[論文レビュー] A Millennium Bug Still Bites Public Health - An Illustration Using Cancer Mortality

Martina Fu, David Todem+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2014

Global Cancer Incidence and Screening参考文献 8被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、年齢標準化における米国2000年人口基準が、がん死亡率比較に顕著なバイアスをもたらすことを特定した。この基準は前立腺がん死亡率を12–91%過大評価し、がんの致死率を9–78%低く評価している。本稿では、二乗バイアスを最小化する数学的最適化を用いた、新たな平均基準人口手法を提案し、恣意的な標準人口に代わるより正確で普遍的に適用可能な代替手段を提供する。

ABSTRACT

Accurate estimation of cancer mortality rates and the comparison across cancer sites, populations or time periods is crucial to public health, as identification of vulnerable groups who suffer the most from these diseases may lead to efficient cancer care and control with timely treatment. Because cancer mortality rate varies with age, comparisons require age-standardization using a reference population. The current method of using the Year 2000 Population Standard is standard practice, but serious concerns have been raised about its lack of justification. We have found that using the US Year 2000 Population Standard as reference overestimates prostate cancer mortality rates by 12-91% during the period 1970-2009 across all six sampled U.S. states, and also underestimates case fatality rates by 9-78% across six cancer sites, including female breast, cervix, prostate, lung, leukemia and colon-rectum. We develop a mean reference population method to minimize the bias using mathematical optimization theory and statistical modeling. The method corrects the bias to the largest extent in terms of squared loss and can be applied broadly to studies of many diseases.

研究の動機と目的

• 年齢標準化における米国2000年人口基準を基準として用いることが、がん死亡率推定に与える影響を調査すること。
• 特に前立腺がんや致死率の比較において、この基準が引き起こす系統的バイアスを同定すること。
• 複数の人口間での年齢調整率推定における全体の二乗バイアスを最小化する統計的に妥当な手法を開発すること。
• 公衆衛生報告における恣意的な基準人口の選択に代わる、普遍的かつ理論的に正当化された代替手段を提供すること。

提案手法

• 本稿は、すべての人口における年齢調整率と粗率との間の二乗偏差の合計を最小化する基準人口を特定する最適化問題を定式化する。
• 二次計画法を用いて制約付き最適化問題を解き、ラグランジュ乗数を含む方程式系を導出し、基準人口の最適重みを推定する。
• この手法は、観察された人口の年齢構造の凸結合として平均基準人口を構築し、比較対象人口の中央傾向を反映させる。
• 凸性の仮定の下で、最適解が一意的かつグローバルに最小であることを証明し、局所最小値を回避する。
• 解析的解が困難な場合に特に有用な、数値的に最適重みを近似する統計的サンプリング手法も提案する。
• SEERデータを用いた米国6州の検証と、6つのがん巣についての致死率データを用いた比較により、2000年人口基準と粗率との結果を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 米国2000年人口基準を基準人口として用いることは、年齢調整がん死亡率に系統的バイアスをもたらすか？
• RQ2 基準人口の選択が、異なる人口間でのがん死亡率および致死率の順位付けと解釈にどのように影響するか？
• RQ3 比較対象人口の凸線形結合として、全体のバイアスを最小化する数学的に最適な基準人口を構築できるか？
• RQ4 提案された平均基準人口手法は、現在の標準的手法と比較してどの程度バイアスを低減するか？
• RQ5 提案手法は、さまざまな疾患および人口群にわたり、頑健かつ一般化可能か？

主な発見

• 米国2000年人口基準を用いることで、1970年から2009年までの6州で前立腺がん死亡率が12–91%過大評価される。
• 同様に、乳がん、子宮頸がん、前立腺がん、肺がん、白血病、大腸・直腸がんを含む6つのがん巣において、致死率が9–78%低く評価される。
• 提案された平均基準人口手法は、比較対象人口のすべての凸線形結合の中で、全体の二乗バイアスを最小化する。
• この手法は、一意的かつグローバルに最適な基準人口を生成し、既存の基準の恣意性を回避する。
• 平均基準人口は、比較に含まれるすべての人口の年齢構造に近く、解釈可能性と公平性を高める。
• この手法はがんに限らず、疾患率の比較に広く適用可能であり、公衆衛生政策や健康格差研究のより信頼性の高い基盤を提供する。