診斷試驗(yàn)的分析

診斷試驗(yàn)的分析學(xué)習(xí)目標(biāo)熟悉診斷試驗(yàn)的常用評(píng)價(jià)指標(biāo)；熟悉ROC曲線的含義以及構(gòu)建；通過SAS實(shí)例掌握進(jìn)行ROC分析的SAS程序；第2頁,共31頁，2024年2月25日，星期天概述診斷性試驗(yàn)是對(duì)疾病進(jìn)行診斷的試驗(yàn)方法，它不僅包括實(shí)驗(yàn)室檢查，還包括各種影像診斷，如X-診斷、CT、核磁共振(MRI)、超聲波診斷以及同位素檢查、纖維內(nèi)診鏡、電鏡等診斷方法。診斷性試驗(yàn)(diagnostictest)的質(zhì)量通常用敏感度和特異度來衡量。在同一試驗(yàn)中，如果取不同的臨界值，則可得到不同的敏感度和特異度，將這些點(diǎn)在以敏感度為Y軸，以(1-特異度)為X軸的坐標(biāo)上標(biāo)出并連成線，就可得到一條ROC曲線。第3頁,共31頁，2024年2月25日，星期天概述曲線上最接近左上角的一點(diǎn)的坐標(biāo)就表示這一試驗(yàn)的敏感度和特異度。對(duì)同一檢測指標(biāo)的多個(gè)不同試驗(yàn)進(jìn)行Meta分析，可根據(jù)它們的比值比的權(quán)重，用一條ROC曲線表示出來，這條曲線稱為SROC曲線，從這條SROC曲線得到該組研究的敏感度和特異度，這樣的方法稱SROC法或集成ROC法。自從八十年代起該方法廣泛用于醫(yī)學(xué)診斷性能的評(píng)價(jià)，如用于診斷放射學(xué)實(shí)驗(yàn)室醫(yī)學(xué)癌癥的篩選和精神病的診斷尤其是醫(yī)學(xué)影像診斷準(zhǔn)確性的評(píng)價(jià)。第4頁,共31頁，2024年2月25日，星期天診斷試驗(yàn)對(duì)于診斷試驗(yàn)的評(píng)價(jià)，首先應(yīng)知道受試者（人、動(dòng)物或影像等）的真實(shí)類別，即哪些屬于對(duì)照組(或無病組，正常組，噪聲組等)，哪些屬于病例組(或有病組，異常組，信號(hào)組等)。劃分病例與對(duì)照這兩個(gè)組的標(biāo)準(zhǔn)就是金標(biāo)準(zhǔn)。醫(yī)學(xué)研究中常見的金標(biāo)準(zhǔn)有：活組織檢查、尸體解剖、手術(shù)探查和跟蹤隨訪結(jié)果等。盡管金標(biāo)準(zhǔn)不需要十全十美，但是它們應(yīng)比評(píng)價(jià)的診斷試驗(yàn)更加可靠，且與評(píng)價(jià)的診斷試驗(yàn)無關(guān)。第5頁,共31頁，2024年2月25日，星期天診斷試驗(yàn)對(duì)于按金標(biāo)準(zhǔn)確定的二項(xiàng)分類總體，如病例與對(duì)照(分別記為D+與D-)，采用診斷試驗(yàn)檢測的結(jié)果可分別寫成陽性與陰性（記為T+與T-），資料可列成表21-1的四格表形式。表中有四個(gè)可能結(jié)果，其中兩個(gè)是正確的，即病例被診斷為陽性（真陽性，TP）和對(duì)照被診斷為陰性（真陰性，TN）；兩個(gè)是錯(cuò)誤的，即病例被診斷為陰性（假陰性，F(xiàn)N）和對(duì)照被診斷為陽性（假陽性，F(xiàn)P）。第6頁,共31頁，2024年2月25日，星期天診斷試驗(yàn)診斷結(jié)果(T)金標(biāo)準(zhǔn)(D)合計(jì)病例(D+)對(duì)照(D-)陽性(T+)TP(真陽性)FP(假陽性)TP+FP陰性(T-)FN(假陰性)TN(真陰性)FN+TN合計(jì)TP+FNFP+TNN第7頁,共31頁，2024年2月25日，星期天診斷試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)診斷試驗(yàn)的常用指標(biāo)有一致百分率、靈敏度、特異度、Youden指數(shù)、陽性似然比、陰性似然比、陽性預(yù)報(bào)值和陰性預(yù)報(bào)值。