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문제 정의
- 본 연구는 PS 점수에 의한 일대일 짝짓기 방법을 통해 선택 편중을 줄인 상태에서 보다 유사한 그룹을 형성한 후에그 결과를 비교할 수 있는 PSM 방법을 소개하기 위해, 이미기존에 실험 연구로서 그 효과를 검증한 연구를 사례로 재분석 하였다. 본 연구의 사례가 되었던 기존의 중재 프로그램은 본 연구자들이 직접 중재에 참여 했으며 기존연구의 제한점은 다음과 같다.
- 본 연구는 두 그룹간의 비교 연구에서 선택편중을 최대한 줄이면서 중재의 효과를 비교할 수 있는 PSM 방법을 소개하는 것이 목적이다. 이를 위해서 당뇨환자를 대상으로 생활습관 개선 프로그램을 실시한 후 그 효과를 평가한 선행 연구의 결과분석(Yoo et al.
- 분석 결과 PSM 방법으로 짝짓기 한 후 12개월 후 당화혈색소 수치는 실험군과 대조군간 유의한 차이를 보임으로써, 기존연구가 가진 선택편중의 제한점을 보완한 후에도 간호중재가 당화혈색소를 저하시킨다는 인과적인 평가를 가능하게 하였다. 본 연구는 선택 편중을 최대한 줄여서 실제에 가까운 두 그룹을 비교하는 PSM 방법의 활용이 간호 연구에 있어서 무작위 할당의 어려움을 해결할 수 있는 방법임을 제시하였다.
- 실험연구의 목적은 중재를 준 집단(실험군)과 중재를 주지않은(대조군) 두 집단간에 중재에 의한 명확한 차이를 확인하는데 있으며, 중재 전 두 집단의 동질성 여부를 확인하는 것은 중재의 효과를 판단하기 앞서 반드시 거쳐야 할 조건이다. 선택편중(selection bias)이란 중재집단에 참여를 결정하는 요인과 중재의 효과가 서로 상관관계를 가지는 경우를 가리킨다.
가설 설정
- 그런데 실험군이 실험에 참여하지 않을 상황은 관찰할 수 없기 때문에 대용으로 대조군을 두게 된다. 전통적인 실험연구는 실험군과 대조군이 선택 편중이 없고, 두 그룹이 같다는 가정을 한다. 그런데 Heckman과 Smith(1995)는 선택 편중 때문에 실험군이 실험하지 않았을 상황에서 나타나는 평균결과값은 proxy로 사용된 비교군의 평균 결과 값과 정확히 같지 않음을 보고하였다.
제안 방법
- study)이다. PS를 통해 짝짓는 방법으로 일대일짝짓기한 결과를 비교하였다.
- 먼저 X명의 실험군과 Y명의 대조군으로 중재실험이 이루어졌다고 생각해보자(X<Y). 기존의 일대일 짝짓기 방법으로는 X명의 실험군과 X명의 짝지어진 대조군이 요구되나, 만약 통제 변수들의 수가 많을 경우에는 짝짓기 해야 하는 조합이 상당히 많아지게 되고, 따라서 실험군과 같은 특성을 가진 대조군을 짝짓기 할 수 없는 경우도 발생할 확률이 커지기 때문에 결과적으로 기존의 X명에 비해 매우 작은(<X) 짝짓기 집단이 생성되거나 짝짓기가 잘 되지 않을 가능성이 생긴다.
- 본 연구는 선택 편중를 통제할 수 있는 PSM 방법을 이용하여 이미 실험 연구로서 그 효과를 검증한 당뇨환자를 대상으로 실시한 중재 연구를 사례로 분석하고 그 결과를 기존의 결과와 비교하였다. PSM은 대상자 선정시 나타나는 선택 편의를 줄이기 위해 Propensity Score를 기준으로 matching하는 방법으로, Propensity Score(PS)는 대상자들의 관찰 가능한 특성들이 주어 졌을 때 이들이 실험군이 될 조건부 확률값이다.
