Cox比例ハザードモデル

生存分析で、比例ハザードモデルは、Coxモデルとも呼ばれ、古典的なセミパラメトリック法です。これは、通常は死亡または故障といったイベントまでの時間と、共変量と呼ばれる複数の説明変数との関係を示します。観測値の中には右側打ち切りデータがあり、故障までの正確な時間は不明で、既知の時間よりも長いことだけが分かります。

Cox比例ハザードモデル分析の後に、固定の共変量に対するCox比例ハザードモデルに関連するパラメータ推定値およびその他の統計量を取得できます。Cox分析の結果から、様々な固定の共変量を持つハザード率の変化を予測することができます。

なお、時間/打切り/共変量範囲に、欠損値がある場合、そのケース全体が分析から除外されます。

OriginProでは幅広く使われている以下の3つの検定を使用できます。今回は、Cox比例ハザードモデル(Coxモデル)による実際の分析例と結果の解釈をご紹介します。

  • Kaplan-Meier法
  • Cox比例ハザードモデル
  • Weibullフィット

Coxモデル

※ Cox比例ハザードモデルを含む生存分析を行うには、OriginがPro版である必要があります。通常版のOriginをお使いの方は体験版にて実際にお試しいただけます。

Cox比例ハザードモデル

生存分析は、死亡や治療の失敗、疾患発症、故障、顧客の解約、退職、結婚、出産といったイベントに至るまでの時間を分析するものです。社会科学ではイベント履歴分析(イベント・ヒストリー分析)、工学(エンジニアリング)では信頼性解析と呼ばれることがあります。

比例ハザードモデル、またはCOXモデル推定法は、生存分析において典型的なセミパラメトリック法です。COXモデル推定法は各対象に対して変数が生存に及ぼす影響と死亡ハザード率を推定します。COX回帰分析から、複数の生存変数に対する関数としてハザードを表す数式を得ます。説明変数の回帰係数が正の場合、その変数の値が大きいほどハザード率も高くなります。一方、説明変数の回帰係数が負の場合、その変数の値が大きいほどハザード率は低くなります。

比例ハザードの仮定として、観測結果は独立で、ハザード比は全ての時間を通じて一定である必要があります。つまり、1つのケースと他のケースのハザード比では、時間の経過と共に変化することはない事が仮定されています(比例ハザード性)。


生存分析   別名:生存時間解析、イベント履歴分析、イベント・ヒストリー分析、信頼性分析

Cox比例ハザードモデル   別名:比例ハザードモデル、Coxモデル、Cox回帰、Cox比例ハザード回帰、CoxPHM分析

生存関数   別名:生存時間関数、生存者関数、信頼性関数

Cox比例ハザードモデルを実行

  1. ヘルプ: フォルダを開く: サンプルフォルダを選択して、サンプルフォルダを開きます。このSamplesフォルダ内のStatisticsサブフォルダにある「phm_Cox.dat」ファイルを探します。新しいワークブックを用意し、空のワークシートにファイルをドラッグアンドドロップしてインポートします。
    サンプルフォルダからデータをドラッグしてインポート
  2. Originの画面上部のメニューから、統計: 生存分析: Cox比例ハザードモデルを選択してダイアログを開きます。
    メインメニューから生存分析のCox比例ハザードモデルを選択
  3. A(X):month列を時間範囲に、打切り範囲にB(Y):status列を設定します。
    入力データとして各列を打ち切り範囲などへ指定
  4. ワークシートから選択するボタンをクリックして、共分散範囲にC(Y):Charlson と D(Y):tKt_v 列 を選択します。
    共分散範囲にチャールソンなどを指定
  5. 打ち切り値のドロップダウンリストから0を選択します。
    打切り値を指定
  6. 生存プロット欄では、生存グラフ、ハザードグラフのチェックをオンにします。
    生存曲線・ハザード関数のを出力
  7. OKボタンをクリックして、Cox比例ハザード回帰を実行します。

結果の解釈

結果は、分析レポートのワークシート CoxPHM1 として出力されます。

  1. 「イベントと打ち切り変数のサマリー」表を見ると、打切り = 112 および 打切りパーセント = 0.8 であることがわかります。
    イベントと打ち切りの情報
  2. 「-2Log最尤推定法」表はこのモデルが有意かどうかを示しています。帰無仮説はβ1 = β2 = 0となります。この例では、Pr > ChiSq = 4E-4 < 0.05となるので、帰無仮説を棄却します。つまり、β1 または β2 もしくは 両方 ≠0 です。
    Coxモデルの推定
  3. 「パラメータ推定の解析」表では、Charlsonの推定係数は0.2876となり、 Pr > ChiSq = 5E-4 < 0.05 となります。よって、β1 = 0.287は有意に異なるcharlson変数(チャールソン変数)になります。ハザード比率は予測因子が1単位増えるときの推定変化として読み取る事ができます。charlson変数に関しては ハザード比 = 1.333 なので、charlsonが1単位増えるとハザードは1.333倍になる事になります。同じように、tKt_vは有意変数です。tKt_vの推定係数は β2 = -0.837 となり、ハザード比は0.433となります。これにより、ハザード関数:h(t,x)=h0(t)*exp(0.2876*charlson-0.837*tKt_v) が分かります。
    パラメータ推定 p値 カイ二乗値 ハザード比
  4. 生存関数プロットは各時間で生存している個体数を表示し、推定したモデルを視覚的に表示しています。X軸はイベントまでの時間を示します。Y軸は生存する確率を示します。
    生存関数のグラフ
  5. ハザード関数プロットは、イベントがその瞬間に起こる確率をグラフで表しています。時間(X軸)に対してプロットし、時間に対するハザード率のグラフを作成します。ハザード関数は、このプロットされたグラフを説明する方程式です。
    ハザード関数のグラフ

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