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[국내논문] 경시적 영과잉 가산자료와 생존자료의 결합모형
A joint modeling of longitudinal zero-inflated count data and time to event data 원문보기

응용통계연구 = The Korean journal of applied statistics, v.29 no.7, 2016년, pp.1459 - 1473  

김동욱 (성균관대학교 통계학과) ,  천지훈 (성균관대학교 통계학과)

초록
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시간의 흐름에 따라 관측되는 경시적(longitudinal) 자료의 경우, 경시적 자료와 생존(survival) 자료가 종종 동시에 수집된다. 이 때 경시적 자료에서 발생하는 결측이 생존자료와의 연관성으로 인해 발생한 무시할 수 없는 결측(non-ignorable missing)이라면, 경시적 자료분석 방법만으로는 두 자료 간의 연관성을 고려하지 않아 독립변수에 대한 효과는 편향된 결과를 얻게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 결측의 원인이 생존시간과 연관되어 있으므로 생존모형을 고려하여 불편추정량을 얻기 위해 경시적 자료와 생존자료의 결합모형에 대한 연구가 이루어져 왔다. 본 논문은 경시적 자료의 형태가 영이 많이 존재하는 영과잉 가산자료(zero-inflated count data)와 생존자료의 결합모형을 연구하였다. 경시적 영과잉 가산자료와 생존자료는 각각 허들모형(hurdle model)과 비례위험모형(proportional hazards model)의 부 모형을 적용하였고, 두 부 모형들의 변량효과가 다변량 정규분포를 따른다는 가정을 통하여 결합하였다. 모수최우추정법으로 EM 알고리즘을 활용하였고, 추정된 표준오차를 계산하기 위해 프로파일 우도(profile likelihood)를 이용하였다. 최종적으로 모의실험을 통해 두 부 모형의 변량효과 간 상관관계가 존재하는 경우 결합모형이 개별적 모형보다 편의와 포함확률(coverage probability)의 측면에서 더 우수함을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Both longitudinal data and survival data are collected simultaneously in longitudinal data which are observed throughout the passage of time. In this case, the effect of the independent variable becomes biased (provided that sole use of longitudinal data analysis does not consider the relation betwe...

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 경시적 영과잉 가산자료와 생존자료를 분석하기 위한 결합모형을 연구한다. 제안된 결합모형은 경시적 영과잉 가산자료를 위한 허들모형과 생존자료를 위한 비례위험 모형(proportional hazards model)이 결합된 모형이다.
  • 우리는 경시적 영과잉 가산자료와 생존자료의 결합모형에 대해 연구하였다. 연구된 모형은 경시적 자료와 생존자료에 대한 결합모형에서 새롭게 구축된 모형으로 기존의 반복적으로 측정되는 연속형 자료 대신 반복적으로 측정되는 영(0)이 많이 관측되는 가산자료에 대해 연구하였다.

