Eye-Tracking Analysis in Surface-Guided Radiation Therapy Positioning: A Comparative Study of Experienced and Novice Radiation Therapists.

Shimizu Hidetoshi, Kitagawa Tomoki, Sasaki Koji, Aoyama Takahiro, Hayashi Naoki, et al.

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AI 導讀 technology general 重要性 3/5

免費開源軟體EZR將R語言轉化為圖形操作,成功填補主流商業軟體在時間依賴共變量與競爭風險分析上的功能缺口。

  • EZR提供點擊式介面,自動生成R腳本,大幅降低臨床醫師執行高階統計的程式門檻。
  • 支援設定時間依賴共變量,避免Cox比例風險模型中因變數時序錯置導致的估計偏差。
  • 內建cmprsk套件處理競爭風險,以累積發生率函數取代傳統方法,避免機率高估。

填補商業統計軟體缺口:零代碼操作的EZR架構

主流商業統計軟體如 SASSPSSStata 雖然在醫學資料分析領域佔有主導地位,但往往缺乏部分進階生存分析功能,例如造血幹細胞移植研究中必備的競爭風險分析與涵蓋時間依賴共變量的比例風險回歸模型。另一方面,開源的 R 語言雖具備強大的計算能力,卻要求使用者熟習 S 語言指令,這對多數臨床工作者構成極大門檻。

為了解決這個落差,開發團隊基於 R(版本 2.13.0)R commander(版本 1.6–3) 開發了免費統計軟體 EZR。軟體支援 Windows 與 Mac OS X 作業系統,其安裝路徑預設與原有的 R 語言獨立,避免環境衝突。啟動後,使用者主要在「EZR on R Commander」的圖形化介面中進行操作。

EZR 的核心優勢在於將複雜的程式語法轉化為點擊驅動 (point-and-click) 的選單操作。使用者只需透過下拉選單選擇所需分析,系統便會在後台自動產生並執行對應的 R 指令。這些腳本代碼與分析輸出皆可獨立儲存,不僅確保了研究數據的可重現性,也方便不同研究者之間共享分析流程。

從Excel匯入到自動生成虛擬變數:直覺化的資料清理

資料前處理是統計分析中最耗時的環節之一。EZR 支援多種資料匯入途徑,研究者可直接匯入微軟 Excel (.xls 格式)CSV 檔案,甚至能透過剪貼簿從網頁或試算表中直接貼上數據。系統同樣相容 SPSS 與 Stata 的資料格式,匯入後的數據會自動成為可隨時編輯與檢視的活躍資料集。

軟體內建了彈性的變數轉換工具,無需編寫複雜腳本。例如,若需將連續型的年齡變數轉換為分類變數,只需輸入閾值(如 40 歲),系統即可快速建立二值化的新變數。針對多重條件的邏輯運算,使用者也能利用如 ifelse(Age>=60 & Sex='Male', 1, 0) 的表達式,精準建立符合特定收案條件的新欄位。

在執行多變量回歸分析時,類別變數的處理至關重要。雖然系統在多元回歸或羅吉斯回歸中會自動產生虛擬變數(dummy variables,將類別轉換為 0 或 1 的指標變數),但在特定模型如 Fine and Gray 回歸中,若變數包含三個以上類別,使用者必須手動建立。EZR 提供了專屬的虛擬變數生成選單,讓模型能正確以單一類別為基準,精算其他類別的效應大小與 95% 信賴區間。

涵蓋時間依賴共變量:擴展Cox比例風險回歸模型精準度

生存分析是評估醫療介入成效的核心指標。透過 EZR 的選單介面,研究者只需定義時間變數與狀態變數,即可快速繪製 Kaplan-Meier 存活曲線並執行 Log-rank 檢定。系統會在輸出視窗中詳列各時間點的存活率估計值與信賴區間,並可利用 w.survival() 等指令將結果直接複製為格式化表格,大幅節省論文排版時間。

在執行 Cox 比例風險回歸 (Cox proportional hazards regression) 時,除了提供危險比 (Hazard Ratios) 與 P 值,EZR 還內建了比例風險假設檢定,並支援基於 Akaike 資訊量準則或 P 值的逐步變數選擇功能。此外,系統也能透過共變量平均值法,繪製經過其他風險因子調整後的存活曲線。

