醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)診斷試驗(yàn)評(píng)價(jià)簡介

1、第二十章診斷試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法簡介學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解診斷試驗(yàn)的評(píng)價(jià)方法及常用指標(biāo)了解診斷試驗(yàn)的評(píng)價(jià)方法及常用指標(biāo)2. 了解了解ROC曲線的應(yīng)用曲線的應(yīng)用3. 能夠運(yùn)用統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行能夠運(yùn)用統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行ROC曲線分析曲線分析（1）什么是診斷試驗(yàn)？）什么是診斷試驗(yàn)？（2）診斷試驗(yàn)的常用評(píng)價(jià)指標(biāo)？）診斷試驗(yàn)的常用評(píng)價(jià)指標(biāo)？問題提出問題提出u 診斷試驗(yàn)：診斷試驗(yàn)：u診斷試驗(yàn)（診斷試驗(yàn)（diagnostic test）：臨床上為給）：臨床上為給病人作出診斷（即確定或排除疾病）所應(yīng)用病人作出診斷（即確定或排除疾?。┧鶓?yīng)用的各種試驗(yàn)或檢查方法。的各種試驗(yàn)或檢查方法。u包括各種實(shí)驗(yàn)室檢查（生物化學(xué)、免疫學(xué)、包括

2、各種實(shí)驗(yàn)室檢查（生物化學(xué)、免疫學(xué)、微生物學(xué)、病理學(xué)等）、影像診斷（超聲波、微生物學(xué)、病理學(xué)等）、影像診斷（超聲波、CT、X線、核磁共振等）、儀器檢查（心電線、核磁共振等）、儀器檢查（心電圖、腦電圖、核素掃描、內(nèi)窺鏡等），還包圖、腦電圖、核素掃描、內(nèi)窺鏡等），還包括病史詢問、體格檢查等。括病史詢問、體格檢查等。診斷試驗(yàn)的基本概念診斷試驗(yàn)的基本概念診斷試驗(yàn)的基本概念診斷試驗(yàn)的基本概念u 診斷試驗(yàn)的評(píng)價(jià)：診斷試驗(yàn)的評(píng)價(jià)：u就是將待評(píng)價(jià)的診斷試驗(yàn)與診斷目標(biāo)疾病就是將待評(píng)價(jià)的診斷試驗(yàn)與診斷目標(biāo)疾病的標(biāo)準(zhǔn)方法的標(biāo)準(zhǔn)方法即即“金標(biāo)準(zhǔn)金標(biāo)準(zhǔn)”（gold standard）進(jìn)行同步盲法比較，判定該進(jìn)行同步盲法比

3、較，判定該方法對疾病方法對疾病“診斷診斷”的真實(shí)性和價(jià)值。的真實(shí)性和價(jià)值。u 所謂所謂“金標(biāo)準(zhǔn)金標(biāo)準(zhǔn)”：是指當(dāng)前臨床醫(yī)學(xué)界：是指當(dāng)前臨床醫(yī)學(xué)界公認(rèn)的診斷疾病的最可靠方法，也稱為標(biāo)準(zhǔn)公認(rèn)的診斷疾病的最可靠方法，也稱為標(biāo)準(zhǔn)診斷。通常包括：活檢、手術(shù)發(fā)現(xiàn)、微生物診斷。通常包括：活檢、手術(shù)發(fā)現(xiàn)、微生物培養(yǎng)、尸檢、特殊檢查和影像診斷，以及長培養(yǎng)、尸檢、特殊檢查和影像診斷，以及長期隨訪結(jié)果。期隨訪結(jié)果。u 例如：例如：u 冠心?。汗谛牟。?冠狀動(dòng)脈造影冠狀動(dòng)脈造影u 腫腫 瘤：瘤： 病理學(xué)檢查病理學(xué)檢查u 腎結(jié)石：腎結(jié)石： 手術(shù)發(fā)現(xiàn)。手術(shù)發(fā)現(xiàn)。u 由于金標(biāo)準(zhǔn)多具有創(chuàng)傷性，因此探求一由于金標(biāo)準(zhǔn)多具有創(chuàng)傷性，

