[論文レビュー] Bayesian inference on the number of recurrent events: A joint model of recurrence and survival

Willem van den Boom, Maria De Iorio+1 more|arXiv (Cornell University)|May 14, 2020

Bayesian Methods and Mixture Models参考文献 52被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、再発イベントと生存を同時にモデル化する新しいベイジアン連合モデルを提案する。このモデルは、終端事象（例：死亡）までの再発回数を明示的にモデル化し、自己回帰的ギャップ時間、共有フレイリティ、および不均質性を表現するディリクレ過程混合を組み合わせた条件付き指定枠組みを用いる。主な貢献は、終端後に再発が継続すると仮定する従来のモデルの限界を克服し、実際に終端までの再発回数に対する直接的な推論を可能にしたことにある。

ABSTRACT

10.1177/09622802211048059

研究の動機と目的

• 終端後に再発が任意または不切実に続くと仮定する従来のモデルの限界を是正し、実際に終端までの再発回数を推論可能にする。
• 生物学的フレイリティなどの共通の未観測要因を反映するため、再発と生存プロセスの依存関係を共有フレイリティとフレイリティ項の連合分布を用いてモデル化する。
• ギャップ時間の系列における時間的依存性を自己回帰構造を用いてモデル化し、イベント系列のモデリングを改善する。
• フレイリティ項に非パラメトリックなディリクレ過程混合を適用し、事前にクラスタ数を指定せずに、データ駆動型の被験者クラスタリングを可能にする。
• 複雑で高次元なモデルパラメータの後部分布推定のため、逆遷移とスライスサンプリングを組み合わせた特化したMCMCアルゴリズムを開発する。

提案手法

• 終端までの再発回数を直接推論可能な確率的変数として条件付きでモデル化する。
• 一定の平均と回帰係数を持つ自己回帰モデルをギャップ時間に適用し、時間的依存性を維持しながら解釈可能性を保つ。
• 再発と生存の両方に共有フレイリティ項を導入し、フレイリティ成分の連合分布によって依存関係を誘導する。
• フレイリティ項にディリクレ過程混合事前分布を適用し、事前にクラスタ数を指定せず、柔軟かつデータ駆動型の被験者クラスタリングを可能にする。
• 逆遷移MCMCとスライスサンプリングを組み合わせた特化したギブスサンプラーを用い、モデル空間を探索し、クラスタ数やイベント数を含む後部分布を推定する。
• 終端事象（例：死亡）で再発プロセスを切断する処理を実装し、終端後の未観測または打ち切りイベントを仮定する必要を回避する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 終端事象（例：死亡）までの再発回数を、終端後に再発が継続すると仮定するのではなく、直接推論可能な確率的変数としてどのようにモデル化できるか。
• RQ2 再発イベント間ギャップ時間の系列における時間的依存性を組み込むことで、モデルの適合度と推論にどのような影響を与えるか。
• RQ3 共有フレイリティ項による再発と生存の連合モデリングは、両プロセス間の依存関係推定をどのように改善するか。
• RQ4 フレイリティ項に非パラメトリックなディリクレ過程混合を用いることで、母集団の未観測の不均質性をどの程度適切に捉えることができるか。
• RQ5 本モデルは、再発と生存のための従来のフレイリティ連合モデルやコプアベースモデルと比較して、性能と推論品質においてどのように差を示すか。

主な発見

• 本モデルは、終端までの再発回数に対する直接的な推論を成功裏に可能にした。これは、従来のモデルが終端後の再発プロセスを継続すると仮定するため、実現不可能であった。
• フレイリティ分布におけるクラスタ数の後部分布推論結果から、単一の主要なクラスタが示され、後部最頻値が1クラスタであった。これは、大腸がんおよび心房細動のデータにおいて、未観測の不均質性が限定的であることを示唆している。
• 新しい被験者に対する再発回数（Ni）の後部予測分布は右裾が長い分布を示し、最頻値が4〜5の周辺に位置しており、観察されたデータのパターンと整合的であった。
• 標準誤差のパラメータσ²の後部分布の最頻値は4.0〜5.0の周辺にあり、個々の被験者間でのギャップ時間のばらつきが中程度であることを示唆している。
• パラソーム・アテリウム・フィブリレーション（paroxysmal atrial fibrillation）のギャップ時間への影響は、唯一95％信用区間がゼロを含まない変数であり、再入院率の低下と有意な関連があることを示唆している。
• コックス回帰、連合フレイリティ、ベイジアン半パラメトリックモデルとの比較結果では、大部分の共変量に有意な効果は認められなかったが、パラソーム・アテリウム・フィブリレーションの保護的効果については一貫した結果を得た。年齢の役割については、連合フレイリティモデルでは有意な年齢効果が検出されたが、本モデルではそのような効果は確認されなかった。