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63. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie e. V. (GMDS)

Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie

02. - 06.09.2018, Osnabrück

Finest balancing score exact algorithm: deterministische Methode zur Vermeidung der Schwächen des Propensity Score Matching bei exaktem 1:1 Matching

Meeting Abstract

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  • Maike Bestehorn - ProMedCon GmbH, Zell/Schäftlarn, Deutschland
  • Felix Bestehorn - Universität Braunschweig Institut für Mathematische Optimierung, Braunschweig, Deutschland

Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie. 63. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie e.V. (GMDS). Osnabrück, 02.-06.09.2018. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2018. DocAbstr. 102

doi: 10.3205/18gmds112, urn:nbn:de:0183-18gmds1121

Published: August 27, 2018

© 2018 Bestehorn et al.
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Text

Einleitung: Beim Vergleich kausaler Effekte zweier Therapien werden regelmäßig Matchings möglichst „ähnlicher“ Patienten gebildet und das Outcome der Therapien für die beiden Patientengruppen verglichen. Sehr häufig wird dafür ein Propensity-Score Matching durchgeführt. „Ähnlichkeit“ wird dabei dadurch definiert, dass sich der Propensity-Score (PS) eines gematchten Patientenpaares nicht oder möglichst wenig unterscheidet. Bei ausreichend großen Beobachtungsstudien kann häufig eine ausreichend große Anzahl an Patientenpaaren gefunden werden, bei denen die gematchten Patienten eines Matching-Paares exakt die gleichen PS Werte besitzen. Dieses Verfahren wurde für einen Datensatz für chirurgische (SAVR) und transfemorale (TF) isolierte Aortenklappenimplantation der externen Qualitätssicherung angewendet, wobei die Krankenhausmortalität der beiden Therapieverfahren verglichen werden sollte. Dabei stellten sich inhärente Nachteile des PS-Verfahrens heraus, die durch eine neue Methode [1] (finest balancing score algorithm [FBSA]) vermieden werden.

Methode:

Der FBSA beruht auf folgendem Algorithmus:

a) Fälle mit gleichem PS werden sowohl für die TF als auch die SAVR-Kohorte zu Clustern zusammengefasst.
b) Das Matching wird auf Clusterebene durchgeführt.
c) Da die Cluster eines gleichen PS für TF bzw. SAVR von unterschiedlicher Mächtigkeit [M(TF) bzw. M(SAVR)] sein können, muss auf gleiche Mächtigkeit gewichtet werden, um Ergebnisse der Kohorten vergleichen zu können.
d) Die Gewichtung min(M(TF); M(SAVR))/M(TF) für TF-Cluster und min(M(TF);M(SAVR))/M(SAVR) für SAVR-Cluster führt zu einer Fallgewichtung, die dem Erwartungswert aller möglichen exakten 1:1 Matchings entspricht [1].

Ergebnisse: Der Datensatz enthielt 9.848 SAVR und 7.579 TF-Fälle. Basis des PS war die logistische Regression der Zielvariablen Therapiemethode (SAVR oder TF) über bestimmte Zustandsvariablen der Patienten. Beim exakten Matching lassen sich je Matching genau 1502 Paare bilden (d.h. 15,3% der SAVR-Fälle, 19,8% TF-Fälle), allerdings in so vielen Kombinationen, dass in einer sinnvollen Bearbeitungszeit die Erzeugung und Auswertung aller Matchings unmöglich ist. Für den oben genannten Datensatz werden mögliche Ergebnisse des exakten PS-Matchings dargestellt. Für den gleichen Datensatz und exaktem 1:1 Matching können völlig konträre Ergebnisse erzeugt werden, weil

a) die Randomisierungsmodule in den PS-Verfahren zu deutlich unterschiedlichen Ergebnissen führen können,
b) aus dem Gesamtdatensatz nur die Information eines einzigen zufälligen Matchings im Ergebnis berücksichtigt wird,
c) die erzeugten Matchings durch die Sortierreihenfolge des Datensatzes beeinflusst werden können und
d) gezielt exakte 1:1 Matchings ausgewählt werden können.

Beim FBSA gab es im Beispieldatensatz genau 1502 TF-Cluster mit einem Matchingcluster für SAVR. Durch die Clusterbildung finden 3.361 SAVR Fälle und 2.249 TF-Fälle mindestens einen Matchingpartner, d.h. die Informationen von 34,1% der SAVR-Fälle und 29,6% der TF-Fälle gehen in den Therapievergleich ein. Die gewichtete Krankenhausmortalität, die dem Erwartungswert aller möglichen exakten 1:1 Matchings entspricht, beträgt 3,5% für SAVR und 2,1% für TF.

Diskussion: Die sehr häufig angewendete Methode des PS-Matchings liefert nur zufällige Ergebnisse. Die Zufälligkeit führt zu schwer reproduzierbaren, u.U. konträren Ergebnissen. Das ausgewählte PS-Matching für den (Therapie-)Effektvergleich nutzt nur einen Bruchteil der insgesamt verfügbaren Information. Die neue Methode ist deterministisch, damit reproduzierbar und eindeutig und liefert kein zufälliges Ergebnis. FBSA nutzt die Information aller Fälle, für die mindestens ein exakter Matchingpartner existiert und nicht nur das Ergebnis eines einzigen (zufälligen) PS-Matchings. Das Ergebnis entspricht dem Erwartungswert aller möglichen exakten 1:1 PS-Matchings des zugrundeliegenden Datensatzes.

Die Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Die Autoren geben an, dass kein Ethikvotum erforderlich ist.


Literatur

1.
Bestehorn F, et al. A finest balancing score algorithm to avoid common pitfalls of propensity score matching [Preprint]. arXiv:1803.02704. 2018. Available from: https://arxiv.org/abs/1803.02704 External link