4、因此探求一些新的診斷方法或診斷試驗(yàn)，并比較其與金些新的診斷方法或診斷試驗(yàn)，并比較其與金標(biāo)準(zhǔn)的差別、得失及推廣價(jià)值有現(xiàn)實(shí)意義。標(biāo)準(zhǔn)的差別、得失及推廣價(jià)值有現(xiàn)實(shí)意義。例20.1 某醫(yī)生測量了122例肺癌患者和150例肺癌患者的血清腫瘤標(biāo)志物CYFRA21-1（ng/ mL），診斷結(jié)果見表20.1。試評(píng)價(jià)CYFR A21-1作為肺癌診斷指標(biāo)的準(zhǔn)確性。 表20.1 272例研究對象病理診斷和CYFRA21-1檢測結(jié)果診斷試驗(yàn)評(píng)價(jià)的應(yīng)用實(shí)例診斷試驗(yàn)評(píng)價(jià)的應(yīng)用實(shí)例診斷試驗(yàn)評(píng)價(jià)的流程圖診斷試驗(yàn)評(píng)價(jià)的流程圖特定人群特定人群金標(biāo)準(zhǔn)金標(biāo)準(zhǔn)非病人非病人病人病人陰性陰性陽性陽性陽性陽性陰性陰性診斷試驗(yàn)診斷試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)

5、結(jié)果評(píng)價(jià)o 1.靈敏度靈敏度 (Sensitivity)和特異度和特異度(Specificity)o 2.假陽性率假陽性率(FPR)和假陰性率和假陰性率(FNR)o 3.陽性和陰性似然比陽性和陰性似然比(Likelihood ratio，LR)o 4.陽性和陰性預(yù)測值（陽性和陰性預(yù)測值（Predictive value，PV）o 5.約登指數(shù)約登指數(shù)o 6.一致率一致率o 7.診斷比數(shù)比（診斷比數(shù)比（Diagnostic Odds Ratio, DOR）o 診斷試驗(yàn)的常用評(píng)價(jià)指標(biāo)診斷試驗(yàn)的常用評(píng)價(jià)指標(biāo)表表20.2 診斷試驗(yàn)與金標(biāo)準(zhǔn)的檢測結(jié)果診斷試驗(yàn)與金標(biāo)準(zhǔn)的檢測結(jié)果常用評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算常用評(píng)價(jià)指

6、標(biāo)的計(jì)算1.靈敏度靈敏度 (Sensitivity，Se)：真陽性率，是指患者中：真陽性率，是指患者中診斷為陽性的概率，反映真實(shí)情況為有病時(shí)診斷試診斷為陽性的概率，反映真實(shí)情況為有病時(shí)診斷試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)疾病的能力。驗(yàn)發(fā)現(xiàn)疾病的能力。 Se a/(a+c)100%=a/D 特異度特異度(Specificity，Sp)：真陰性率，指非患者中：真陰性率，指非患者中診斷為陰性的概率，反映真實(shí)情況為無病時(shí)診斷試診斷為陰性的概率，反映真實(shí)情況為無病時(shí)診斷試驗(yàn)排除疾病的能力。驗(yàn)排除疾病的能力。 Spd/(b+d )100%=d/ND2.假陽性率假陽性率(FPR, )：亦稱誤診率，指非患：亦稱誤診率，指非患者錯(cuò)判為

7、陽性的概率。者錯(cuò)判為陽性的概率。b/(b+d) 1001 - Spc/(a+c) 1001-Se 假陰性率(FNR, )：亦稱漏診率，指患者 錯(cuò)判為陰性的概率。常用評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算常用評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算o 12-3 某醫(yī)院收治急性心前區(qū)疼痛疑診急性心肌梗某醫(yī)院收治急性心前區(qū)疼痛疑診急性心肌梗死患者死患者360例。為研究血清磷酸肌酸激酶例。為研究血清磷酸肌酸激酶(CPK)對急對急性心肌梗死的診斷價(jià)值，在經(jīng)冠脈造影或心電圖性心肌梗死的診斷價(jià)值，在經(jīng)冠脈造影或心電圖(金金標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn))確診的基礎(chǔ)上，同步檢測患者確診的基礎(chǔ)上，同步檢測患者CPK，設(shè)診斷異，設(shè)診斷異常界值為常界值為80u/L，結(jié)果見表，結(jié)果見表1

