應(yīng)用R實(shí)現(xiàn)診斷準(zhǔn)確性試驗(yàn)貝葉斯Meta分析

李勝，張超，華先平，原瑞霞，曾憲濤

· 循證理論與實(shí)踐 ·

應(yīng)用R實(shí)現(xiàn)診斷準(zhǔn)確性試驗(yàn)貝葉斯Meta分析

李勝，張超，華先平，原瑞霞，曾憲濤

疾病治療前需對(duì)疾病進(jìn)行準(zhǔn)確診斷，診斷方法的準(zhǔn)確度將直接影響后續(xù)治療的合理性[1]。類(lèi)似于干預(yù)性研究，單個(gè)的診斷準(zhǔn)確性試驗(yàn)（diagnostic test accuracy，DTA）也存在樣本量過(guò)小等局限性。DTA的Meta分析可以克服這一局限性，為臨床醫(yī)生和衛(wèi)生技術(shù)評(píng)估機(jī)構(gòu)提供定量合成的科學(xué)證據(jù)，從而將各種新的檢查引進(jìn)到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[2,3]。當(dāng)前DTA的Meta分析多基于頻率學(xué)派的理論制作，如Meta-Disc和RevMan 5軟件[4-6]。隨著計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，貝葉斯統(tǒng)計(jì)再次得到重視，相關(guān)的Meta分析方法也隨之而來(lái)[7]。R是一款基于頻率學(xué)和貝葉斯統(tǒng)計(jì)完成各種Meta分析的優(yōu)秀軟件[7,8]。當(dāng)前，R可通過(guò)bamdit程序包[9]和HSROC程序包[10]實(shí)現(xiàn)DTA的貝葉斯Meta分析，本文結(jié)合實(shí)例[11]對(duì)這兩款程序包進(jìn)行介紹并比較其結(jié)果。

1 程序包簡(jiǎn)介

bamdit是Pablo Emilio Verde和Arnold Sykosch基于貝葉斯理論研發(fā)的一款在R下實(shí)現(xiàn)DTA的Meta分析的程序包[9]，于2011年發(fā)布，最新版本為V-1.1-1。該程序包將所采用的代碼編制封裝在后臺(tái)，自身不含分亞組分析模塊。

HSROC程序包[10]由Ian Schiller和Nandini Dendukuri研發(fā)，最新版本為V-2.1.7。同bamdit程序包一樣，該程序包實(shí)現(xiàn)DTA的Meta分析也是基于貝葉斯方法實(shí)現(xiàn)的，且代碼封存樣式一致。

2 R及程序包的安裝

R軟件的簡(jiǎn)介及安裝見(jiàn)筆者前述文中[8,12]介紹，本文使用的版本為R-3.0.2。在R軟件安裝完畢后，雙擊桌面的R軟件圖標(biāo)，即可啟動(dòng)R的交互式窗口（R-GUI）。于命令提示符“＞”后輸入命令install.packages（"bamdit"），在彈出對(duì)話(huà)框中選擇某個(gè)鏡像安裝（CRAN），安裝完成后可由library（"bamit"）命令完成加載。同樣，按照這種方法可完成HSROC程序包的安裝及加載。

3 數(shù)據(jù)加載

本文以Walusimbi等[11]文中的GeneXpert組的數(shù)據(jù)（表1）為例演示使用方法。

首先，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式的排列，排列完成之后的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1?？梢钥吹剑瑑蓚€(gè)程序包在題頭部位的表示方式是不一樣的，但其他地方均相同。因此，在具體操作時(shí)，應(yīng)單獨(dú)制作各自的表格。將bamdit程序包的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在桌面的Rwork文件中的bamditdata.txt文本中；HSROC程序包的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在桌面的Rwork文件中的HSROCdata.txt文本中。之后，即可開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)加載。

bamdit程序包數(shù)據(jù)加載的命令為：

data＜-read.table（"C:\Users\Administrator\ Desktop\Rwork\bamditdata.txt",header=TRUE,sep= "",na.strings="NA", dec=".", strip.white=TRUE）

