生存分析-Cox回歸模型的詳細(xì)說(shuō)明

驚聞?dòng)?guó)著名統(tǒng)計(jì)學(xué)家 David Cox 去世，享年 97 歲，老爺子因提出Cox回歸模型而廣為人知，今天帶大家來(lái)了解一下Cox回歸。由于其復(fù)雜性和相對(duì)較少應(yīng)用（除了臨床研究），很多統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)者很少接觸過(guò)和應(yīng)用Cox回歸，但隨著隊(duì)列研究和中長(zhǎng)期隨訪的實(shí)驗(yàn)性研究越來(lái)越多，我們有必要學(xué)習(xí)使用它。

Cox回歸原理簡(jiǎn)介

在臨床研究中，經(jīng)常遇到是二分類(lèi)結(jié)果（陰性/陽(yáng)性；生存/死亡），研究者可以通過(guò)logistic回歸來(lái)探討影響結(jié)果的因素，或者構(gòu)建預(yù)測(cè)模型來(lái)預(yù)測(cè)新患者的預(yù)期。

但很多時(shí)候logistic回歸方法無(wú)法使用。比如，在隨訪期中，絕大部分對(duì)象都發(fā)生陽(yáng)性結(jié)果( 患者全部治愈或者患者幾乎都死亡了)。例如比較兩種治療手段治療新冠肺炎效果（比如瑞德西韋和安慰劑組），可能在一個(gè)月的效果分別是95%和90%，在統(tǒng)計(jì)學(xué)上可能沒(méi)有差異。

logistic回歸是關(guān)于率的分析，探討影響發(fā)生率的因素，但發(fā)生率的研究不能說(shuō)明一切。我們還可以從發(fā)生率發(fā)生的速度來(lái)分析，探討影響發(fā)生速度的因素。這便是Cox回歸基本思維，通俗來(lái)說(shuō)，它可以探討，到底哪類(lèi)群體的“死亡”速度更快、到底什么因素影響了“死亡”速度。1972年，由英國(guó)統(tǒng)計(jì)學(xué)家D.R.CoxCox建立了函數(shù)，來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題

其中，h（t）便是研究對(duì)象的風(fēng)險(xiǎn)函數(shù)，即“死亡”速度，它隨著時(shí)間的變化而變化。死亡速度指的是，t時(shí)刻存活的個(gè)體在t 時(shí)刻的瞬時(shí)死亡（陽(yáng)性事件發(fā)生）率。

h0（t）是回歸方程的截距；x1，x2，…xj是自變量，β1，β2…，βj為回歸系數(shù)。可以發(fā)現(xiàn)，Cox回歸通過(guò)指數(shù)轉(zhuǎn)換，建立了新的線性回歸方程，用于探討自變量x對(duì)因變量h（t）的影響。

Minitab案例操作

在Minitab 21版本中，引入了此Cox回歸模型，有兩種形式，今天案例分享的是固定預(yù)測(cè)變量Cox回歸模型。

兩者簡(jiǎn)單比較如下：

案例背景：醫(yī)學(xué)研究人員希望確定喉癌的階段是否影響死亡的幾率。研究人員計(jì)劃根據(jù)病人的年齡調(diào)整分析。研究人員記錄了90名男性癌癥患者的階段和年齡。然后，研究人員記錄了第一次治療和病人死亡或研究結(jié)束之間的年數(shù)。最后，研究人員記錄了病人是否死亡。醫(yī)學(xué)研究人員執(zhí)行COX回歸評(píng)估死亡率，年齡和癌癥階段之間的關(guān)系。研究人員還希望估計(jì)每個(gè)階段60歲男子的存活概率。數(shù)據(jù)格式如下：

Minitab操作步驟如下：

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結(jié)果解釋?zhuān)?/p>

在上面的“擬合優(yōu)度檢驗(yàn)”表中，所有3個(gè)檢驗(yàn)的p值都小于0.05，所以該模型非常適合數(shù)據(jù)。

在上面的“系數(shù)”表，年齡的 p 值為 0.182，因此年齡的影響在α=0.05水平上并不顯著。階段的 p 值在α=0.05水平上顯著。因此，醫(yī)學(xué)研究人員得出結(jié)論，癌癥的階段對(duì)患者的生存有統(tǒng)計(jì)學(xué)上顯著的影響。在下面的“生存圖”中可以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，第四期癌癥的診斷對(duì)存活概率的影響最大。圖中顯示，1年后，60歲患者有第四期癌癥的人只有64%的存活機(jī)會(huì)。其他三個(gè)階段的概率為 85% 或更高。2 年后，IV 期患者的概率降至 42%，但其他三個(gè)階段的概率保持在74%或更高。

另外，在Minitab中還有個(gè)很有用的輸出“類(lèi)別預(yù)測(cè)變量的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)”表，使用類(lèi)別變量的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)來(lái)評(píng)估癌癥不同階段之間的風(fēng)險(xiǎn)。

例如，第四階段患者的死亡風(fēng)險(xiǎn)是第一階段患者的 5.5068 倍。此外，置信區(qū)間顯示，第四階段患者的實(shí)際死亡風(fēng)險(xiǎn)可能只有第一階段患者的2.4倍或12.6倍，信心水平為95%。置信區(qū)間不包含 1，因此第一階段和第四階段的死亡風(fēng)險(xiǎn)之間的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

審核編輯：符乾江