8、2-2。試分析其。試分析其Se與與Sp。表表12-2 CPK對急性心肌梗死的診斷價(jià)值對急性心肌梗死的診斷價(jià)值CPK(IU/L)心肌梗死心肌梗死無心肌梗死無心肌梗死合合 計(jì)計(jì)陽性陽性(80)225 24249陰性陰性(80) 25121146合合 計(jì)計(jì)250145395分析計(jì)算分析計(jì)算:o 靈敏度（真陽性率）靈敏度（真陽性率）=(225/250) 10090.0%o 特異度（真陰性率）特異度（真陰性率）=(121/145) 10083.4%o 誤診率（假陽性率）誤診率（假陽性率）= (24/145) 10016.6%o 漏診率（假陰性率）漏診率（假陰性率） = (25/250) 10010.0%

9、3. 似然比（似然比（likelihood ratio, LR）：）：患者人群中試驗(yàn)結(jié)果的概率與無病人群中試驗(yàn)結(jié)果患者人群中試驗(yàn)結(jié)果的概率與無病人群中試驗(yàn)結(jié)果概率之比。概率之比。（1）陽性似然比（）陽性似然比（positive likelihood ratio，LR(+)）：即真陽性率與假陽性率之比值。是說明?。杭凑骊栃月逝c假陽性率之比值。是說明病人中出現(xiàn)某種檢測結(jié)果陽性的概率是非病人的多少人中出現(xiàn)某種檢測結(jié)果陽性的概率是非病人的多少倍。倍。a/(a+c)a/(a+c)b/(b+d)b/(b+d) LR(+) =Se/(1-Sp) （2）陰性似然比（）陰性似然比（negative likel

10、ihood ratio，LR(-)）：）： 假陰性率與真陰性率之比值。說明病人中出現(xiàn)某種假陰性率與真陰性率之比值。說明病人中出現(xiàn)某種 檢測結(jié)果為陰性的概率是非病人的多少倍。檢測結(jié)果為陰性的概率是非病人的多少倍。c/(a+c)c/(a+c)d/(b+d)d/(b+d)LR(-) =（1-Se）/ Spu 似然比反映了敏感度與特異度兩方面的特性，似然比反映了敏感度與特異度兩方面的特性，不受患病率的影響，是比敏感性和特異性更不受患病率的影響，是比敏感性和特異性更穩(wěn)定的指標(biāo)。穩(wěn)定的指標(biāo)。u 似然比在臨床診斷中有實(shí)用價(jià)值。當(dāng)知道了似然比在臨床診斷中有實(shí)用價(jià)值。當(dāng)知道了某診斷試驗(yàn)的陽性似然比，并了解到所診

11、斷某診斷試驗(yàn)的陽性似然比，并了解到所診斷疾病的患病率，就可計(jì)算在不同患病率情況疾病的患病率，就可計(jì)算在不同患病率情況下該試驗(yàn)的預(yù)測值。下該試驗(yàn)的預(yù)測值。4.預(yù)測值（預(yù)測值（Predictive value，PV）是根據(jù)診斷試驗(yàn)的結(jié)果來估計(jì)患病和不患病的是根據(jù)診斷試驗(yàn)的結(jié)果來估計(jì)患病和不患病的可能性大小。可能性大小。陽性預(yù)測值：陽性預(yù)測值：表示陽性結(jié)果中真正患病的概率。表示陽性結(jié)果中真正患病的概率。陰性預(yù)測值：陰性預(yù)測值：表示陰性結(jié)果中真正未患病的概率。表示陰性結(jié)果中真正未患病的概率。5. 約登指數(shù)（約登指數(shù)（Youden index，YI）是反映診斷試驗(yàn)真實(shí)性的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。是反映診斷試驗(yàn)真實(shí)

12、性的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。 YI=Se+Sp-1YI越大說明診斷試驗(yàn)真實(shí)性越好，越大說明診斷試驗(yàn)真實(shí)性越好，YI小于或小于或等于等于0，表示診斷試驗(yàn)無任何臨床應(yīng)用價(jià)值。，表示診斷試驗(yàn)無任何臨床應(yīng)用價(jià)值。6. 一致率（一致率（Agreement rate）又稱正確率、真實(shí)度，是樣本的診斷結(jié)果診斷又稱正確率、真實(shí)度，是樣本的診斷結(jié)果診斷正確的概率。正確的概率。 一致率一致率=（a+d）/（a+b+c+d）100%注意：由于該指標(biāo)受患病率和診斷界值的影響，注意：由于該指標(biāo)受患病率和診斷界值的影響，計(jì)算結(jié)果差異較大，故一般不建議用于診斷試計(jì)算結(jié)果差異較大，故一般不建議用于診斷試驗(yàn)評(píng)價(jià)。驗(yàn)評(píng)價(jià)。7. 診斷比數(shù)比

