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베이지안 포아송 모형을 적용한 자기-대조 환자군 연구에서의 약물상호작용 위험도 분석
A Bayesian Poisson model for analyzing adverse drug reaction in self-controlled case series studies 원문보기

응용통계연구 = The Korean journal of applied statistics, v.33 no.2, 2020년, pp.203 - 213  

이은채 (중앙대학교 응용통계학과) ,  황범석 (중앙대학교 응용통계학과)

초록
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자기-대조 환자군(self-controlled case series; SCCS) 연구는 별도의 대조군 없이 환자의 비노출기간을 대조기간으로 설정하여 노출기간에 대한 상대적인 발생 위험도를 측정하는 역학 연구의 한 방법이다. 이 방법은 대조군을 선정할 때 발생하는 편의를 최소화할 수 있는 장점이 있어서 약물 복용 후 이상반응 발생 위험도를 측정하기 위한 방법으로 전통적으로 많이 사용되어왔다. 본 연구는 SCCS 연구를 바탕으로 두 개 이상의 약물을 동시에 사용했을 때 그 부작용의 위험이 어떻게 증가하는지 살펴보고자 한다. 마약성 진통제 유사체인 tramadol과 다빈도 병용 약물 간 약물상호작용에 대해 조건부 포아송 모형을 가정하고 분석하였다. 이때 베이지안 추론법을 사용하여 최대가능도추정량이 지니고 있는 과대적합 문제를 해결하며, 사전분포의 민감도를 측정하기 위해 정규 사전분포와 라플라스 사전분포를 가정하여 모형화하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The self-controlled case series (SCCS) study measures the relative risk of exposure to exposure period by setting the non-exposure period of the patient as the control period without a separate control group. This method minimizes the bias that occurs when selecting a control group and is often used...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 1절에서 계산된 조건부 사후분포는 특정 분포의 형태를 가지고 있지 않기 때문에 대표적인 MCMC알고리즘인 깁스 샘플러(Gibbs sampler) 방법을 사용할 수가 없다. 따라서 본 논문에서는 사후분포의 불규칙적인 형태에 적용할 수 있는 보다 일반적인 MCMC 방법인 메트로폴리스-해스팅스(MetropolisHastings; M-H) 알고리즘을 적용하려고 한다. 특히 chain의 수렴을 개선하기 위해 분산조정 메트로폴리스(adaptive Metropolis) 알고리즘 (Haario 등, 2005)을 사용하였다.
  • 또한, 정규 사전분포와 라플라스 사전분포의 결과가 크게 차이가 나지 않았기 때문에 본 모형은 사전분포에 크게 민감하지 않다는 결론을 내릴 수 있었다. 따라서 분석 결과로써 정규 사전분포의 경우만을 제시하려고 한다.
  • 본 논문에서는 건강보험심사평가원에서 제공하는 고령환자데이터셋을 이용하여 SCCS 연구를 기반으로 tramadol과 다빈도 병용약물 (SRIs, BDZ)의 병용이 세로토닌 증후군, 낙상, 신부전 및 간질 발작과 같 은 부작용에 미치는 효과와 약물 간 상호작용에 따른 부작용 발생률을 분석하고자 한다. 고령환자와 같이 만성 통증 환자들은 여러 의료기관에서 의약품을 사용하는 경우가 많아서 의도치 않게 잠재적으로 위험한 병용약물을 사용하고 있을 가능성이 크기 때문에 다양한 약물의 상호작용과 부작용에 대해 특별히 주의해야 할 필요가 있다.
  • 약물을 복용 또는 노출되었을 때를 위험기간(risk period), 그렇지 않은 기간을 기준기간(baseline period)으로 설정하면, SCCS 연구에서는 위험기간에서의 부작용 발생률과 기준기간에서의 부작용 발생률을 비교하는 상대발병률(incidence rate ratio; IRR)을 추정하는 것을 목적으로 하고 있다. Figure 2.

