민감도와 특이도

3. 선별 검사(Screening Study)에의 적용

어떤 질병에 대한 선별 검사를 평가하는 연구를 상상해 보자. 검사를 받는 사람들은 질병 유무에 따라 검사 결과가 양성(질병이 있다고 분류) 또는 음성(질병이 없다고 분류)으로 나올 수 있다. 검사 결과는 실제 상태와 일치하거나 일치하지 않을 수 있다.

• 진양성: 질병이 있는 사람을 질병이 있다고 정확하게 식별한다.
• 위양성: 질병이 없는 사람을 질병이 있다고 잘못 식별한다.
• 진음성: 질병이 없는 사람을 질병이 없다고 정확하게 식별한다.
• 위음성: 질병이 있는 사람을 질병이 없다고 잘못 식별한다.

3. 1. 진단 기준 설정과 민감도/특이도의 상충 관계 (Trade-off)

4. 오해와 한계

민감도와 특이도는 검사 자체의 성능을 나타내는 지표이며, 검사 대상 집단의 질병 유병률(Prevalence)에 영향을 받지 않는다.^[6] 흔히 "매우 특이적인 검사는 양성일 때 질병을 확진하고, 매우 민감한 검사는 음성일 때 질병을 배제한다"는 오해가 있다.^[7][8] 이러한 주장은 SPPIN과 SNNOUT이라는 연상 기호로 널리 사용되는데, 매우 특이적인 검사는 양성일 때 질병을 확진(SP-P-IN)하고, 매우 민감한 검사는 음성일 때 질병을 배제(SN-N-OUT)한다는 것이다. 그러나 이는 유병률을 고려하지 않은 잘못된 해석이다. 실제 진단 상황에서는 민감도와 특이도 외에도 양성 예측도(Positive Predictive Value, PPV)와 음성 예측도(Negative Predictive Value, NPV)가 중요한데, 이 값들은 유병률에 따라 달라진다.^[9][10][11]

예를 들어, 항상 양성 판독을 내도록 설계된 '가짜' 검사 키트는 민감도가 100%이지만, 위양성률도 100%이므로 질병을 감지하거나 확진하는 데 쓸모가 없다. 반대로, 항상 음성 검사 결과를 반환하는 검사는 특이도가 100%이지만, 위음성을 고려하지 않기 때문에 질병을 배제하는 데 쓸모가 없다. SNNOUT 연상 기호는 검사 대상 샘플에서 해당 상태의 유병률이 극도로 낮을 때 어느 정도 타당성을 갖는다.

민감도 계산은 불확실한 검사 결과를 고려하지 않는다. 검사를 반복할 수 없는 경우, 불확실한 표본은 분석에서 제외하거나 가음성으로 처리할 수 있다(이 경우 민감도의 최악의 값을 제공하므로 과소평가될 수 있다).

특이도와 민감도 사이의 상충 관계는 ROC 분석에서 TPR과 FPR(즉, 재현율과 폴아웃) 사이의 상충 관계로서 탐구된다.^[12]

5. 정보 검색에서의 용어

정보 검색에서 양성 예측 값은 '''정밀도'''라고 하며, 민감도는 '''재현율'''이라고 한다.^[13]

F-점수는 양성 클래스에 대한 테스트의 단일 성능 척도로 사용될 수 있다. F-점수는 정밀도와 재현율의 조화 평균이다.

:$F\; =\; 2\; \backslash times\; \backslash frac\{\backslash text\{정밀도\}\; \backslash times\; \backslash text\{재현율\}\}\{\backslash text\{정밀도\}\; +\; \backslash text\{재현율\}\}$

6. 관련 통계 지표

민감도는 질병이 있는 환자 중에서 검사가 환자를 올바르게 감지하는 능력을 의미한다. 민감도가 높을수록 제2종 오류율이 낮다. 민감도는 다음 식으로 표현할 수 있다.^[4]

:$\backslash begin\{align\}$

\text{민감도} & = \frac{\text{진양성자 수}}{\text{진양성자 수} + \text{가음성자 수}} \\[8pt]

& = \frac{\text{진양성자 수}}{\text{모집단 내 모든 환자 수}} \\[8pt]

& = \text{환자가 질병을 앓고 있다는 전제하에 양성 검사 결과가 나올 확률}

\end{align}

특이도는 질병이 없는 건강한 환자를 올바르게 식별하는 검사의 능력을 나타낸다. 특이도가 높은 검사는 제1종 오류율이 낮다.^[5] 특이도는 다음 식으로 표현할 수 있다.