- 본 연구는 제 2형 당뇨병 환자에게 간호 중재를 실시한 연구 결과를 바탕으로 기존의 방법과 새로운 방법인 PSM 방법을 이용하여 비교 분석한 후향적 비교 연구(retrospective, comparative study)이다. PS를 통해 짝짓는 방법으로 일대일짝짓기한 결과를 비교하였다.
- 각 대상자(실험군과 대조군)의 PS점수를 구한다. 본 연구에서는 성별, 직업유무, 당뇨 약물 복용여부, 연령, 당뇨 유병 기간, 사전 당화혈색소 수치, 체질량지수를 이용해서 logistic regression을 통해 PS를 계산하였다.
- PSM은 대상자 선정시 나타나는 선택 편의를 줄이기 위해 Propensity Score를 기준으로 matching하는 방법으로, Propensity Score(PS)는 대상자들의 관찰 가능한 특성들이 주어 졌을 때 이들이 실험군이 될 조건부 확률값이다. 분석은 기존의 실험군 45명과 대조군 22명의 중재결과를 PSM 방법을 사용하여 일대일 짝짓기 하고, 선정된 실험군과 대조군 각각 16명의 중재결과와 비교 분석하였다. 분석 결과 PSM 방법으로 짝짓기 한 후 12개월 후 당화혈색소 수치는 실험군과 대조군간 유의한 차이를 보임으로써, 기존연구가 가진 선택편중의 제한점을 보완한 후에도 간호중재가 당화혈색소를 저하시킨다는 인과적인 평가를 가능하게 하였다.
- 실험군에게는 4개월간 주 1회 1시간의 교육과 그 후 1년까지 월 1회의 추후 상담을 실시했고, 대조군에게는 당뇨의 일상적인 관리와 실험 초 1회의 영양교육을 실시했다. 실험군과 대조군의 동질성 분석을 위해 성별, 연령, 직업유무, 당뇨 약물 복용 유무, 당뇨 유병 기간, 실험 전 당화혈색소 수치, 실험 전 BMI 수치가 비교되었고 프로그램 12개월 후의 당화혈색소의 수치가 중재결과를 확인하기 위한 종속변수로 분석되었다.
- , 2005), 그 후 4주간은 스트레스 관리를 위한 점진적 근육이완 운동 및 심신의 안정을 위한 상담 등이 포함되어 총 16주 간의 중재가 이루어 졌다. 실험군에게는 4개월간 주 1회 1시간의 교육과 그 후 1년까지 월 1회의 추후 상담을 실시했고, 대조군에게는 당뇨의 일상적인 관리와 실험 초 1회의 영양교육을 실시했다. 실험군과 대조군의 동질성 분석을 위해 성별, 연령, 직업유무, 당뇨 약물 복용 유무, 당뇨 유병 기간, 실험 전 당화혈색소 수치, 실험 전 BMI 수치가 비교되었고 프로그램 12개월 후의 당화혈색소의 수치가 중재결과를 확인하기 위한 종속변수로 분석되었다.
- , 2005). 연구 과정에서 초기 실험군 30명과 대조군 30명은 무작위 할당 되었으나, 실험이 진행되는 과정에서 대조군은 그대로 유지하고 실험군은 더 많은 환자를 참여시키게 되었으며, 그 과정은 임의 표출 방법을 사용하게 되어서 결국 비동등성 대조군 그룹이 형성되게 되었다. 결과적으로 연구과정에서 탈락자 및 누락된 데이터를 가진 대상자를 제외하고 실험군 총 45명, 대조군 22명의 결과가 분석에 사용되었다.
- 각 환자의 실험군이 될 확률값(PS)이 하나의 수치로 추정되면 실험군을 구성하는 대상자의 PS 점수와 가장 가까운 PS 점수를 가지는 대조군의 대상자와 짝짓기하게 된다. 본 연구에서는 실험군의 PS와 가장 가까운 대조군의 PS를 짝짓는 방법으로 최소 거리법(minimum distance method)을 사용흐!였으며, 이최소 거리법을 통해 1명의 실험군 대상자가 1명의 대조군 대상자와 짝짓는 방법(1:1 짝짓기)을 사용하였다.
