ROC曲线分析及诊断分界点确定程序

· 614 · 中国医学影像技术2004年第2o卷第4期 ChinJMe !!! !! ! ! ： ! A computer program for receiver operating characteristic curve analysis and diagnostic cut-。off choice CHEN Ying—mao．TIAN Jia—he，GENG J Jan—hua，ⅥN Da—yi，SHAO Ming—zhe，CHEN Sheng-zu (Department of Nuclear Medicine，General Hospital of PLA，Beijing 100853，China) [-Abstract~ Objective To present a new computer program for ROC analysis and diagnostic cut—off choice．Methods The program algorithm was based on non—parametric and parametric ROC curve analysis theory．In order to validate the program, three groups of data were processed using SPSS，Analyse-it and the program．Finally the program was used to estimate the discrimination efficiency of the maximum standardized uptake value(SUV)and average SUV in PET FDG images for 1 26 ca— ses of lung tumor patients(the benign 39，the malignant 87)．Results ①The program provided the functions of both para— metric and non—parametric ROC curve analysis。determined three typical diagnostic cut-off points，and calculated sensitivity， specificity，accuracy，and other diagnostic indexes．②For the three groups of data，the test showed that the ROC analysis results with the program is same to those with SPSS and Analyse-it．③Clinical application showed that the discriminative power of the average SUV was slightly higher than that of the maximum SUV，but the difference was not significant．Con。 clusion The program is accurate and credible and has more functions．It can perform both parametric and non—parametric ROC curve analysis，determine diagnostic cut—off point，and calculate the diagnostic indexes，such as sensitivity，specificity and accuracy． [-Key wor~] ROC curve}Diagnostic cut-off~Computer program ROC曲线分析及诊断分界点确定程序 陈英茂 ，田嘉禾 ，耿建华 ，尹大一 ，邵明哲 ，陈盛祖? (1．中国人民解放军总医院核医学科，北京 100853；2．中国协和医科大学 中国医学科学院 肿瘤医院核医学科) [摘 要] 目的 介绍一种新开发的ROC分析软件。方法 ①依据非参数法和参数法ROC分析理论建立算法。②对文 献中3套数据分别用本软件、SPSS及 Analyse-it软件进行 R0C分析验证。③应用：肺部良性 39，恶性 87例的 PET FDG 图像的SUV最大值及平均值鉴别良恶性效能评估。结果 ①软件主要功能：提供非参数和参数法两种R0c分析；确定3 个典型诊断分界点；计算诊断符合率评价指标。②软件验证：3个软件对 3套数据的分析结果完全相同。③应用实例：SUV 平均值的诊断效能稍好，但差异无显著性。结论 该软件不仅具有较完整的ROc分析功能，而且还具有确定诊断分界点， 提供多种诊断符合率指标的功能，是Ifl前性能较完整的软件。 [关键词] R0C曲线；诊断分界点}计算机程序 [中图分类号] R817 [文献标识码] A [文章编号] 1003—3289(2004)04—0614—04 评价一种诊断技术的传统方法是使用灵敏度、特异性、 准确率等指标。但是这些指标受主观选定分界点的影响，难 以准确反映诊断方法的优劣。受试者工作特性曲线(receiver operating characteristic，ROC)_lJ，与诊断分界点无关，能客 观地反映诊断方法对疾病的鉴别能力。早在上个世纪6O年 代它就被引入医学中用于评估医学影像设备0]，医学影像诊 断中的结果多为等级分类资料，处理这类数据是ROC曲线分 [基金项目]全军医药卫生科研基金课题(01MA120)。 [作者筒介]陈英茂(1960一)，男，河北深泽人，硕士，副教授。研究方 向：核医学图像定量分析及质量控制 E—mail：chen．ym@263．net [收稿日期]2003—10—06 析的优势之一【3]。ROC曲线分析分非参数法和参数法两种。 非参数法直接由试验数据产生 ROC曲线，参数法是通过 R0C数学模型产生R0C曲线。目前国外已有的 ROC分析 软件多数采用非参数法R0C分析，个别程序包含以变量双正 态分布为前提的参数法ROC曲线分析功能 ]。国内尚未见 R0C分析软件的报道，本文介绍一种作者新开发的 ROC分 析软件(ROC cut-off)，该软件除了提供非参数法和以累积l0一 gistic模型 为基础的参数法 ROC分析功能外，还具有以参 数法为基础确定最佳分界点的功能。 1 理论依据 1．1基本概念 评价一种诊断技术需要与“金 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ”结果比 较，由比较矩阵可方便计算各符合率指标( 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1)。 维普资讯 http://www.cqvip.com 中国医学影像技术 2004年第 2O卷第 4 — J~ Chin J Med Imaging T — echnol,2004,Vo[20,No 4 表 1 比较矩阵(诊断指标 > 分界点为异常) 注 ：a、b、C、d为例数 灵敏度(Se)一a／m； 特异性 (Sp)一d／n； 准确率 (Ac)一(a+d)／(m+n)； Youden's指数(Yi)一 a／m—b／n； 阳性概率比 (LR+)一a／b； 阴性概率比 (LR一)一c／d。 ROC曲线：即以“灵敏度”为纵坐标，以“1一特异性”为横 坐标所画的曲线。灵敏度与特异性随诊断变量(指标)分界点 的值而变化。 1．2非参数法ROC分析 ROC曲线：分界点遍历所有值，由实验数据即得到相对 应的系列灵敏度与特异性。 ROC曲线下面积 Az：根据 Wilcoxon Mann—Whitey统计 量计算，Az一异常组每个测定值大于正常组每个测定值的 概率 ]。 Az的标准误(SEz)：具体 计算公式 六西格玛计算公式下载结构力学静力计算公式下载重复性计算公式下载六西格玛计算公式下载年假计算公式 见文献 。 两个诊断指标的 Az比较：两个指标的诊断效能是否有 显著性差异的统计检验依据文献” 介绍的非参数检验法处 理。 1．3 参数法 ROC分析 ROC模型的概率函数使用累积 logistic函数 。并由极 大似然法估计模型的参数p。 ROC曲线方程：Se一1／[1+e ((1一Sp)一一1)]。 ROC曲线下面积：Az= 1+1／(e 一1)一 p·e ／(e 一1) 。 Az的标准误：SEz—SE8·e [G·(e +1)一2(e 一1)]／ (e 一1)。。SE 为p参数估计值的标准误。 2 软件的功能 2．1 ROC曲线分析 提供两种方法，一是非参数法：直接由 试验数据画折线图，并计算 Az及 Az的标准误。二是参数 法：使用累积logistic模型拟合试验数据，确定模型参数，得到 ROC曲线方程，曲线下Az及Az标准误。使用非参数检验法 对多条 ROC曲线的 Az进行两两比较，给出检验统计量 U及 P值。 2．2诊断分界点的确定 图形：直接由试验数据画灵敏度、 特异性、准确率及Youden S指数随分界点变化的折线图；及 由累积 logistic模型拟合试验数据得到相应各指标的曲线方 程图。 诊断分界点：由各指标的曲线方程确定准确率最大值、 Youdeffs指数最大值、及灵敏度与特异性曲线的交点所对应 的分界点值。 2．3 诊断符合率评价指标 提供各分界点值作为诊断标准 时所对应的灵敏度、特异性、准确率、Youden's指数、阳性概率 · 615 · 比及阴性概率比。 2．4试验数据的分布 正常组和异常组数据的频数图。 3 软件的验证 文献E63中介绍了非参数 ROC分析的方法，表 2和表 3 数据为提供的例子。文献I-7]中介绍了ROC曲线下面积比较 的非参数检验方法，例子为比较两个癌症辅助诊断指标 (ATP和 SDH酶活性)的诊断效能。