Decision curve analysis revisited: overall net benefit, relationships to ROC curve analysis, and application to case-control studies.

ABSTRACT: BACKGROUND: Decision curve analysis has been introduced as a method to evaluate prediction models in terms of their clinical consequences if used for a binary classification of subjects into a group who should and into a group who should not be treated. The key concept for this type of evaluation is the "net benefit", a concept borrowed from utility theory. METHODS: We recall the foundations of decision curve analysis and discuss some new aspects. First, we stress the formal distinction between the net benefit for the treated and for the untreated and define the concept of the "overall net benefit". Next, we revisit the important distinction between the concept of accuracy, as typically assessed using the Youden index and a receiver operating characteristic (ROC) analysis, and the concept of utility of a prediction model, as assessed using decision curve analysis. Finally, we provide an explicit implementation of decision curve analysis to be applied in the context of case-control studies. RESULTS: We show that the overall net benefit, which combines the net benefit for the treated and the untreated, is a natural alternative to the benefit achieved by a model, being invariant with respect to the coding of the outcome, and conveying a more comprehensive picture of the situation. Further, within the framework of decision curve analysis, we illustrate the important difference between the accuracy and the utility of a model, demonstrating how poor an accurate model may be in terms of its net benefit. Eventually, we expose that the application of decision curve analysis to case-control studies, where an accurate estimate of the true prevalence of a disease cannot be obtained from the data, is achieved with a few modifications to the original calculation procedure. CONCLUSIONS: We present several interrelated extensions to decision curve analysis that will both facilitate its interpretation and broaden its potential area of application.

Family history of cancer and the risk of cancer: a network of case-control studies.

BACKGROUND: The risk of many cancers is higher in subjects with a family history (FH) of cancer at a concordant site. However, few studies investigated FH of cancer at discordant sites. PATIENTS AND METHODS: This study is based on a network of Italian and Swiss case-control studies on 13 cancer sites conducted between 1991 and 2009, and including more than 12 000 cases and 11 000 controls. We collected information on history of any cancer in first degree relatives, and age at diagnosis. Odds ratios (ORs) for FH were calculated by multiple logistic regression models, adjusted for major confounding factors. RESULTS: All sites showed an excess risk in relation to FH of cancer at the same site. Increased risks were also found for oral and pharyngeal cancer and FH of laryngeal cancer (OR = 3.3), esophageal cancer and FH of oral and pharyngeal cancer (OR = 4.1), breast cancer and FH of colorectal cancer (OR = 1.5) and of hemolymphopoietic cancers (OR = 1.7), ovarian cancer and FH of breast cancer (OR = 2.3), and prostate cancer and FH of bladder cancer (OR = 3.4). For most cancer sites, the association with FH was stronger when the proband was affected at age <60 years. CONCLUSIONS: Our results point to several potential cancer syndromes that appear among close relatives and may indicate the presence of genetic factors influencing multiple cancer sites.

Body mass index and risk of head and neck cancer in a pooled analysis of case-control studies in the International Head and Neck Cancer Epidemiology (INHANCE) Consortium.

BACKGROUND: Head and neck cancer (HNC) risk is elevated among lean people and reduced among overweight or obese people in some studies; however, it is unknown whether these associations differ for certain subgroups or are influenced by residual confounding from the effects of alcohol and tobacco use or by other sources of biases. METHODS: We pooled data from 17 case-control studies including 12 716 cases and the 17 438 controls. Odds ratios (ORs) and 95% confidence intervals (CIs) were estimated for associations between body mass index (BMI) at different ages and HNC risk, adjusted for age, sex, centre, race, education, tobacco smoking and alcohol consumption. RESULTS: Adjusted ORs (95% CIs) were elevated for people with BMI at reference (date of diagnosis for cases and date of selection for controls) 25.0-30.0 kg/m(2) (0.52, 0.44-0.60) and BMI >/=30 kg/m(2) (0.43, 0.33-0.57), compared with BMI >18.5-25.0 kg/m(2). These associations did not differ by age, sex, tumour site or control source. Although the increased risk among people with BMI 25 kg/m(2) was present only in smokers and drinkers. CONCLUSIONS: In our large pooled analysis, leanness was associated with increased HNC risk regardless of smoking and drinking status, although reverse causality cannot be excluded. The reduced risk among overweight or obese people may indicate body size is a modifier of the risk associated with smoking and drinking. Further clarification may be provided by analyses of prospective cohort and mechanistic studies.

History of cholelithiasis and cancer risk in a network of case-control studies.