第8頁,共31頁，2024年2月25日，星期天一致百分率一致百分率是病例正確診斷為陽性與對(duì)照正確診斷為陰性的例數(shù)之和占總例數(shù)的百分率。計(jì)算公式為：其標(biāo)準(zhǔn)誤為第9頁,共31頁，2024年2月25日，星期天一致百分率一致百分率很大程度上依賴于患病率，如某病的患病率為5%，即使不采用診斷試驗(yàn)，且將所有研究個(gè)體劃歸為陰性，也可得到一致百分率為95%；其次，它沒有利用假陰性和假陽性的信息，相同的一致百分率可能有十分不同的假陰性和假陽性；第三，它還受診斷界點(diǎn)的限制。因此，診斷試驗(yàn)評(píng)價(jià)只用該指標(biāo)粗略地表達(dá)診斷試驗(yàn)的一致性，更常用的診斷試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)是靈敏度、特異度等。第10頁,共31頁，2024年2月25日，星期天靈敏度實(shí)際患病且被診斷為陽性的概率就是靈敏度，也稱為真陽性率，即：其標(biāo)準(zhǔn)誤為：該指標(biāo)只與病例組有關(guān)，反映了診斷試驗(yàn)檢出病例的能力。第11頁,共31頁，2024年2月25日，星期天特異度實(shí)際未患病且被診斷為陰性的概率就是特異度，即：其標(biāo)準(zhǔn)誤為：

該指標(biāo)只與對(duì)照組有關(guān)，反映了診斷試驗(yàn)排除非病例的能力。第12頁,共31頁，2024年2月25日，星期天靈敏度與特異度靈敏度與特異度具有不受患病率影響的優(yōu)點(diǎn)，其取值范圍均在(0，1)之間，其值越接近于1，說明其診斷試驗(yàn)的價(jià)值越好。當(dāng)比較兩個(gè)診斷試驗(yàn)時(shí)，單獨(dú)使用靈敏度或特異度，可能出現(xiàn)一個(gè)診斷試驗(yàn)的靈敏度高、特異度低，而另一個(gè)診斷試驗(yàn)的靈敏度低、特異度高，無法判斷哪一個(gè)診斷試驗(yàn)更好。由此，有人提出了將靈敏度和特異度結(jié)合的診斷試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，如Youden指數(shù)、陽性似然比、陰性似然比等。第13頁,共31頁，2024年2月25日，星期天Youden指數(shù)真陽性率與假陽性率之差就是Youden指數(shù)，即：其標(biāo)準(zhǔn)誤為Youden指數(shù)的取值范圍在(-1,+1)之間，其值越接近于+1，診斷準(zhǔn)確性越好。第14頁,共31頁，2024年2月25日，星期天陽性似然比真陽性率與假陽性率之比，即靈敏度與誤診率之比就是陽性似然比

（LR+），的取值范圍為(0,∞)，其值越大，檢測方法證實(shí)疾病的能力越強(qiáng)。的標(biāo)準(zhǔn)誤涉及到對(duì)數(shù)變換，這里不予給出；以下幾個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)誤計(jì)算也較復(fù)雜，也不予給出。第15頁,共31頁，2024年2月25日，星期天陰性似然比假陰性率與真陰性率之比，即漏診率與特異度之比為陰性似然比的取值范圍為(0,∞)，其值越小，檢測方法排除疾病的能力越好。