13、（診斷比數(shù)比（Diagnostic Odds Ratio, DOR）：）：是陽性似然比是陽性似然比LR+與陰性似然比與陰性似然比LR-之比。該指標(biāo)在之比。該指標(biāo)在單個(gè)診斷試驗(yàn)評(píng)價(jià)中不常用，但由于單個(gè)診斷試驗(yàn)評(píng)價(jià)中不常用，但由于DOR是將是將Se、Sp和和LR進(jìn)行綜合計(jì)算的指標(biāo)，在診斷試驗(yàn)進(jìn)行綜合計(jì)算的指標(biāo)，在診斷試驗(yàn)Meta分析分析中常用到。中常用到。TPTPTNTNFPFPFNFN DOR = LR (+) / LR (-) 例20.1 某醫(yī)生測量了122例肺癌患者和150例肺癌患者的血清腫瘤標(biāo)志物CYFRA21-1（ng/ mL），診斷結(jié)果見表20.1。試評(píng)價(jià)CYFR A21-1作為肺癌診

14、斷指標(biāo)的準(zhǔn)確性。 表20.1 272例研究對象病理診斷和CYFRA21-1檢測結(jié)果診斷試驗(yàn)評(píng)價(jià)的應(yīng)用實(shí)例診斷試驗(yàn)評(píng)價(jià)的應(yīng)用實(shí)例提高診斷試驗(yàn)效率的方法提高診斷試驗(yàn)效率的方法 為提高診斷試驗(yàn)的效率，根據(jù)研究目的不同，可以采用不同的聯(lián)合試驗(yàn)。常用的包括平行試驗(yàn)和系列試驗(yàn)：1.平行試驗(yàn)：同時(shí)多個(gè)試驗(yàn)進(jìn)行診斷，有一個(gè)結(jié)果為陽性則判為患者?？商岣逽e，但Sp會(huì)下降，誤判率增加。2.系列試驗(yàn)：同時(shí)多個(gè)試驗(yàn)進(jìn)行診斷，所有結(jié)果為陽性者才能判為患者，可提高Sp，但Se會(huì)下降，漏判率增加。1、ROC曲線的定義：曲線的定義：（Receiver Operator Characteristic Curve）又稱受試者）又

15、稱受試者工作特性曲線。工作特性曲線?！皩τ诖嬖诨蚩赡艽嬖诨煜膬煞N條件對于存在或可能存在混淆的兩種條件或或 自然狀態(tài)，需要受試者、專業(yè)診斷學(xué)工作者以及預(yù)測自然狀態(tài)，需要受試者、專業(yè)診斷學(xué)工作者以及預(yù)測工作者做出精確判斷，或者準(zhǔn)確決策的一種定量方工作者做出精確判斷，或者準(zhǔn)確決策的一種定量方法。法。”美國生物統(tǒng)計(jì)百科全書美國生物統(tǒng)計(jì)百科全書2、制圖方法、制圖方法研究者以每個(gè)檢測結(jié)果作為可能的診斷界值（研究者以每個(gè)檢測結(jié)果作為可能的診斷界值（cut off），計(jì)算相應(yīng)的靈敏度、特異度，然后以靈敏度），計(jì)算相應(yīng)的靈敏度、特異度，然后以靈敏度（真陽性率）為縱座標(biāo)、（真陽性率）為縱座標(biāo)、 1特異度（假陽性

