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문제 정의
- 분석을 위하여 본 연구는 국민건강영양조사(Korean National Health and Nutrition Examination Survey; KNHANES) 6기(2013–2015) 자료를 사용하였다. 국민건강영양조사는 국민의 건강수준, 건강행태, 식품 및 영양섭취 실태에 3가지 조사를 걸쳐 국가 및 시도 단위의 대표성과 신뢰성을 갖춘 통계를 산출하기 위해 시행되었다. 조사 참여자 22,948명 중에서 폐기능 검사를 실시한 40세 이상의 응답자를 대상으로 하였고, 결측치가 포함되어 있는 응답자는 제외하여 총 8,258명으로 분석을 진행하였다.
- 본 연구에서는 질병의 유무가 종속변수이므로 이항반응에 대해서 살펴보기로 한다. 이항반응변수는 베르누이 변수라고도 하고 이 변수에 대한 분포는 성공에 대한 확률 P(Y = 1) = px와 실패에 대한 확률 P (Y = 0) = 1 − px로 표현된다.
제안 방법
- 결측값을 가지고 있는 대상자는 분석에서 제외되었다. 그리고 로지스틱 회귀분석의 모형을 만들고 노모그램을 구축하여 검증하기 위해서 자료를 무작위로 Training data(n = 5781)와 Validation data(n = 2477)로 나누어서 분석을 Training data로 노모그램을 구축하고 Validation data로 검증하였다.
- 본 연구에서는 만성 폐쇄성 폐질환의 위험 요인을 선별하기 위하여 로지스틱 회귀분석을 실시하였고 이를 시각화하는 노모그램을 구축하였다. 노모그램을 검증하기 위해 자료를 무작위로 Training data(n = 5781)와 Validation data(n = 2477)로 나누어서 Training data의 분석을 통해 노모그램을 구축하고 Validation data로 검증하였다. 사용된 데이터는 국민건강영양조사(KNHANES) 6기(2013–2015) 자료를 사용하였고, 연구 대상자는 40세 이상의 폐기능 검사를 실시한 사람을 기준으로 선별되었다.
- 따라서 본 연구는 만성 폐쇄성 폐질환의 여부를 반응변수로 하고 단계별 선택 방법을 사용하여 로지스틱 회귀분석을 실시하였고 만성 폐쇄성 폐질환의 위험 요인들을 선별하였다.
- 현재 개발되어 있는 노모그램은 대체로 암과 같은 심각한 질병 위주로 많이 개발되어 있지만, 한 번 발병하면 치료가 어려운 만성적 질병의 노모그램 개발은 아직 이루어지지 않아서 그 필요성을 인식하였다. 따라서 본 연구에서는 로지스틱 회귀분석을 통해 만성 폐쇄성 폐질환의 위험 요인을 선별하고 이를 시각화하는 노모그램을 구축한다.
- 또한 영향력을 점수화하여 환자의 특정 질병 발병률을 예측할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 만성 폐쇄성 폐질환의 위험 요인을 단계별 선택 방법을 이용한 로지스틱 회귀분석을 통하여 선별하였고 발병률을 예측하는 노모그램을 구축하였다 (Figure 4.1).
- 각 위험 요인의 Points 값은 0에서 100 사이의 값을 가지게 된다. 로지스틱 회귀모형으로부터 구한 추정 회귀계수 값을 이용하여 각 위험 요인별로 linear predictor 값(LPij)을 계산한다. 이때, i = 1, 2, .
- 흡연여부는 일생동안 5갑(100개비) 미만을 피웠거나 피운 적 없는 사람을 비흡연자, 5갑(100개피) 이상 핀 사람을 흡연자로 정의하여 범주를 나누었다. 마지막으로 동반질환의 경우 이전에 특정 질병을 의사에게 진단 받은 적이 있는지에 대한 답변을 이용하여 동반질환의 유무를 판단하였다.
- 이때, FEV1 은 1초간 노력성 호기량이고, FVC는 노력성 폐활량을 말한다. 위험 요인으로는 인구학적 특징인 성별, 나이, 거주지, 교육수준, BMI지수, 소득분위와 임상적 특징인 흡연 여부, 동반질환(고혈압, 협심증, 류마티스 관절염, 폐결핵, 천식, 당뇨, 폐암, 우울증, 뇌졸중)을 사용하였다. 나이는 65세 이상과 65세 미만으로 2개의 범주로, 거주지는 동과 읍·면으로 2개의 범주로 나누었다.