- 것이 목적이다. 이를 위해서 당뇨환자를 대상으로 생활습관 개선 프로그램을 실시한 후 그 효과를 평가한 선행 연구의 결과분석(Yoo et al., 2005)을 사례로 선택편중을 줄일 수 있는 방법인 Propensity Score Matching을 이용한 분석 결과를 소개하고, 그 결과를 비교 하고자 한다.
- 결과적으로 연구과정에서 탈락자 및 누락된 데이터를 가진 대상자를 제외하고 실험군 총 45명, 대조군 22명의 결과가 분석에 사용되었다. 프로그램은 제 2형 당뇨병 환자들에게 필요한 운동 및 식이 교육과 상담 및 토론으로 총 12주간 이루어졌으며(Yoo et al., 2005), 그 후 4주간은 스트레스 관리를 위한 점진적 근육이완 운동 및 심신의 안정을 위한 상담 등이 포함되어 총 16주 간의 중재가 이루어 졌다. 실험군에게는 4개월간 주 1회 1시간의 교육과 그 후 1년까지 월 1회의 추후 상담을 실시했고, 대조군에게는 당뇨의 일상적인 관리와 실험 초 1회의 영양교육을 실시했다.
대상 데이터
- 연구 과정에서 초기 실험군 30명과 대조군 30명은 무작위 할당 되었으나, 실험이 진행되는 과정에서 대조군은 그대로 유지하고 실험군은 더 많은 환자를 참여시키게 되었으며, 그 과정은 임의 표출 방법을 사용하게 되어서 결국 비동등성 대조군 그룹이 형성되게 되었다. 결과적으로 연구과정에서 탈락자 및 누락된 데이터를 가진 대상자를 제외하고 실험군 총 45명, 대조군 22명의 결과가 분석에 사용되었다. 프로그램은 제 2형 당뇨병 환자들에게 필요한 운동 및 식이 교육과 상담 및 토론으로 총 12주간 이루어졌으며(Yoo et al.
- 짝짓기 전 실험군은 45명, 대조군은 22명이였다. 이 연구에서는 성별, 연령, 직업유무, 당뇨 약물 복용여부, 당뇨 유병기간, 사전 당화혈색소 수치, 체질량지수가 공변량으로 비교되었다.
데이터처리
- 기존의 연구에서 실험군(45명)과 대조군(22명)의 일반적 사항과 당화혈색소의 차이는 백분율, t-test, f-te"로 분석되었다. PSM을 위해 기존연구에 참여했던 모든 실험군과 대조군의 Propensity Score 는 Stata 8.
- 분석되었다. PSM을 위해 기존연구에 참여했던 모든 실험군과 대조군의 Propensity Score 는 Stata 8.0 을 이용하여 계산되었고, 이 Propensity Score에 의해 일대일 짝짓기 한 실험군(16명)과 대조군(16명)의 당화혈색소의 차이는 다시 t-test, 产test로 비교되었다. 이 결과를 기존 data에서 공변량을 통제한 후에 나타난 결과와 비교하기 위하여 짝짓지 않은 12개월의 당화혈색소 결과를 종속 변수로 다중 회귀분석이 실시되었다.
- 0 을 이용하여 계산되었고, 이 Propensity Score에 의해 일대일 짝짓기 한 실험군(16명)과 대조군(16명)의 당화혈색소의 차이는 다시 t-test, 产test로 비교되었다. 이 결과를 기존 data에서 공변량을 통제한 후에 나타난 결과와 비교하기 위하여 짝짓지 않은 12개월의 당화혈색소 결과를 종속 변수로 다중 회귀분석이 실시되었다.