HSROC程序包數(shù)據(jù)加載的命令為：

data＜-read.table（"C:\Users\Administrator\ Desktop\Rwork\HSROCdata.txt",sep="",na. strings="NA", dec=".", strip.white=TRUE）

表1 實(shí)例數(shù)據(jù)[11]排列格式

4 數(shù)據(jù)分析

4.1 bamdit程序包bamdit程序包是通過(guò)調(diào)用JAGS軟件[13,14]來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在使用該程序包時(shí)只需對(duì)其內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行設(shè)置就可以了。數(shù)據(jù)分析需要使用“metadiag（）”命令來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體命令與模型屬性如下：

model=metadiag(data,n.chains=3,n.iter=50000,n. burnin=10000,n.thin=10)

該命令中，n.chains為鏈數(shù)目，n.iter：迭代次數(shù)，n.burnin：退火次數(shù)，n.thin：步長(zhǎng)。

4.2 HSROC程序包該程序包通過(guò)自身直接實(shí)現(xiàn)，故需對(duì)其內(nèi)部設(shè)置的模型進(jìn)行相關(guān)的分析。首先需要使用“args（）函數(shù)”來(lái)調(diào)出內(nèi)部模型屬性設(shè)置，具體命令與模型屬性如下：

args(HSROC)

function (data, iter.num, init = NULL, sub_rs = NULL, first.run = TRUE, path = getwd(), refresh = 100, prior.SEref = NULL, prior.SPref = NULL,prior_PI = c(0, 1), prior_LAMBDA = c(-3, 3), prior_THETA = c(-1.5, 1.5), prior_sd_alpha = list(0, 2, "sd"), prior_sd_theta = list(0, 2, "sd"), prior_beta = c(-0.75, 0.75))

上述命令中：prior為先驗(yàn)定義變量，prior. SEref和prior.SPref設(shè)為空，針對(duì)金標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)定；其他變量后面將會(huì)在初始值中介紹。當(dāng)然，上述先驗(yàn)的設(shè)定操作者可以自行設(shè)定，也可直接使用默認(rèn)。

對(duì)于初始值，需將其分為組內(nèi)與組間兩部分，并分別進(jìn)行設(shè)定。初始值的設(shè)定可使用默認(rèn)值，本例以設(shè)置初始值為例進(jìn)行講解。

組內(nèi)初始值通常分為五個(gè)部分，具體設(shè)置如表2所示。組間初始值通常也分為五個(gè)部分，具體設(shè)置如表3所示。

設(shè)定好組內(nèi)與組間初始值后，就需將兩者進(jìn)行合并了，即匯總初始值。具體命令為：

init = list(init_within, init_between)

接著，可以使用如下命令進(jìn)行迭代運(yùn)算：

HSROC(data=data, iter.num=50000, init=init)

注：“iter.num”為迭代次數(shù)的設(shè)定。

表2 組內(nèi)初始值設(shè)定匯總表

表3 組間初始值設(shè)定匯總表

5 結(jié)果匯總及圖形繪制

完成上述分析后，即可對(duì)結(jié)果進(jìn)行匯總分析。

5.1 bamdit程序包匯總結(jié)果的具體命令及結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 bamdit程序包匯總結(jié)果的命令及匯總后的結(jié)果

該程序包僅能繪制“散點(diǎn)圖與邊緣密度圖”這一種圖形，其它圖形的繪制需要借助其他程序包或軟件實(shí)現(xiàn)。繪制該圖形的命令為（圖略）：bamdit.plot(model,data=data)

5.2. HSROC程序包HSROC程序包可以一步完成結(jié)果匯總和圖形繪制，命令如下：

HSROCSummary(data=data, burn_in=10000, Thin=2, print_plot=TRUE)

