医药经济学评价中的模型技术(提高篇)


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来源:则裕沙龙  作者:立波

在上篇(医药经济学评价中的模型技术:基础版)中,我们阐述了医药经济学评价中两个最常用模型(决策树模型和马尔科夫模型)的基本内容和技术。在很多场合,使用这两个模型的基本技术,就可以开展高质量的医药经济学评价。虽然这两个模型的基础技术显得比较简单,是对疾病发生发展过程的简化性模拟,但在很多场合这样的模型已经足够:其所需数据能够高质量的获得;其分析过程简明而有效,分析结果即使有所偏差也无碍大局。换言之,这样的疾病模拟和决策框架已经足够,就算并没有完整地反映疾病发生发展的所有细节,对决策结果的影响也不大,因为已经抓住了决策的主要相关内容。这就是我们经常听到的一句话:“模型都是不足的,但它们是有用的”。


不过,话说回来,在某些决策问题中,对于某些疾病和卫生技术,这样的简化模型所忽略的一些东西,的确会对决策结果起到不可忽视的影响,尤其是对于马尔科夫模型。基础版马尔科夫模型有一个重要特征:转移概率恒定,或称“无记忆”,即:不管研究对象之前发生过什么、不管已经在某疾病状态中已经停留了多久,从这个状态转移到下个状态的转移概率是不变的。由于慢性疾病的复杂性和长期性,随着时间延长其状态转移概率(甚至包括同样状态下的成本和健康产出)可能会发生重要的变化,从而对评价结果产生显著影响。此时,我们就不能再梗着脖子说:“没事,这些都不重要”。我们需要采用一些技术,来引入可变的转移概率、单元成本或健康产出,从而建立更合理的决策模型。这就是本文所要阐述和探讨的。事实上,决策树模型在这方面的问题不大,本文所说的内容主要是针对马尔科夫模型。

 

最常用的几个模型进阶技巧
方法1:在模型中增加一些状态

 

我们还是以《基础版》中的马尔科夫模型为例。在该模型中有3个状态:稳定、恶化、死亡。在基础版马尔科夫模型中,各状态互相之间的转换概率是恒定的。如果现在有大量证据提示,从“稳定”进展到“恶化”后的第1年,其成本、健康产出、死亡概率,都和“恶化”状态中以后几年的情况是不一样的。这不难理解,很多慢性病(尤其是肿瘤),发生“恶化”后的一段时间,其医疗成本高(因为要进行各种治疗)、生命质量差(因为治疗多、患者状态差等)、死亡概率也比较高。经过了一开始的时间,患者病情会趋于稳定,各方面都有所改善。此时,在马尔科夫模型中,我们需要反映这种“恶化”第1年的特殊状况,所采取的方法是:在模型中增加一个“第1年恶化”状态,其成本、健康产出、转移概率都和“其后的恶化”状态有所不同。模型结构可能如下所示。采用这种方法,我们就更好的模拟了疾病进程,决策的精度也有望改善。



需要说明一下,类似这种“恶化第1年”的状态,反映的是一种过渡情况,它们被称为“通道状态”,英文为“tunnel state”。由于我们通常称转移概率恒定的马尔科夫模型为“马尔科夫链”,将转移概率可变的马尔科夫模型称为“马尔科夫过程”,上述添加了通道状态的马尔科夫模型就被称为“半马尔科夫过程”(semi-markov process)。如果在文献中看到这样的术语,就可以明白其含义。

方法2:建立亚组模型


在方法1中我们碰到的情况是在模型进展中转移概率(以及成本等)发生了改变,因此可以添加一些过渡状态来反映之。但如果是不同特征的研究对象具有不同的转移概率,例如男性和女性不同,建模时该如何应对。坦白讲,在医药经济学评价中我们面对的是对象人群,其中的各种亚组很可能具有不同的特性。在基础模型中,我们所用的模型参数事实上都是“平均水平”,我们把平均水平应用于所有个体,把他们都作为同质的对象来对待。这样的模型称为队列模型(cohort model),是通常所用的方法。


如果你认为人群中各亚组的分布比例是不变的,将模型分析结果外推到其他人群时,其他人群的内在比例也是这样,那就没必要做亚组分析,基于平均水平的模型结果就足以支持决策。但如果决策中需要了解不同的比例分布之结果如何,那就需要分亚组建立模型,例如对男性和女性分别建立模型,并根据其分布比例将分析结果进行合并。在决策时,可以变化分布比例以观察不同的结果。这种亚组建模的方法简单直观,本文就不再赘言了。

方法3:建立参数列表


以下我们逐渐扩展到更一般化的情况。如果在模型中某个状态的转移概率一直在改变,例如人群的死亡率随着时间进展一直在增加,那就没必要建立很多个通道状态,而是可以把变化的概率用列表的方式罗列出来,在模型运算中加以应用。例如表1就是一个随年龄增长的死亡概率表,这种数据通常可以通过卫生统计资料获得。经常的情况是,对于严重疾病状态下的死亡率,我们有理由认为其死亡率和年龄关系不大,但对于疾病轻微或稳定状态下的死亡率,年龄增长显然会有影响。如果有证据提示这种影响不可忽视,那就需要引入变化的死亡概率。


表1:****年某国居民死亡率(1/10万)节选



更进一步,如方法2中所述,我们可能还关注不同特征人群的转移概率的不同。此时可以将变化的概率分类列表,如表2.

