標本条件付き対数オッズ比の漸近分布

公開日:

【2022年10月4週】 【A000】生物統計学 【A051】コホート研究 【A052】ケース・コントロール研究 【A061】マッチング研究 【A071】標本分布

この記事をシェアする
  • B!
サムネイル画像

本稿では、ペア・マッチングを行ったコホート研究とケース・コントロール研究における標本条件付き対数オッズ比の漸近分布の導出を行っています。この漸近分布は、条件付きオッズ比の信頼区間を導出するうえでの基礎となります。

なお、閲覧にあたっては、以下の点にご注意ください。

  • スマートフォンやタブレット端末でご覧の際、数式が見切れている場合は、横にスクロールすることができます。
  • 曝露(発症)状況を表す右下の添え字は、「0」である場合(n0,π0 など)や「2」である場合(n2,π2 など)がありますが、どちらも「非曝露群(コントロール群)」を表しています。
  • 漸近的な性質を用いる際は、①中心極限定理が成り立つ、②漸近分散を推定する際に、母数をその一致推定量で置き換えることができるということが成り立つと仮定しています。
  • デルタ法を用いる際、剰余項(2次の項)が漸近的に無視できる(0に確率収束する)と仮定しています。

【定理】標本条件付き対数オッズ比の漸近分布

【定理】
標本条件付き対数オッズ比の漸近分布
Asymptotic Distribution of Sample Log Conditonal Odds Ratios

マッチングありのコホート研究における条件付き対数オッズ比と標本条件付き対数オッズ比を θ=logORC=logπ12π21θ^=logOR^C=logπ^12π^21=logfg とするとき、 標本条件付き対数オッズ比の漸近分布は、 θ^dN[logπ12π21,1N(1π12+1π21)] 漸近分散の一致推定量は、 σ^12=1f+1g=Mfg

そして、条件付き発症オッズ比と条件付き曝露オッズ比の同等性の同等性から、ここで導出した漸近分布や漸近分散は、 πϕ と置き換えて、そのまま適用することができる。

導出:四項分布にもとづく考え方

導出

分割表に四項分布モデルを仮定するとき、多項分布の周辺分布であることから、 fB(N,π12)gB(N,π21) 二項分布の正規近似により、標本比率は漸近的に p12N[π12,π12(1π12)N]p21N[π21,π21(1π21)N] 標本比率ベクトルを p=(p12p21) 期待値ベクトルを π=(π12π21) 分散・共分散行列を Ω=[π12(1π12)Nπ12π21Nπ12π21Nπ21(1π21)N] として、 G(π)=θ=logπ12π21G(p)=θ^=logp12p21 と変数変換する。 多変量のデルタ法を用いて G(p) を期待値 E(p)=π まわりでテイラー展開すると、偏導関数ベクトルは、 H(π)=(G(π)π1G(π)π2)=[1π121π21] 多変量のデルタ法の期待値と分散の公式より、 E[G(p)]G(π)=logπ12π21 V[G(p)]=[1π121π21][π12(1π12)Nπ12π21Nπ21π12Nπ21(1π21)N][1π121π21]=[1π121π21][1N1N]=1Nπ12+1Nπ21 したがって、漸近的に θ^dN[logπ12π21,1N(1π12+1π21)] 母比率 π を一致推定量である標本比率 pi で置き換えると、漸近分散の一致推定量は、 σ^12=1Np12+1Np21=1f+1g

導出:条件付き二項分布にもとづく考え方

導出

不一致な応答の総数 M=f+g が固定されているとの仮定のもとで、応答不一致のペア数 f,g は、 fB(M,π12π12+π21)gB(M,π21π12+π21) 二項分布の正規近似により、漸近的に fN[π12π12+π21M,π12π21(π12+π21)2M]gN[π21π12+π21M,π12π21(π12+π21)2M] 線形変換の性質より、標本比率は漸近的に p12N[π12π12+π21,π12π21M(π12+π21)2]p21NN[π21π12+π21,π12π21M(π12+π21)2] ここで、和の分散の公式より、 V(p12+p21)=V(p12)+V(p21)+2Cov(p12,p21) 不一致な応答の総数が固定されているとの仮定のもとで p12+p21=fM+gM=1 したがって、 V(1)=π12π21M(π12+π21)2+π12π21M(π12+π21)2+2Cov(p12,p21)0=2π12π21M(π12+π21)2+2Cov(p12,p21)Cov(p12,p21)=π12π21M(π12+π21)2 ここで、標本比率ベクトルを p=(p12p21) 期待値ベクトルを π=(π12π21) 分散・共分散行列を Ω=[π12π21M(π12+π21)2π12π21M(π12+π21)2π12π21M(π12+π21)2π12π21M(π12+π21)2] として、 G(π)=θ=logπ12π21G(p)=θ^=logp12p21 と変数変換する。 多変量のデルタ法を用いて G(p) を期待値 E(p)=π まわりでテイラー展開すると、偏導関数ベクトルは、 H(π)=(G(π)π1G(π)π2)=[1π121π21] 多変量のデルタ法の期待値と分散の公式より、 E[G(p)]G(π)=logπ12π21 V[G(p)]=[1π121π21][π12π21M(π12+π21)2π12π21M(π12+π21)2π12π21M(π12+π21)2π12π21M(π12+π21)2][1π121π21]=[1π121π21][1M(π12+π21)1M(π12+π21)]=1Mπ12(π12+π21)+1Mπ21(π12+π21)=1M(π12+π21)(1π12+1π21) したがって、漸近的に θ^dN[logπ12π21,1M(π12+π21)(1π12+1π21)]母比率 πi を一致推定量である標本比率 pi で置き換えると、漸近分散の一致推定量は、 V^[θ^]=1M(p12+p21)(1p12+1p21)=1Mp12+1Mp21=1f+1g

参考文献

  • ジョン・ラチン 著, 宮岡 悦良 監訳, 遠藤 輝, 黒沢 健, 下川 朝有, 寒水 孝司 訳. 医薬データのための統計解析. 共立出版, 2020, p.231-232

関連記事

自己紹介

自分の写真

yama

大学時代に読書の面白さに気づいて以来、読書や勉強を通じて、興味をもったことや新しいことを学ぶことが生きる原動力。そんな人間が、その時々に学んだことを備忘録兼人生の軌跡として記録しているブログです。

このブログを検索

ブログ アーカイブ

QooQ