通俗理解方差分析中的主效应、交互效应、固定效应与随机效应

文摘   2024-11-08 07:30   江苏  

在临床试验中,我们常常需要评估不同治疗方法、药物或患者群体之间的差异。这时候,方差分析(ANOVA)成为我们不可或缺的工具。它帮助我们理解不同因素如何影响实验结果,同时揭示这些因素之间的关系。今天,我们就来简单分析一下方差分析中的四个关键概念:主效应交互效应固定效应随机效应

1. 主效应(Main Effect)——每个因素的独立影响

主效应是方差分析中最基本的概念。它指的是每个因素(例如药物类型、治疗方法等)单独对结果(例如血压、病情改善等)的影响,而忽略其他因素的干扰。

举个例子:

假设我们正在进行一个临床试验,比较三种药物(A、B、C)对高血压的治疗效果。如果我们忽略患者的年龄、性别等因素,仅关注药物的类型,那么药物类型对血压的影响就是主效应

药物类型平均血压降低
药物A15mmHg
药物B10mmHg
药物C12mmHg

从表格中,我们可以看到药物A的效果最好,主效应即表现为药物类型与血压降低之间的关系。


2. 交互效应(Interaction Effect)——不同因素组合的共同影响

当我们有多个因素时,可能不仅仅是单一因素在发挥作用。交互效应揭示了两个或多个因素之间的相互作用对结果的影响。

举个例子:

假设除了药物类型外,我们还考虑了性别对治疗效果的影响。药物A对男性和女性的效果可能不同,表明药物类型和性别之间有交互效应。

药物类型男性女性
药物A18mmHg12mmHg
药物B11mmHg9mmHg
药物C14mmHg10mmHg

从表格来看,药物A对男性的效果明显优于女性,这就是药物类型与性别之间的交互效应。


3. 固定效应(Fixed Effect)——我们控制并研究的特定因素

在方差分析中,固定效应是指那些我们已经事先选择并控制的因素。这些因素是研究的重点,它们的各个水平是固定的。换句话说,固定效应反映的是研究者感兴趣的那些特定因素。

举个例子:

在我们的临床试验中,药物类型(药物A、B、C)就是一个固定效应。我们选择了这三种药物进行研究,目的就是评估这三种药物在治疗高血压方面的效果。


4. 随机效应(Random Effect)——无法控制的因素变异

随机效应则是指我们无法完全控制的因素,比如样本之间的差异或实验条件的随机性。在临床试验中,不同的医院、不同的医生甚至不同的患者都可能引入随机效应。

举个例子:

如果我们的临床试验在多个医院进行,不同医院之间的治疗条件(如医生经验、设备、患者群体的差异)可能会对结果产生影响。医院就是一个随机效应因素。

医院药物A药物B药物C
医院114mmHg10mmHg12mmHg
医院216mmHg11mmHg13mmHg
医院315mmHg9mmHg14mmHg

在这个表格中,我们看到不同医院的药物效果有所差异,这就是随机效应


主效应、交互效应、固定效应与随机效应的区别与联系

特征主效应交互效应固定效应随机效应
定义单一因素对因变量的独立影响两个或更多因素之间的相互作用已选择并控制的因素随机变异因素,如医院、患者等
作用描述每个因素的独立效应揭示因素之间的复杂关系研究的具体因子(例如药物类型)反映无法控制的差异(如医院差异)
示例药物A、B、C的独立治疗效果药物类型与性别的交互效应药物类型(固定选择的药物)医院差异(随机选择的医院)
  • 主效应关注每个单独因素对结果的影响;

  • 交互效应则揭示了因素组合间的相互影响;

  • 固定效应是研究设计中控制和固定的因素;

  • 随机效应则描述了那些无法直接控制的变异性。


在一个临床试验中,方差分析帮助我们不仅识别单个因素(如药物类型)对治疗效果的影响,还能揭示因素间如何相互作用、以及那些我们无法控制的随机差异对结果的影响。

通过这种综合的分析,统计师能够帮助研究团队深入理解治疗方案的效果,做出更加科学和可靠的结论。


作为统计师,我们不仅要理解数据,还需要与非统计岗位的同事们有效沟通,帮助他们理解数据背后的含义和影响。通过方差分析,我们可以系统地评估多个因素对实验结果的影响,从而为临床决策提供数据支持。在复杂的临床试验中,主效应、交互效应、固定效应和随机效应的分析为我们揭示了治疗效果的多维度图景。


关于efreeshare系统v1.1


efreeshare系统是一套专注于生物制药数据标准化执行和管理的应用软件,用以助力临床程序员数据标准化的准备和提交过程,保证临床试验数据准确、合规,符合监管要求,从而加速生物制药研发的总体进程。
该系统提供临床试验数据验证和电子化提交一站式服务,实现高度自动化填充,力求提升国内企业指导标准和行为规范,使用FDA/CDISC等最新标准,实现国际通用行业标准100%国产化,高质量、高标准、高品质保证数据的科学性和安全性,填补国内同类系统空白。