 

表2:****年某国居民死亡率(分性别,1/10万)节选



这样将变化的概率清晰的列出来,就能使得读者明确的知道模型中所采用的参数值,从而增强模型的透明度和可信度,是值得推荐的做法

 

此时有朋友可能会问:这么复杂的概率变化,该如何进行模型运算啊?坦白说,随着模型参数的数量和变化度的增加,模型计算的复杂度会呈几何级数增加。研究者需要掌握一些软件使用和编程的技巧,才能跟上计算的需要。如果感觉有困难,那就需要去求助于建模高手或程序员的帮助了。

方法4:引入参数的函数


这就进入到相对高级的建模技巧范畴了(当然对于真正的高手这依然属于基础知识)。如前所言,对于变化的参数(例如转移概率)可以通过列表的方式加以展示和应用。但如果参数变化是平滑连续的,或者有很多的影响因素(不仅仅是性别,年龄、职业、既往史等等都在影响参数的变化),那么采用列表方式就捉襟见肘了。而且即使可以列表显示,可能在高手眼里这也是笨拙、无格调的方法(虽然在笔者看来清晰明了的参数值列表是很值得推荐的^&^)。

 

如果透彻了解参数值变化的规律(包括其分布状况和影响因素等),那就可以构建参数值的函数并应用于建模中。例如,如果知道了某转移概率随时间而变化的规律,且了解到年龄、性别、既往史是重要的影响因素,那就可以构建这个转移概率(用Tr表示)的函数:Tr= f(t,age,gender,past)。其中t为研究对象在该状态下停留的时间,age为研究对象当时的年龄,gender为研究对象性别(可取值M或F),past为研究对象过去是否发生过并发症(可取值0或1)。这样,我们就可以得知研究对象在各种情境下的转移概率,例如:该研究对象为女性,在该状态下已经停留5年,现在48岁,曾发生过并发症,我们就可以计算此时的转移概率Tr= f(5,48,F,1)在模型运算中,随着疾病进展,我们可以让计算机每个循环开始时对研究对象的状态进行扫描,依转换概率函数计算其转移概率,并依此决定模型演进的进程。读者可以看到,这样对疾病的模拟显然是比较细致入微的。

 

由于医药经济学评价的模型主要是对疾病发生发展的模拟,在上述函数中时间变量往往是不可或缺的,因此拟合的函数通常是基于生存回归分析技术。由于需要计算的是随时间而变化的事件发生的绝对风险,卫生统计中常用的cox风险比例模型(计算相对风险)往往不适用,通常需要基于威布尔分布(及其特例:指数分布)等数学模型来推导绝对风险,学习这方面的技术需要深入了解生存回归方面的数学知识。

 

另外需要说明的一点是,在基础版模型中我们是基于群体平均水平开展的队列模型(cohort model)分析,但如果引入参数的函数形式有很多的影响变量,事实上意味着我们要建立无数个亚组模型来进行队列模型分析,而这其实是不可行的。所以此时我们的做法,是针对每个研究对象进行模型运算,即对每个独特的个体基于参数函数去获得模型运转的参数,并依获得的转移概率去演进,最终获得个体的期望成本和期望产出。将所有个体的期望成本和期望产出进行合并,就可以得到群体的期望值并进行评价。这种基于个体水平的模型运算方法被称为患者水平(patient level)或个体水平(individual level)的模型模拟(modeling simulation),它还有一个更酷的名字:微模拟(micro-simulation)。

 

至此,我们已经介绍了医药经济学评价中模型(主要是针对马尔科夫模型)技术中最重要而常用的一些进阶技巧。从方法4(引入参数的函数)开始,事实上已经进入了建模技巧的高级部分,可基于高深的数学和计算机技术对疾病进程进行细致的模拟,以获得更精确的决策模型框架。

 

很自然地,读者会发出疑问:既然有更好更精确的微模拟技术,为什么笔者说大多数医药经济学评价还是基于基础的模型技术?其实道理很简单,要建立微模拟模型必须要有大量的高质量的长期随访数据做支撑。如果数据积累不够而硬性去构建微模拟,就如同幼儿舞大锤,其失败的可能性显而易见。同时,经济学讲究的就是性价比,如果构建简单的模型就能达到决策支持的目的,又何必舍近求远?因此,在现实的数据约束和预算约束下,抓住问题的主要方面,构建简明可靠的模型,还是值得推荐的方法。对于精确且精致的微模拟模型,笔者认为:可以由学者进行长期的研究和探讨,直至针对具体疾病的微模拟模型得到了大量的验证和认可,才可以作为成熟技术而进行推广应用。那种为一个具体研究而强行建立一个微模拟模型的方法,其实并不明智。当然国情不同,发达国家有充分的基础数据积累,研究者在具体研究中构建微模拟模型,只要能获得认可,当然也可以使用。但基于中国目前的数据情况,强行为之是不明智的,也很难得到决策者的认可。

 

最后,在结束本文之前,对医药经济学评价中的模型技术的“基础版”和“提高篇”做一简单结语。


医药经济学评价中最成熟的模型技术是决策树和马尔科夫模型,前者适用于急性、短期情况,后者适用于慢性、长期情况。基本的模型技术,加上采用“通道状态”、“亚组建模”、“参数列表”等方法,只要灵活运用,就可以应对绝大部分医药经济学评价工作。更精确细微的微模拟技术,需要海量数据支撑,构建不易,最好交由专业人士去开发和研究,待成熟后再推广使用。希望通过我们对模型技术的简明讲解,能使医药界人士理解模型的内容和技术,从而破除神秘感,让模型技术成为医药技术评价中的得力工具。


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