성능/효과
- 그러나 짝짓기 전 실험군은 실험 전 당화혈색소 수치 8.2%에서 12개월후 0.7% 감소하여 7.7%가 되었고, 대조군은 8.3%에서 0.4% 증가하여 8.7%가 되었으나, 일대일 짝짓기 후에는 실험군이 8.4%에서 12개월 후 0.8%로 감소하여 7.6%가 되었고, 대조군은 8.7%에서 0.1% 증가하여 8.8%를 보였다,
- 기존 실험군(45명)과 대조군(22명)의 자료에서 위의 모든 공 변량을 통제한 상태에서 12개월 후 당화혈색소를 종속변수로 다중회귀 분석 한 결과 실험군의 12개월 후 당화혈색소가 대조군에 비하여 통계적으로 유의하게 0.88% 낮게 나타났다.
- 기존연구와 PSM 방법 모두에서 12개월 후의 실험군과 대조군의 당화 혈색소의 차이는 모두 1.2% 였으나 그 내부적인 차이를 비교해 보면 기존의 연구에서는 실험군의 당화혈색소가 8.2%에서 0.7% 감소하였고, 대조군은 8.3%에서 0.4% 증가하였다. 반면 PS점수에 의해 일대일 짝짓기 했을 때는 실험군의 당화혈색소가 8.
- 직업이 있는 경우 외식이 잦고, 시간적 여유가 없어서 프로그램에 충실하게 참석할 수 없었고, 직업이 없는 경우는 식사와 운동 등의 기록 등 자가 모니터를 충실히 하는 경향이 있었다. 또한 실험군은 대조군에 비해 통계적으로 유의하게 약물 복용하는 사람 수가 적었는데, 이것은 당뇨의 정도가 대조군에 비해 경함을 간접적으로 의미하는 것이며, 실제로 만성적으로 오래된 대상자 보다 당뇨병을 진단 받고 얼마 되지않았거나 아직 약물 사용을 시작하지 않은 대상자가 당뇨병을 오래 앓고 있던 대상자 보다 본 프로그램 실험군 으로서 지속적으로 줄석하는 경향을 보였다.
- , 2005)의 경우 1896명의 관상동맥 bypass 수술 시 ballon pump를 실시한 대상자와 ballon pump를 실시하지 않은 4332명의 대조군 대상자를 일대일 짝짓기 하여 1896명씩 짝지어 졌고, 그 두 그룹에게 나타나는 결과를 비교하였다. 본 사례 연구가 만약 대조군 대상자가 많아서 대조군을 실험군 45명 모두와 PSM 방법으로 짝지울 수 있었다면, 이것은 16명씩 일대일 짝짓기 된 결과보다 중재의 효과를 보다 정확하게 측정 할 수 있는 결과가 도출 될 수 있을 것이다.
- 또한 실험군인지 대조군인지를 나타내는 dummy변수와 다른 특성 변수간의 상관관계로 인하여 추정되는 중재효과가 부정확하게 추정될 수 있다. 본 연구에서도 짝짓기 전 다중회귀 분석 한 결과 실험군의 12개월 후 당화혈색소가 통계적으로 유의하게 0.88% 낮게 나타나 짝짓기 한 후 나타난 1.2%의 차이보다 낮게 나타났는데, 이 결과는 보편적으로 많이 사용되고 있는 다중 회귀 분석 방법이 선택편중의 불완전한 통제에 의하여 프로그램 효과가 실제보다 과소평가 될 수 있음을 보여주고 있다. Rubin과 Thomas(2000)은 전체자료를 사용하는 다중회귀분석 보다 짝지어진 그룹에 따르는 PSM 방법이 추정오류의 확률이 일반적으로 낮다고 보고하였다.