:$\backslash begin\{align\}$

\text{특이도} & = \frac{\text{진음성 수}}{\text{진음성 수} + \text{위양성 수}} \\[8pt]

& = \frac{\text{진음성 수}}{\text{전체 집단에서 건강한 개인의 총 수}} \\[8pt]

& = \text{환자가 건강할 때 음성 검사 결과가 나올 확률}

\end{align}



신호 탐지 이론에서 사용되는 통계치인 민감도 지수(''d′'')는 신호와 잡음 분포의 평균 사이의 분리를 잡음 분포의 표준 편차와 비교하여 제공한다.^[14] ''d′''는 무차원 통계치이며, ''d′''가 높을수록 신호를 더 쉽게 감지할 수 있음을 나타낸다.

민감도, 특이도 및 관련 용어 간의 관계는 오차 행렬을 통해 이해할 수 있다.

7. 추가 자료

• Altman DG, Bland JM, ''Diagnostic tests. 1: Sensitivity and specificity'', BMJ, 308권, 6943호, 1552쪽, 1994년 6월.
• Loong TW, ''Understanding sensitivity and specificity with the right side of the brain'', BMJ, 327권, 7417호, 716–9쪽, 2003년 9월.

참조

_[1] 논문 Statistical problems in assessing methods of medical diagnosis with special reference to x-ray techniques 1947
_[2] 논문 '[Sensitivity and specificity revisited: significance of the terms in analytic and diagnostic language].' https://pubmed.ncbi.[...]
_[3] 논문 Understanding and using sensitivity, specificity and predictive values 2008
_[4] 논문 Diagnostic tests. 1: Sensitivity and specificity 1994-06
_[5] 웹사이트 SpPin and SnNout https://www.cebm.ox.[...] Centre for Evidence Based Medicine (CEBM) 2023-01-18
_[6] 웹사이트 Diagnostic Reasoning I and II http://open.umich.ed[...] 2012-01-24
_[7] 웹사이트 Evidence-Based Diagnosis http://omerad.msu.ed[...] Michigan State University 2013-08-23
_[8] 웹사이트 Sensitivity and Specificity http://www.med.emory[...] Emory University Medical School Evidence Based Medicine course
_[9] 논문 Too bad it isn't true 1994-04
_[10] 논문 Ruling out or ruling in disease with the most sensitive or specific diagnostic test: short cut or wrong turn? 1994-04
_[11] 논문 Ruling a diagnosis in or out with "SpPIn" and "SnNOut": a note of caution 2004-07
_[12] 논문 An Introduction to ROC Analysis 2006
_[13] 논문 Evaluation: From Precision, Recall and F-Measure to ROC, Informedness, Markedness & Correlation https://www.research[...] 2011
_[14] 논문 A basal ganglia pathway drives selective auditory responses in songbird dopaminergic neurons via disinhibition 2010-01
_[15] 서적 Detection Theory: A User's Guide https://books.google[...] Psychology Press 2004-09-15
_[16] 웹사이트 Diagnostic test online calculator calculates sensitivity, specificity, likelihood ratios and predictive values from a 2x2 table – calculator of confidence intervals for predictive parameters http://www.medcalc.o[...]
_[17] 논문 Prediction of complete gene structures in human genomic DNA https://ai.stanford.[...]
_[18] 논문 GeneMark-ES https://academic.oup[...] 2005
_[19] 논문 Gene finding in novel genomes 2004
_[20] 논문 A beginner's guide to eukaryotic genome annotation 2012-04
_[21] 논문 Statistical problems in assessing methods of medical diagnosis with special reference to x-ray techniques 1947