第16頁,共31頁，2024年2月25日，星期天陽性預(yù)報(bào)值在通常的情況下，當(dāng)要對(duì)某疾病作出診斷時(shí)，并不知道金標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果，只知道診斷試驗(yàn)是陽性或陰性。而臨床醫(yī)生更想知道的是：當(dāng)診斷試驗(yàn)陽性時(shí)，受試者真正有病的概率有多大；陰性時(shí)又有多大把握排除此病。這就需要引入陽性預(yù)報(bào)值（PV+）與陰性預(yù)報(bào)值（PV_）的概念。第17頁,共31頁，2024年2月25日，星期天陽性預(yù)報(bào)值試驗(yàn)結(jié)果陽性時(shí)，受試者實(shí)際為病例的概率就是陽性預(yù)報(bào)值，即由上式可以看出，當(dāng)靈敏度與特異度為常數(shù)時(shí)，增加患病率，將降低，增加的值，從而整個(gè)分母的值減少，陽性預(yù)報(bào)值增加。第18頁,共31頁，2024年2月25日，星期天陰性預(yù)報(bào)值診斷試驗(yàn)結(jié)果陰性時(shí)，受試者實(shí)際為非病例的概率就是陰性預(yù)報(bào)值（PV_），即上式中符號(hào)的意義與前面相同。當(dāng)靈敏度與特異度為常數(shù)時(shí)，增加患病率將降低陰性預(yù)報(bào)值。PV+和PV_的取值范圍在(0，1)之間；對(duì)于相同的患病率，其值越接近1，檢測方法的診斷價(jià)值越高。第19頁,共31頁，2024年2月25日，星期天正確百分率是病例正確診斷為陽性與對(duì)照正確診斷為陰性的例數(shù)和占總例數(shù)的百分比，它很大程度上依賴患病率，如患病率為5%，完全無價(jià)值地診斷所有樣本為陰性也可有95%的正確百分率；其次，它沒有揭示假陰性和假陽性錯(cuò)誤診斷的頻率，相同的正確百分率可能有完全不同的假陰性和假陽性。第三它也受診斷閾值的限制，更好的方法是計(jì)算靈敏度和特異度，它們的值越高診斷性能越好。靈敏度和特異度等指標(biāo)均可不同程度反映了診斷的準(zhǔn)確性和特異性。第20頁,共31頁，2024年2月25日，星期天ROC曲線應(yīng)用這對(duì)指標(biāo)最明顯的問題是比較兩個(gè)診斷系統(tǒng)時(shí)可能出現(xiàn)一個(gè)診斷系統(tǒng)的靈敏度高而另一個(gè)特異度高，無法判斷哪一個(gè)診斷系統(tǒng)更好，此時(shí)可將靈敏度和特異度結(jié)合改變?cè)\斷閾值獲得多對(duì)靈敏度和（1-特異度）即TPR和FPR值，繪制ROC曲線，作ROC分析來解決這一問題。第21頁,共31頁，2024年2月25日，星期天ROC曲線以假陽性率FPR為橫軸，真陽性率TPR為縱軸，橫軸與縱軸長度相等形成正方形。在圖中將ROC工作點(diǎn)標(biāo)出用直線連接各相鄰兩點(diǎn)構(gòu)建非光滑ROC曲線。構(gòu)建光滑曲線需要假設(shè)對(duì)照組和病例組服從某種分布，用一曲線擬合技術(shù)估計(jì)參數(shù)，直接用參數(shù)產(chǎn)生。也可采用肉眼目測構(gòu)建光滑曲線。注意無論資料類型如何曲線一定通過(0，0)和(1，1)這兩點(diǎn)，這兩點(diǎn)分別相當(dāng)于靈敏度為0而特異度為1和靈敏度為1而特異度為0。第22頁,共31頁，2024年2月25日，星期天ROC曲線理論上，完善的診斷有TPF=1，F(xiàn)PF=0，圖中表現(xiàn)為ROC曲線從原點(diǎn)垂直上升到圖的左上角，然后水平到達(dá)右上角；完全無價(jià)值的診斷有TPF=FPF，是一條從原點(diǎn)到右上角的對(duì)角線；一般ROC曲線位于正方形的上三角。