16、率）特異度（假陽性率）為橫坐標(biāo)作圖，將各點(diǎn)聯(lián)成曲線即為為橫坐標(biāo)作圖，將各點(diǎn)聯(lián)成曲線即為ROC曲線。曲線。 3、主要用途、主要用途（1）選擇最佳的診斷界限值。）選擇最佳的診斷界限值。（2）比較兩種以上診斷試驗(yàn)的診斷價(jià)值。）比較兩種以上診斷試驗(yàn)的診斷價(jià)值。ROC曲線下面積（曲線下面積（AUC）o AUC取值范圍在取值范圍在0.51。o 一般認(rèn)為：一般認(rèn)為：0.50.7 診斷價(jià)值較低診斷價(jià)值較低o 0.70.9 診斷價(jià)值中等診斷價(jià)值中等o 0.9以上診斷價(jià)值較高以上診斷價(jià)值較高o 該指標(biāo)因不受患病率和診斷界值影響，因而成該指標(biāo)因不受患病率和診斷界值影響，因而成為目前公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)指標(biāo)。為目前公認(rèn)的標(biāo)

17、準(zhǔn)評(píng)價(jià)指標(biāo)。曲線下面積（曲線下面積（AUC）估計(jì)方法）估計(jì)方法o 包括：參數(shù)法和非參數(shù)，均適用于測量指標(biāo)為連續(xù)性或等級(jí)資料的診斷試驗(yàn)準(zhǔn)確度評(píng)價(jià)。o 自從Bamber 于1975 年提出ROC 曲線下面積估計(jì)方法以來, 許多學(xué)者通過對不同資料類型進(jìn)行的研究, 相繼提出了ROC 曲線面積估計(jì)、可信區(qū)間估計(jì)和面積比較的假設(shè)檢驗(yàn)的參數(shù)和非參數(shù)方法。（一）（一）AUC估計(jì)的雙正態(tài)參數(shù)法估計(jì)的雙正態(tài)參數(shù)法o 假定條件：假設(shè)患者和非患者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果均符合正態(tài)分布，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果擬合雙正態(tài)模型下的ROC曲線。o 兩個(gè)參數(shù)：o a表示患者組與非患者組試驗(yàn)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)化均數(shù)差值；o b表示非患者組與患者組的試驗(yàn)結(jié)果的標(biāo)

18、準(zhǔn)差之比。,yxxSxyabSSo 分別是患者組和非患者組檢測結(jié)果的o 均數(shù)， 分別是患者組和非患者組檢測結(jié)o 果的標(biāo)準(zhǔn)差。o 由兩個(gè)參數(shù)可得到繪制光滑ROC曲線下面積o 的估計(jì)值，其計(jì)算公式如下：o A為ROC曲線下面積， 為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù).xy和xySS和2()1aAb o 參數(shù)法的ML估計(jì)和AUC計(jì)算，可以通過ROCKIT軟件完成。ROCKIT軟件免費(fèi)下載地址：o MetzROC/software（二）（二）AUC估計(jì)的非參數(shù)法估計(jì)的非參數(shù)法o 經(jīng)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)ROC曲線：根據(jù)診斷試驗(yàn)的檢測結(jié)果曲線：根據(jù)診斷試驗(yàn)的檢測結(jié)果直接計(jì)算繪制直接計(jì)算繪制ROC曲線所需的工作點(diǎn)（真曲線所需的工作點(diǎn)（真陽

19、性率，假陽性率），由此繪制的曲線稱為陽性率，假陽性率），由此繪制的曲線稱為經(jīng)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)ROC曲線。曲線。o Hanley于于1982年提出：在資料分布未知年提出：在資料分布未知的情況下，引用的情況下，引用Wilcoxon統(tǒng)計(jì)量的思想，統(tǒng)計(jì)量的思想，將各分割點(diǎn)看作可依次排序的秩項(xiàng)，列出計(jì)將各分割點(diǎn)看作可依次排序的秩項(xiàng)，列出計(jì)算表，估計(jì)曲線下面積及其標(biāo)準(zhǔn)誤。算表，估計(jì)曲線下面積及其標(biāo)準(zhǔn)誤。o 計(jì)算方法：計(jì)算方法：o 1）假設(shè)患者組有）假設(shè)患者組有nx個(gè)檢測結(jié)果，記作個(gè)檢測結(jié)果，記作xi（o i=1,2, nx）；非患者組有）；非患者組有ny個(gè)檢測結(jié)個(gè)檢測結(jié)果果o ，記為，記為yj（j=1,2, ny）。）。o 2）假定某指標(biāo)檢測結(jié)果越大，為患者的可）假定某指標(biāo)檢測結(jié)