更進階的是,EZR 支援將時間依賴共變量(time-dependent covariate,隨時間改變狀態的變數) 納入模型。以急性移植物抗宿主疾病 (GVHD) 為例,若一開始就將後續才發病的患者歸類為「有 GVHD」,會導致嚴重的統計偏差。EZR 允許指定該變數狀態由 0 轉變為 1 的明確時間點,確保模型能如實反映疾病發展的時序性影響。

整合cmprsk套件:造血幹細胞移植專用的競爭風險分析

在涉及多種死因或復發情況的研究中,競爭風險分析 (Competing risk analysis) 不可或缺。當分析移植後的疾病復發率時,「非復發死亡」會阻斷復發的可能,成為一個競爭事件。傳統做法常將此類死亡視為右設限資料,再利用 1 減去 Kaplan-Meier 估計值來計算,這種方法會嚴重高估復發率,甚至導致各事件機率總和超過 100%。

EZR 透過整合 R 語言的 cmprsk 套件 解決了這個統計盲點。系統導入了累積發生率函數 (Cumulative incidence function),能將整體失敗機率正確分配給競爭事件,得出準確的單一事件發生率。使用者可直接透過介面繪製多組別的累積發生率曲線,並利用 Gray's 檢定來評估統計顯著性。

針對存在競爭風險的多變量分析,EZR 實作了 Fine and Gray 比例風險回歸模型。研究者只需指定特定事件代碼(例如 1 代表復發),便能計算出子分佈危險比 (subdistribution hazard ratio)。系統更支援生成堆疊形式的累積發生率圖表,讓多重競爭事件的消長趨勢在視覺呈現上更加直觀。

擴展至診斷測試與Meta分析:全方位的醫學統計方案

除了高度專化的生存與競爭風險分析,EZR 的功能列涵蓋了極其完整的醫學統計需求。從基本的描述性統計、變異數分析到無母數檢定(如 Kruskal-Wallis 檢定),皆能透過單點操作完成。內建的圖表工具也能快速生成直方圖或點圖,協助快速掌握連續變數的分佈特徵與異常值。

針對更多元的臨床研究設計,EZR 提供了專屬的診斷測試準確度評估(涵蓋 ROC 曲線分析)、配對樣本分析,以及系統性回顧所需的 Meta 分析 (Meta-analysis) 模組。研究啟動初期的樣本量計算也能在軟體內一站完成。對於進階使用者,原始 R commander 的功能依然完整保留於獨立選單中。

透過圖形化介面包裝 R 語言的強大核心,EZR 將高階競爭風險分析與共變量模型平民化,不僅打破商業軟體的功能壁壘,更確保了醫學數據分析的可重現性與精準度。

Abstract

The patient setup using the surface-guided radiation therapy (SGRT) system differs from conventional surface marker procedures. Owing to the abundance of three-dimensional information, there may be operator variability in where to focus during the patient setup. This study aimed to clarify the differences between expert and novice operators in SGRT positioning for head and neck cases by tracking their eye movements, thereby providing data for developing efficient patient setup procedures. Six radiation therapists set up a simulated patient on the SGRT system while recording eye movements on the screen using the QG-PLUS eye-tracking system. The positioning time and number of gaze fixations on the screen were analysed, and the relationship between years of experience with SGRT, positioning time and number of gaze fixations was evaluated. No significant correlation was found between SGRT experience and positioning time (r = -0.67, p = 0.15). However, more experienced radiation therapists exhibited fewer gaze fixations per positioning session (r = -0.81, p < 0.05), indicating that they efficiently identified key positioning points. Additionally, experienced radiation therapists focused more intently on a specific screen during the latter half of positioning, suggesting a refined approach for final patient alignment verification. More experienced radiation therapists showed fewer gaze fixations and demonstrated increased attention to a specific screen during the latter half of the patient setup process, suggesting that eye-tracking technology may provide useful data for standardising patient setup procedures in SGRT patient setups.