上述命令執(zhí)行完成后，結(jié)果及圖形均自動(dòng)保存在“C:/Users/Administrator/Documents”文件夾中。文件中的“Summary ROC curve.pdf”、“Density plots for N = 2000.pdf”和“Trace plots for N = 2000.pdf”分別為匯總ROC曲線(xiàn)圖（圖1）、密度圖（圖略）和軌跡圖（圖略）；“Summary for N = 20000.txt”文件為匯總結(jié)果；其他文件為迭代過(guò)程中軟件自動(dòng)生成參數(shù)文件。圖1中，每個(gè)空心圓圈表示一個(gè)樣本，大小表示樣本量（正比）；紅色實(shí)心圓圈為匯總后敏感度與特異度的坐標(biāo)分布；紅色橢圓圈表示匯總敏感性與特異性的95%可信區(qū)間；藍(lán)色橢圓圈表示預(yù)測(cè)敏感性與特異性的95%可信區(qū)間。

打開(kāi)“Summary for N = 20000.txt”，可看到該文本包括六個(gè)部分：迭代運(yùn)算屬性、原始樣本數(shù)據(jù)、先驗(yàn)信息、組間參數(shù)、組內(nèi)參數(shù)和后驗(yàn)結(jié)果。其中，后驗(yàn)結(jié)果如表5所示。至此，使用這兩款程序包實(shí)現(xiàn)DTA的貝葉斯Meta分析的操作就完成了。

表5 后驗(yàn)結(jié)果匯總表

圖1 SROC曲線(xiàn)圖

6 小結(jié)

上述兩個(gè)程序包均是基于貝葉斯理論[8,15]研發(fā)的，從結(jié)果來(lái)看，相似度很高（表4和表5）。以合并敏感度和特異度為例，bamdit程序包的結(jié)果分別為Sen=0.670（95%CrI = 0.376～0.887）、Spe=0.9064（95%CrI=0.9064～0.998）；H S R O C程序包的結(jié)果分別為S e n=0.6 9 7（95%CrI=0.353～1.000）、Spe =0.979（95%CrI=0.844～1.000）。這兩款程序包的共同特點(diǎn)在于：在執(zhí)行Meta分析前，常需操作者對(duì)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行先驗(yàn)設(shè)定（本例為默認(rèn)設(shè)定）以及初始值的設(shè)定，而先驗(yàn)參數(shù)設(shè)定偏離時(shí)，則可影響結(jié)果。由于本處默認(rèn)先驗(yàn)較為可靠，故最終結(jié)果十分相似。

相比較而言，HSROC程序包的功能較bamdit程序包強(qiáng)大，特別是在繪圖功能上。這是由于bamdit程序包需要調(diào)用JAGS軟件[13,14]來(lái)實(shí)現(xiàn)，而HSROC程序包通過(guò)自身完成。此外，HSROC程序包還可以實(shí)現(xiàn)亞組分析功能。但兩款程序包均有其局限性，如不能繪制HSROC曲線(xiàn)圖、不具備QUADAS工具[16]或QUADAS-2工具[17]模塊以評(píng)價(jià)納入研究方法學(xué)質(zhì)量的功能、不能繪制相關(guān)的森林圖、不能執(zhí)行Meta回歸分析[18]等。

總之，這兩款程序包可以滿(mǎn)足貝葉斯模型下的DTA的Meta分析計(jì)算的需求，R開(kāi)放的特性也決定了其會(huì)在后期不斷的完善。對(duì)于初學(xué)者而言，因涉及到先驗(yàn)參數(shù)的設(shè)定，故建議使用頻率學(xué)方法實(shí)現(xiàn)較為安全。

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A

1674-4055(2015)01-0013-04

2014-10-10）

（責(zé)任編輯：孫竹）

430071 武漢,武漢大學(xué)中南醫(yī)院循證與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中心(李勝,曾憲濤);湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬太和醫(yī)院循證醫(yī)學(xué)中心(張超,原瑞霞,曾憲濤);湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬隨州市中心醫(yī)院(華先平)

曾憲濤,E-mail:zengxiantao1128@163.com.

10.3969/j.1674-4055.2015.01.04