가설 설정

  • 본 모형에서는 2.2절에서 언급한대로 두 가지 기본적인 조건을 가정하고 있다: (i) 약물의 복용 여부를조건부로 부작용들의 발생은 서로 독립이다 (ii) 현재의 약물 복용 여부를 조건부로 과거의 부작용 발생이 미래의 약물 복용에 영향을 미치지 않는다. 통상적으로 부작용이 한 번만 발생하기도 하지만 한번 이상 반복적으로 발생하는 환자의 경우도 종종 생기기 때문에 부작용들 사이의 독립성을 확실히 보장할 수가 없다.
  • (i) 정규 사전분포: 각 모수에 독립적인 정규 사전분포를 가정함으로써 추정치를 0으로 축소시킨다. 이때 사후분포의 평균을 추정치로 사용하게 되면 능형 포아송(ridge Poisson) 회귀모형 추정치와 같은 경우가 된다.
  • (ii) 라플라스 사전분포: 사후 평균 추정치의 한 부분이 0으로 축소되며 거기에 해당되는 설명변수들은 모형 내에서 효과적으로 선택될 것이다. 이때의 결과는 Lasso 포아송 회귀모형의 결과와 일치 하게 된다.
  • 본 모형에서는 2.2절에서 언급한대로 두 가지 기본적인 조건을 가정하고 있다: (i) 약물의 복용 여부를조건부로 부작용들의 발생은 서로 독립이다 (ii) 현재의 약물 복용 여부를 조건부로 과거의 부작용 발생이 미래의 약물 복용에 영향을 미치지 않는다. 통상적으로 부작용이 한 번만 발생하기도 하지만 한번 이상 반복적으로 발생하는 환자의 경우도 종종 생기기 때문에 부작용들 사이의 독립성을 확실히 보장할 수가 없다.
  • 이때 yid를 i번째 사람의 d번째 날 (i, d)에 발생하는 부작용의 횟수로, 이진수 변수 xid는 약물의 사용 여부로 정의한다 (약물을 복용했으면1, 그렇지 않으면 0의 값을 가진다). SCCS 연구는 약물의 부작용이 동질적이지 않은 포아송 과정(non-homogeneous Poisson process)에 따라 발생한다고 가정한다. 즉, i번째 사람은 자신만의 기준 사건 발생률(baseline event rate) eϕi을 가지고 있고, 이는 시간에 따라 변하지 않는다.
  • 개별 환자에 대해서 같은 약물을 복용한 날들을 하나의 그룹으로 묶어서 표현한다면, i번째 환자는 Ki 개의 서로 다른 약물 복용의 조합을 가지고 있다고 가정할 수 있다. 이때 i번째 환자가 k번째 (k = 1, .
  • 또한 약물의 복용이 기준 부작용 발생률에 eβ 만큼의 승법적인 효과를 가지게 된다고 가정한다.
  • 본 논문에서는 연구대상자가 여러 개의 약물을 병용해서 복용하는 상황을 가정한다. 예를 들어, tramadol과 다빈도 병용약물인 SRIs나 BDZ 중 하나의 약물을 하루라도 복용한 자 중, 한 번이라도 부작용(adverse event; AE)이 발생한 자를 연구 대상으로 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Tramadol의 부작용은 무엇인가? 하지만, tramadol의 사용량이급증함에 따라 그에 따른 부작용의 발생 위험 또한 증가하고 있는 추세이다. Tramadol의 흔한 부작용으로는 메스꺼움, 현기증, 소화 불량, 복통, 구토, 졸음 및 두통이 있고, 중대한 부작용으로 중독 및 경련, 발작, 세로토닌 증후군과 자살 위험, 의존성, 습관성, 내성의 우려가 있는 것으로 보고되고 있다. (Scheck, 2016).
자기-대조 환자군 연구는 무엇인가? 자기-대조 환자군(self-controlled case series; SCCS) 연구는 별도의 대조군 없이 환자의 비노출기간을 대조기간으로 설정하여 노출기간에 대한 상대적인 발생 위험도를 측정하는 역학 연구의 한 방법이다. 이 방법은 대조군을 선정할 때 발생하는 편의를 최소화할 수 있는 장점이 있어서 약물 복용 후 이상반응 발생 위험도를 측정하기 위한 방법으로 전통적으로 많이 사용되어왔다.
SCCS 연구의 장점은? SCCS 연구는 별도의 대조군 없이 각 환자의 처리에 대한 비노출기간을 대조기간으로 설정하여 노출기간에 대한 상대적인 발생 위험도를 측정하는 연구형태이다. 개인 간 비교가 이루어지는 기존의 역학연구와는 달리 개인 내 비교이기 때문에, 대조군 설정이 어려운 경우 대안이 될 수 있으며, 대조군 선정 시 발생하는 편의를 최소화할 수 있는 장점이 있다. SCCS 연구는 코호트 연구를 기반으로 하며, 사건의 발생 전후가 모두 분석에 포함되는 전향연구이자 후향연구의 성격을 지닌다.
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참고문헌 (17)

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  3. Farajidana, H., Hassanian-Moghaddam, H., Zamani, N., and Sanaei-Zadeh, H. (2012). Tramadol-induced seizures and trauma, European Review for Medical and Pharmacological Sciences, 16, 34-37. 

  4. Farrington, C. P. (1995). Relative incidence estimation from case series for vaccine safety evaluation, Biometrics, 51, 228-235. 

  5. Farrington, C. P., Anaya-Izquierdo, K., Whitaker, H. J., Hocine, M. N., Douglas, I., and Smeeth, L. (2011). Self-controlled case series analysis with event-dependent observation periods, Journal of the American Statistical Association, 106, 417-426. 

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  7. Gelman, A., Carlin, J. B., Stern, H. S., Dunson, D. B., Vehtari, A., and Rubin, D. B. (2014). Bayesian Data Analysis, CRC Press, New York. 

  8. Haario, H., Saksman, E., and Tamminen, J. (2005). Componentwise adaptation for high dimensional MCMC, Computational Statistics, 20, 265-273. 

  9. Kesavan, S. and Sobala, G. M. (1999). Serotonin syndrome with fluoxetine plus tramadol. Journal of the Royal Society of Medicine, 92, 474-475. 

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  11. Mahlberg, R., Kunz, D., Sasse, J., and Kirchheiner, J. (2004). Serotonin syndrome with tramadol and citalopram, American Journal of Psychiatry, 161, 1129. 

  12. Petersen, I., Douglas, I., and Whitaker, H. (2016). Self controlled case series methods: an alternative to standard epidemiological study designs, The BMJ, 354, i4515. 

  13. Scheck, J. (2016). Tramadol: The Opioid crisis for the rest of the world, The Wall Street Journal. Available from: https://www.wsj.com/ 

  14. Simpson, S. E. (2012). A positive event dependence model for self-controlled case series with applications in postmarketing surveillance, Biometrics, 69, 128-136. 

  15. Spoelhof, B., Farrokh, S., and Rivera-Lara, L. (2017). Drug interactions in neurocritical care, Neurocritical Care, 27, 287-296. 

  16. Whitaker, H.J., Farrington, C.P., Spiessens, B., and Musonda, P. (2006). Tutorial in biostatistics: The self-controlled case series method. Statistics in Medicine, 25, 1768-1798. 

  17. Whitaker, H. J. and Ghebremichael-Weldeselassie, Y. (2019). Self-controlled case series methodology, Annual Review of Statistics and Its Application, 6, 241-261. 

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