基本功能概述


数据浏览/导出:支持xpt和sas7bdat格式的数据在线浏览、审核,也可下载为Excel,CSV格式,方便非SAS用户

Metadata相关:支持SDTM、ADaM Mapping Specifications编程模版编辑和下载,方便在线协作和管理

数据递交标准:支持NMPA,FDA和PMDA三种临床数据标准化验证配置(PMDA为v1.1新增)

SDTM数据验证:支持的SDTM-IG版本有:3.1.2,3.1.3,3.2,3.3(除3.3外,其余为v1.1新增)

ADaM数据验证:支持的ADaM-IG版本有:1.1,1.2,1.3(除1.3外,其余为v1.1新增)

Define.xml验证:支持的Define.xml版本有2.0和2.1

cSDRG/ADRG制作:支持在线创建cSDRG/ADRG,智能化填充内容,创建文档效率提升,方便在线协作和管理
Define.xml制作:支持SDTM和ADaM数据模型的Define.xml 2.1版本文档制作,其中的数据集/变量属性、受控术语、VLM、计算方法等模块达到高度自动化填充,准确度和效率显著提升
双标签:支持PDF文档(如aCRF)双书签制作(v1.1新增)
m5: 可一键在线自动创建m5文件夹,可存档和下载

注册及登录

1. 进入efreeshare系统官网(www.efreeshare.com),点击登录按钮,进入注册页面。

2. 手机号注册,获取验证码,按密码强度要求设置密码,阅读“服务协议”,勾选方框,完成注册。

3.注册完成后,回到登录界面,使用手机号和密码登录,进入efreeshare系统。

4. 点击“新增项目”,输入项目号和项目标题,创建中文或英文项目。

5. 项目创建完成,点击项目内容,进入系统,按使用说明操作。

efreeshare系统v1.1界面操作详细说明

项目添加:中文项目表示只在中国境内开展的临床试验,采集的数据点基本上为中文字符,英文项目表示在全球范围内开展的临床试验,采集的数据点基本上为英文字符。
项目编号一般为临床试验方案号(如果试验设计不同,有两套EDC数据库,按实际情况需新增两个项目,如一期药理单次剂量爬坡和某剂量多次给药或食物影响研究,可设置Single dose和Multipe dose两个项目;如果是同一个项目分为short-term和long-term,又或者是cut-off、中期分析等原因,由于终究是一套数据,依然认为是一个项目,当然用户也可以按实际需要分阶段提交;如果是ISE/ISS项目,当作2个),项目名称一般为临床试验方案的标题。最后注意,在新增项目的时候,项目名称和项目号不要填反了。

v1.1更新

在新建项目的时候,我们分试验开展的地区而将项目分为中国,美国和日本,在验证功能里分别对应为NMPAFDAPMDA,从而使数据提交符合当地的监管要求;同时,考虑到当前诸多正在进行的项目未必是最流行的标准,我们为各个地区配置了更多的数据验证版本,支持的SDTM-IG版本有:3.1.23.1.33.23.3,支持的ADaM-IG版本有:1.11.21.3

SDTM Mapping Specifications Template

在开始SDTM编程之前,先在线创建SDTM编程说明书模板。点击“新增”,系统将创建基于SDTMIG 3.3和SDTM 1.7标准的空白模板。系统里默认了诸多配置,用户可按实际情况自行修改更新,文档可多用户在线编辑,自动保存,下载,存档等,方便统一管理。同时,我们提供使用此编程说明书的SAS程序代码。

Domain标签囊括所有标准域,点击名称可跳转到相应域,“Source Data Used”列为本域编程使用的EDC数据集和其他可能的外部文件,如果不需要创建相应的域,此列置空。

具体域囊括所有标准变量,在“Conversion Definition”列填写对应变量的mapping方法,如果不需要创建此变量,此列置空。点击“Controlled Terms or Format”列值跳转到对应变量的最新的codelist(如当前最新的版本为2024-03-29),点击“DOMAIN”回到Domain标签

满足Domain标签“Source Data Used”不为空的数据集和单个数据集里“Conversion Definition”列不为空的变量等条件会进入用户最终下载的SDTM编程说明文件。

如5个试验设计数据集通常是需要创建。如Core为“Req”或“Exp”的变量通常进入数据集,不管用户有没有填写mapping rule,这同时也提示了用户需要填写变量相应的计算规则。

数据集上传

基于编程说明协议创建完数据集,上传到系统。我们支持SAS数据集sas7bdat格式的数据直接参与验证,不需要用户频繁地将sas7bdat格式转化成xpt格式,只需在基本确认sas7bdat格式数据为终版时再创建xpt,这在前期验证流程上能节省不少工作时间(可能有的人会说,我可以在每次创建sas7bdat的时候就同时生成对应的xpt文件,这也是要消耗资源的)。

另外,我们在efreeshare官网(https://www.efreeshare.com/specification)上传了cdisc官方发布的数据供业界朋友下载,学习和交流。

数据集验证

首先,这里提几点关于数据验证流程的建议:1. 不需要等所有数据集全部完成之后才开始验证,可以边做边验证,有些问题可以提前规避;2. 如果是独立双编程,在另一方QC之前就自行验证发现问题,有的时候双方可能都没有发现数据质量或逻辑问题;3. 数据验证极其重要,是保证数据质量的关键环节,要引起高度重视,尤其是国内临床试验;4. 不可太拘泥于某些验证规则的文字表述,规则也是人为规定的,要结合实际情况,注意灵活掌握和运用,将更多精力放在临床试验本身的安全和疗效属性上面;5. CDISC虽然已经发布SDTMIG 3.4版本,但仍需要行业和监管机构的消化和认可,FDA Data Standards Catalog v8.0 (02-15-2022)也没有提到SDTMIG 3.4开始适用时间,SDTMIG 3.3为当前比较流行和通用的标准。

SDTMIG 3.3数据集验证配置引擎为FDA Validator Rules version 1.6(2022年12月最终版本)和FDA Business Rules version 1.5(2019年5月最终版本),对中文项目的验证也是使用同样的标准,可只验证数据集,也可同时验证数据集和相应的define.xml文件。英文项目可选择相应的配置文件,如标准术语,编码等,中文项目验证标准术语可选择“2024-03-29”版本中文标准术语(注:SDTM标准术语2024-03-29版本由efreeshare开发小组负责完成翻译,校对),如不配置相关验证条件,可选择“Not Applicable”。

v1.1更新

report模块查看验证报告。



数据线上查看

从验证报告里发现数据质量问题后,可以在线查看数据,找出问题所在,操作方便、简单、快捷。
数据导出

可以将数据集导出为常规格式的数据供非统计人员使用。

aCRF查看

可在系统内上传pdf格式文件,方便资料之间的查阅,对比,审核。

aCRF双书签制作

csdrg文档

系统根据项目语言选择初始化不同的csdrg模板在线创建csdrg文档,中文项目语言为汉字,英文项目语言为英语,模板内容和格式来自Phuse最新发布的Version 1.3,2018-11-01,用户在相应位置填写内容即可。

根据导入的数据自动填充相应内容。

按需插入图片,可调整大小。选择不同的答案(如“是”或“否”),对应不同的回答。

Define-XML

根据FDA Data Standards Catalog - Supported and Required Standards所示,如果项目开始日期在Requrement Begins' date(此处适用Define-XML 2.1要求的开始日期为2023/3/15)之后,则申办方或申请人在提交时为保证合规必须使用指定的标准。我们建议申请人使用Define-XML 2.1版本提交数据。

Define-XML 2.1在Define-XML 2.0的基础之上,主要做了如下更新。
def:Origin定义

Define-XML 2.0中,SDTM 变量或变量value-level的origin:type有以下几种:CRF,Protocol,Assigned,Derived;而在Define 2.1中,它是origin:type和origin:source的组合。

SDTM DM Define-XML Version 2.0部分展示

SDTM DM Define-XML Version 2.1部分展示


Origin=CRF在Define-XML从2.0到2.1变化

标准和术语的确定:Version 2.0标准的指定是对整个package,从MetaDataVersion到适用标准的名称和版本。

Define-XML 2.1新“标准”部分

数据集Metadata显示不同的Domain可以有不同的标准

对特定变量使用指定版本的CT,实际项目中一般就用一套。

添加新的子分类(ADaM sub-classes),将合适的ADaM数据集更进一步分类。

空数据集的表示

用户先验证数据,再线上创建define.xml文档对应的excel模版

页面编辑,详细操作说明见下文。

使用efreeshare系统创建Define.xml 2.1

理论+实操系列视频

应该说,官方资料展示的define文件是比较复杂的,很详细,很具体,甚至某些地方的处理不常见,但efreeshare系统能完美地处理这些问题,功能上可以完全复现各种一般和特殊情况,它通过专业的业务逻辑设计,高度的自动化和智能化,极大的节省了人工成本和工作效率,是一款业界同仁使用起来得心应手的应用软件系统。


01-标准:各数据集,各标准术语均可有独立的标准及版本。

02-数据集

03-试验设计域

04-人口学-RACE变量Value Level Metadata,不同的RACE值,不同的metadata定义。

05-不良事件-AETERM变量Value Level Metadata

06-生命体征-VSORRES-VSORRESU变量Value Level Metadata,适用Value Level Metadata情况最多的是展示结果的变量,如有必要,结果的单位也可以制作VLM。

07-NV(No Data)-制作方法,由于不存在数据集,故需手动添加。

08-SUPPDM-SUPPNV(No Data)-制作方法,09-DI域制作方法,Medical Device的标准域也加入到系统配置中。

10-编码列表-词典-注释-引用文档-方法详细制作方法

define.xml验证,配置引擎为Define.xml 2.0(2014年4月24日)和Define.xml 2.1(2019年5月8日)。

验证报告,查阅报告,返回修复define.xml制作过程中的各种问题。

ADaM Mapping Specifications Template

ADaM数据集数据验证,配置引擎为ADaMIG 1.3,CDISC ADaM Validation Checks Version 1.3(2015年3月17日最终版本),进report模块查看验证报告。

adrg文档线上编辑,内容和格式为Phuse最新发布的ADRG(Version 1.2,2019-07-18)模板

更多详情请咨询小编团团备注:efreeshare


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