- 분석은 기존의 실험군 45명과 대조군 22명의 중재결과를 PSM 방법을 사용하여 일대일 짝짓기 하고, 선정된 실험군과 대조군 각각 16명의 중재결과와 비교 분석하였다. 분석 결과 PSM 방법으로 짝짓기 한 후 12개월 후 당화혈색소 수치는 실험군과 대조군간 유의한 차이를 보임으로써, 기존연구가 가진 선택편중의 제한점을 보완한 후에도 간호중재가 당화혈색소를 저하시킨다는 인과적인 평가를 가능하게 하였다. 본 연구는 선택 편중을 최대한 줄여서 실제에 가까운 두 그룹을 비교하는 PSM 방법의 활용이 간호 연구에 있어서 무작위 할당의 어려움을 해결할 수 있는 방법임을 제시하였다.
- 성별, 직업유무, 당뇨 약물 복용여부, 연령, 당뇨 유병기간, 사전 당화혈색소 수치와 체질량지수를 공변량으로 실험군에 들어갈 확률을 Propensity Score로 구한 후 짝짓기 전과 후의 대상자들의 PS 분포를 그림1에 제시하였다, 짝짓기 전에는 실험군의 PS 평균이 0.7에서 0.9 사이에 몰려 있으며 0.4 이하인 대상자가 몇 명 나타났고, 대조군은 PS 평균이0.4에서 0.7로 넓게 퍼져 있었다.
- 2kg/n?로 유사한 수치를 나타내었다. 실험 12개월 후 당화 혈색소는 실험군이 7.5%, 대조군이 8.7%로 실험군이 대조군에 비해 1.2% 통계적으로 유의하게 낮은 수치를 보였다.
- 이 때 성별, 연령, 직업유무, 당뇨 약물 복용, 당뇨 유병기간은 각각 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다<Table 1>. 이 때 12개월 후 당화혈색소의 차이는 실험군이 1.2% 통계적으로 유의하게 낮아서, 짝짓기하기 전 기존연구 결과와 같은 결과를 나타내었다. 그러나 짝짓기 전 실험군은 실험 전 당화혈색소 수치 8.
- 각각 16명씩 짝짓기 되었다. 이 때 성별, 연령, 직업유무, 당뇨 약물 복용, 당뇨 유병기간은 각각 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다<;Table 1>. 이 때 12개월 후 당화혈색소의 차이는 실험군이 1.
- 짝짓기 전 실험군은 45명, 대조군은 22명이였다. 이 연구에서는 성별, 연령, 직업유무, 당뇨 약물 복용여부, 당뇨 유병기간, 사전 당화혈색소 수치, 체질량지수가 공변량으로 비교되었다. 이 중 직업의 유무, 당뇨약물복용 여부는 통계적으로 유의하게 실험군과 대조군 사이 차이를 보였다.
- 이 연구에서는 성별, 연령, 직업유무, 당뇨 약물 복용여부, 당뇨 유병기간, 사전 당화혈색소 수치, 체질량지수가 공변량으로 비교되었다. 이 중 직업의 유무, 당뇨약물복용 여부는 통계적으로 유의하게 실험군과 대조군 사이 차이를 보였다. 실험군(31.
- 1% 증가했을 것이라고 해석할 수있다. 짝짓기 전 대조군이 12개월 후 당화혈색소가 0.4% 증가하였는데, 이것은 대조군이 당뇨 조절이 잘 안되는 대상자가 많이 포함되어 있음을 보여 주는 것이고, 이것이 원인이 되어 실험군과의 당화혈색소의 차이가 심해지고 중재의 효과가 과장될 수 있음을 추론 할 수 있겠다.
후속연구
- 그 동안 간호 행위는 여러 분야에서 다양하게 진행되었고, 지속적으로 발전하고 있음에도 불구하고, 기록의 미비나 연구 결과의 부족 등으로 간호행위에 쏟은 노력만큼 그 의미가 제대로 평가되지 못한 경우가 많이 있었다. PSM의 적용은 임상에서 어떠한 형태의 간호행위를 받은 자와 그렇지 않은 자의 비교 또는 어떠한 상태에 처해 있는 자와 그렇지 않은 자의 비교 등 다양한 형태의 비교 연구에서 보다 실제에 가까운 결과를 도출할 수 있기 때문에 실험연구를 직접 실행하지 않고도 유사 무작위 할당과 같은 효과를 가져 올 수 있어서 간호 연구에 매우 유용할 것이라 생각된다. 또한 보다 널리 알려지고 타당도와 신뢰도가 검증된 측정도구를 사용하여 국제적인 자료를 분석한다면 국가간의 편중을 통제한 상태에서 객관화된 분석 결과를 얻을 수 있을 것이다.
