl Die Anzahl der Samples (oder die Leistung) kann jederzeit angepasst werden, und die entsprechende Leistung (oder Sample-Anzahl) ändert sich entsprechend. Darüber hinaus bietet JMP 16 auch ein Diagramm der Beziehung zwischen der Anzahl der Samples und der Leistung, das angepasst werden kann gegebenenfalls, um die Änderungen in der Anzahl der Proben (oder der Leistung) bei unterschiedlichen Werten der Leistung (oder der Anzahl der Proben) zu beobachten.
Beispiel 1: Berechnen Sie die Trennschärfe, indem Sie die Anzahl der Stichproben zweier Mittelwertsätze kennen:
In einer Studie haben wir ein negatives Ergebnis erhalten. Zu diesem Zeitpunkt möchten wir die Aussagekraft der Studie verstehen, um die Glaubwürdigkeit der Studie zu gewinnen. In dieser Studie betrugen die Standardabweichungen der beiden Gruppen 2 bzw. 3, die Differenz zwischen den Mittelwerten betrug 2,5 und die Stichprobenzahl betrug 20 Fälle in jeder Gruppe. Der Vorgang der Leistungsberechnung ist in Abbildung 3 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass die entsprechende Leistung 85,31 % beträgt.
Abbildung 3: Animation zur Leistungsberechnung des Mittelwerts zweier Gruppen unabhängiger Stichproben
Beispiel 2: Berechnen Sie die Anzahl der Stichproben für den Mittelwert zweier Gruppen mit bekannter Trennschärfe:
In einer randomisierten kontrollierten Studie zum Vergleich zweier Gruppen haben wir die Literatur überprüft und festgestellt, dass die Standardabweichungen der beiden Gruppen 1 bzw. 1,5 betrugen, die Differenz zwischen den Mittelwerten 1 betrug, der Typ-I-Fehler Alpha 0,05 betrug und die Trennschärfe 80 betrug %. Die Probenanzahloperation finden Sie in Abbildung 4. Es ist ersichtlich, dass jede Gruppe 27 Proben benötigt.
Abbildung 4: Eine Animation zur Berechnung der Anzahl der Stichproben für den Mittelwert zweier Gruppen unabhängiger Stichproben
Die Ordinate der Stichprobenanzahl-Schätzkurve auf der rechten Seite von Abbildung 5 ist die Leistung und die Abszisse die Gesamtzahl der Stichproben. Der Schnittpunkt der beiden roten Linien ist die aktuell angezeigte Leistung und Anzahl der Proben. Diese Funktion hilft Forschern, die Beziehung zwischen Trennschärfe und Probenanzahl bei der Berechnung der Probenanzahl zu verstehen und hilft Forschern, eine praktikable und zuverlässige Anzahl von Proben basierend auf tatsächlichen klinischen Bedingungen zu erhalten.
In den beiden vorherigen Beispielen geben wir die Leistung oder die Probennummer ein. In der Praxis können wir die entsprechende Probennummer oder Leistung auch durch Ziehen von Abbildung 5 erhalten. Wenn Sie die Leistung entlang der Kurve auf 80 % ziehen, sehen Sie, dass die Anzahl der Proben auf der linken Seite zeigt, dass jede Gruppe 27 Proben benötigt (Abbildung 5).
Abbildung 5 Animiertes Diagramm der Trendbeziehung zwischen Probenanzahl und Leistung
02 Schätzung der Stichprobengröße zum Vergleich der Raten zwischen zwei Gruppen
Vorbereitung vor der Schätzung
Die Schätzung der Stichprobenzahl zum Vergleichen der Raten zweier Gruppen entspricht im Wesentlichen den Parametern, die zum Vergleichen der Mittelwerte zweier Gruppen erforderlich sind, mit der Ausnahme, dass der Parameter (04) unterschiedlich ist. Hier gelten der Mittelwert und die Standardabweichung jeder Gruppe nicht mehr erforderlich, aber die Rate jeder Gruppe muss ermittelt werden.
Die geschätzte Anzahl der Proben JMP erreichen
Klicken Sie auf die Potenz der beiden unabhängigen Abtastverhältnisse in Abbildung 1, um die entsprechende Bedienoberfläche aufzurufen (Abbildung 6).
Abbildung 6 Berechnung der Probenanzahl und -leistung von zwei Gruppen unabhängiger Probenanteile – Bedienoberfläche
Beispiel 3: Berechnen Sie die Potenz der Anzahl der Stichproben mit bekannten Zwei-Gruppen-Raten:
Es ist bekannt, dass die Rate der beiden Gruppen 0,6 bzw. 0,8 beträgt, α 0,05 beträgt und die Anzahl der Proben in jeder Gruppe 50 beträgt. Wie hoch ist ihre Leistung? Der Vorgang ist in Abbildung 7 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass die Leistung 60,88 % beträgt.
Diese Leistung ist etwas niedrig. Wenn wir eine Leistung von 80 % erreichen wollen, wie viele Samples werden benötigt? Sie können eine Leistung von 80 eingeben. Wie in Abbildung 8 dargestellt, hat sich die Anzahl der Proben geändert. Das bedeutet, dass in jeder Gruppe mindestens 79 Proben erforderlich sind, wenn die Leistung 80 % erreichen soll.
Abbildung 7 Animation zur Leistungsberechnung von zwei Gruppen unabhängiger Abtastraten
Abbildung 8: Eine Animation zur Berechnung der Anzahl der Abtastwerte für zwei Gruppen unabhängiger Abtastraten
Klicken Sie in Abbildung 8 auf „Einstellungen speichern“, um die aktuellen Parameter und die Anzahl der Proben zu speichern (Abbildung 9). Klicken Sie auf die vorbereitete Datenerfassungstabelle in Abbildung 2, und JMP erstellt eine neue Datentabelle (Abbildung 10) basierend auf der aktuellen Anzahl von Proben, was es Forschern erleichtert, Daten direkt zu sammeln.
Abbildung 9: Ergebnisse der Ausgabe der Einstellungen speichern
Abbildung 10 Ausgabeergebnisse der Datenerfassungstabelle
Können Sie es kaum erwarten, mit dem Experiment zu beginnen, nachdem Sie die oben genannten Schritte gelesen haben? Laden Sie JMP 16 herunter und starten Sie Ihre erste Analyse!
Original: Versuchsdesignreihe (1) | Berechnung von Stichprobengröße und Trennschärfe (Power)
Weiterführende Literatur:
