<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.0 20120330//EN" "JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">NEJSDS</journal-id>
<journal-title-group><journal-title>The New England Journal of Statistics in Data Science</journal-title></journal-title-group>
<issn pub-type="ppub">2693-7166</issn><issn-l>2693-7166</issn-l>
<publisher>
<publisher-name>New England Statistical Society</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">NEJSDS15</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.51387/22-NEJSDS15</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading"><subject>Methodology Article</subject></subj-group>
<subj-group subj-group-type="area"><subject>Cancer Research</subject></subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>An Optimal Two-Period Multiarm Platform Design with New Experimental Arms Added During the Trial</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Pan</surname><given-names>Haitao</given-names></name><email xlink:href="mailto:haitao.pan@stjude.org">haitao.pan@stjude.org</email><xref ref-type="aff" rid="j_nejsds15_aff_001"/><xref ref-type="corresp" rid="cor1">∗</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Yuan</surname><given-names>Xiaomeng</given-names></name><email xlink:href="mailto:xiaomeng.yuan@stjude.org">xiaomeng.yuan@stjude.org</email><xref ref-type="aff" rid="j_nejsds15_aff_002"/><xref ref-type="fn" rid="j_nejsds15_fn_001">1</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Ye</surname><given-names>Jingjing</given-names></name><email xlink:href="mailto:jingjing.ye@beigene.com">jingjing.ye@beigene.com</email><xref ref-type="aff" rid="j_nejsds15_aff_003"/>
</contrib>
<aff id="j_nejsds15_aff_001">Department of Biostatistics, <institution>St. Jude Children’s Research Hospital</institution>, Memphis, TN, 38105, <country>USA</country>. E-mail address: <email xlink:href="mailto:haitao.pan@stjude.org">haitao.pan@stjude.org</email></aff>
<aff id="j_nejsds15_aff_002">Department of Biostatistics, <institution>St. Jude Children’s Research Hospital</institution>, Memphis, TN, 38105, <country>USA</country>. E-mail address: <email xlink:href="mailto:xiaomeng.yuan@stjude.org">xiaomeng.yuan@stjude.org</email></aff>
<aff id="j_nejsds15_aff_003">SDS Data Science and Operational Excellence (DSOE), <institution>BeiGene, Ltd.</institution>, Cambridge, MA 02142, <country>USA</country>. E-mail address: <email xlink:href="mailto:jingjing.ye@beigene.com">jingjing.ye@beigene.com</email></aff>
</contrib-group>
<author-notes>
<corresp id="cor1"><label>∗</label>Corresponding author.</corresp><fn id="j_nejsds15_fn_001"><label>1</label>
<p>The first two authors contributed equally.</p></fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="ppub"><year>2024</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>1</day><month>12</month><year>2022</year></pub-date><volume>2</volume><issue>1</issue><fpage>86</fpage><lpage>103</lpage><history><date date-type="accepted"><day>10</day><month>11</month><year>2022</year></date></history>
<permissions><copyright-statement>© 2024 New England Statistical Society</copyright-statement><copyright-year>2024</copyright-year>
<license license-type="open-access" xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<license-p>Open access article under the <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</ext-link> license.</license-p></license></permissions>
<abstract>
<p>Platform trials are multiarm clinical studies that allow the addition of new experimental arms after the activation of the trial. Statistical issues concerning “adding new arms”, however, have not been thoroughly discussed. This work was motivated by a “two-period” pediatric osteosarcoma study, starting with two experimental arms and one control arm and later adding two more pre-planned experimental arms. The common control arm will be shared among experimental arms across the trial. In this paper, we provide a principled approach, including how to modify the critical boundaries to control the family-wise error rate as new arms are added, how to re-estimate the sample sizes and provide the optimal control-to-experimental arms allocation ratio, in terms of minimizing the total sample size to achieve a desirable marginal power level. We examined the influence of the timing of adding new arms on the design’s operating characteristics, which provides a practical guide for deciding the timing. Other various numerical evaluations have also been conducted. A method for controlling the pair-wise error rate (PWER) has also been developed. We have published an R package, <monospace>PlatformDesign</monospace>, on CRAN for practitioners to easily implement this platform trial approach. A detailed step-by-step tutorial is provided in Appendix <xref rid="j_nejsds15_s_020">A.2</xref>.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<label>Keywords and phrases</label>
<kwd>Platform trial</kwd>
<kwd>Adding new arms</kwd>
<kwd>Family-wise error rate</kwd>
<kwd>Multiarm trial</kwd>
</kwd-group>
<funding-group><award-group><funding-source xlink:href="https://doi.org/10.13039/100012524">American Lebanese Syrian Associated Charities</funding-source></award-group><funding-statement>This research was supported by the NCI Comprehensive Cancer Center grant (P30 CA021765) and the American Lebanese Syrian Associated Charities (ALSAC). The content is solely the responsibility of the authors and does not necessarily represent the official views of the National Institutes of Health. The authors have declared no conflict of interest. Data sharing is not applicable to this article, as no new data were created or analyzed in this study. </funding-statement></funding-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="j_nejsds15_s_001">
<label>1</label>
<title>Introduction</title>
<p>Two-period multiarm platform trials are defined as trials requiring two or more arms during the first period that have the ability to add a new experimental arm(s) during the second period. This paper was motivated by a recent pediatric osteosarcoma study at St. Jude Children’s Research Hospital (St. Jude). This trial includes two planned periods, before and after the addition of new experimental arms. During the first period, the study has two experimental arms and a common control arm. During the second period, two more experimental arms will be added. One reason for adding two additional arms is that not all potential treatments are available at the same time. Details about drug information are concealed because the study is still in the design stage.</p>
<p>The primary endpoint of this osteosarcoma study is progression-free survival; however, for the sake of simplicity, here we use the continuous endpoint to show our proposed methods. To be specific, we use Dunnett’s multiple correction method [<xref ref-type="bibr" rid="j_nejsds15_ref_007">7</xref>] to control the family-wise error rate (FWER) in the multiarm setting. We also adopt an optimal control-to-experimental arms allocation ratio rule, the <italic>root-K rule</italic> [<xref ref-type="bibr" rid="j_nejsds15_ref_022">22</xref>], to achieve a targeted marginal power while minimizing the overall sample size of the first period. Despite adding two new experimental arms during the second period, the goal of the design is to have the same targeted marginal power and FWER as the trial with two experimental arms and one control without adding new arms. How to achieve this will be introduced in this paper.</p>
<p>This type of two-period multiarm trials has been discussed in Ren et al. [<xref ref-type="bibr" rid="j_nejsds15_ref_016">16</xref>] and Roig et al. [<xref ref-type="bibr" rid="j_nejsds15_ref_017">17</xref>]. In the former, the authors discussed a simplified version, with one experimental arm in the first period and a second experimental arm added later. Under this framework, Ren et al. presented statistical considerations, including type-I error control and power, as well as an optimal allocation ratio. In Ren et al., the total sample size is fixed and determined by a conventional three-arm design with equal randomization: each experimental arm has a marginal power of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_001"><alternatives><mml:math>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:math><tex-math><![CDATA[$1-\beta $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to detect a standardized treatment effect Δ and a marginal type-I error controlled at <italic>α</italic> (one-sided). Ren et al. discussed the optimal allocation and optimal timing of adding the new arm to maximize the disjunctive power of the study. However, marginal (pair-wise) power is often an interesting metric for possible registrational purposes. In Ren et al.’s method, the marginal power for each experimental arm cannot be maintained at its original level <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_002"><alternatives><mml:math>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:math><tex-math><![CDATA[$1-\beta $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, mainly due to the fixed total sample size.</p>
<p>In Roig et al. [<xref ref-type="bibr" rid="j_nejsds15_ref_017">17</xref>], the authors assessed the robustness of model-based approaches to adjust for time trends when utilizing non-concurrent controls. The focus of that research is the consequences of incorporating a nonconcurrent control with various time-trend models and assumptions for the different arms. In our method, we use only the <italic>concurrent</italic> control data (i.e., patients are recruited and allocated to the control group after a new arm is added) and do not discuss how to use <italic>nonconcurrent</italic> control data (i.e., patients are allocated in the control arm before the new arm is open). Specifically, data from patients allocated to a new experimental arm are <italic>only compared</italic> to that from patients randomized to the control arm <italic>contemporaneously</italic>. For the non-concurrent control discussion, a good resource is the EU-PEARL webinar, “Non-concurrent controls in platform trials” where different multi-stakeholder perspectives on challenges and opportunities for the use of nonconcurrent control data are discussed. In a more general setting of how to leverage information from external or non-concurrent sources to potentially gain power and precision or reduce the sample size, especially based on Bayesian models, people can refer to Normington et al. [<xref ref-type="bibr" rid="j_nejsds15_ref_014">14</xref>]. It is worth noting that a recent paper [<xref ref-type="bibr" rid="j_nejsds15_ref_004">4</xref>] describes how to apply the estimands concept when adding new arms.</p>
<p>The two-period multiarm trial is a special case of the platform trial in which a new arm(s) is added only once after the start of a trial. The general platform design is defined as a multiarm multistage (MAMS) trial that adds and removes experimental arms during the trial course. For the general platform design, unlimited times of “adding” are allowed; therefore, a platform trial is also called a perpetual or non-ending trial. For the general platform design, there is a rich body of literature [<xref ref-type="bibr" rid="j_nejsds15_ref_020">20</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="j_nejsds15_ref_009">9</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="j_nejsds15_ref_005">5</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="j_nejsds15_ref_015">15</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="j_nejsds15_ref_003">3</xref>].</p>
<p>The rest of the paper is organized as follows. In Section <xref rid="j_nejsds15_s_002">2</xref>, after defining the notations, we introduce the two-period K+M-experimental arm platform design methods. Specifically, we use a 2+2-experimental arm trial to illustrate the design’s components and the developed method in detail. A design to control the pairwise type I error rate (PWER) is also introduced. In Section <xref rid="j_nejsds15_s_012">3</xref>, we briefly showcase how to use the R package <monospace>PlatformDesign</monospace> to design our motivating pediatric osteosarcoma study and other examples. Comprehensive numerical evaluations are presented in Section <xref rid="j_nejsds15_s_013">4</xref>. Section <xref rid="j_nejsds15_s_018">5</xref> concludes the paper with a discussion.</p>
</sec>
<sec id="j_nejsds15_s_002" sec-type="methods">
<label>2</label>
<title>Methods</title>
<p>We discuss a general format of the two-period K+M-experimental arm platform design. The first period includes <italic>K</italic> experimental arms, and during the second period, <italic>M</italic> experimental arms will be added. <italic>K</italic> and <italic>M</italic> can be equal to 1. The second period includes two parts: an overlapping part and a non-overlapping part (see below for details). One common control arm is shared throughout the two periods.</p>
<p>We first introduce a K-experimental arm trial design upon which the K+M-experimental arm trial is based. The K-experimental arm trial we refer to in this paper is equivalent to a traditional K+1-arm trial, which has <italic>K</italic> experimental arms and one control arm. The K+M-experimental arm trial is based on the K-experimental arm trial, in the sense that we will retain the same FWER (or PWER) and marginal power for the K+M-experimental arm trial as in the K-experimental arm trial, despite adding <italic>M</italic> new experimental arms during the second period of the K+M-experimental arm trial. Then we describe the proposed methods for the K+M-experimental arm trial, detailing how to add a new experimental arm(s) during the second period of the trial and determine the critical value and allocation ratios.</p>
<sec id="j_nejsds15_s_003">
<label>2.1</label>
<title>Design Components for the K-Experimental Arm Trial</title>
<p>In the K-experimental arm trial, we test <italic>K</italic> experimental arms against a control arm. We define <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_003"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${X_{ki}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> as the treatment response of the i-th patient on arm <italic>k</italic> (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_004"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:math><tex-math><![CDATA[$k=0,1,\dots ,K$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_005"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[$k=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> represents the control arm). We then assume that <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_006"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo>
<mml:mtext>N</mml:mtext>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[${X_{ki}}\sim \text{N}({\mu _{k}},{\sigma _{k}^{2}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and the family of <italic>K</italic> null hypotheses to be tested is 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_001">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>01</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {H_{01}}:{\delta _{1}}={\mu _{1}}-{\mu _{0}}\le 0,\dots ,{H_{0K}}:{\delta _{K}}={\mu _{K}}-{\mu _{0}}\le 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
We use <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_007"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\delta _{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to denote the effect size for each experimental arm <italic>k</italic>, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_008"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$k\in \{1,\dots ,K\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. For simplification, we assume <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_009"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:math><tex-math><![CDATA[${\sigma _{0}}={\sigma _{1}}=\cdots ={\sigma _{K}}=\sigma $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where <italic>σ</italic> is the common standard deviation. We also denote the standardized effect size using <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_010"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Delta _{k}}={\delta _{k}}/\sigma $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>To test the hypothesis <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_011"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[${H_{0k}},k\in \{1,2,\dots ,K\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for experimental arm <italic>k</italic> versus control, we assume that a standardized test statistic, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_012"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${Z_{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, is computed as 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_002">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Var</mml:mtext>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {Z_{k}}=\frac{{\delta _{k}}}{{\sqrt{\text{Var}(\delta }_{k}})},k\in \{1,\dots ,K\}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Under <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_013"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${H_{0k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the distribution of the Z-test statistics is standard normal, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_014"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$N(0,1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. A marginal (or pair-wise) type-I error rate of level <italic>α</italic> can be computed as <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_015"><alternatives><mml:math>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$1-\Phi ({z_{1-\alpha }})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_016"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mo>·</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$\Phi (\cdot )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the standard normal probability distribution function.</p>
<p>If we assume that <italic>σ</italic> is unknown, then we would use the T-test statistic, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_017"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle></mml:math><tex-math><![CDATA[${T_{k}}=\frac{{\bar{X}_{k}}-{\bar{X}_{0}}}{s\sqrt{1/n+1/{n_{0}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_018"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$k\in \{1,\dots ,K\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Here, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_019"><alternatives><mml:math><mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover></mml:math><tex-math><![CDATA[$\bar{X}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the sample mean, and <italic>s</italic> is the sample standard deviation. The design parameters <italic>n</italic> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_020"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are the numbers of patients enrolled in each experimental arm and the control arm (assuming an equal number of patients is recruited for each experimental arm). Under the null, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_021"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${T_{k}}\sim {t_{1,v}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> with <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_022"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[$v=n+{n_{0}}-2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. We can then compute the marginal type-I error rate using the T distribution. In this paper, we will use the Z-test statistic to introduce the methods.</p>
<sec id="j_nejsds15_s_004">
<label>2.1.1</label>
<title>Error Rate</title>
<p>For a set (or family) of hypotheses, a type-I error is defined as rejecting any true null hypothesis. In this paper, we use the Dunnett’s correction [<xref ref-type="bibr" rid="j_nejsds15_ref_007">7</xref>] to control the FWER in the strong sense, which means that the probability of rejecting any true null hypothesis is controlled at a pre-specified level for any possible values of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_023"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$({\delta _{1}},\dots ,{\delta _{K}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The situation in which PWER (instead of FWER) is controlled is discussed in Section <xref rid="j_nejsds15_s_011">2.4</xref>. The guidance on multiplicity issues in clinical trials from the regulatory bodies (FDA 2017 and EMA 2012) states that controlling the family-wise type-I error in the strong sense is required for confirmatory trials.</p>
<p>To be explicit, by setting a <italic>global null hypothesis</italic> <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_024"><alternatives><mml:math>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup></mml:math><tex-math><![CDATA[${H_{0}^{G}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_003">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {H_{0}^{G}}:{\delta _{1}}=\cdots ={\delta _{k}}=\cdots ={\delta _{K}}=0,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Magirr et al. [<xref ref-type="bibr" rid="j_nejsds15_ref_013">13</xref>] showed that the FWER is maximized under <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_025"><alternatives><mml:math>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup></mml:math><tex-math><![CDATA[${H_{0}^{G}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then, the FWER is defined as follows: 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_004">
<label>(2.1)</label><alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt">
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd">
<mml:mtext>FWER</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd class="align-even">
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo movablelimits="false">Pr</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>reject at least one</mml:mtext>
<mml:mspace width="2.5pt"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}\text{FWER}& =\Pr (\text{reject at least one}\hspace{2.5pt}{H_{0k}},k\in \{1,\dots ,K\}|{H_{0}^{G}})\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Dunnett [<xref ref-type="bibr" rid="j_nejsds15_ref_007">7</xref>] provided an analytical formula to estimate the FWER when all the comparisons start and conclude at the same time. The FWER can be calculated using 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_005">
<label>(2.2)</label><alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right">
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>FWER</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {\text{FWER}_{D}}=1-{\Phi _{K}}({z_{1-{\alpha _{1}}}},\dots ,{z_{1-{\alpha _{1}}}};{\Sigma _{1}}),\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_026"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mo>·</mml:mo>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Phi _{K}}(\cdot ;{\Sigma _{1}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> with <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_027"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Sigma _{1}}=[{\rho _{k{k^{\prime }}}}]$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the standard <italic>K</italic>-variate normal probability distribution function, and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_028"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Sigma _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a <italic>K</italic>-by-<italic>K</italic> correlation matrix, with <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_029"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\rho _{k{k^{\prime }}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> denoting the correlation between <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_030"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${Z_{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_031"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${Z_{{k^{\prime }}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> at the final analysis. The <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_032"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${z_{1-{\alpha _{1}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the critical value to control the FWER<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_033"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow/>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${_{D}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> during the K-experimental arm trial; the subscript <italic>D</italic> refers to Dunnett’s method.</p>
</sec>
<sec id="j_nejsds15_s_005">
<label>2.1.2</label>
<title>Power</title>
<p>Sample sizes can be computed to control several types of power at specified levels. There are multiple definitions of power, depending on the objective of the trial in multiarm settings.</p>
<p>We use <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_034"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:math><tex-math><![CDATA[$\omega =1-\beta $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to denote the <italic>marginal power</italic> (pair-wise) for a given experimental arm against the control.</p>
<p>The alternative hypothesis for each of the comparisons to be tested is 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_006">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {H_{11}}:{\delta _{1}}={\delta _{1}^{1}}\gt 0,\dots ,{H_{1K}}:{\delta _{K}}={\delta _{K}^{1}}\gt 0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>In this paper, we focus on the <italic>global alternative hypothesis</italic>, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_035"><alternatives><mml:math>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup></mml:math><tex-math><![CDATA[${H_{1}^{G}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, which is given by 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_007">
<label>(2.3)</label><alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right">
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>∗</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {H_{1}^{G}}:{\delta _{1}}=\cdots ={\delta _{k}}=\cdots ={\delta _{K}}={\delta ^{\ast }}(\gt 0),\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_036"><alternatives><mml:math>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>∗</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup></mml:math><tex-math><![CDATA[${\delta ^{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the common effect size. Because we assume equal standard deviation (denoted as <italic>σ</italic>) for each experimental arm, this is equivalent to <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_037"><alternatives><mml:math>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[${H_{1}^{G}}:{\Delta _{1}}=\cdots ={\Delta _{k}}=\cdots ={\Delta _{K}}=\Delta (\gt 0)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where Δ is the common standardized effect size. Then, we can define the following power based on <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_038"><alternatives><mml:math>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup></mml:math><tex-math><![CDATA[${H_{1}^{G}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p><italic>Disjunctive</italic> (any-pair) power (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_039"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{dis}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) is the probability of showing a statistically significant effect under the targeted effects for <italic>at least</italic> one comparison 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_008">
<label>(2.4)</label><alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt">
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd class="align-even">
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo movablelimits="false">Pr</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>reject at least one</mml:mtext>
<mml:mspace width="2.5pt"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mo movablelimits="false">…</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{\Omega _{dis}}& =\Pr (\text{reject at least one}\hspace{2.5pt}{H_{0k}},k\in \{1,\dots ,K\}|{H_{1}^{G}})\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Of note, another popular alternative hypothesis is the <italic>least favorable configuration</italic> for experimental <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_040"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$k\in \{1,\dots ,K\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, which is given by <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_041"><alternatives><mml:math>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>LFC</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>∗</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup></mml:math><tex-math><![CDATA[${H_{1}^{{\text{LFC}_{k}}}}:{\delta _{k}}={\delta ^{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_042"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${\delta _{1}}=\cdots ={\delta _{K}}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. We will not explore this hypothesis in this paper.</p>
<p><italic>Conjunctive</italic> (all-pairs) (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_043"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{c}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) power is the probability of showing a statistically significant effect under the targeted effects for <italic>all</italic> comparisons. The conjunctive power is computed as 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_009">
<label>(2.5)</label><alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt">
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd class="align-even">
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo movablelimits="false">Pr</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>reject all</mml:mtext>
<mml:mspace width="2.5pt"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}{\Omega _{c}}& =\Pr (\text{reject all}\hspace{2.5pt}{H_{0k}}|{H_{1}^{G}})\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
This power is optimistic, and we will not use it in the paper.</p>
</sec>
<sec id="j_nejsds15_s_006">
<label>2.1.3</label>
<title>Optimal Allocation Ratio</title>
<p>In a traditional two-arm randomized clinical trial in which the endpoint measured for both the control and experimental treatments has the same variance, the optimal allocation ratio between the two arms is 1:1, which maximizes the power. However, when there are multiple experimental arms compared to a control arm, the optimal allocation is no longer 1:1. If early stopping was implemented for an experimental arm, then the optimal allocation would be approximately <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_044"><alternatives><mml:math>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt></mml:math><tex-math><![CDATA[$\sqrt{K}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> patients (<italic>root-K rule</italic>) allocated to the control group for every patient allocated to a given experimental treatment [<xref ref-type="bibr" rid="j_nejsds15_ref_021">21</xref>]. Thus, as the number of experimental arms increases, the optimal allocation ratio also increases. The above result applies to the one-stage K-experimental arm design.</p>
<p>Based on the root-K rule, we have the same allocation ratio (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_045"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{1}}=\sqrt{K}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) across all experimental arms in K-experimental arm trial, thus, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_046"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{1}}}}={A_{1}}\times {n_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_047"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mi>∞</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{1}}\in (0,\infty )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Here, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_048"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the allocation ratio for the control arm relative to the experimental arm. The design parameters <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_049"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_050"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{1}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are the sample sizes of each of the <italic>K</italic> experimental arms and the control arm, respectively, during the K-experimental arm trial. In the first period of the K+M-experimental arm trial, the same allocation ratio, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_051"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, is kept. <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_052"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{1}}={n_{{0_{t}}}}/{n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, as <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_053"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_054"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{t}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are the sample size of each of the <italic>K</italic> experimental arms and the control arm, respectively, during the first period of the K+M-experimental arm trial, before the <italic>M</italic> new arms are added. (Figure <xref rid="j_nejsds15_fig_001">1</xref>.) Additionally, The correlation <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_055"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\rho _{k{k^{\prime }}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> between <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_056"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${Z_{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_057"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${Z_{{k^{\prime }}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_058"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{1}}/({A_{1}}+1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (For details, see Step 2 of Appendix <xref rid="j_nejsds15_s_020">A.2</xref>). If there is an equal allocation to the control and experimental arms, then, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_059"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{1}}}}={n_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_060"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${\rho _{k{k^{\prime }}}}=0.5$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Other optimality criteria have also been proposed, including A-optimality, D-optimality, and E-optimality. Details can be found in Atkinson et al. [<xref ref-type="bibr" rid="j_nejsds15_ref_001">1</xref>]. Of note, for the MAMS design, Wason &amp; Jaki [<xref ref-type="bibr" rid="j_nejsds15_ref_022">22</xref>] proposed a method to investigate the optimal allocation.</p>
</sec>
<sec id="j_nejsds15_s_007">
<label>2.1.4</label>
<title>Design Summary for the K-Experimental Arm Trial</title>
<p>In the K-experimental arm trial, there are <italic>K</italic> experimental arms and one common control arm. To control the FWER (e.g., at 0.025), equation (<xref rid="j_nejsds15_eq_005">2.2</xref>) is used to derive the critical value <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_061"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${z_{1-{\alpha _{1}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Given the global alternative hypothesis <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_062"><alternatives><mml:math>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup></mml:math><tex-math><![CDATA[${H_{1}^{G}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> defined in formula (<xref rid="j_nejsds15_eq_007">2.3</xref>), the required sample sizes for the control and each experimental arm are derived with the allocation ratio based on the root-K rule to obtain a desirable marginal power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_063"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (See Step 4 in Appendix <xref rid="j_nejsds15_s_020">A.2</xref>). The corresponding disjunctive power, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_064"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, defined in equation (<xref rid="j_nejsds15_eq_008">2.4</xref>), is calculated based on <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_065"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, as described in Step 5 in Appendix <xref rid="j_nejsds15_s_020">A.2</xref>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="j_nejsds15_s_008">
<label>2.2</label>
<title>Design Components for the K+M-Experimental Arm Trial</title>
<p>At the end of the first period with <italic>K</italic> experimental arms, <italic>M</italic> experimental arms are allowed to be added, and the study enters the second period. The second period of the K+M-experimental arm trial has two parts. The first part is an overlapping duration in which <italic>K</italic> initial experimental arms and <italic>M</italic> new experimental arms overlap, and the second part is a non-overlapping duration in which only the <italic>M</italic> new experimental arms are open. Both parts share a common control arm. We use a 2+2-experimental arm trial (depicted in Figure <xref rid="j_nejsds15_fig_001">1</xref>) to introduce the notations used in the K+M-experimental arm trial. As its name suggests, the 2+2-experimental arm trial includes a first period in which there are two experimental arms, and a second period in which two new experimental arms are added. This is the setting of the St. Jude pediatric osteosarcoma trial.</p>
<fig id="j_nejsds15_fig_001">
<label>Figure 1</label>
<caption>
<p>Schema of a two-period 2+2-experimental arm platform trial. The left part of the figure shows a traditional three-arm trial. In the context of this paper, we refer it as a two-experimental arm trial, as it has two experimental arms and one common control. The right part of this figure depicts the 2+2-experimental arm trial. During the first period, this trial has two experimental arms, Trt 1 and Trt 2 (light blue segments), and a control arm (dark blue segment). The vertical solid line separates the first and second periods of the trial and indicates the opening of two new experimental arms, Trt 3 and Trt 4. The dashed vertical line separates two parts of the second period and indicates the closing of Trt 1 and Trt 2. During the first part of the second period, the control arm (dark purple segment) is shared among the four experimental arms (light purple segments). During the second part of the second period, the control (dark green), Trt 3, and Trt 4 (light green) continue to accrue patients until reaching the planned sample sizes. The <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_066"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_067"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{t}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (blue brackets) indicate the numbers of patients enrolled in Trt 1, Trt 2, and the control, respectively, when Trt 3 and Trt 4 are added. The <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_068"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_069"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{1}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (orange brackets) indicate the sample sizes for each of the two experimental arms and the control, respectively, in the 2-experimental arm trial. The <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_070"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_071"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{2}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (green brackets) indicate sample sizes for each of four experimental arms and the concurrent control. <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_072"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> denotes the allocation ratio (control to experimental arm) during the first period. <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_073"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> denotes the allocation ratio during the first part of the second period, when all four experiments arms are open. <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_074"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{3}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> denotes the allocation ratio during the second part of the second period.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="nejsds15_g001.jpg"/>
</fig>
<p>In Figure <xref rid="j_nejsds15_fig_001">1</xref>, ‘Control’ denotes the common control arm, ‘Trt1’ and ‘Trt2’ denote the two initial experimental arms opened during the first period, and ‘Trt3’ and ‘Trt4’ refer to the two experimental arms opened during the second period of the 2+2-experimental arm trial (the right side of Figure <xref rid="j_nejsds15_fig_001">1</xref>). <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_075"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the randomization ratio of the control to Trt1 or Trt2 (determined by the root-K rule), and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_076"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the “information time” when Trt3 and Trt4 are added. Specifically, the two arms are added when <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_077"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> patients have been enrolled in each of Trt1 and Trt2. Equivalently, the “information time” can be defined as <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_078"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{t}}}}=[{A_{1}}{n_{t}}]$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the number of patients have been enrolled in the control arm when adding new arms, where <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_079"><alternatives><mml:math>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mo>·</mml:mo>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$[\cdot ]$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> means rounding up to the nearest integer. The information time (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_080"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_081"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{t}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) should follow the two constraints: <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_082"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}\le {n_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_083"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{t}}}}\le {n_{{0_{1}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>The allocation ratio changes to <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_084"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> once the Trt 3 and 4 are added. During the overlapping stage, there are <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_085"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{2}}-{n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> patients enrolled for each of the experimental arms and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_086"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{2}}}}-{n_{{0_{t}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> patients enrolled for the control. Therefore, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_087"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{2}}=({n_{{0_{2}}}}-{n_{{0_{t}}}})/({n_{2}}-{n_{t}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Determination of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_088"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_089"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{2}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> will be introduced in the next section. After the overlapping stage (i.e., after Trt1 and Trt2 are stopped), Trt3 and Trt4 will continue to enroll until each has reached the required sample size of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_090"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Therefore, both of these arms, need to enroll an additional <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_091"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> patients to “catch up” with Trt1 and Trt2 during the second part of the second period. In the same vein, the control arm will enroll an additional <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_092"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{t}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> patients to ensure the same number of concurrent controls across experimental arms. Therefore, the allocation ratio <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_093"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{3}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is equal to <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_094"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> after the completion of Trt1 and Trt2. Additionally, we denote the overall allocation ratio as <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_095"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[$A={n_{{0_{2}}}}/{n_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Because the 2+2-experimental arm trial has four overlapping experimental arms and therefore four test statistics, we can not use the critical value <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_096"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${z_{1-{\alpha _{1}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> from the 2-experimental arm trial for the 2+2-experimental arm trial. For example, if we want to control the FWER, the critical value of the K+M-experimental arm trial, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_097"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${z_{1-{\alpha _{2}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, should be computed based on the correlation matrix of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_098"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:math><tex-math><![CDATA[$K+M$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> test statistics using formula (<xref rid="j_nejsds15_eq_005">2.2</xref>) with <italic>K</italic> replaced by <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_099"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:math><tex-math><![CDATA[$K+M$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="j_nejsds15_s_009">
<label>2.3</label>
<title>Determination of the Optimal Allocation Ratio <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_100"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for the Overlapping Duration in a Two-Period K+M-Arm Trial</title>
<p>We need to first determine the critical value <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_101"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${z_{1-{\alpha _{2}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> before we determine the optimal allocation ratio <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_102"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. To calculate the <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_103"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${z_{1-{\alpha _{2}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, we need to determine the correlation matrix <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_104"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Sigma _{2}}=[{\rho _{kk\prime }}]$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of the K+M-experimental arm trial. This can be derived as follows (see Appendix <xref rid="j_nejsds15_s_019">A.1</xref> for the derivation): 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_010">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow/>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow/>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {\rho _{k,{k^{{^{\prime }}}}}}=\frac{{n_{{0_{k{k^{{^{\prime }}}}}}}}}{\frac{{n_{{0_{2}}}^{2}}}{{n_{2}}}+{n_{{0_{2}}}}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Here, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_105"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{k{k^{\prime }}}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the number of shared controls between experimental arms <italic>k</italic> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_106"><alternatives><mml:math>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup></mml:math><tex-math><![CDATA[${k^{\prime }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. By Figure <xref rid="j_nejsds15_fig_001">1</xref>, if arms <italic>k</italic> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_107"><alternatives><mml:math>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup></mml:math><tex-math><![CDATA[${k^{\prime }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> started at the same time, then <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_108"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{k{k^{\prime }}}}}}={n_{{0_{2}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Otherwise, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_109"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{k{k^{\prime }}}}}}={n_{{0_{2}}}}-{n_{0t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Once we have the <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_110"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Sigma _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, we can use the following equation to find the updated critical value <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_111"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${z_{1-{\alpha _{2}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_011">
<label>(2.6)</label><alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt">
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd"/>
<mml:mtd class="align-even">
<mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>∞</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>∞</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mn>...</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>∞</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd"/>
<mml:mtd class="align-even">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mn>...</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}& FWER=1-{\int _{-\infty }^{{z_{1-{\alpha _{2}}}}}}{\int _{-\infty }^{{z_{1-{\alpha _{2}}}}}}...{\int _{-\infty }^{{z_{1-{\alpha _{2}}}}}}{\pi _{Z}}(Z({z_{1}},\dots ,\\ {} & \hspace{1em}\hspace{1em}{z_{K}},{z_{K+1}},\dots {z_{K+M}}),0,{\Sigma _{2}})d{z_{1}}d{z_{2}}...d{z_{K+M}}\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Then we can use <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_112"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${z_{1-{\alpha _{2}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to calculate the marginal power, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_113"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and the disjunctive power, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_114"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, of the K+M-experimental arm trial. (See more details at the end of Section <xref rid="j_nejsds15_s_010">2.3.1</xref>.)</p>
<p>The goal of a two-period K+M-experimental arm platform design is to determine the minimum total sample size (denoted as <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_115"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${N_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) that can have the marginal power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_116"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and disjunctive power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_117"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> that are no less than their counterparts, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_118"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_119"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, in the K-experimental arm, while controlling for FWER.</p>
<sec id="j_nejsds15_s_010">
<label>2.3.1</label>
<title>Admissible Set for Finding the Optimal Design(s)</title>
<p>It is easy to see <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_120"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${z_{1-{\alpha _{2}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> can not be derived without <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_121"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_122"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{2}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, as they are needed for computing the correlation matrix <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_123"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Sigma _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. We define an admissible set for pairs of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_124"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$({n_{2}},{n_{{0_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> based on the following three constraints. The first two constraints are related to <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_125"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the allocation ratio after adding the new arms.</p>
<p>Here we have 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_012">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {A_{2}}=({n_{{0_{2}}}}-{n_{{0_{t}}}})/({n_{2}}-{n_{t}})\gt 0,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_126"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_127"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{t}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are the numbers of enrolled patients in each of the experimental arms and the control arm, at the time of adding the two new arms. The value of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_128"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> needs to be a non-infinite positive number. In our 2+2 example, if <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_129"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}=30$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_130"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>∗</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>43</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{t}}}}=[{A_{1}}\ast {n_{t}}]=43$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (See Step 8 in Appendix <xref rid="j_nejsds15_s_020">A.2</xref> for details).</p>
<p>Therefore, the first two constraints are 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_013">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>43</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {n_{{0_{2}}}}\gt {n_{{0_{t}}}}=43,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
and 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_014">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>30.</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {n_{2}}\gt {n_{t}}=30.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>We also need to set an upper limit for the total sample size of the K+M-experimental arm trial, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_131"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${N_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. A reasonable upper limit implies that <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_132"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${N_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> should not exceed the required sample sizes (denoted as <italic>S</italic>) for conducting two separate multiarm trials, i.e., a K-experimental arm trial and an M-experimental arm trial.</p>
<p>Based on formulae (<xref rid="j_nejsds15_eq_031">A.2</xref>) and (<xref rid="j_nejsds15_eq_032">A.3</xref>), 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_015">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt">
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd">
<mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd class="align-even">
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd"/>
<mml:mtd class="align-even">
<mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>∗</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}S=& \frac{{({z_{1-{\alpha _{1}}}}+{z_{1-{\beta _{1}}}})^{2}}}{{\Delta ^{2}}}(1+2\sqrt{K}+K)\\ {} & +\frac{{({z_{1-{\alpha _{1}^{\ast }}}}+{z_{1-{\beta _{1}}}})^{2}}}{{\Delta ^{2}}}(1+2\sqrt{M}+M),\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_133"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${z_{1-{\alpha _{1}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_134"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>∗</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${z_{1-{\alpha _{1}^{\ast }}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are the critical values for the K- and M-experimental arm trials, respectively. Therefore, the third constraint for <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_135"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$({n_{2}},{n_{{0_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_016">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {N_{2}}=(K+M){n_{2}}+{n_{{0_{2}}}}+{n_{{0_{t}}}}\lt S.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>In our “2+2” example, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_136"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>∗</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${z_{1-{\alpha _{1}}}}={z_{1-{\alpha _{1}^{\ast }}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> as <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_137"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[$K=M=2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_138"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>690</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[$S=2{N_{1}}=690$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. (See Step 4 in Appendix <xref rid="j_nejsds15_s_020">A.2</xref> for derivation of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_139"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${N_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.)</p>
<p>Therefore, the third constraint for the “2+2” example is 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_017">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo>
<mml:mn>690.</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {N_{2}}=4{n_{2}}+{n_{{0_{2}}}}+{n_{{0_{t}}}}\lt 690.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Under the above three constraints, the admissible set of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_140"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$({n_{2}},{n_{{0_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> can be identified. Given <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_141"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}=30$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_142"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>43</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{t}}}}=43$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, we can obtain the feasible region (shaded area in Figure <xref rid="j_nejsds15_fig_002">2</xref>). Specifically, all integer pairs <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_143"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$({n_{2}},{n_{{0_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in this region are potential design candidates.</p>
<fig id="j_nejsds15_fig_002">
<label>Figure 2</label>
<caption>
<p>Admissible set of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_144"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$({n_{2}},{n_{{0_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (shaded triangular region), when <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_145"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}=30$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_146"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>43</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{t}}}}=43$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in a two-period 2+2-experimental arm platform trial.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="nejsds15_g002.jpg"/>
</fig>
<p>Once we have the feasible region for the pairs of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_147"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$({n_{2}},{n_{{0_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then we can compute the correlation matrix <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_148"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Sigma _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of the <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_149"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:math><tex-math><![CDATA[$K+M$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> test statistics <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_150"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$({Z_{1}},\dots ,{Z_{K}},{Z_{K+1}},\dots ,{Z_{K+M}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Derivation of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_151"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Sigma _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in the “2+2” setting is presented in Step 9 of Appendix <xref rid="j_nejsds15_s_020">A.2</xref>. With the correlation matrix <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_152"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Sigma _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, we can use equation (<xref rid="j_nejsds15_eq_011">2.6</xref>) to find the marginal type I error <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_153"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\alpha _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for a specific pair <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_154"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$({n_{2}},{n_{{0_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>With <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_155"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_156"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{1}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_157"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\alpha _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_158"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\beta _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_159"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\alpha _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, we can use the following equation (<xref rid="j_nejsds15_eq_018">2.7</xref>) to calculate the marginal power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_160"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{2}}=1-{\beta _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for each pair <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_161"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$({n_{2}},{n_{{0_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> from <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_162"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${z_{1-{\beta _{2}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_018">
<label>(2.7)</label><alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right">
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {z_{1-{\beta _{2}}}}=\sqrt{\frac{\frac{1}{{n_{1}}}+\frac{1}{{n_{{0_{1}}}}}}{\frac{1}{{n_{2}}}+\frac{1}{{n_{{0_{2}}}}}}}({z_{1-{\alpha _{1}}}}+{z_{1-{\beta _{1}}}})-{z_{1-{\alpha _{2}}}}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Next, we can derive the disjunctive power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_163"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for each pair of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_164"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$({n_{2}},{n_{{0_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> by plugging <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_165"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\beta _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_166"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Sigma _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> into the following equation. 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_019">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt">
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd"/>
<mml:mtd class="align-even">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>∞</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>∞</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mn>...</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>∞</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd"/>
<mml:mtd class="align-even">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mn>...</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}& {\Omega _{2}}=1-{\int _{-\infty }^{{z_{{\beta _{2}}}}}}{\int _{-\infty }^{{z_{{\beta _{2}}}}}}...{\int _{-\infty }^{{z_{{\beta _{2}}}}}}{\pi _{Z}}(Z({z_{1}},{z_{2}},\dots {z_{K+M}}),\\ {} & \hspace{1em}\hspace{1em}0,{\Sigma _{2}})d{z_{1}}d{z_{2}}...d{z_{K+M}}\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Based on the above procedure, we can compute the associated <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_167"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_168"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for all admissible pairs in the feasible region. In the 2+2-experimental arm example, the total number of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_169"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$({n_{2}},{n_{{0_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> pairs in the admissible set is 29,040, and we can compute <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_170"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_171"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for each of the pairs. Then, we can perform a two-step selection procedure to determine the “optimal” design(s):</p>
<list>
<list-item id="j_nejsds15_li_001">
<label>1.</label>
<p>We keep only the designs in which <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_172"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{2}}\ge {\omega _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_173"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}\ge {\Omega _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, respectively (lower limits are decided in Step 7 of Appendix <xref rid="j_nejsds15_s_020">A.2</xref>).</p>
</list-item>
<list-item id="j_nejsds15_li_002">
<label>2.</label>
<p>Among the designs selected, we recommend the one(s) with the smallest sample size (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_174"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${N_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) as the “optimal” design(s).</p>
</list-item>
</list>
<p>We demonstrate how to design a two-period 2+2-experimental arm platform design by using the R package <monospace>PlatformDesign</monospace> in Appendix <xref rid="j_nejsds15_s_020">A.2</xref>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="j_nejsds15_s_011">
<label>2.4</label>
<title>An Optimal K+M-Experimental Arm Design that Controls the PWER</title>
<p>We have described the method for designing a K+M-experimental arm trial to control the FWER, i.e., to control the multiplicity when many interventions are evaluated simultaneously against a common control. However, depending on the reason different treatments are included in the same platform trials, they may not be considered “a family” simply because they are included in the same trial. For master protocols like platform trials, if different experimental arms are included solely for operational efficiency (e.g., reducing the sample size of the control arm by using a shared control to save resources expended during recruitment), we would not necessarily need to perform multiplicity adjustment to control the FWER. Therefore, in this section we introduce an alternative version of the optimal K+M-experimental arm design controlling for the <italic>pair-wise type I error rate</italic> (PWER). The PWER is the probability of incorrectly rejecting the null hypothesis for the primary outcome in a particular experimental arm, regardless of outcomes in the other experimental arms. In this case, the critical value <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_175"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${z_{\alpha }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> can be derived directly from the equation below: 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_020">
<label>(2.8)</label><alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right">
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {z_{\alpha }}={\Phi ^{-1}}(1-\alpha ),\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <italic>α</italic> is a prespecified pair-wise type-I error for each comparison in the trial, which will not be changed due to adding new arms. That is, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_176"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:math><tex-math><![CDATA[${\alpha _{1}}={\alpha _{2}}=\alpha $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Therefore, the main difference between the K+M-experimental arm trial designs controlling for FWER and PWER is that the latter does not use the Dunnett method to derive critical values. Instead, the design derives it directly from Equation <xref rid="j_nejsds15_eq_020">2.8</xref>. Notably, the upper limit <italic>S</italic> for the total sample size <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_177"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${N_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> when controlling for PWER, is constructed using the total sample sizes from the multiarm trials which also control the PWER. Other procedures are similar between the two versions of the design. For more details, see Appendix <xref rid="j_nejsds15_s_021">A.3</xref> for an example to design a “2+2” trial controlling the PWER.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="j_nejsds15_s_012">
<label>3</label>
<title>Software Example</title>
<p>We developed an R package, <monospace>PlatformDesign</monospace> for implementing the proposed two-period multiarm platform methods. In this section, we demonstrate our package with three examples of 1) a “2+2” trial with <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_178"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}=30$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 2) a “2+2” trial with <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_179"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>50</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}=50$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and 3) a “1+3” trial with <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_180"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}=30$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p><italic>Example 1</italic>  If no arms are to be added during the course of a study, we can use the functions <monospace>one_stage_multiarm(</monospace>·<monospace>)</monospace> to compute the sample sizes for the experimental and control arms. For instance, in a study planned to have only two experimental arms and one common control, given a FWER of 0.025 and marginal power of 80% and assuming the expected standardized effective size of 0.4, by using the following code, we found that the sample size for the control is 143, and that for each of the experimental arms is 101. Thus, the planned total sample size in the first period is 345.</p><graphic xlink:href="nejsds15_g003.jpg"/>
<p>However for our pediatric osteosarcoma study, the plan is to add two new experimental arms during the trial. Assuming that the new arms will be added when 30 patients have been enrolled in each experimental arm, and that the study controls the FWER at 0.025 and achieves marginal power at 80%, we can use the following function <monospace>platform_design(</monospace><inline-formula id="j_nejsds15_ineq_181"><alternatives><mml:math>
<mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo>
<mml:mspace width="0.1667em"/></mml:math><tex-math><![CDATA[$\cdots \hspace{0.1667em}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><monospace>)</monospace> to find the optimal design(s).</p>
<fig id="j_nejsds15_fig_003">
<graphic xlink:href="nejsds15_g004.jpg"/>
</fig>
<fig id="j_nejsds15_fig_004">
<label>Figure 3</label>
<caption>
<p>An example of adding two experimental arms to a two-experimental arm trial comparing Trt 1 and Trt2 to control. Key design parameters are shown. The vertical solid line represents when the new experimental arms (Trt3 and Trt 4) are added to the trial. The dashed vertical line represents when the Trt 1 and Trt 2 arms close to accrual. The blue brackets represent the “information time”, when the two new experimental arms are added. They indicate the number of patients enrolled in each of the two initial experimental arms and in the control at the time. The green brackets represent the sample sizes required per experimental arm and the corresponding control in the 2+2-experimental arm trial.The orange brackets indicate the sample sizes for each of the two experimental arms and the control for the 2-experimental arm trial without adding a new arm(s). The optimal allocation ratios (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_182"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_183"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_184"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{3}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) for each period are shown at the bottom of the figure.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="nejsds15_g005.jpg"/>
</fig>
<p>The first part of the outputs (<monospace>$design_Karm</monospace>) contains the parameters for the K-experimental arm trial. The second part (<monospace>$designs</monospace>) contains the parameters for the K+M-experimental arm trial designed based on the former. From above, four designs are recommended (<monospace>$designs</monospace>), all of which meet the requirements, in terms of controlling the FWER and obtaining power levels equal to or greater than that of the K-experimental arm trial. If we choose design #16632 (the last row), then the sample sizes for each experimental arm and its corresponding concurrent control in the 2+2-experimental arm trial are 104 and 210, respectively. The sample size for the entire control arm (including non-concurrent controls) is 253. Using this design<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_185"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[$,{A_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the allocation ratio in the first part of the second period is 2.26, control-to-experimental arm. Other parameters of this design are shown in Figure <xref rid="j_nejsds15_fig_004">3</xref>.</p>
<p>Once we decide <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_186"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>104</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{2}}=104$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_187"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>210</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{2}}}}=210$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the sample sizes for each of the experimental arms (Trt 1 to Trt 4) and the control arm in the first part of the second period are <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_188"><alternatives><mml:math>
<mml:mn>104</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>74</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[$104-30=74$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_189"><alternatives><mml:math>
<mml:mn>210</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>43</mml:mn>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>167</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[$210-43=167$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, respectively. Accordingly, we can determine the sample sizes of Trt 3, Trt 4 and the control arm for the second part of the second period to be <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_190"><alternatives><mml:math>
<mml:mn>104</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>74</mml:mn>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[$104-74=30$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_191"><alternatives><mml:math>
<mml:mn>210</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>167</mml:mn>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>43</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[$210-167=43$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, respectively. The optimal allocation for the second part of the second period <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_192"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{3}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> can be computed accordingly as <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_193"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>43</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1.41</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{3}}=43/30=1.41$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p><italic>Example 2</italic>  With the constraints on sample sizes described in Section <xref rid="j_nejsds15_s_010">2.3.1</xref>, the optimal design(s) may not exist when <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_194"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, i.e., the timing of adding new arm(s) is relatively “late”. For instance, in the above “2+2” example, if <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_195"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>50</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}=50$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, no optimal design is identified if a marginal power of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_196"><alternatives><mml:math>
<mml:mn>80</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">%</mml:mi></mml:math><tex-math><![CDATA[$80\% $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> needs to be maintained, as shown in the following code.</p>
<p>The <monospace>platform_design(</monospace>·<monospace>)</monospace> function returns <italic>criteria indicators</italic> (i.e., <monospace>flag.dp</monospace>, <monospace>flag.mp</monospace>, and <monospace>flag.dpmp</monospace>) to show if any optimal design exists, given FWER, marginal power, the timing of adding a new arm(s), and the number of experimental arms for each period in a K+M-experimental arm trial. If <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_197"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">g</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[$flag.dpmp=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the optimal design can maintain both marginal and disjunctive power levels no less than those in the K-experimenal arm trial. Otherwise, the algorithm will check if we can find a design(s) that maintains either the marginal or disjunctive power. When <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_198"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>50</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}=50$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_199"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">g</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[$flag.dpmp=1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_200"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">g</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[$flag.dp=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, it indicates that we can only find designs that keep the disjunctive power no less than its counterpart in the K-experimenal arm trial. However, the marginal power in the designs found is less than <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_201"><alternatives><mml:math>
<mml:mn>80</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">%</mml:mi></mml:math><tex-math><![CDATA[$80\% $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The accompanying <monospace>warning message</monospace> conveys the same information.</p>
<fig id="j_nejsds15_fig_005">
<graphic xlink:href="nejsds15_g006.jpg"/>
</fig>
<p><italic>Example 3</italic>  The <monospace>PlatformDesign</monospace> package can be used to design any K+M-experimental arm platform trial with <italic>K</italic> and <italic>M</italic> as positive integers. Here, we show a hypothetical example for designing a 1+3-experimental arm platform trial using this R package.</p>
<fig id="j_nejsds15_fig_006">
<graphic xlink:href="nejsds15_g007.jpg"/>
</fig>
<p>Based on the output above, one design with <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_202"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>654</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${N_{2}}=654$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is recommended. In addition, we can see that all the criteria indicators are equal to zero, implying that the criteria for both marginal and disjunctive power levels have been met.</p>
<p>More explanations of the above results and step-by-step instructions for using this package can be found in Appendix <xref rid="j_nejsds15_s_020">A.2</xref>. Details of how to use <monospace>Platform_Design(.)</monospace> and other functions can also be found in documents and vignettes of the R package <monospace>PlatformDesign</monospace>.</p>
</sec>
<sec id="j_nejsds15_s_013">
<label>4</label>
<title>Numerical Evaluations</title>
<p>Unless otherwise specified, all numerical evaluations are conducted in the setting of a two-period 2+2-experimental arm trial (except for Figure <xref rid="j_nejsds15_fig_017">14</xref> in Section <xref rid="j_nejsds15_s_017">4.4</xref>), which controls the FWER at 0.025 and achieving a marginal power of 0.8, given the standardized effect size Δ is 0.4. Therefore, the disjunctive power exceeds 0.922. In this section, we will examine the relations among various design parameters in the 2+2-experimental arm trial.</p>
<sec id="j_nejsds15_s_014">
<label>4.1</label>
<title>Correlations</title>
<p>We explored the relations between the correlations of Z-test statistics and the disjunctive power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_203"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in the 2+2-experimental arm trial. Specifically, during the second period, two types of correlations occur. We denote <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_204"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\rho _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> as the correlation between any pair of experimental arms that start at the same time, and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_205"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\rho _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> as the correlation between any pair of experimental arms that start at different times.</p>
<p>In the “2+2” example, the change in disjunctive power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_206"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is driven by <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_207"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\rho _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (Figure <xref rid="j_nejsds15_fig_008">5</xref>) instead of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_208"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\rho _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (Figure <xref rid="j_nejsds15_fig_007">4</xref>). The disjunctive power (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_209"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) decreases as <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_210"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\rho _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> increases (Figure <xref rid="j_nejsds15_fig_008">5</xref>). Given a specified marginal power, an optimal design(s) may not exist if the timing of adding new arms is relatively late (i.e., the value of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_211"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is large). Therefore, in Figures <xref rid="j_nejsds15_fig_007">4</xref> and <xref rid="j_nejsds15_fig_008">5</xref>, for <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_212"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>50</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mn>60</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mn>70</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}=50,60,70$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, or 80, the lower limit of marginal power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_213"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is 75%. We must choose a lower limit for <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_214"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> when <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_215"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo>
<mml:mn>40</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}\gt 40$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to ensure that <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_216"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi></mml:math><tex-math><![CDATA[${N_{2}}\lt S$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. More detailed reasoning for this is provided in Appendix <xref rid="j_nejsds15_s_020">A.2</xref>.</p>
<fig id="j_nejsds15_fig_007">
<label>Figure 4</label>
<caption>
<p>Relations between the correlation <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_217"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\rho _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and disjunctive power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_218"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in a two-period 2+2 platform trial setting, given the FWER of 0.025, a disjunctive power level represented by <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_219"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}\ge $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> 0.922, the marginal power represented <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_220"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{2}}\ge $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> 0.8 (for <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_221"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> = 10, 20, 30, or 40; blue dots) or 0.75 (for <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_222"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> = 50, 60, 70, or 80; red dots), and the standardized effect size Δ = 0.4. The value associated with each dot is the corresponding <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_223"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> value.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="nejsds15_g008.jpg"/>
</fig>
<fig id="j_nejsds15_fig_008">
<label>Figure 5</label>
<caption>
<p>Relations between the correlation <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_224"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\rho _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and disjunctive power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_225"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in a two-period 2+2 platform trial setting, given the FWER of 0.025, disjunctive power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_226"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}\ge $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> 0.922, the marginal power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_227"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{2}}\ge $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> 0.8 (for <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_228"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> = 10, 20, 30, or 40; blue dots) or 0.75 (for <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_229"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> = 50, 60, 70, or 80; red dots), and the standardized effect size Δ = 0.4. The value associated with each dot is the corresponding <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_230"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> value.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="nejsds15_g009.jpg"/>
</fig>
</sec>
<sec id="j_nejsds15_s_015">
<label>4.2</label>
<title>Influence of the Timing of Adding New Arms</title>
<p>To design a platform trial, we must know how the timing of adding a new arm(s) affects the design’s properties. Here we examine the relations between the timing of adding new arms (i.e., “information time”<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_231"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[$,{n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) and various design parameters in the K+M-experimental arm trial (e.g., the total required sample size <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_232"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${N_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the disjunctive power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_233"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and the marginal type-I error rate <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_234"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\alpha _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) using a “2+2” example.</p>
<p>As shown in Figure <xref rid="j_nejsds15_fig_009">6</xref>, the total sample size <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_235"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${N_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> increases with increased information time <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_236"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Thus, the earlier the timing of adding new arms, the more patients can be saved by conducting a 2+2-experimenatal arm trial compared to two separate 2-experimental arm trials (shown as a red line in Figure <xref rid="j_nejsds15_fig_009">6</xref>). For instance, if two experimental arms are added to the trial when <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_237"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}=30$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the total required sample size is 669. This means that 21 fewer patients are needed, keeping the <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_238"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi></mml:math><tex-math><![CDATA[$FWER$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> at 0.025 and marginal power of 80%, and assuming a standardized effect size of 0.4.</p>
<fig id="j_nejsds15_fig_009">
<label>Figure 6</label>
<caption>
<p>The timing of adding new arms (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_239"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) affects the total sample size <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_240"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${N_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, given the <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_241"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi></mml:math><tex-math><![CDATA[$FWER$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of 0.025, disjunctive power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_242"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}\ge $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> 0.922, and the marginal power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_243"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{2}}\ge $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> 0.8 (for <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_244"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> = 10, 20, 30, or 40; blue dots) or ≥0.75 (for <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_245"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> = 50, 60, 70, or 80; red dots), and the standardized effect size Δ = 0.4. The value associated with each dot is the corresponding <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_246"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> value. The red line indicates the total sample size needed for conducting two separate 2-experimental arm trials. The values associated with each dot is the corresponding <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_247"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${N_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> value.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="nejsds15_g010.jpg"/>
</fig>
<p>Figure <xref rid="j_nejsds15_fig_010">7</xref> suggests that the disjunctive power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_248"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> also increases with the delay of adding new arms in the “2+2” scenario. This is expected, as the delay decreases the correlations between any pair of arms starting at different times (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_249"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\rho _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>), caused by a briefer overlapping period. Therefore, experimental arms become more independent, which increases <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_250"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<fig id="j_nejsds15_fig_010">
<label>Figure 7</label>
<caption>
<p>The timing of adding new arms (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_251"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) affects the disjunctive power (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_252"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>). Given <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_253"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0.025</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[$FWER=0.025$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the marginal power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_254"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{2}}\ge $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> 0.8 (for nt = 10, 20, 30, or 40; blue dots) or ≥0.75 (for nt = 50, 60, 70, or 80; red dots), and the standardized effect size Δ = 0.4.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="nejsds15_g011.jpg"/>
</fig>
<p>We also examined the relations between the marginal type-I error rate (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_255"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\alpha _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) and the timing of adding new arms (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_256"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) in the “2+2” example. The marginal type-I error rate <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_257"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\alpha _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> decreases when <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_258"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> increases (Figure <xref rid="j_nejsds15_fig_011">8</xref>), though this change is negligible (range of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_259"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\alpha _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 0.00650 to 0.00665). This finding indicates that the timing of adding new experimental arms to an existing platform protocol has a minimal impact on the marginal type-I error rate.</p>
<fig id="j_nejsds15_fig_011">
<label>Figure 8</label>
<caption>
<p>The timing of adding new arms (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_260"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) has a minimal impact on the marginal type-I error rate (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_261"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\alpha _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) in the “2+2” example.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="nejsds15_g012.jpg"/>
</fig>
</sec>
<sec id="j_nejsds15_s_016">
<label>4.3</label>
<title>Overlapping Parameter</title>
<p>We define an overlapping parameter as <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_262"><alternatives><mml:math><mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle></mml:math><tex-math><![CDATA[$\frac{{n_{2}}-{n_{t}}}{{n_{2}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, which represents the percentage of patients in an experimental arm who are enrolled during the overlapping stage. We explored the relations between the overlapping parameter and various design parameters, including the disjunctive power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_263"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and the marginal type-I error rate <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_264"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\alpha _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in the “2+2” scenario.</p>
<p>As illustrated in Figure <xref rid="j_nejsds15_fig_012">9</xref>, the disjunctive power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_265"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> decreases as the overlapping parameter increases. This is the opposite of what we observed for the relation between <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_266"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_267"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<fig id="j_nejsds15_fig_012">
<label>Figure 9</label>
<caption>
<p>Relations between the overlapping parameter and the disjunctive power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_268"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="nejsds15_g013.jpg"/>
</fig>
<p>Unlike the relation with <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_269"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the marginal type I error <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_270"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\alpha _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> increases with the increase in the overlapping parameter (Figure <xref rid="j_nejsds15_fig_013">10</xref>).</p>
<fig id="j_nejsds15_fig_013">
<label>Figure 10</label>
<caption>
<p>The relation between the overlapping parameter and the marginal type-I error <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_271"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[$\alpha 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="nejsds15_g014.jpg"/>
</fig>
<p>We also explore the relation between the overlapping parameter and test statistics correlations for two types of correlations. In Figure <xref rid="j_nejsds15_fig_014">11</xref>, there is no obvious trend between the overlapping parameter and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_272"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\rho _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, but in Figure <xref rid="j_nejsds15_fig_015">12</xref>, there is a positive trend between the overlapping parameter and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_273"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\rho _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<fig id="j_nejsds15_fig_014">
<label>Figure 11</label>
<caption>
<p>The relation between the correlation <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_274"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\rho _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and overlapping parameter. The value associated with each dot is the value of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_275"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="nejsds15_g015.jpg"/>
</fig>
<fig id="j_nejsds15_fig_015">
<label>Figure 12</label>
<caption>
<p>The relation between the correlation <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_276"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\rho _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and overlapping parameter. The value associated with each dot is the value of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_277"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="nejsds15_g016.jpg"/>
</fig>
</sec>
<sec id="j_nejsds15_s_017">
<label>4.4</label>
<title>Optimal Overall Allocation Ratio <italic>A</italic></title>
<p>The overall allocation ratio (defined as <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_278"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[$A={n_{{0_{2}}}}/{n_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) stays very close to the value of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_279"><alternatives><mml:math>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[$\sqrt{4}=2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> with various <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_280"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (Figure <xref rid="j_nejsds15_fig_016">13</xref>). The value of <italic>A</italic> ranges from 1.95 to slightly less than 2.10.</p>
<fig id="j_nejsds15_fig_016">
<label>Figure 13</label>
<caption>
<p>The relation between the overall allocation ratio <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_281"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[$A={n_{{0_{2}}}}/{n_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and the timing of adding new arms (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_282"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) in a two-period 2+2-experimental arm platform trial. The red dashed line represents the optimal allocation ratio used in the first period, based on the root-K method.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="nejsds15_g017.jpg"/>
</fig>
<p>Given the timing of adding new arms at <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_283"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}=30$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and choosing only the optimal design with the largest disjunctive power, we explored how the overall allocation ratio <italic>A</italic> changes with varied <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_284"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[$K=1,2,3,4$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, or 5 and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_285"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[$M=1,2,3,4$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, or 5. From Figure <xref rid="j_nejsds15_fig_017">14</xref>, given the same <italic>M</italic>, the overall allocation ratio <italic>A</italic> increases if <italic>K</italic> increases. Given the same <italic>K</italic>, <italic>A</italic> increases as <italic>M</italic> increases.</p>
<fig id="j_nejsds15_fig_017">
<label>Figure 14</label>
<caption>
<p>Relations between the overall allocation ratio <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_286"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[$A={n_{{0_{2}}}}/{n_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and the numbers of experimental arms initially opened (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_287"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[$K=1,2,3,4$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, or 5) and added later (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_288"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[$M=1,2,3,4$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, or 5), given <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_289"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}=30$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_290"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0.025</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[$FWER=0.025$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, disjunctive power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_291"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}\ge $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> 0.922, the marginal power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_292"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{2}}\ge $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> 0.8, and the standardized effect size Δ = 0.4. The results are shown for each combination of <italic>K</italic> and <italic>M</italic>, where the optimal design with the greatest <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_293"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is presented. In the “5+1” scenario, the optimal design does not exist due to sample size constraints and the prespecified goal for the marginal power to be at least 80%.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="nejsds15_g018.jpg"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="j_nejsds15_s_018">
<label>5</label>
<title>Conclusion</title>
<p>The popularity of platform trials has increased in recent years. However, due to the complexity of such trial designs, many design-related questions remain, and the use of platform trials is still limited, especially in the confirmatory late-phase setting. To facilitate the use of platform trials, we propose an optimal design for two-period multiarm platform trials, in terms of minimizing the total sample size to control the FWER or PWER. Instead of adding new arms without end, this type of trial considers two periods, before and after new experimental arms are added. Each period can have one or more experimental arms, and a common control arm is shared by both periods. A two-period multiarm platform trial is usually very useful in the setting of a single institution and is a special type of MAMS platform.</p>
<p>In this paper, to meet registrational purposes, we systematically described how to control the FWER or PWER when adding new arms, re-estimate the sample size to achieve the desirable power, and determine the optimal allocation ratio. Numerical evaluations were conducted to comprehensively examine the properties of the proposed design. The advantage of this design over conducting separate multiarm trials is that we can reduce the sample size and use a shared infrastructure. We also provide a step-by-step tutorial in Appendix <xref rid="j_nejsds15_s_020">A.2</xref>, that demonstrates how to use the R package <monospace>PlatformDesign</monospace>.</p>
<p>In this paper, we considered conducting the main analyses using only the concurrent controls. Because osteosarcoma is a relatively rare disease, patient accrual can take a long time. Therefore, we need to be careful about the potential changes in treatment effect over time. For clinical studies with relatively faster accrual rates, the difference between the two periods may not be substantial. In those cases, a nonconcurrent control may still be used. Nevertheless, in the design of our pediatric osteosarcoma study, we plan to include all control arm data for sensitivity analyses (i.e., to increase the estimation precision and power). There are three rationales for using a pooled control arm: (1) Pediatric osteosarcoma is a rare disease, so patients are scarce. (2) If the timing of adding new arms is early and the medical landscape is stable, there is little concern about any potential shift in the treatment effect over time. (3) The nonconcurrent control is essentially part of the control arm. Those patients are enrolled in the same study, screened with the same inclusion/exclusion criteria, and participate at the same institution, just like the concurrent controls. How to use nonconcurrent controls has been described in many papers [<xref ref-type="bibr" rid="j_nejsds15_ref_015">15</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="j_nejsds15_ref_006">6</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="j_nejsds15_ref_019">19</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="j_nejsds15_ref_018">18</xref>].</p>
<p>We also examined the timing of adding new arms in platform trials because practical guidance about deciding the timing of adding and closing arms will help increase the uptake of this approach. However, we have focused primarily on the statistical aspects of adding arms. The optimal timing of adding (or closing) arms in platform trials depends on the clinical context, the nature of the interventions, and the capability of stakeholders to deliver amendments [<xref ref-type="bibr" rid="j_nejsds15_ref_012">12</xref>]. It should also be noted that whether to add a new treatment arm to a multiarm study in the two-period setting (called two-stage in [<xref ref-type="bibr" rid="j_nejsds15_ref_011">11</xref>]) has been discussed based on a decision-theoretic framework.</p>
<p>Future works will involve extending the current method to a multiperiod, multiarm, multistage setting. The design will include more than two periods and will be not only multiarm but also multistage, allowing early closing of arms or graduating during the interim analyses. In this paper, we do not consider the presence of time trends, which is an effect of a treatment (either an experimental or control treatment) that may vary with time as the study period of platform trials is often longer than that of fixed trials. This happens, for example, when there is a learning curve amongst the study personnel or when standard care changes over time. In the future, we may use models that incorporate time trends in the proposed framework. We also may study how to use nonconcurrent control arm data when time trends are considered.</p>
</sec>
</body>
<back>
<app-group>
<app id="j_nejsds15_app_001"><label>Appendix A</label>
<sec id="j_nejsds15_s_019">
<label>A.1</label>
<title>Derivation of the Correlation Between Test Statistics</title>
<p>For a comparison between the experimental arm k (k = 1, 2, 3, …) and the control arm, we have the test statistics 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_021">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow/>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {Z_{k}}=\frac{{\bar{X}_{k}}-{\bar{X}_{{0_{k}}}}}{\sigma \sqrt{\frac{1}{{n_{}}}+\frac{1}{{n_{0}}}}}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <italic>n</italic> refers to the number of patients in each experimental arm and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_294"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> refers to that in its control<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_295"><alternatives><mml:math>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[$.{\bar{X}_{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_296"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\bar{X}_{{0_{k}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are sample means for experimental arm <italic>k</italic> and its corresponding control, respectively. We assume standard deviation <italic>σ</italic> is equal for all arms.</p>
<p>The correlation between the test statistics of experimental arms <italic>k</italic> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_297"><alternatives><mml:math>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup></mml:math><tex-math><![CDATA[${k^{\prime }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_022">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow/>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">o</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow/>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {\rho _{k,{k^{{^{\prime }}}}}}=Cov(\frac{{\bar{X}_{k}}-{\bar{X}_{{0_{k}}}}}{\sqrt{\frac{1}{n}+\frac{1}{{n_{0}}}}},\frac{{\bar{X}_{{k^{{^{\prime }}}}}}-{\bar{X}_{{0_{{k^{\prime }}}}}}}{\sqrt{\frac{1}{n}+\frac{1}{{n_{0}}}}})/{\sigma ^{2}}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_298"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\bar{X}_{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_299"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\bar{X}_{{k^{\prime }}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_300"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\bar{X}_{{0_{k}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_301"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\bar{X}_{{0_{{k^{\prime }}}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) are sample means of experimental arm <italic>k</italic> (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_302"><alternatives><mml:math>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup></mml:math><tex-math><![CDATA[${k^{\prime }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) and its associated control, respectively. Although for both arms <italic>k</italic> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_303"><alternatives><mml:math>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup></mml:math><tex-math><![CDATA[${k^{\prime }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the control sample size is <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_304"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> patients, the patients enrolled are not necessary the same individuals. Therefore, for arms <italic>k</italic> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_305"><alternatives><mml:math>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup></mml:math><tex-math><![CDATA[${k^{\prime }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, we use <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_306"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\bar{X}_{{0_{k}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_307"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\bar{X}_{{0_{{k^{\prime }}}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, respectively, to denote their sample means.</p>
<p>Let 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_023">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ \kappa =\frac{1}{\frac{1}{n}+\frac{1}{{n_{0}}}}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Then, 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_024">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt">
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd"/>
<mml:mtd class="align-even">
<mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">o</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd"/>
<mml:mtd class="align-even">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">o</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd"/>
<mml:mtd class="align-even">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">o</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow/>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd"/>
<mml:mtd class="align-even">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">o</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow/>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd"/>
<mml:mtd class="align-even">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow/>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}& Cov(\frac{{\bar{X}_{k}}-{\bar{X}_{{0_{k}}}}}{\sqrt{\frac{1}{n}+\frac{1}{{n_{0}}}}},\frac{{\bar{X}_{{k^{\prime }}}}-{\bar{X}_{{0_{{k^{\prime }}}}}}}{\sqrt{\frac{1}{n}+\frac{1}{{n_{0}}}}})\\ {} & \hspace{1em}=\kappa Cov({\bar{X}_{{0_{k}}}},{\bar{X}_{{0_{{k^{\prime }}}}}})\\ {} & \hspace{1em}=\kappa Cov(\frac{{\textstyle\textstyle\sum _{i=1}^{{n_{0}}}}{X_{{0_{ki}}}}}{{n_{0}}},\frac{{\textstyle\textstyle\sum _{j=1}^{{n_{0}}}}{X_{{0_{{k^{{^{\prime }}}}j}}}}}{{n_{0}}})\\ {} & \hspace{1em}=\kappa \frac{1}{{n_{0}^{2}}}Cov({\sum \limits_{i=1}^{{n_{0}}}}{X_{{0_{ki}}}},{\sum \limits_{j=1}^{{n_{0}}}}{X_{{0_{{k^{{^{\prime }}}}j}}}})\\ {} & \hspace{1em}=\kappa \frac{1}{{n_{0}^{2}}}{n_{{0_{k{k^{{^{\prime }}}}}}}}{\sigma ^{2}}\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_308"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow/>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{k{k^{{^{\prime }}}}}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the number of the shared controls between the experimental arms <italic>k</italic> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_309"><alternatives><mml:math>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup></mml:math><tex-math><![CDATA[${k^{\prime }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The first equality satisfies because <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_310"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\bar{X}_{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_311"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\bar{X}_{{k^{\prime }}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are independent<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_312"><alternatives><mml:math>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[$.{\bar{X}_{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_313"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\bar{X}_{{0_{{k^{\prime }}}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_314"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\bar{X}_{{k^{\prime }}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_315"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\bar{X}_{{0_{k}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) are also independent, while <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_316"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\bar{X}_{{0_{k}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_317"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\bar{X}_{{0_{{k^{\prime }}}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> share the overlapping control data.</p>
<p>Therefore, 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_025">
<label>(A.1)</label><alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right">
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow/>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow/>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow/>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow/>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {\rho _{k,{k^{{^{\prime }}}}}}=\kappa \frac{1}{{n_{0}^{2}}}{n_{{0_{k{k^{{^{\prime }}}}}}}}=\frac{1}{\frac{1}{n}+\frac{1}{{n_{0}}}}\frac{{n_{{0_{k{k^{{^{\prime }}}}}}}}}{{n_{0}^{2}}}=\frac{{n_{{0_{k{k^{{^{\prime }}}}}}}}}{\frac{{n_{0}^{2}}}{n}+{n_{0}}}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="j_nejsds15_s_020">
<label>A.2</label>
<title>Step-by-Step Explanation of the Proposed Design Using the R Package <monospace>PlatformDesign</monospace></title>
<p>The following steps contain two parts: 1) Steps 1 to 5 derive the design parameters in the K-experimental arm trial unpon which the K+M-experimental arm trial is based. 2) Steps 6 to 14 illustrate how the design parameters are calculated for the K+M-experimental arm trial, to control the FWER and marginal power at their pre-specified levels.</p>
<p><italic>Step 1: Initial Setup</italic>  Four design parameters for the K-experimental arm trial should be pre-specified: the number of experimental arms (<italic>K</italic>), the family-wise error rate (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_318"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[$FWE{R_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>), the marginal type-II error (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_319"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\beta _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>), and the allocation ratio (control-to-each experimental arm, denoted as <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_320"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>). In our method, we use <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_321"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{1}}=\sqrt{K}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, according to the K-root optimal allocation rule. In the following code, we assume <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_322"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[$K=2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_323"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0.025</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[$FWE{R_{1}}=0.025$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_324"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0.2</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${\beta _{1}}=0.2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_325"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{1}}=\sqrt{2}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. In addition<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_326"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[$,{z_{{\beta _{1}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (<monospace>z</monospace><italic>_</italic><monospace>beta1</monospace> in the following code) is the corresponding critical value for the power of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_327"><alternatives><mml:math>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[$1-{\beta _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p><graphic xlink:href="nejsds15_g019.jpg"/>
<p><italic>Step 2: Correlation Matrix 1</italic>  We use <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_328"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${Z_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_329"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${Z_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to denote the two test statistics for comparing each experimental arm to the control in the K-experimental arm trial. Given <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_330"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the correlation between <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_331"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${Z_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_332"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${Z_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (denoted as <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_333"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\rho _{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) and the correlation matrix (denoted as <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_334"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Sigma _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) can be calculated as below.</p>
<p>First, by plugging <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_335"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_336"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{1}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> into formula (<xref rid="j_nejsds15_eq_025">A.1</xref>), we have 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_026">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow/>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {\rho _{0}}=\frac{{n_{{0_{k{k^{{^{\prime }}}}}}}}}{\frac{{({n_{{0_{1}}}})^{2}}}{{n_{1}}}+{n_{{0_{1}}}}}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_337"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the number of patients in each experimental arm, and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_338"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{1}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the number of patients in the control arm in the K-experimental arm trial.</p>
<p>Because the two experimental arms share a common control arm and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_339"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow/>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{k{k^{{^{\prime }}}}}}}}={n_{{0_{1}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the correlation of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_340"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${Z_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_341"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${Z_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> can be computed as 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_027">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {\rho _{0}}=\frac{1}{({n_{{0_{1}}}}/{n_{1}}+1)}=\frac{1}{({A_{1}}+1)}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>In our “2+2”-experimental arm example, where <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_342"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[$K=2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, we have 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_028">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfenced separators="" open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnspacing="10.0pt" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center center">
<mml:mtr>
<mml:mtd class="array">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd class="array">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd class="array">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd class="array">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfenced separators="" open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnspacing="10.0pt" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center center">
<mml:mtr>
<mml:mtd class="array">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd class="array">
<mml:mn>0.4142</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd class="array">
<mml:mn>0.4142</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd class="array">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {\Sigma _{1}}=\left[\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}1& {\rho _{0}}\\ {} {\rho _{0}}& 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c}1& 0.4142\\ {} 0.4142& 1\end{array}\right]\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Based on the above derivations, the function <monospace>one_stage_multiarm(</monospace>·<monospace>)</monospace> can be used to find <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_343"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\rho _{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and the correlation matrix <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_344"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Sigma _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> as shown below.</p><graphic xlink:href="nejsds15_g020.jpg"/>
<p><italic>Step 3: Critical Value 1</italic>  Given <italic>K</italic>, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_345"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Sigma _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_346"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[$FWE{R_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, we can determine the associated critical value (denoted as <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_347"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${z_{1-{\alpha _{1}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) for the marginal type-I error rate in the two-experimental arm trial (denoted as <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_348"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\alpha _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) based on the following equation: 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_029">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt">
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd"/>
<mml:mtd class="align-even">
<mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>∞</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>∞</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mn>...</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>∞</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd"/>
<mml:mtd class="align-even">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mn>...</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}& FWE{R_{1}}=1-{\int _{-\infty }^{{z_{1-{\alpha _{1}}}}}}{\int _{-\infty }^{{z_{1-{\alpha _{1}}}}}}...{\int _{-\infty }^{{z_{1-{\alpha _{1}}}}}}{\pi _{Z}}(Z({z_{1}},{z_{2}},\\ {} & \hspace{1em}\hspace{1em}\dots {z_{K}}),0,{\Sigma _{1}})d{z_{1}}d{z_{2}}...d{z_{K}}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>This calculation can also be achieved using the function <monospace>one_stage_multiarm</monospace>.</p><graphic xlink:href="nejsds15_g021.jpg"/>
<p><italic>Step 4: Sample Sizes 1</italic>  Given <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_349"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\beta _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_350"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{1}}=\sqrt{K}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, an effective standardized effect size Δ (assumed to be 0.4), and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_351"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${z_{1-{\alpha _{1}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> derived from the above <underline><bold>Step 3</bold></underline> (<monospace>$z</monospace><italic>_</italic><monospace>alpha1</monospace>), we can derive the required sample sizes for the experimental (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_352"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) and control arms <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_353"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{1}}}}(={A_{1}}{n_{1}}=\sqrt{K}{n_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>), respectively, as shown below.</p>
<p>We have 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_030">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {z_{1-{\alpha _{1}}}}+{z_{1-{\beta _{1}}}}=\frac{{\mu _{i}}-{\mu _{0}}}{\sigma \sqrt{\frac{1}{{n_{1}}}+\frac{1}{\sqrt{K}{n_{1}}}}}=\frac{\Delta }{\sqrt{\frac{1}{{n_{1}}}+\frac{1}{\sqrt{K}{n_{1}}}}}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
therefore, 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_031">
<label>(A.2)</label><alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right">
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {n_{1}}=\frac{{({z_{{\alpha _{1}}}}+{z_{{\beta _{1}}}})^{2}}}{{\Delta ^{2}}}(1+\frac{\sqrt{K})}{K})\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
and 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_032">
<label>(A.3)</label><alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right">
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {n_{{0_{1}}}}=\frac{{({z_{{\alpha _{1}}}}+{z_{{\beta _{1}}}})^{2}}}{{\Delta ^{2}}}(\sqrt{K}+1)\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Thus, the total sample size of the K-experimental arm trial is 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_033">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {N_{1}}=K{n_{1}}+{n_{{0_{1}}}}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>We can use the function <monospace>one_stage_multiarm(.)</monospace> to determine the required sample sizes for the two-experimental arm trial. Based on the outputs below, 101 patients are needed for each experimental arm, and 143 patients are needed for the control arm. The total sample size is 345 patients.</p><graphic xlink:href="nejsds15_g022.jpg"/>
<p><italic>Step 5: Disjunctive Power 1</italic>  Given <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_354"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\beta _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_355"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Sigma _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> computed above, we can derive the disjunctive power<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_356"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[$,{\Omega _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, based on the following equation: 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_034">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt">
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd"/>
<mml:mtd class="align-even">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>∞</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>∞</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mn>...</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>∞</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd"/>
<mml:mtd class="align-even">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mn>...</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}& {\Omega _{1}}=1-{\int _{-\infty }^{{z_{{\beta _{1}}}}}}{\int _{-\infty }^{{z_{{\beta _{1}}}}}}...{\int _{-\infty }^{{z_{{\beta _{1}}}}}}{\pi _{Z}}(Z({z_{1}},{z_{2}},\dots {z_{K}}),\\ {} & \hspace{1em}\hspace{1em}0,{\Sigma _{1}})d{z_{1}}d{z_{2}}...d{z_{K}}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>This result is also included as part of the output from the function <monospace>one_stage_multiarm(.)</monospace>, i.e., <monospace>$Power1</monospace>. Here, the computed disjunctive power is 0.922.</p><graphic xlink:href="nejsds15_g023.jpg"/>
<p>From Steps 1 to 5, we demonstrated how to derive the marginal type-I error rate (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_357"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\alpha _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>), the sample size for each experimental arm (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_358"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>), the sample size for the control arm (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_359"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{1}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>), and the disjunctive power (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_360"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) in the K-experimental arm trial, given <italic>K</italic>, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_361"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[$FWE{R_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, marginal power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_362"><alternatives><mml:math>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[$1-{\beta _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and the standardized effect size Δ.</p>
<p>In summary, the function <monospace>one_stage_multiarm(.)</monospace> in R package <monospace>PlatformDesign</monospace> can complete steps 1 to 5 at once. Below are the outputs generated by this function.</p><graphic xlink:href="nejsds15_g024.jpg"/>
<p>On the basis of the above steps, we now introduce our proposed methods for the K+M-experimental arm trial in Steps 6 to 14.</p>
<p><italic>Step 6: Timing of Adding New Arms</italic>  Timing is the first component to consider when planning to add new experimental arms to a platform trial. In this paper, we use the number of patients enrolled in each of the experimental arms (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_363"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) at the time new arms are added to define the timing. By this definition, the number of patients enrolled in the control arm when new arms are added is <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_364"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{t}}}}=[{A_{1}}{n_{t}}]$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>The code below follows a scenario in which 30 patients have enrolled in each experimental arm when new arms are added.</p><graphic xlink:href="nejsds15_g025.jpg"/>
<p><italic>Step 7: Initial Setup 2</italic>  Then we need to decide the family-wise error rate in the K+M-experimental arm trial (denoted as <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_365"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[$FWE{R_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>). In this paper, we control the <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_366"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[$FWE{R_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> at the same level as the <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_367"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[$FWE{R_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. With <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_368"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[$FWE{R_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, we can calculate the marginal type-I error rate (denoted as <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_369"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\alpha _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, which is always smaller than <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_370"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\alpha _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>). Then we can calculate the updated marginal power<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_371"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[$,{\omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, based on <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_372"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\alpha _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Lastly, we can calculate the disjunctive power<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_373"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[$,{\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, using <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_374"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The details will be described in the following steps.</p>
<p>Beside controlling for FWER, the goal of this two-period K+M-experimental arm platform design is to minimize the sample size (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_375"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${N_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>), while keeping the marginal power (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_376"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) and disjunctive power (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_377"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) no less than their counterparts in the K+M-experimental arm trial (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_378"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_379"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>). That is, we set the lower limit of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_380"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (denoted as <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_381"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{2min}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) to be 0.8, and the lower limit of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_382"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (denoted as <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_383"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2min}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) to be 0.922 in our “2+2” example. These two limits will be used to select the recommended optimal design(s) (details shown in Step 13).</p><graphic xlink:href="nejsds15_g026.jpg"/>
<p><italic>Step 8: Admissible Set</italic>  Because we need to keep <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_384"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[$FWE{R_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> equal to <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_385"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[$FWE{R_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> when adding new arms, we must update <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_386"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_387"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_388"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{1}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_389"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{2}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for each experimental arm and its concurrent control (see Figures <xref rid="j_nejsds15_fig_001">1</xref> and <xref rid="j_nejsds15_fig_004">3</xref>). Here <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_390"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_391"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{2}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are the sample sizes for each experimental arm and its concurrent control in the K+M-experimental arm trial.</p>
<p>We define an admissible set for the pairs of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_392"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$({n_{2}},{n_{{0_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> based on the following three constraints. The first two constraints for <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_393"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$({n_{2}},{n_{{0_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are related to the allocation ratio after adding the new arms. This ratio is denoted as <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_394"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. To reiterate, in the first period with two experimental arms (before adding the new arms), the allocation ratio is <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_395"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Once the two new experimental arms are added, we need an updated allocation ratio <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_396"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to achieve the desired design properties (i.e., control the FWER and achieve the marginal power). After the two initial experimental arms stopped recruiting, the trial will again have only two experimental arms. Therefore, the allocation ratio <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_397"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> will revert to <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_398"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Here we have 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_035">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {A_{2}}=({n_{{0_{2}}}}-{n_{{0_{t}}}})/({n_{2}}-{n_{t}})\gt 0,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_399"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_400"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{t}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are the numbers of patients for each of the experimental arms and the common control at the time of adding new arms. The value of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_401"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> needs to be a non-infinite positive number. For example, the first two constraints in our “2+2” example are 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_036">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>43</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {n_{{0_{2}}}}\gt {n_{{0_{t}}}}=43\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
and 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_037">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>30.</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {n_{2}}\gt {n_{t}}=30.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>We also need to set an upper limit for the total sample size <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_402"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${N_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of the K+M-experimental arm trial. A reasonable upper limit is that <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_403"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${N_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> should not exceed the required sample sizes (denoted as <italic>S</italic>) of separately conducting two multiarm trials, i.e., a K-experimental arm trial and an M-experimental arm trial.</p>
<p>Based on formulae (<xref rid="j_nejsds15_eq_031">A.2</xref>) and (<xref rid="j_nejsds15_eq_032">A.3</xref>), 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_038">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt">
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd">
<mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd class="align-even">
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd"/>
<mml:mtd class="align-even">
<mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>∗</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}S=& \frac{{({z_{1-{\alpha _{1}}}}+{z_{1-{\beta _{1}}}})^{2}}}{{\Delta ^{2}}}(1+2\sqrt{K}+K)\\ {} & +\frac{{({z_{1-{\alpha _{1}^{\ast }}}}+{z_{1-{\beta _{1}}}})^{2}}}{{\Delta ^{2}}}(1+2\sqrt{M}+M).\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_404"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${z_{1-{\alpha _{1}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_405"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>∗</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${z_{1-{\alpha _{1}^{\ast }}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are the critical values for the K- and M-experimental arm trial, separately. Therefore, the third constraint for <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_406"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$({n_{2}},{n_{{0_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_039">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {N_{2}}=(K+M){n_{2}}+{n_{{0_{2}}}}+{n_{{0_{t}}}}\lt S.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>In our “2+2” example, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_407"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>∗</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${z_{1-{\alpha _{1}}}}={z_{1-{\alpha _{1}^{\ast }}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> as <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_408"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[$K=M=2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_409"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">S</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>690</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[$S=2{N_{1}}=690$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Therefore, a third constraint for <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_410"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$({n_{2}},{n_{{0_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_040">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo>
<mml:mn>690</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {N_{2}}=4{n_{2}}+{n_{{0_{2}}}}+{n_{{0_{t}}}}\lt 690\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Under these three constraints, the admissible set of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_411"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$({n_{2}},{n_{{0_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> can be identified using the function <monospace>admiss(.)</monospace> (integer points in the triangular region in Figure <xref rid="j_nejsds15_fig_018">15</xref>). The data set <monospace>pair3</monospace> contains all <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_412"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$({n_{2}},{n_{{0_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> pairs satisfying the three constraints introduced above.</p><graphic xlink:href="nejsds15_g027.jpg"/>
<fig id="j_nejsds15_fig_018">
<label>Figure 15</label>
<caption>
<p>The admissible set of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_413"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$({n_{2}},{n_{{0_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> when <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_414"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}=30$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in a two-period 2+2-experimental arm platform trial.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="nejsds15_g028.jpg"/>
</fig>
<p><italic>Step 9: Correlation Matrix 2</italic>  For each pair of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_415"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$({n_{2}},{n_{{0_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in the admissible set, the correlation matrix <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_416"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Sigma _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of the four test statistics (<inline-formula id="j_nejsds15_ineq_417"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${Z_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_418"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${Z_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_419"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${Z_{3}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_420"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${Z_{4}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>) can be derived based on equation (<xref rid="j_nejsds15_eq_025">A.1</xref>) by plugging in <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_421"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_422"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{2}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_041">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow/>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow/>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {\rho _{k,{k^{{^{\prime }}}}}}=\frac{{n_{{0_{k{k^{{^{\prime }}}}}}}}}{\frac{{({n_{{0_{2}}}})^{2}}}{{n_{2}}}+{n_{{0_{2}}}}}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Specifically, between the two initial experimental arms (and between the two added arms), the shared control is <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_423"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow/>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{k{k^{{^{\prime }}}}}}}}={n_{{0_{2}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Therefore, the correlation of Z statistics between the two initially opened experimental arms (and between the two added arms) is 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_042">
<label>(A.4)</label><alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right">
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {\rho _{1}}=\frac{1}{({n_{{0_{2}}}}/{n_{2}}+1)}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>The number of shared controls between one initially opened and one newly added experimental arm is <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_424"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow/>
<mml:mrow>
<mml:mo>′</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{k{k^{{^{\prime }}}}}}}}={n_{{0_{2}}}}-{n_{{0_{t}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Therefore, the correlation of the Z test statistics between these two experimental arms is 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_043">
<label>(A.5)</label><alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right">
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {\rho _{2}}=\frac{{n_{{0_{2}}}}-{n_{{0_{t}}}}}{({n_{{0_{2}}}^{2}}/{n_{2}}+{n_{{0_{2}}}})}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>In our “2+2” example, we have the <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_425"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Sigma _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> as 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_044">
<alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfenced separators="" open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnspacing="10.0pt 10.0pt 10.0pt" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" columnalign="center center center center">
<mml:mtr>
<mml:mtd class="array">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd class="array">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd class="array">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd class="array">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd class="array">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd class="array">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd class="array">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd class="array">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd class="array">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd class="array">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd class="array">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd class="array">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd class="array">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd class="array">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd class="array">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd class="array">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {\Sigma _{2}}=\left[\begin{array}{c@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}c@{\hskip10.0pt}c}1& {\rho _{1}}& {\rho _{2}}& {\rho _{2}}\\ {} {\rho _{1}}& 1& {\rho _{2}}& {\rho _{2}}\\ {} {\rho _{2}}& {\rho _{2}}& 1& {\rho _{1}}\\ {} {\rho _{2}}& {\rho _{2}}& {\rho _{1}}& 1\end{array}\right]\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p><italic>Step 10: Critical Value 2</italic>  Now we can use <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_426"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[$FWE{R_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_427"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Sigma _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to calculate the marginal type-I error <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_428"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\alpha _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and the corresponding critical value <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_429"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${z_{1-{\alpha _{2}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for each pair of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_430"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$({n_{2}},{n_{{0_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in the admissible set (found in <bold>Step 8</bold>) by using the following equation. 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_045">
<label>(A.6)</label><alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt">
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd"/>
<mml:mtd class="align-even">
<mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>∞</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>∞</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mn>...</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>∞</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd"/>
<mml:mtd class="align-even">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mn>...</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}& FWE{R_{2}}=1-{\int _{-\infty }^{{z_{1-{\alpha _{2}}}}}}{\int _{-\infty }^{{z_{1-{\alpha _{2}}}}}}...{\int _{-\infty }^{{z_{1-{\alpha _{2}}}}}}{\pi _{Z}}(Z({z_{1}},{z_{2}},\\ {} & \hspace{1em}\hspace{1em}\dots {z_{K+M}}),0,{\Sigma _{2}})d{z_{1}}d{z_{2}}...d{z_{K+M}}\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p><italic>Step 11: Marginal Power 2</italic>  With <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_431"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_432"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{1}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_433"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\alpha _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_434"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\beta _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_435"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\alpha _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, we can use the following equation (<xref rid="j_nejsds15_eq_046">A.7</xref>) to calculate the marginal power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_436"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{2}}=1-{\beta _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for each pair of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_437"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$({n_{2}},{n_{{0_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> from <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_438"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${z_{1-{\beta _{2}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_046">
<label>(A.7)</label><alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right">
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
<mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[ {z_{1-{\beta _{2}}}}=\sqrt{\frac{\frac{1}{{n_{1}}}+\frac{1}{{n_{{0_{1}}}}}}{\frac{1}{{n_{2}}}+\frac{1}{{n_{{0_{2}}}}}}}({z_{1-{\alpha _{1}}}}+{z_{1-{\beta _{1}}}})-{z_{1-{\alpha _{2}}}}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p><italic>Step 12: Disjunctive Power 2</italic>  With the marginal type-II error <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_439"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\beta _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_440"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Sigma _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, we can derive the disjunctive power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_441"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for each pair of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_442"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$({n_{2}},{n_{{0_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> by using equation (<xref rid="j_nejsds15_eq_047">A.8</xref>). 
<disp-formula id="j_nejsds15_eq_047">
<label>(A.8)</label><alternatives><mml:math display="block">
<mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt">
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd"/>
<mml:mtd class="align-even">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>∞</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>∞</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mn>...</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>∞</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd class="align-odd"/>
<mml:mtd class="align-even">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mn>...</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable></mml:math><tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{}& {\Omega _{2}}=1-{\int _{-\infty }^{{z_{{\beta _{2}}}}}}{\int _{-\infty }^{{z_{{\beta _{2}}}}}}...{\int _{-\infty }^{{z_{{\beta _{2}}}}}}{\pi _{Z}}(Z({z_{1}},{z_{2}},\\ {} & \hspace{1em}\hspace{1em}\dots {z_{K+M}}),0,{\Sigma _{2}})d{z_{1}}d{z_{2}}...d{z_{K+M}}\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p><italic>Step 13: Design Selection</italic>  In our “2+2” example, we calculate <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_443"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_444"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> from all 29,040 pairs of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_445"><alternatives><mml:math>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><tex-math><![CDATA[$({n_{2}},{n_{{0_{2}}}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in the entire admissible set. We then perform a 2-step selection procedure to obtain the recommended design(s):</p>
<list>
<list-item id="j_nejsds15_li_003">
<label>1.</label>
<p>We keep only the designs with <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_446"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{2}}\ge {\omega _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_447"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}\ge {\Omega _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
</list-item>
<list-item id="j_nejsds15_li_004">
<label>2.</label>
<p>Then, among the selected designs, we choose the ones with the smallest <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_448"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${N_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
</list-item>
</list>
<p>Given <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_449"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <italic>K</italic>, <italic>M</italic>, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_450"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[$FWE{R_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_451"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and Δ, the function <monospace>platform_Design(.)</monospace> can provide the optimal K+M-experimental arm trial designs with a minimum total sample size among designs having <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_452"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (marginal power) and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_453"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (disjunctive power) no less than their counterparts in the K-experimental arm trial.</p><graphic xlink:href="nejsds15_g029.jpg"/>
<p>The first part of the outputs (<monospace>$design_Karm</monospace>) contains the parameters for the K-experimental arm trial. The second part (<monospace>$designs</monospace>) contains the parameters for the K+M-experimental arm trial designed based on the former. From above (<monospace>$designs</monospace>), we can see it is possible to have multiple recommended designs that have the same total sample size <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_454"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${N_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. We provide a full list of useful parameters for each of the recommended optimal designs.</p>
<p>For example, if we choose design # 15669 for this 2+2-experimental arm trial, the corresponding critical value for controlling the <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_455"><alternatives><mml:math>
<mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi></mml:math><tex-math><![CDATA[$FWER$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> at 0.025 is 2.475. The marginal power is 0.8, and the disjunctive power is 0.985, both of which are not less than their counterparts in the 2-experimental arm trial. The required total sample size is <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_456"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>669</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${N_{2}}=669$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Among the 669 patients, in the first period the sample sizes for each experimental arm and the control are <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_457"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}=30$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_458"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>43</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{t}}}}=43$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, with an allocation ratio of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_459"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1.414</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{1}}=1.414$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Once the two additional experimental arms are added, the optimal allocation ratio changes to <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_460"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>2.01</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{2}}=2.01$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for the overlapping stage of the second period. The allocation ratio will revert to <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_461"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${A_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> once the two initial experimental arms close to accrual. Through the entire 2+2-experimental arm trial, the sample size for each experimental arm is <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_462"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>107</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{2}}=107$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The sample size for the concurrent control of each experimental arm is <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_463"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>198</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{2}}}}=198$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The sample size for the entire control arm, concurrent and non-concurrent combined, is <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_464"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>241</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{c}}=241$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The reduction in the total sample size, compared to two separate 2-experimental arm trials, is 21.</p>
<p><italic>Step 14: Final Decision</italic>  As we can see from Step 13, the total sample size is the same for all four recommended designs. However, the other parameters can be different. Therefore, we can choose a final design based on our needs, according to the other parameters. For example, if we want a design with the largest disjunctive power <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_465"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then our final choice is the design # 16632 in Figure <xref rid="j_nejsds15_fig_019">16</xref>.</p>
<p><italic>Note</italic>  If <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_466"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{{2_{min}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_467"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\Omega _{{2_{min}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in Step 7 cannot be met at the same time, the algorithm in <monospace>platform_Design(.)</monospace> will return the designs with the smallest <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_468"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${N_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> but only satisfying one of the two limits. If we do not accept the result or if neither power level is reached, we can choose from the three options below:</p>
<list>
<list-item id="j_nejsds15_li_005">
<label>•</label>
<p>Go back to Step 7 and decrease the value of <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_469"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{{2_{min}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. After that, repeat Steps 8 to 14 again. This can be done only if a marginal power less than <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_470"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${\omega _{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is acceptable, which partially compromises the goal of the design.</p>
</list-item>
<list-item id="j_nejsds15_li_006">
<label>•</label>
<p>Go back to Step 6 to set up a smaller <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_471"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (and <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_472"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{{0_{t}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>). This will increase the overlap between the initial and added experimental arms. The rationale is that the later the new arms are added, the less likely we can find designs satisfying both limits defined in Step 7. After that, repeat Steps 8 to 14 again. This approach is feasible only if the situation allows us to change the timing of adding new arms.</p>
</list-item>
<list-item id="j_nejsds15_li_007">
<label>•</label>
<p>Consider controlling for PWER instead of FWER, as illustrated in Appendix <xref rid="j_nejsds15_s_021">A.3</xref>.</p>
</list-item>
</list>
</sec>
<sec id="j_nejsds15_s_021">
<label>A.3</label>
<title>Planning a 2+2-Experimental Arm Trial that Controls the PWER</title>
<fig id="j_nejsds15_fig_019">
<label>Figure 16</label>
<caption>
<p>Recommended optimal designs when <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_473"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}=30$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in a 2+2-experimental arm trial.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="nejsds15_g030.jpg"/>
</fig>
<p>If a study aims to control the PWER, we can simply use the function <monospace>platform_Design(.)</monospace> with argument <monospace>pwer</monospace> instead of <monospace>fwer</monospace> to determine the design parameters. For example, if we plan to add 2 new experimental arms when 30 patients have already been enrolled in each of the 2 initial experimental arms, given the pair-wise type-I error controlled at 0.025 and the marginal power equal to 0.8, we can use the following code to calculate the design parameters, as provided in the results. Here, five optimal designs are recommended and each row is an individual design. Notably, we can save 87 patients with this design compared to 2 separate multiarm trials.</p><graphic xlink:href="nejsds15_g031.jpg"/>
<fig id="j_nejsds15_fig_020">
<label>Figure 17</label>
<caption>
<p>Recommended optimal designs when <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_474"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn></mml:math><tex-math><![CDATA[${n_{t}}=30$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in a 2+2-trial that controls for PWER.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="nejsds15_g032.jpg"/>
</fig>
<p>The main difference between using <monospace>pwer</monospace> instead of <monospace>fwer</monospace> in <monospace>platform_Design(.)</monospace> is that it does not use the Dunnett method to derive critical values. Instead, it calculates that directly from the user-defined pair-wise type-I error. Notably, the upper limit <italic>S</italic> for the total sample size <inline-formula id="j_nejsds15_ineq_475"><alternatives><mml:math>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub></mml:math><tex-math><![CDATA[${N_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> that is used to find the admissible set when controlling for PWER is constructed using the multiarm trials (one K- and one M-experimental arm trial), which are also controlling for PWER in the function <monospace>platform_Design(.)</monospace>. The sample sizes for the multiarm trials (controlling for PWER) can also be calculated with the function <monospace>one_stage_multiarm(.)</monospace>. Other aspects of the algorithms are similar between the two applications of the <monospace>platform_Design(.)</monospace> function.</p>
</sec>
</app></app-group>
<ack id="j_nejsds15_ack_001">
<title>Acknowledgements</title>
<p>We thank the associate editor and the reviewers for their careful reading of our manuscript and their many insightful comments and suggestions. The authors thank Dr. Yixin Ren for her helpful conversations and Dr. Angela McArthur for the scientific editing of this manuscript.</p></ack>
<ref-list id="j_nejsds15_reflist_001">
<title>References</title>
<ref id="j_nejsds15_ref_001">
<label>[1]</label><mixed-citation publication-type="book"> <string-name><surname>Atkinson</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Donev</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name> and <string-name><surname>Tobias</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name> <source>Optimum experimental designs, with SAS</source> <volume>34</volume>. <publisher-name>OUP</publisher-name>, <publisher-loc>Oxford</publisher-loc> (<year>2007</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://mathscinet.ams.org/mathscinet-getitem?mr=2323647">MR2323647</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_nejsds15_ref_002">
<label>[2]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Angus</surname>, <given-names>D. C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Alexander</surname>, <given-names>B. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Berry</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Buxton</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lewis</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Paoloni</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name> and <string-name><surname>Woodcock</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name> <article-title>Adaptive platform trials: definition, design, conduct and reporting considerations</article-title>. <source>Nature Reviews Drug Discovery</source> <volume>18</volume>(<issue>10</issue>) <fpage>797</fpage>–<lpage>808</lpage> (<year>2019</year>)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_nejsds15_ref_003">
<label>[3]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Burnett</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mozgunov</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Pallmann</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Villar</surname>, <given-names>S. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wheeler</surname>, <given-names>G. M.</given-names></string-name> and <string-name><surname>Jaki</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name> <article-title>Adding flexibility to clinical trial designs: an example-based guide to the practical use of adaptive designs</article-title>. <source>Bmc medicine</source> <volume>18</volume>(<issue>1</issue>) <fpage>1</fpage>–<lpage>21</lpage> (<year>2020</year>)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_nejsds15_ref_004">
<label>[4]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Collignon</surname>, <given-names>O.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Schiel</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Burman</surname>, <given-names>C. F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rufibach</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Posch</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name> and <string-name><surname>Bretz</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name> <article-title>Estimands and Complex Innovative Designs</article-title>. <source>Clinical Pharmacology &amp; Therapeutics</source> (<year>2022</year>)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_nejsds15_ref_005">
<label>[5]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <comment>The Adaptive Platform Trials Coalition</comment>. <article-title>Author Correction: Adaptive platform trials: definition, design, conduct and reporting considerations</article-title>. <source>Nature reviews. Drug discovery</source> <volume>18</volume>(<issue>10</issue>) <fpage>808</fpage> (<year>2019</year>)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_nejsds15_ref_006">
<label>[6]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Dodd</surname>, <given-names>L. E.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Freidlin</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name> and <string-name><surname>Korn</surname>, <given-names>E. L.</given-names></string-name> <article-title>Platform trials—beware the noncomparable control group</article-title>. <source>New England Journal of Medicine</source> <volume>384</volume>(<issue>16</issue>) <fpage>1572</fpage>–<lpage>1573</lpage> (<year>2021</year>)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_nejsds15_ref_007">
<label>[7]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Dunnett</surname>, <given-names>C. W.</given-names></string-name> <article-title>A multiple comparison procedure for comparing several treatments with a control</article-title>. <source>Journal of the American Statistical Association</source> <volume>50</volume>(<issue>272</issue>) <fpage>1096</fpage>–<lpage>1121</lpage> (<year>1955</year>)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_nejsds15_ref_008">
<label>[8]</label><mixed-citation publication-type="other"> EU-PEARL webinar – “Non-concurrent controls in platform trials”. <uri>https://eu-pearl.eu/workshops/non-concurrent-controls-in-platform-trials/?utm_content=196819571&amp;utm_medium=social&amp;utm_source=twitter&amp;hss_channel=tw-906901452</uri></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_nejsds15_ref_009">
<label>[9]</label><mixed-citation publication-type="other"> <string-name><surname>Agency</surname>, <given-names>E. M.</given-names></string-name> Points to consider on multiplicity issues in clinical trials. Doc. Ref.: CPMP/EWP/908/99 (2002)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_nejsds15_ref_010">
<label>[10]</label><mixed-citation publication-type="other"> GUIDANCE, D. Multiple endpoints in clinical trials guidance for industry. Center for Biologics Evaluation and Research (CBER) (2017)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_nejsds15_ref_011">
<label>[11]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Lee</surname>, <given-names>K. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wason</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name> and <string-name><surname>Stallard</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name> <article-title>To add or not to add a new treatment arm to a multiarm study: A decision-theoretic framework</article-title>. <source>Statistics in Medicine</source> <volume>38</volume>(<issue>18</issue>) <fpage>3305</fpage>–<lpage>3321</lpage> (<year>2019</year>). <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1002/sim.8194" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1002/sim.8194</ext-link>. <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://mathscinet.ams.org/mathscinet-getitem?mr=3979810">MR3979810</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_nejsds15_ref_012">
<label>[12]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Lee</surname>, <given-names>K. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Brown</surname>, <given-names>L. C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jaki</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Stallard</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name> and <string-name><surname>Wason</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name> <article-title>Statistical consideration when adding new arms to ongoing clinical trials: the potentials and the caveats</article-title>. <source>Trials</source> <volume>22</volume>(<issue>1</issue>) <fpage>1</fpage>–<lpage>10</lpage> (<year>2021</year>)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_nejsds15_ref_013">
<label>[13]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Magirr</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jaki</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name> and <string-name><surname>Whitehead</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name> <article-title>A generalized Dunnett test for multi-arm multi-stage clinical studies with treatment selection</article-title>. <source>Biometrika</source> <volume>99</volume>(<issue>2</issue>) <fpage>494</fpage>–<lpage>501</lpage> (<year>2012</year>). <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1093/biomet/ass002" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1093/biomet/ass002</ext-link>. <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://mathscinet.ams.org/mathscinet-getitem?mr=2931269">MR2931269</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_nejsds15_ref_014">
<label>[14]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Normington</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mattiello</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sarkar</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name> and <string-name><surname>Carlin</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name> <article-title>An efficient Bayesian platform trial design for borrowing adaptively from historical control data in lymphoma</article-title>. <source>Contemporary clinical trials</source> <volume>89</volume>, <elocation-id>105890</elocation-id> (<year>2020</year>)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_nejsds15_ref_015">
<label>[15]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Park</surname>, <given-names>J. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Harari</surname>, <given-names>O.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Dron</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lester</surname>, <given-names>R. T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Thorlund</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name> and <string-name><surname>Mills</surname>, <given-names>E. J.</given-names></string-name> <article-title>An overview of platform trials with a checklist for clinical readers</article-title>. <source>Journal of clinical epidemiology</source> <volume>125</volume>. <fpage>1</fpage>–<lpage>8</lpage> (<year>2020</year>)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_nejsds15_ref_016">
<label>[16]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Ren</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name> and <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name> <article-title>Statistical considerations of phase 3 umbrella trials allowing adding one treatment arm mid-trial</article-title>. <source>Contemporary Clinical Trials</source> <volume>109</volume>, <elocation-id>106538</elocation-id> (<year>2021</year>)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_nejsds15_ref_017">
<label>[17]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Roig</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Krotka</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Burman</surname>, <given-names>C. F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Glimm</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hees</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jacko</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name> and <string-name><surname>Posch</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name> <article-title>On model-based time trend adjustments in platform trials with non-concurrent controls</article-title>. <source>BMC Medical Research Methodology</source> <volume>22</volume>, <elocation-id>228</elocation-id> (<year>2022</year>)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_nejsds15_ref_018">
<label>[18]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Saville</surname>, <given-names>B. R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Berry</surname>, <given-names>D. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Berry</surname>, <given-names>N. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Viele</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name> and <string-name><surname>Berry</surname>, <given-names>S. M.</given-names></string-name> <article-title>The bayesian time machine: Accounting for temporal drift in multi-arm platform trials</article-title>. <source>Clinical Trials</source> (<year>2022</year>). <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1177/17407745221112013" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1177/17407745221112013</ext-link>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_nejsds15_ref_019">
<label>[19]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Sridhara</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Marchenko</surname>, <given-names>O.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jiang</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Pazdur</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Posch</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Berry S.</surname>, <given-names>.</given-names></string-name> and <string-name><surname>Lu</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name> <article-title>Use of nonconcurrent common control in master protocols in oncology trials: report of an American statistical association biopharmaceutical section open forum discussion</article-title>. <source>Statistics in Biopharmaceutical Research</source> <volume>14</volume>(<issue>3</issue>) <fpage>353</fpage>–<lpage>357</lpage> (<year>2022</year>)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_nejsds15_ref_020">
<label>[20]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Ventz</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Cellamare</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Parmigiani</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name> and <string-name><surname>Trippa</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name> <article-title>Adding experimental arms to platform clinical trials: randomization procedures and interim analyses</article-title>. <source>Biostatistics</source> <volume>19</volume>(<issue>2</issue>) <fpage>199</fpage>–<lpage>215</lpage> (<year>2018</year>). <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1093/biostatistics/kxx030" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1093/biostatistics/kxx030</ext-link>. <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://mathscinet.ams.org/mathscinet-getitem?mr=3799612">MR3799612</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_nejsds15_ref_021">
<label>[21]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Wason</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Magirr</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Law</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name> and <string-name><surname>Jaki</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name> <article-title>Some recommendations for multi-arm multi-stage trials</article-title>. <source>Statistical methods in medical research</source> <volume>25</volume>(<issue>2</issue>) <fpage>716</fpage>–<lpage>727</lpage> (<year>2016</year>). <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1177/0962280212465498" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1177/0962280212465498</ext-link>. <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://mathscinet.ams.org/mathscinet-getitem?mr=3489662">MR3489662</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_nejsds15_ref_022">
<label>[22]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Wason</surname>, <given-names>J. M.</given-names></string-name> and <string-name><surname>Jaki</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name> <article-title>Optimal design of multi-arm multi-stage trials</article-title>. <source>Statistics in medicine</source> <volume>31</volume>(<issue>30</issue>) <fpage>4269</fpage>–<lpage>4279</lpage> (<year>2012</year>). <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1002/sim.5513" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1002/sim.5513</ext-link>. <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://mathscinet.ams.org/mathscinet-getitem?mr=3040080">MR3040080</ext-link></mixed-citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>
