Modified score function for monotone likelihood in the semiparametric mixture cure model

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Universidade Federal de Minas Gerais

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Função de pontuação modificada para probabilidade monótona no modelo semiparamétrico de cura por mistura

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Resumo

The cure fraction models are intended to analyze lifetime data from populations where some individuals are immune to the event under study, and allow a joint estimation of the distribution related to the cured and susceptible subjects, as opposed to the usual approach ignoring the cure rate. In situations involving small sample sizes with many censored times, the detection of nonfinite coefficients may arise via maximum likelihood. This phenomenon is commonly known as monotone likelihood (ML), occurring in the Cox and logistic regression models when many categorical and unbalanced covariates are present. An existing solution to prevent the issue is based on the Firth correction, originally developed to reduce the estimation bias. The method ensures finite estimates by penalizing the likelihood function. In the context of mixture cure models, the ML issue is rarely discussed in the literature; therefore, this topic can be seen as the first contribution of our paper. The second major contribution, not well addressed elsewhere, is the study of the ML issue in cure mixture modeling under the flexibility of a semiparametric framework to handle the baseline hazard. We derive the modified score function based on the Firth approach and explore finite sample size properties of the estimators via a Monte Carlo scheme. The simulation results indicate that the performance of coefficients related to the binary covariates are strongly affected to the imbalance degree. A real illustration, in the melanoma dataset, is discussed using a relatively novel data set collected in a Brazilian university hospital.

Abstract

Os modelos de fração de cura pretendem analisar dados de vida de populações onde alguns indivíduos são imunes ao evento em estudo, e permitir uma estimativa conjunta da distribuição relativa aos indivíduos curados e suscetíveis, em oposição à abordagem habitual que ignora a taxa de cura. Em situações que envolvem amostras pequenas com muitos tempos censurados, a detecção de coeficientes não finitos pode surgir via máxima verossimilhança. Esse fenômeno é comumente conhecido como verossimilhança monótona (ML), ocorrendo nos modelos de Cox e de regressão logística quando muitas covariáveis ​​​​categóricas e desequilibradas estão presentes. Uma solução existente para evitar o problema baseia-se na correção de Firth, originalmente desenvolvida para reduzir o viés de estimativa. O método garante estimativas finitas ao penalizar a função de verossimilhança. No contexto dos modelos de cura por mistura, a questão do ML raramente é discutida na literatura; portanto, este tópico pode ser visto como a primeira contribuição do nosso artigo. A segunda grande contribuição, também não amplamente discutida, é o estudo da questão do BC na modelagem de misturas de cura sob a flexibilidade de uma estrutura semiparamétrica para lidar com o perigo da linha de base. Derivou-se a função de pontuação modificada com base na abordagem de Firth e explorou-se as propriedades de tamanho finito de amostra dos estimadores através de um esquema de Monte Carlo. Os resultados da simulação indicam que o desempenho dos coeficientes relacionados às covariáveis ​​binárias é fortemente afetado até o grau de desequilíbrio. Uma ilustração real, no conjunto de dados do melanoma, é discutida usando um conjunto de dados relativamente novo coletado em um hospital universitário brasileiro.

Assunto

Modelos de riscos proporcionais, Regressão de Cox, Probabilidade, Estatística, Verossimilhança (estatistica), Melanoma

Palavras-chave

Cox regression, Cure rate, Em algorithm, Firth method, melanoma

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/bimj.202000254

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