基于MATLAB繪制SROC曲線軟件設計與應用

黃清水 ，王清生 ，羅忠勤 ，徐向東 ，李俊明 ，萬臘根

(1、南昌大學第一附屬醫(yī)院檢驗科，江西 南昌 330006；2、江西財經(jīng)大學金融與統(tǒng)計學院，江西 南昌 330013)

基于MATLAB繪制SROC曲線軟件設計與應用

黃清水1，王清生2，羅忠勤1，徐向東1，李俊明1，萬臘根1

(1、南昌大學第一附屬醫(yī)院檢驗科，江西 南昌 330006；2、江西財經(jīng)大學金融與統(tǒng)計學院，江西 南昌 330013)

目的基于MATLAB軟件，開發(fā)輔助軟件工具包，制作 SROC曲線 (Summary ROC curve，SROC)。 方法 嚴格依據(jù)Cochrane循證醫(yī)學中心診斷試驗系統(tǒng)評價SROC曲線法，編制程序，并進行實例驗證。結果形成制作SROC曲線軟件工具包。 結論 以MATLAB為基礎的軟件工具包的建立，大大簡化Meta分析計算過程，SROC曲線直觀提供匯總敏感度、特異度及曲線下面積，是目前國內此類研究性能較完整的軟件工具包。

MATLAB；SROC曲線；診斷試驗；Meta分析

循證檢驗醫(yī)學 (evidence-based laboratory medicine，EBLM)在國內起步較晚但發(fā)展較快，在省內則是剛剛起步。對同一檢測指標的多個不同試驗進行Meta分析，可根據(jù)它們的比值比的權重，用一條ROC曲線表示出來，這條曲線稱為SROC曲線(Summary ROC，SROC)，從而得到研究的敏感度和特異度等，這種方法稱SROC法，已公認SROC曲線法是評價和對比實驗性能的最佳方案[1-3]，國內已有初步介紹[4]。但目前對于診斷試驗進行系統(tǒng)評估SROC曲線法Cochrane中心未提供直接應用軟件，無法做到從頻數(shù)表直接到SROC曲線，其統(tǒng)計推理中間計算過程煩瑣復雜，導致最終計算結果不精確，復雜的數(shù)據(jù)統(tǒng)計過程嚴重制約實踐循證醫(yī)學 (evidencebased medicine，EBM)工作者的積極性，讓諸多致力于循證醫(yī)學的醫(yī)務工作者卻步。為此，能否開發(fā)一款相關輔助軟件工具包用于簡化計算過程，做到從頻數(shù)表直接到SROC曲線成為醫(yī)學工作者踐行循證醫(yī)學的迫切需求。

該研究在MATLAB軟件運行環(huán)境下，制作軟件模塊，開發(fā)輔助工具軟件包，簡化計算過程，直觀提供匯總敏感度、特異度、曲線及曲線下面積的SROC曲線，目的在于幫助從事Meta分析研究的同行更快、更好完成其課題，有利于Meta分析及循證醫(yī)學研究的推廣應用。

1 材料與方法

MATLAB是Matrix Laboratory的縮寫，該軟件是MathWorls公司的產(chǎn)品，自1984年發(fā)行后不斷升級，它使用直譯式語言，編程與調試很方便，基本功能很多，還有很多強大的工具箱，與其它語言的兼容性甚佳。該軟件的優(yōu)勢在于針對大規(guī)模矩陣數(shù)據(jù)的數(shù)值計算，廣泛應用于數(shù)學、醫(yī)學統(tǒng)計、生命遺傳科學、社會科學、化工、數(shù)字模擬等領域。該研究嚴格依據(jù)Cochrane循證醫(yī)學中心對于診斷試驗進行系統(tǒng)評價SROC曲線法數(shù)理統(tǒng)計推導，基于MATLAB軟件，書寫軟件程序[4-8]。

2 結果

2.1 編制程序清單

2.2 形成軟件模塊 以MATLAB軟件為基礎，書寫以上程序，形成軟件模塊。

2.3 軟件驗證

2.3.1 以抗-CCP抗體(抗環(huán)瓜氨酸肽抗體)對類風濕關節(jié)炎診斷價值Meta分析為例，按照循證醫(yī)學原則納入研究，應用Cochrane中心提供的Review Manager(RevMan4.2)軟件以及以上形成的軟件模塊，按照隨機效應模型計算抗-CCP抗體對類風濕關節(jié)炎診斷的匯總加權靈敏度和特異度及95%可信區(qū)間分別為 76.5%(62.1%，88.2%)和 93.8%(86.5%，98.1%)，相應的陽性似然比和陰性似然比為12.3和0.24；擬合 SROC曲線下面積為 0.8679，Q值為0.86；進一步對病程小于一年和大于一年匯總分析,病程小于一年或病程大于一年研究層定量合并靈敏度和特異度分別為43%、94.2%和70.2%、95.2%，合并進行層間比較靈敏度差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.001)而特異度差異無統(tǒng)計學意義(P=0.94)，該研究結果發(fā)表在《中華醫(yī)學雜志》[9]。