Background We analyzed the relationship between cholelithiasis and cancer risk in a network of case-control studies conducted in Italy and Switzerland in 1982-2009. Methods The analyses included 1997 oropharyngeal, 917 esophageal, 999 gastric, 23 small intestinal, 3726 colorectal, 684 liver, 688 pancreatic, 1240 laryngeal, 6447 breast, 1458 endometrial, 2002 ovarian, 1582 prostate, 1125 renal cell, 741 bladder cancers, and 21 284 controls. The odds ratios (ORs) were estimated by multiple logistic regression models. Results The ORs for subjects with history of cholelithiasis compared with those without were significantly elevated for small intestinal (OR = 3.96), prostate (OR = 1.36), and kidney cancers (OR = 1.57). These positive associations were observed ≥10 years after diagnosis of cholelithiasis and were consistent across strata of age, sex, and body mass index. No relation was found with the other selected cancers. A meta-analysis including this and three other studies on the relation of cholelithiasis with small intestinal cancer gave a pooled relative risk of 2.35 [95% confidence interval (CI) 1.82-3.03]. Conclusion In subjects with cholelithiasis, we showed an appreciably increased risk of small intestinal cancer and suggested a moderate increased risk of prostate and kidney cancers. We found no material association with the other cancers considered.

Mediterranean diet and risk of endometrial cancer: a pooled analysis of three italian case-control studies.

BACKGROUND: Some components of the Mediterranean diet have favourable effects on endometrial cancer, and the Mediterranean diet as a whole has been shown to have a beneficial role on various neoplasms. METHODS: We analysed this issue pooling data from three case-control studies carried out between 1983 and 2006 in various Italian areas and in the Swiss Canton of Vaud. Cases were 1411 women with incident, histologically confirmed endometrial cancer, and controls were 3668 patients in hospital for acute diseases. We measured the adherence to the Mediterranean diet using a Mediterranean Diet Score (MDS), based on the nine dietary components characteristics of this diet, that is, high intake of vegetables, fruits/nuts, cereals, legumes, fish; low intake of dairy products and meat; high monounsaturated to saturated fatty acid ratio; and moderate alcohol intake. We estimated the odds ratios (OR) and the corresponding 95% confidence intervals (CI) for increasing levels of the MDS (varying from 0, no adherence, to 9, maximum adherence) using multiple logistic regression models, adjusted for major confounding factors. RESULTS: The adjusted OR for a 6-9 components of the MDS (high adherence) compared with 0-3 (low adherence) was 0.43 (95% CI 0.34-0.56). The OR for an increment of one component of MDS diet was 0.84 (95% CI 0.80-0.88). The association was consistent in strata of various covariates, although somewhat stronger in older women, in never oral contraceptive users and in hormone-replacement therapy users. CONCLUSIONS: Our study provides evidence for a beneficial role of the Mediterranean diet on endometrial cancer risk, suggesting a favourable effect of a combination of foods rich in antioxidants, fibres, phytochemicals, and unsaturated fatty acids.

Modelling body mass index and endometrial cancer risk in a pooled-analysis of three case-control studies.

OBJECTIVE: To quantify the relation between body mass index (BMI) and endometrial cancer risk, and to describe the shape of such a relation. DESIGN: Pooled analysis of three hospital-based case-control studies. SETTING: Italy and Switzerland. POPULATION: A total of 1449 women with endometrial cancer and 3811 controls. METHODS: Multivariate odds ratios (OR) and 95% confidence intervals (95% CI) were obtained from logistic regression models. The shape of the relation was determined using a class of flexible regression models. MAIN OUTCOME MEASURE: The relation of BMI with endometrial cancer. RESULTS: Compared with women with BMI 18.5 to <25 kg/m(2) , the odds ratio was 5.73 (95% CI 4.28-7.68) for women with a BMI ≥35 kg/m(2) . The odds ratios were 1.10 (95% CI 1.09-1.12) and 1.63 (95% CI 1.52-1.75) respectively for an increment of BMI of 1 and 5 units. The relation was stronger in never-users of oral contraceptives (OR 3.35, 95% CI 2.78-4.03, for BMI ≥30 versus <25 kg/m(2) ) than in users (OR 1.22, 95% CI 0.56-2.67), and in women with diabetes (OR 8.10, 95% CI 4.10-16.01, for BMI ≥30 versus <25 kg/m(2) ) than in those without diabetes (OR 2.95, 95% CI 2.44-3.56). The relation was best fitted by a cubic model, although after the exclusion of the 5% upper and lower tails, it was best fitted by a linear model. CONCLUSIONS: The results of this study confirm a role of elevated BMI in the aetiology of endometrial cancer and suggest that the risk in obese women increases in a cubic nonlinear fashion. The relation was stronger in never-users of oral contraceptives and in women with diabetes. TWEETABLE ABSTRACT: Risk of endometrial cancer increases with elevated body weight in a cubic nonlinear fashion.

Lung cancer risk associated with occupational exposure to nickel, chromium VI, and cadmium in two population-based case-control studies in Montreal.