SPSS及 Analyse-it软 件包提供TIB参数ROC分析功能。对文献[63、[73中提供的 例子，分别用本软件、SPSS及 Analyse-it进行了 ROC分析， 并与该文献结果比较，结果见表 2，3。 表 2 对文献E63中数据的ROC分析结果比较 表3 对文献E73中数据的ROC分析结果比较 4 应用实例 在 PET(正电子发射体层显像)”F—FDG(”F-氟脱氧葡 萄糖)肿瘤的图像中，SUV(标准摄取值)是辅诊的主要定量 指标。这里对 126例肺部肿瘤(良性 39例，恶性 87例)的 SUV最大值及SUV平均值(70％等高线画感兴趣区ROI)鉴 别肿瘤良恶性效能进行ROC分析，并确定诊断分界点。 图1～4为本软件ROC分析结果的示例，图2～4中只给 出了SUV最大值的情况，SUV平均值的情况与此相似，未画 出。表 4为各诊断分界点所对应的灵敏度、特异性、准确率、 Youden's指数、阳性概率比及阴性概率比。 5 讨论 目前国外有关 ROC分析的软件已超过 1O种 ]，但国内 尚未见此类软件的报道。最近Stephan【4 对其中的8种(Ac— cuROC，Analyse-It，CMDT，GraphR0C，MedCalc．mROC。 ROCK1T，SPSS)就ROC软件使用的难易性、数学理论的正 确性、输出结果的完整性及与其他程序的兼容性进行了比较 评估。虽然所有程序都能给出相等的主要结果，但每个程序 都有不足。Analyse—it、AccuROC、MedCalc三个程序展示了 较好的性能。只有 mROC和 ROCKIT有参数法分析功能。 我们的软件与 Analyse-it、SPSS及文献的结果完全相等(表 2、3中非参数法)，同时还能给出参数法的分析结果(Analyse- it，SPSS无参数法 ROC分析)。非参数法完全依赖于实际数 据 。受抽样误差及样本含量的影响，其结果不够稳定。参数法 维普资讯 http://www.cqvip.com · 616 · 中国医学影像技术 2004年第 2O卷第 4 — ~ Chin J Med Imaging T — echnol,2004,Vol 20,No 4 表 4 各诊断分界点的符合率评价 SUVMean 2．825(Yi最大) 0．757 0．736 0．716 0．736 0．742 0．734 0．471 0．470 0．340 0．358 图 1 两种 SUV取法的 ROC曲线、面积 、标准误及面积 比 较结果。折线为实际数据(非参数法)，平滑线 为模型结果 (参数法) 图2 SUV最大值的灵敏度、特异性随分界点的变化及交 点分界点值。点线 为实际数据(非参数法 )，连线为模型拟 合结果(参数法) 以数学模型为基础，克服了非参数法的缺点，结果更接近于总 体情况，但较复杂，且以数据满足双正态分布为前提。本程序 参数法使用累积logistic模型及极大似然法估计参数，优点是 不 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 数据为双正态分布，计算的 Az与非参数法很接近，标 准误较小。 准确率、Youden's指数、灵敏度及特异性都是评价诊断效 能的指标，这些指标都是诊断分界点的函数，其中准确率和 Youden's指数存在极值(最大值)，而灵敏度和特异性是一对 图 3 SUV最大值 的准确率、Youden S指数 随分界点 的变 化及最大值对 应的分界 点值。点线 为实际数 据 (非参数 法)，连线为模型拟合结果(参数法) 图4 正常组及异常组 SUV最大值的频数分布图。正常 组频数 ×(一1)，画在下面 矛盾，它们随分界点值单调变化，一个增加，一个减少，存在一 个交点。本程序的另一特点是能给出这三个具有典型意义的 诊断分界点 ：对应准确率最大值、Youden S指数最大值、灵敏 度与特异性交点的诊断指标值。灵敏度与特异性的交点是中 立点，即误诊和漏诊同等重要；Youden's指数最大值点是使诊 断效能客观上达到最佳的分界点，即真阳性率与假阳性率之 差达到最大的分界点；准确率最大值点反映的是在总受检例 数中得到正确结果例数最多的分界点。需注意的是此点与正 常组例数(n)和异常组例数(m)有关，准确率与Youden's指数 维普资讯 http://www.cqvip.com 中国医学影像技术 2004年第 2o卷第 4期 Chin — J —Me ! ! ： ： ! ： ! 及灵敏度的关系为： Ac— n／(n+m)+ n·Yi／(n+m)+ (m—n)Se／(n+m) 此式最后一项表明：当m>n时，Ac最大值点将向着se 增加方向移动；反之将向着Se减少方向移动；当m—n时，此 点与Yi最大值点相同。准确率最大值点的临床意义在于：由 检验中心日常受检人中正常或异常所占的比重修正诊断分界 点。以使尽可能多的受检人获得正确的结果。 由图 2、3可见，由实际数据曲线确定诊断分界点受抽样 误差的影响较大，本程序由模型曲线确定诊断分界点可较好 地解决这一问题。 