- 사용된 데이터는 국민건강영양조사(KNHANES) 6기(2013–2015) 자료를 사용하였고, 연구 대상자는 40세 이상의 폐기능 검사를 실시한 사람을 기준으로 선별되었다. 총 5,781명 중 777명이 만성 폐쇄성 폐질환이라 판단되었고, 인구학적 특징인 성별, 나이, 거주지, 교육 수준, BMI 지수, 소득 분위와 임상적 특징인 흡연 여부, 동반 질환(고혈압, 협심증, 류마티스 관절염, 폐결핵, 천식, 당뇨, 폐암, 우울증, 뇌졸중)을 사용하여 위험 요인을 선별하였다. 16가지 특징을 만성 폐쇄성 폐질환의 여부와 독립적으로 관련이 있는지 확인하기 위해 교차분석을 실시하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 국민건강영양조사(KNHANES) 6기(2013–2015) 자료를 사용하여 폐기능 검사를 실시한 40세 이상의 대상자로 분석을 실시하였다.
- 분석을 위하여 본 연구는 국민건강영양조사(Korean National Health and Nutrition Examination Survey; KNHANES) 6기(2013–2015) 자료를 사용하였다.
- 사용된 데이터는 국민건강영양조사(KNHANES) 6기(2013–2015) 자료를 사용하였고, 연구 대상자는 40세 이상의 폐기능 검사를 실시한 사람을 기준으로 선별되었다.
- 국민건강영양조사는 국민의 건강수준, 건강행태, 식품 및 영양섭취 실태에 3가지 조사를 걸쳐 국가 및 시도 단위의 대표성과 신뢰성을 갖춘 통계를 산출하기 위해 시행되었다. 조사 참여자 22,948명 중에서 폐기능 검사를 실시한 40세 이상의 응답자를 대상으로 하였고, 결측치가 포함되어 있는 응답자는 제외하여 총 8,258명으로 분석을 진행하였다.
데이터처리
- 총 5,781명 중 777명이 만성 폐쇄성 폐질환이라 판단되었고, 인구학적 특징인 성별, 나이, 거주지, 교육 수준, BMI 지수, 소득 분위와 임상적 특징인 흡연 여부, 동반 질환(고혈압, 협심증, 류마티스 관절염, 폐결핵, 천식, 당뇨, 폐암, 우울증, 뇌졸중)을 사용하여 위험 요인을 선별하였다. 16가지 특징을 만성 폐쇄성 폐질환의 여부와 독립적으로 관련이 있는지 확인하기 위해 교차분석을 실시하였다. 그 결과 총 12가지 위험 요인(성별, 나이, 거주지, 교육 수준, 흡연 여부, 고혈압, 협심증, 폐결핵, 천식, 당뇨, 우울증, 뇌졸중)이 유의한 결과로 나타났으며, 유의한 결과를 보였던 12개의 위험 요인을 사용하여 단계별 선택방법으로 로지스틱 회귀분석을 실시한 결과 성별, 나이, 교육 수준, 흡연 여부, 폐결핵, 천식이 유의한 결과를 보였다.
- Hosmer-Lemeshow 검정을 이용하여 로지스틱 회귀모형의 적합도를 확인한다.
- 교차분석(카이제곱검정)을 사용하여 위험 요인을 선택한다.
- 만성 폐쇄성 폐질환의 위험 요인들을 식별하기 위해 로지스틱 회귀분석을 실시하였다. Table 4.
- 일반적으로 병의 발생 여부나 재발 여부와 같이 결과변수가 이분형인 경우 로지스틱 회귀모형을 구축하고, time-to-event인 경우 Cox 비례위험모형을 구축한다. 본 연구에서 결과변수는 만성 폐쇄 성 폐질환의 여부를 나타내는 이분형이므로 로지스틱 회귀분석을 사용하여 노모그램을 개발하였다. 노모그램의 구체적인 개발 절차는 다음과 같다 (Iasonos 등, 2008; Yang, 2014).
- 본 연구에서는 만성 폐쇄성 폐질환의 위험 요인을 선별하기 위하여 로지스틱 회귀분석을 실시하였고 이를 시각화하는 노모그램을 구축하였다. 노모그램을 검증하기 위해 자료를 무작위로 Training data(n = 5781)와 Validation data(n = 2477)로 나누어서 Training data의 분석을 통해 노모그램을 구축하고 Validation data로 검증하였다.
- 위험 요인으로 선별된 인구학적, 임상적 특징 16가지를 만성 폐쇄성 폐질환의 여부와 독립적으로 관련이 있는지 확인하기 위해 교차분석을 통하여 알아보았다. 결과를 통하여 총 12가지 위험 요인이 유의한 결과를 보임을 확인하였다 (Table 4.