Cancer du poumon associé à l’exposition au nickel, au chrome VI et au cadmium dans le milieu de travail utilisant deux études populationnelles cas-témoins à Montréal. Au début des années 1990, le nickel, le chrome VI et le cadmium ont été classés en tant qu’agents cancérigènes de classe 1 par le CIRC (Centre International de Recherche sur le Cancer). Cependant, les résultats des études ayant permis la classification de ces métaux n’ont pas toujours été reproduits, et d’importantes questions demeurent quant aux effets de ces métaux à de faibles niveaux d’exposition. Un plus grand nombre de recherches empiriques est donc nécessaire afin de réaffirmer la cancérogénicité de ces agents, et d’identifier les circonstances dans lesquelles ils peuvent être néfastes. L'objectif de cette étude était d'explorer la relation entre l’exposition à un des métaux (soit le nickel, le chrome VI, ou le cadmium) et les risques subséquents de développer un cancer du poumon chez des travailleurs provenant de différents milieux de travail qui sont exposés à ces métaux à de différents degrés. Deux études cas-témoins de base populationnelle menées à Montréal ont fourni les données nécessaires pour examiner la cancérogénicité de ces métaux. La première étude était menée entre 1979 et 1986 chez des hommes âgés de 35 à 70 ans ayant un cancer dans l’un de 19 sites anatomiques de cancer sélectionnés. La seconde étude était menée entre 1996 et 2001 chez des hommes et des femmes âgés de 35 à 75 ans, avec un diagnostic de tumeur maligne au poumon. Dans ces deux études, les cas ont été recensés dans tous les hôpitaux de l'île de Montréal, tandis que les contrôles populationnels appariés par âge et stratifiés par sexe, ont été sélectionnés des listes électorales. Une entrevue avec chaque sujet a permis d'obtenir un historique d'emploi détaillé ainsi que des informations précises sur les facteurs de risques socio-économiques et personnels. Les descriptions de poste ont été évaluées par une équipe d'experts chimistes et hygiénistes afin de déterminer si le sujet a été exposé à chaque agent, et pour mesurer à la fois la concentration et la durée de chaque exposition, ainsi que l’exposition cumulative tout au long de la vie de chaque participant. Pour déterminer si une exposition à l’un des trois métaux en cause était associée à une augmentation de l'incidence du cancer du poumon, des données ont été analysées par régression logistique : des ajustements ont été effectués pour des facteurs de confusion pertinents incluant un historique détaillé du tabagisme. Des mesures catégoriques d'exposition cumulée ont été également analysées, ainsi que la modification des effets par le tabagisme. Les deux études ont été analysées séparément, puis par la suite combinées afin d'augmenter la puissance statistique. Les niveaux d'exposition mesurés dans cette population ne semblaient pas poser un excès de risque de cancer du poumon pour les travailleurs exposés au chrome VI. Cependant, ceux qui ont été exposés au nickel ont subi une augmentation significative du risque, et ce, quel que soit leur niveau d'exposition. Le risque de développer un cancer du poumon suite à une exposition au cadmium était élevé, mais pas de manière significative. Pour chacun des trois métaux, le risque de cancer du poumon était très élevé parmi les non-fumeurs, mais pas parmi les fumeurs. L’effet combiné du tabagisme et de l’exposition aux métaux était compatible avec un excès de risque additif. Cependant, les intervalles de confiance dans cette étude tendaient à être larges, et une faiblesse de puissance statistique peut limiter l’interprétation de certains résultats. Cette étude est unique dans la mesure où elle a fourni des preuves empiriques sur les risques de développer le cancer du poumon liés aux faibles niveaux d’exposition au nickel, au chrome VI, ou au cadmium provenant de divers contextes de travail. Dans la plupart des autres études, la majorité des expositions pertinentes n’ont pas été bien contrôlées. À l'inverse, cette étude a bénéficié de la collecte et de la disponibilité d'information détaillée concernant le tabagisme et d’autres facteurs de risque. Les résultats de cette étude ont d'importantes conséquences pour la santé publique, tant au niveau de la détermination des risques pour les travailleurs actuellement exposés à ces métaux, qu'au niveau de l’évaluation des risques pour la population en général, elle-même exposée à ces métaux par le biais de la pollution et de la fumée de cigarette. Cette analyse contribuera fort probablement à une réévaluation par le CIRC de la cancérogénicité de ces métaux. L'exploration de la relation entre les risques de cancer du poumon et l'exposition au nickel, au chrome VI et au cadmium est donc opportune et pertinente.