圖20-1就是ROC曲線的一個(gè)示例。第23頁,共31頁，2024年2月25日，星期天ROC曲線第24頁,共31頁，2024年2月25日，星期天ROC曲線ROC曲線對(duì)診斷的準(zhǔn)確性提供了直觀的視覺印象，描述了相反兩種狀態(tài)間診斷系統(tǒng)的判別能力。曲線上的每一點(diǎn)代表了隨著病例診斷閾值或置信閾變化的靈敏度與特異度的折衷。嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生較低的靈敏度和較高的特異度，ROC點(diǎn)位于曲線的左下方；寬松的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生較高的靈敏度和較低的特異度，ROC點(diǎn)位于曲線的右上方。如果比較的診斷系統(tǒng)曲線不交叉，則較高的ROC曲線具有較好的診斷性能。如果曲線交叉可在考慮費(fèi)用與效益的前提下結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)判斷其診斷性能。第25頁,共31頁，2024年2月25日，星期天ROC曲線一般用ROC曲線下面積反映診斷系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。理論上這一指標(biāo)取值范圍為0.5至1,完全無價(jià)值的診斷為0.5；完善的診斷為1。該指標(biāo)及其標(biāo)準(zhǔn)誤的計(jì)算目前有非參數(shù)、半?yún)?shù)和參數(shù)方法。其中得到廣泛應(yīng)用的方法有Wilcoxon非參數(shù)法和最大似然估計(jì)雙正態(tài)參數(shù)法。第26頁,共31頁，2024年2月25日，星期天本章小節(jié)診斷性試驗(yàn)是對(duì)疾病進(jìn)行診斷的試驗(yàn)方法，它不僅包括實(shí)驗(yàn)室檢查，還包括各種影像診斷，如X-診斷、CT、核磁共振(MRI)、超聲波診斷以及同位素檢查、纖維內(nèi)診鏡、電鏡等診斷方法。評(píng)價(jià)診斷試驗(yàn)的常用指標(biāo)有一致百分率、靈敏度、特異度、Youden指數(shù)、陽性似然比、陰性似然比、陽性預(yù)報(bào)值和陰性預(yù)報(bào)值。第27頁,共31頁，2024年2月25日，星期天本章小節(jié)一致百分率是病例正確診斷為陽性與對(duì)照正確診斷為陰性的例數(shù)之和占總例數(shù)的百分率；實(shí)際患病且被診斷為陽性的概率就是靈敏度，也稱為真陽性率；實(shí)際未患病且被診斷為陰性的概率就是特異度；真陽性率與假陽性率之差就是Youden指數(shù)；真陽性率與假陽性率之比，即靈敏度與誤診率之比就是陽性似然比；真陽性率與假陽性率之比，即靈敏度與誤診率之比就是陽性似然比；試驗(yàn)結(jié)果陽性時(shí)，受試者實(shí)際為病例的概率就是陽性預(yù)報(bào)值；診斷試驗(yàn)結(jié)果陰性時(shí)，受試者實(shí)際為非病例的概率就是陰性預(yù)報(bào)值。第28頁,共31頁，2024年2月25日，星期天本章小節(jié)盡管前面所列的Youden指數(shù)、陽(陰)性似然比、陽(陰)性預(yù)報(bào)值等指標(biāo)綜合利用了真陽性率(TPR)與假陽性率(FPR)的信息，但這些指標(biāo)都與診斷界點(diǎn)(或閾值)的選取有關(guān)。為了更全面地評(píng)價(jià)檢測方法的診斷價(jià)值，必須考慮各種可能的診斷界點(diǎn)。第29頁,共31頁，2024年2月25日，星期天本章小節(jié)在同一