- 종속변수가 연속형 변수일 경우에는 일반적인 회귀분석을 사용하지만, 종속변수가 성공/실패, 생존/사망, 질병의 유무 등의 범주로 표현되는 이산형 변수일 경우에 로지스틱 회귀분석을 사용한다. 로지스틱 회귀분석은 병리학 연구에서 질병과 연관 있는 위험 요인들을 식별하거나, 임상 연구 자료에서 중요한 요인들을 식별하는 탐색적 분석에 많이 적용 된다 (Lee 등, 2005; Heo와 Lee, 2008).
이론/모형
- 노모그램을 통해 예측한 확률과 실제 관찰된 확률이 완벽하게 정확할 때 45◦ 각도로 그려진 선이 나타나게 되므로, 예측한 확률과 관찰된 확률에 따른 선이 45◦ 각도 선에 가까울수록 정확한 예측력을 보인다고 할 수 있다(Iasonos 등, 2008). 따라서 노모그램에서 예측한 발병률과 실제 발병률이 얼마나 일치하는지를 검증하기 위해 Calibration plot을 이용하였다.
- 5와 1사이에 존재하며 면적이 넓은 만큼 값이 1에 가까워지므로 이는 예측 모형의 성능이 좋음을 나타낸다. 따라서 노모그램의 유용성을 평가하기 위해 AUC를 이용하였다.
성능/효과
- 위험 요인으로 선별된 인구학적, 임상적 특징 16가지를 만성 폐쇄성 폐질환의 여부와 독립적으로 관련이 있는지 확인하기 위해 교차분석을 통하여 알아보았다. 결과를 통하여 총 12가지 위험 요인이 유의한 결과를 보임을 확인하였다 (Table 4.1).
- 376으로 적합하다는 결과를 얻었다. 결과적으로 최종 선별된 위험 요인은 성별(sex), 나이(age), 교육수준(education), 흡연(smoking), 폐결핵(tuberculosis), 천식(asthma)이다.
- 또한 교육 수준, 흡연여부, 폐결핵의 선 길이가 비슷하여 앞서 3개의 요인보다 상대적으로 영향을 덜 끼친다고 볼 수 있다. 구축된 노모그램을 검증하기 위해 ROC curve를 그려보았을 때 Training data와 Validation data의 AUC가 각각 0.807(p = 0.000), 0.811(p = 0.000)로 통계적으로 유의하다는 것을 알 수 있었다. 그리고 노모그램의 예측 확률에 따라서 44개의 그룹으로 환자들을 나누고, 각 그룹의 평균값을 이용하여 관찰 확률과 비교하는 Calibration plot을 그린 결과, 결정계수(R2)가 0.
- 16가지 특징을 만성 폐쇄성 폐질환의 여부와 독립적으로 관련이 있는지 확인하기 위해 교차분석을 실시하였다. 그 결과 총 12가지 위험 요인(성별, 나이, 거주지, 교육 수준, 흡연 여부, 고혈압, 협심증, 폐결핵, 천식, 당뇨, 우울증, 뇌졸중)이 유의한 결과로 나타났으며, 유의한 결과를 보였던 12개의 위험 요인을 사용하여 단계별 선택방법으로 로지스틱 회귀분석을 실시한 결과 성별, 나이, 교육 수준, 흡연 여부, 폐결핵, 천식이 유의한 결과를 보였다. Maninno (2007)에서의 COPD 위험 요인들과 매우 흡사한 모습을 보였으며, 이러한 위험 요인들을 이용하여 노모그램을 구축하였다.
- 1을 보면 위험 요인 중 천식이 가장 길이가 긴 것을 확인할 수 있고 이는 만성 폐쇄성 폐질환의 발병에 가장 큰 영향을 주는 요인임을 알 수 있다. 그 다음으로 나이, 성별, 교육수준, 결핵, 흡연 여부 순으로 발병에 영향을 미쳤다. 예를 들어 70세 남자이면서 학력이 고졸이고 흡연자이면서 천식을 앓는 사람이라면 TP가 288.
- 000)로 통계적으로 유의하다는 것을 알 수 있었다. 그리고 노모그램의 예측 확률에 따라서 44개의 그룹으로 환자들을 나누고, 각 그룹의 평균값을 이용하여 관찰 확률과 비교하는 Calibration plot을 그린 결과, 결정계수(R2)가 0.900로 추정된 직선이 그려졌으므로 구축된 노모그램이 만성 폐쇄성 폐질환의 발병률을 예측하는데 적합하다고 판단되었다.
후속연구
- 1과 같이 노모그램을 구축할 수 있다. 개발된 노모그램에 따라 특정 질병에 대해 환자 개개인의 발병률이나 생존율을 예측하는데 사용될 수 있다. Figure 2.
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