2.3.2 為進一步優(yōu)化、驗證軟件程序，該課題組進行抗α-胞襯蛋白抗體對干燥綜合癥診斷價值的薈萃分析，按照循證醫(yī)學研究思路，共納入18個中英文研究均檢測抗α-胞襯蛋白IgG類抗體，合并敏感性為0.4[95%CI(0.37～0.43)]，合并特異性為0.82[95%CI(0.79～0.84)]，SROC 下面積(AUC)是 0.8029，標準誤(SE)是0.0580；8個研究檢測抗α-胞襯蛋白IgA類抗體，合并敏感性為 0.34[95%CI(0.30～0.38)]，合并特異性為 0.83 [95%CI(0.79～0.86)]，AUC=0.6374，SE=0.1841；合并數(shù)據(jù)均有異質性。為進一步探討其異質性的可能來源，分別從年齡、人種、實驗方法、試劑來源、診斷標準和研究國家進行分層分析，其中來自中國4個研究和日本6個研究無異質性，進一步SROC分析，抗α-胞襯蛋白IgG類抗體對干燥綜合癥臨床診斷價值SROC分析結果分別為AUC=0.7343，SE=0.0448 和 AUC=0.9273，SE=0.0394，該研究結果發(fā)表在《中華醫(yī)學雜志》[10]。

2.3.3 軟件程序再整理、優(yōu)化和包裝，制作軟件工具包，形成三個程序文件：rocdata.exl、roc.m、roc.fig。

2.3.4 軟件操作程序略，模擬操作結果輸出如圖1。

3 討論

當前，國際上循證醫(yī)學代表了醫(yī)學發(fā)展的方向之一，它要求醫(yī)師的任何醫(yī)療決策都應根據(jù)合理、充分的科學依據(jù)。專家們指出，循證檢驗醫(yī)學作為循證醫(yī)學的一個重要分支，21世紀的檢驗醫(yī)學將是循證檢驗醫(yī)學。Meta分析中SROC曲線法是實踐循證檢驗醫(yī)學重要手段和方法，即對以往的研究結果進行系統(tǒng)的定量分析，其目的在于增加統(tǒng)計功效、解決各研究結果的不一致性、尋求新的假說等。

圖1 軟件模擬操作后果輸出打印圖

通過以上兩項研究為例，以MATLAB軟件為基礎的SROC曲線制作軟件工具包的建立，大大簡化計算過程，直觀提供匯總敏感度、特異度、曲線及曲線下面積。與之相比，目前多款常用統(tǒng)計軟件其統(tǒng)計過程無法達到一步到位。該軟件工具包不僅具有較完整的SROC分析功能，且數(shù)學理論正確、使用容易、輸出結果完整及與其他程序的兼容性好，可為研究者節(jié)約大量的人力物力，是國內目前此類研究性能較完整的軟件工具包。隨著循證檢驗醫(yī)學的深入，要求診斷試驗重新評價，做到合理、正確地使用診斷試驗，避免濫用和誤用。該研究目的在于拋磚引玉，期待更多的醫(yī)務工作者盡快地學習并努力實踐循證檢驗醫(yī)學，跟上時代發(fā)展的步伐，盡快地學習并努力實踐循證檢驗醫(yī)學，從而產(chǎn)生良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

但所有研究者都必須注意，該軟件只是實施診斷試驗進行系統(tǒng)評估制作SROC曲線一個工具，而并非實踐循證檢驗醫(yī)學的全部，只有在透徹理解循證醫(yī)學的真正內涵的前提下，才能正確應用該軟件工具包[11，12]。

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[9]黃清水,萬臘根,羅忠勤,等.抗環(huán)瓜氨酸肽抗體對類風濕關節(jié)炎診斷價值的薈萃分析[J].中華醫(yī)學雜志,2006,86(31):2182-2187.

[10]黃清水,樂愛平,羅忠勤,等.抗α-胞襯蛋白抗體對干燥綜合癥診斷價值的薈萃分析[J].中華醫(yī)學雜志,2008,88(42):2971-2976.

[11]萬臘根,鞠北華,黃清水,等.SLE病人自身抗體檢測的循證檢驗研究[J].實驗與檢驗醫(yī)學,2009,27(5):441-444.

[12]曹 立,孫華寶,敖琴芳,等.ROC曲線評價甲胎蛋白異質體對原發(fā)性肝癌的診斷價值[J].實驗與檢驗醫(yī)學,2010,28(5):465-467.

The design and application of drowing summary ROC curve software based on MATLAB

HUANG Qingshui,WANG Qingsheng,LUO Zhongqin,et al.Department of Clinical Laboratory,The First Affiliated Hospital of Nanchang University,Nanchang 330006,China

ObjectiveTo design a software for drowing summary ROC curve.MethodsThe software was programmed and verified strictly in according to the SROC curve of Cochrane Center for the systematic evaluation of diagnostic tests.ResultsThe software package for SROC curve was made.Conclusions Based on MATLAB,the software package for SROC curve greatly simplifies the calculation process,and provides an intuitive summary of the sensitivity,specificity and the area under the curve.

Matrix Laboratory;Summary ROC curve;Diagnostic test;Meta-analysis

R197.323,TP391.77

A

1674-1129(2011)06-0593-02

10.3969/j.issn.1674-1129.2011.06.004

江西省教育廳科學研究項目(GJJ08101)，南昌大學科研基金項目(2007醫(yī)科類)

黃清水，男，1973年出生，副主任醫(yī)師，講師，碩士，主要研究方向為循證醫(yī)學和自身免疫病，E-mail:hqsdoctor@163.com