本程序不仅具有较完整的ROC分析功能，而且还具有确 定诊断分界点，提供多种诊断符合率指标的功能，是目前性能 较完整的软件。 [参考文献] [1] Hanley JA，McNeil BJ．The meaning and use of the area under a receiver operating characteristic curve EJ]．Radiology，1982，143 (1)：29—36． [2] Zweig MH，Campbell G．Receiver—operating characteristic(ROC) plots—a fundamental evaluation tool in clinical medicine[J] Clin Chem ．1993．39(4)：561—577． · 617 · r3] Li K，Lin YF．The evaluation on diagnostic effect of discriminant models by ROC analysis[J]．Chinese Journal of Health Statistics， 1996，13(3)：9—12． 李康，林一帆．评价判别模型诊断效果的ROC分析[J]．中国卫生 统计，1996，13(3)：9-12． [4] Stephan C，Wesseling S，Schink T，et a1．Comparison of eight computer programs for receiver_0perating characteristic analysis D]．Clin Chem，2003，49(3)：433—439． r5] Kramar A，Faraggi D，Fortune A，et a1．mROC：a computer pro— gram for combining tumour markers in predicting disease states [J] Comput Methods Programs Biomed，2001，66(2-3)：199—207． [6] Yu CH，Xu YY．Estimating the area under ROC curves using non— parametric methods[J]．Chinese Journal of Health Statistics， 1999，16(4)：24卜244． 宇传华，徐勇勇．非参数法估计ROC曲线下面积[J]．中国卫生统 计 ，1999，16(4)：241-244． [7] Tian J．A nonparametric method for comparing the areas under tWO ROC curves[J]．Journal of Mathematical medicine，2002．15 (3)：201—204． 田俊．两个诊断指标的 ROC曲线下面积比较的非参数检验方法 [J]．数理医药学杂志，2002，15(3)：201—204． [8] Heckerling PS．Parametric receiver operating characteristic curve analysis using mathematica[J]．Comput Methods Programs Bi omed．2002．69f1)：65—73． Gliosarcoma of brain：case report 脑胶质肉瘤 1例 刘 占标 (河北省张家口市解放军第 251医院影像中心，河北 张家口 075000) [Key words] Gliosarcoma [关键词] 胶质肉瘤 [中图分类号] R739．41；R814．42 [文献标识码] B [文章编号] 1003—3289(2004)04—0617—01 患者男，54岁。因左侧肢体麻木半年、力弱 2个月、头痛伴 呕吐 2天入院。CT平扫示右颢叶斑片状不均匀低密度区，内有 等密度结节影 ，右丘脑区可见境界不清稍高密度影，与右颞 叶病 灶相连(图 1)。3个月后复查 CT示右颢 叶肿块明显增大 ，肿块 内出现较低密度区，周围水肿加剧，占位表现加重。MR平扫示 右颞叶肿瘤呈长 T1长T2信号，右基底节丘脑区及左颞叶不规 则条片状病灶在 T2WI及 FI AIR序列显示清晰，呈高信号；增 强扫描示右颢叶哑铃状 病灶呈偏心环形明显强化 ，右侧基底节 丘脑区及左颢叶皮层有不规则斑片状轻度强化(图 2)。术后病 理诊断：胶质肉瘤。 讨论 脑胶质肉瘤发病率极低。胶质肉瘤的发病年龄、性 别比例、表现方式和预后均与胶质母细胞瘤相似。其组织学特 [作者简介]刘占标(1965一)，男，河北人，学士，主治医师。 [收稿日期]2003—11-28 点兼有胶质母细胞瘤和恶性间叶成分，以恶性纤维组织细胞瘤 最多见。影像学上应与胶质母细胞瘤鉴别，MRI增强扫描对二 者鉴别有一定作用，胶质母细胞瘤常呈不规则花斑状强化，胶质 肉瘤多为不规则结节状强化。 维普资讯 http://www.cqvip.com