標本母集団平均対数リスク比の漸近分布

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【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

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本稿では、ペア・マッチングを行ったコホート研究における標本母集団平均対数発症リスク比の漸近分布の導出を行っています。この漸近分布は、母集団平均発症リスク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】標本母集団平均対数リスク比の漸近分布

【定理】
標本母集団平均対数リスク比の漸近分布
Asymptotic Distribution of Sample Log Population-Averaged Risk Ratios

マッチングありのコホート研究における母集団平均対数発症リスク比と標本母集団平均対数発症リスク比を θ=logRR^A=logπ1π1θ^=logRR^A=logπ^1π^1=logn1n1 とするとき、 標本母集団平均対数リスク比の漸近分布は、 θ^dN[logπ1π1,π12+π21Nπ1π1] 漸近分散の一致推定量は、 σ^12=MNn1n1

導出

導出

多項分布の周辺分布であることから、 eB(N,π11)fB(N,π12)gB(N,π21)e+f=n1B(N,π1)e+g=n1B(N,π1) 二項分布の正規近似により、標本比率は漸近的に p11N[π11,π11(1π11)N]p12N[π12,π12(1π12)N]p21N[π21,π21(1π21)N]p1N[π1,π1(1π1)N]p1N[π1,π1(1π1)N] ここで、和の分散の公式より、 V(p12p21)=V(p12)+V(p21)2Cov(p12,p21)=π12(1π12)N+π21(1π21)N+2π12π21N=(π12+π21)(π12π21)2N(1)V(p1p1)=V(p1)+V(p1)2Cov(p1,p1) いっぽう、 V(p1p1)=V[(p11+p12)(p11+p21)](2)=V(p12p21) よって、式 (1).(2) より、 (π12+π21)(π12π21)2N=π1(1π1)N+π1(1π1)N2Cov(p1,p1)2Cov(p1,p1)=π1(1π1)N+π1(1π1)N(π12+π21)(π12π21)2N=π1π12N+π1π12N(π12+π21)(π12π21)2N=(π11+π12)(π11+π12)2N+(π11+π21)(π11+π21)2N(π12+π21)(π12π21)2N=(π11+π12)(π112+2π11π12+π122)N+(π11+π21)(π112+2π11π21+π212)N(π12+π21)(π1222π12π21+π212)N=2π112{π11(π11+π12+π21)+π12π21}N=2[π11π11(π11+π12+π21)π12π21]N=2[π11{1(π11+π12+π21)}π12π21]N=2(π11π22π12π21)NCov(p1,p1)=π11π22π12π21N 標本比率ベクトルを p=(p1p1) 期待値ベクトルを π=(π1π1) 分散・共分散行列を Ω=[π1(1π1)Nπ11π22π12π21Nπ11π22π12π21Nπ1(1π1)N] として、 G(π)=θ=logπ1π1G(p)=θ^=logp1p1 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)π1)=[1π11π1] 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)=logπ1π1 V[G(p)]=1N[1π11π1][π1(1π1)π11π22π12π21π11π22π12π21π1(1π1)][1π11π1]=1N[1π11π1][1π1π11π22π12π21π1π11π22π12π21π1(1π1)]=1N[1π1{(1π1)π11π22π12π21π1}1π1{π11π22π12π21π1(1π1)}]=1N(1π1π1π11π22π12π21π1π1π11π22π12π21π1π1+1π1π1)=π1(1π1)2(π11π22π12π21)+π1(1π1)Nπ1π1=(π1+π12π1π1)2(π11π22π12π21)Nπ1π1=π1+π12(π11π22π12π21+π1π1)Nπ1π1=π11+π12+π11+π212(π11π22π12π21+π1π1)Nπ1π1=π12+π212(π11π22π12π21+π1π1π11)Nπ1π1=π12+π212{π11π22π12π21+(π11+π12)(π11+π21)π11}Nπ1π1=π12+π212{π11π22+π112+π11(π12+π21)π11}Nπ1π1=π12+π212{π11(π11+π12+π21+π22)π11}Nπ1π1=π12+π212(π111π11)Nπ1π1=π12+π21Nπ1π1 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、 σ^12=p12+p21Np1p1=MNn1n1

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.234

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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。

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