가설 설정

  • 또한 b1i와 b2i는 각각 pij와 µij의 변량효과이다. 위의 모형을 단순화하기 위해, 식 (2.2)의 고정효과에 대한 두 공변량과 변량효과에 대한 두 공변량이 각각 동일하다고 가정하고(X1i(t) = X2i(t) = XLi(t), Z1i(t) = Z2i(t) = Zi(t)), 또한 변량효과에 대해 b1i = ϕbi, b2i = bi라고 가정한다. 여기서 모수 ϕ는 pij와 µij의 변량효과의 관계를 나타내고 t는 각 개체 i의 j번째 시점을 나타낸다.
  • 위에서 설명한 두 부 모형을 결합시키기 위해, 변량효과모형(random effect model)을 고려하였다. 변량효과 결합모형은 경시적 자료와 생존자료 사이의 관계에 대해 관측되지 않는 변량효과들의 연관성을가정한다. 제안된 모형에서는 각 부 모형의 변량효과인 bi와 ui가 다음과 같이 다변량 정규분포를 따른다고 가정한다 (Elashoff 등, 2008).
  • 변량효과 결합모형은 경시적 자료와 생존자료 사이의 관계에 대해 관측되지 않는 변량효과들의 연관성을가정한다. 제안된 모형에서는 각 부 모형의 변량효과인 bi와 ui가 다음과 같이 다변량 정규분포를 따른다고 가정한다 (Elashoff 등, 2008).
  • , tini)의 경우, 각 개체 i의 j번째의 반복 측정된 값에 결측이 발생하거나 중도탈락될 수 있으며, 각 개체 i마다 다른 값을 가질 수 있다. 여기서 결측이나 중도탈락에 대해서는 Missing Not At Random(MNAR)을 가정한다. Si = (Ti, δi)는 각 개체 i에 대한 생존시간 자료이며 Ti는 관측된 생존시간으로 사건발생 시간(failure time) 또는 중도절단 시간(censoring time)을 나타내고, δi는 개체 i에 대한 사건발생 여부를 나타내는 지시변수로 만약 δi = 1이면 사건이 발생한 것이고, δi = 0이면 중도절단(censoring)이 발생한 것이다.
  • 여기서 모든 공변량과 변량효과가 주어졌을 때, Y 와 S는 서로 독립임을 가정한다. 위의 관측자료 우도함수는 변량효과 θ가 잠재변수(latent variable)이므로 적분이 용이하지 않다.
  • 여기서 공변량 X1i는 N(1, 0.4)인 독립적인 정규분포로부터 생성하고 기저위험 Λ0(t)는 0.1로 가정한다.
  • 1로 가정한다. 그리고 각 사건이 발생한 시간은 지수분포를 따르는 것으로 가정하며, 모의실험을 위한 중도절단된 시간은 평균이 3인 지수분포로부터 생성하였다. 변량효과인 bi와 ui에 대해, θi =#로 나타내며, θi ∼ N#를 가정한다.
  • 어떤 원인으로 발생된 결측자료가 존재하는 경시적 영과잉 가산자료를 분석하기 위해 포아송 허들모형과 비례위험모형을 결합모형의 두 부 모형으로 사용하였으며 두 부 모형 내의 변량효과가 서로 연관있다고 가정하여 결합모형을 구성하였다. 모수의 최대우도추정량을 추정하기 위해 EM 알고리즘을 이용하였고 추정된 모수의 표준오차를 구하기 위해 프로파일 우도를 이용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
경시적 자료분석 방법의 문제점을 해결하기 위해 어떠한 연구가 이루어져 왔는가? 이 때 경시적 자료에서 발생하는 결측이 생존자료와의 연관성으로 인해 발생한 무시할 수 없는 결측(non-ignorable missing)이라면, 경시적 자료분석 방법만으로는 두 자료 간의 연관성을 고려하지 않아 독립변수에 대한 효과는 편향된 결과를 얻게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 결측의 원인이 생존시간과 연관되어 있으므로 생존모형을 고려하여 불편추정량을 얻기 위해 경시적 자료와 생존자료의 결합모형에 대한 연구가 이루어져 왔다. 본 논문은 경시적 자료의 형태가 영이 많이 존재하는 영과잉 가산자료(zero-inflated count data)와 생존자료의 결합모형을 연구하였다.
어떠한 경우에 경시적 자료분석 방법만으로는 편향된 결과를 얻게 되는가? 시간의 흐름에 따라 관측되는 경시적(longitudinal) 자료의 경우, 경시적 자료와 생존(survival) 자료가 종종 동시에 수집된다. 이 때 경시적 자료에서 발생하는 결측이 생존자료와의 연관성으로 인해 발생한 무시할 수 없는 결측(non-ignorable missing)이라면, 경시적 자료분석 방법만으로는 두 자료 간의 연관성을 고려하지 않아 독립변수에 대한 효과는 편향된 결과를 얻게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 결측의 원인이 생존시간과 연관되어 있으므로 생존모형을 고려하여 불편추정량을 얻기 위해 경시적 자료와 생존자료의 결합모형에 대한 연구가 이루어져 왔다.
무시할 수 없는 결측을 가진 경시적 자료의 불편추정량을 얻기 위한 추정방법으로 연구된 것은? 이는 경시적 자료와 생존자료가 서로 연관되어 있고, 경시적 자료의 결측의 발생이 사건의 발생 시간과 관련되어있기 때문이다. 이와 같은 무시할 수 없는(non-ignorable) 결측을 가진 경시적 자료의 불편추정량을 얻기 위한 추정방법으로 경시적 자료와 생존자료의 결합모형이 연구되었다 (Henderson 등, 2000; Elashoff 등, 2008). 결합모형의 분석은 주로 경시적 자료, 생존자료, 또는 두 자료 동시에 초점을 맞출 수 있다.
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참고문헌 (19)

  1. Buu, A., Li, R., Tan, X., and Zuker, R. A. (2012). Statistical models for longitudinal zero-inflated count data with applications to the substance abuse field, Statistics in Medicine, 31, 4074-4086. 

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  4. Elashoff, R. M., Li, G., and Li, N. (2008). A Joint model for longitudinal measurements and survival data in the presence of multiple failure types, Biometrics, 64, 762-771. 

  5. Hall, D. B. (2000). Zero-inflated Poisson and binomial regression with random effects: a case study, Biometrics, 56, 1030-1039. 

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  7. Lambert, D. (1992). Zero-inflated Poisson regression, with an application to defects in manufacturing, Technometrics, 34, 1-14. 

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  10. Liu, Q. and Pierce, D. A. (1994). A note on Gauss-Hermite quadrature, Biometrika, 81, 624-629. 

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  12. Mullahy, J. (1986). Specification and testing of some modified count data models, Journal of Econometrics, 33, 341-365. 

  13. Murphy, S. A. and Vaart, W. (2000). On profile likelihood, Journal of the American Statistical Association, 95, 449-465. 

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  15. Sousa, I. (2011). A review on joint modeling of longitudinal measurements and time-to-event, Revstat, 9, 57-81. 

  16. Tseng, Y., Hsieh, F., and Wang, J. L. (2005). Joint modeling of accelerated failure time and longitudinal data, Biometrika, 92, 587-603. 

  17. Wu, L., Liu, W., Yi, G. Y., and Huang, Y. (2012). Analysis of longitudinal and survival data: joint modeling, inference methods, and issues, Journal of Probability and Statistics 2012, Article ID 640153. 

  18. Wulfsohn, M. S. and Tsiatis, A. A. (1997). A Joint model for survival and longitudinal data measured with error, Biometrics, 53, 330-339. 

  19. Yau, K. K. and Lee, A. H. (2001). Zero-inflated Poisson regression with random effects to evaluate an occupational injury prevention programme, Statistics in Medicine, 20, 2907-2920. 

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