- 현재 사회과학, 의학 및 역학 분야에서는 연구가 시작되고 있으나 아직 간호 연구에는 활용된 연구는 거의 없는 실정이다. 간호 연구에서는 그동안 무작위 할당하지 못해서 생긴 편중을 그대로 분석하거나 부분적인 통제 방법을 사용하여 많은 제한점들을 보였었는데, 기존의 자료나 연구 결과를 후향적 조사 연구로 대단위의 대조군 코호트대상으로 PSM 방법으로 그룹을 형성한 후, 그 효과를 분석해 보면 보다 순수한 효과를 검증 할 수 있겠다. PSM 방법의 출현은 실험연구 분석에서 시작된 것이 아니고 조사 연구에서부터 시작 된 것으로 관찰 집단과 비교 집단 두 그룹의 비교에 있어서 유사한 특징의 그룹으로 짝짓기 한 후에 비교하는 방법으로부터 활용되어 왔다.
- 제언한다. 관찰 연구에 있어서 다양한 집단으로 구성된 대조군 집단을형성하거나, 국제적인 자료 또는 국가적인 통계자료를 대조군집단으로 구성하여 관찰 대상자들과 PSM을 통해 보다 객관적으로 비교하는 연구를 제언한다. 이를 위해서는 타당도와신뢰도가 높고, 세계적으로 널리 이용되고 있는 측정도구를사용하는 것이 바람직하겠다.
- 그것은 무작위 할당이 대상자의 특징뿐만 아니라 그 잠재적인 특징 까지도 확률적으로 선택한다는 가정을 만족시키기 때문이다. 그러나 무작위 할당을 하지 않았거나, 어떠한 이유로 선택 편중이 발생한 경우에 있어서는 그중재의 순수한 효과 검증을 위해서 선택편중을 줄일 수 있는방법으로 분석을 시도해야 하겠다. 기존의 두 그룹 비교 방법인 t-test와 Rest의 경우는 이 선택 편중를 조절할 수 없다.
- PSM의 적용은 임상에서 어떠한 형태의 간호행위를 받은 자와 그렇지 않은 자의 비교 또는 어떠한 상태에 처해 있는 자와 그렇지 않은 자의 비교 등 다양한 형태의 비교 연구에서 보다 실제에 가까운 결과를 도출할 수 있기 때문에 실험연구를 직접 실행하지 않고도 유사 무작위 할당과 같은 효과를 가져 올 수 있어서 간호 연구에 매우 유용할 것이라 생각된다. 또한 보다 널리 알려지고 타당도와 신뢰도가 검증된 측정도구를 사용하여 국제적인 자료를 분석한다면 국가간의 편중을 통제한 상태에서 객관화된 분석 결과를 얻을 수 있을 것이다.
- 있다. 본 연구는 간호학 분야에서 선택편중의 제한점을 극복할 수있는 한 방법으로 PSM을 이용한 분석을 소개함으로서 간호연구에서 보다 정확한 평가를 가능하게 할 것이다.
- 이를 위해서는 타당도와신뢰도가 높고, 세계적으로 널리 이용되고 있는 측정도구를사용하는 것이 바람직하겠다. 실험 연구에 있어서 두 그룹 비교 연구를 재검증하는 의미로 새로운 대조군 집단과 PSM을통해 기존의 실험군과의 결과를 비교함으로써 유사 무작위할당과 같은 상태에서 실제에 가까운 효과를 검증호)는 연구를 제언한다.
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