New statistical methods to assess the effect of time-dependent exposures in case-control studies

Contexte. Les études cas-témoins sont très fréquemment utilisées par les épidémiologistes pour évaluer l’impact de certaines expositions sur une maladie particulière. Ces expositions peuvent être représentées par plusieurs variables dépendant du temps, et de nouvelles méthodes sont nécessaires pour estimer de manière précise leurs effets. En effet, la régression logistique qui est la méthode conventionnelle pour analyser les données cas-témoins ne tient pas directement compte des changements de valeurs des covariables au cours du temps. Par opposition, les méthodes d’analyse des données de survie telles que le modèle de Cox à risques instantanés proportionnels peuvent directement incorporer des covariables dépendant du temps représentant les histoires individuelles d’exposition. Cependant, cela nécessite de manipuler les ensembles de sujets à risque avec précaution à cause du sur-échantillonnage des cas, en comparaison avec les témoins, dans les études cas-témoins. Comme montré dans une étude de simulation précédente, la définition optimale des ensembles de sujets à risque pour l’analyse des données cas-témoins reste encore à être élucidée, et à être étudiée dans le cas des variables dépendant du temps. Objectif: L’objectif général est de proposer et d’étudier de nouvelles versions du modèle de Cox pour estimer l’impact d’expositions variant dans le temps dans les études cas-témoins, et de les appliquer à des données réelles cas-témoins sur le cancer du poumon et le tabac. Méthodes. J’ai identifié de nouvelles définitions d’ensemble de sujets à risque, potentiellement optimales (le Weighted Cox model and le Simple weighted Cox model), dans lesquelles différentes pondérations ont été affectées aux cas et aux témoins, afin de refléter les proportions de cas et de non cas dans la population source. Les propriétés des estimateurs des effets d’exposition ont été étudiées par simulation. Différents aspects d’exposition ont été générés (intensité, durée, valeur cumulée d’exposition). Les données cas-témoins générées ont été ensuite analysées avec différentes versions du modèle de Cox, incluant les définitions anciennes et nouvelles des ensembles de sujets à risque, ainsi qu’avec la régression logistique conventionnelle, à des fins de comparaison. Les différents modèles de régression ont ensuite été appliqués sur des données réelles cas-témoins sur le cancer du poumon. Les estimations des effets de différentes variables de tabac, obtenues avec les différentes méthodes, ont été comparées entre elles, et comparées aux résultats des simulations. Résultats. Les résultats des simulations montrent que les estimations des nouveaux modèles de Cox pondérés proposés, surtout celles du Weighted Cox model, sont bien moins biaisées que les estimations des modèles de Cox existants qui incluent ou excluent simplement les futurs cas de chaque ensemble de sujets à risque. De plus, les estimations du Weighted Cox model étaient légèrement, mais systématiquement, moins biaisées que celles de la régression logistique. L’application aux données réelles montre de plus grandes différences entre les estimations de la régression logistique et des modèles de Cox pondérés, pour quelques variables de tabac dépendant du temps. Conclusions. Les résultats suggèrent que le nouveau modèle de Cox pondéré propose pourrait être une alternative intéressante au modèle de régression logistique, pour estimer les effets d’expositions dépendant du temps dans les études cas-témoins

Radon in homes and risk of lung cancer: collaborative analysis of individual data from 13 European case-control studies

Objective: To determine the risk of lung cancer associated with exposure at home to the radioactive disintegration products of naturally Occurring radon gas. Design: Collaborative analysis of individual data from 13 case-control studies of residential radon and lung cancer. Setting Nine European countries. Subjects 7148 cases Of lung cancer and 14 208 controls. Main outcome measures: Relative risks of lung cancer and radon gas concentrations in homes inhabited during the previous 5-34 years measured in becquerels (radon disintegrations per second) per cubic incite (Bq/m(3)) Of household air. Results: The mean measured radon concentration in homes of people in tire control group was 97 Bq/m(3), with 11% measuring > 200 and 4% measuring > 400 Bq/m(3). For cases of lung cancer the mean concentration was 104 Bq/m(3). The risk of lung cancer increased by 8.4% (95% confidence interval 3.0% to 15.8%) per 100 Bq/m(3) increase in measured radon (P = 0.0007). This corresponds to an increase of 16% (5% to 31%) per 100 Bq/m(3) increase in usual radon-that is, after correction for the dilution caused by random uncertainties in measuring radon concentrations. The dose-response relation seemed to be linear with no threshold and remained significant (P=0.04) in analyses limited to individuals from homes with measured radon < 200 Bq/m(3). The proportionate excess risk did not differ significantly with study, age, sex, or smoking. In the absence of other causes of death, the absolute risks of lung cancer by age 75 years at usual radon concentrations of 0, 100, and 400 Bq/m(3) would be about 0.4%, 0.5%, and 0.7%, respectively, for lifelong non-smokers, and about 25 times greater (10%, 12%, and 16%) for cigarette smokers. Conclusions: Collectively, though not separately, these studies show appreciable hazards from residential radon, particularly for smokers and recent ex-smokers, and indicate that it is responsible for about 2% of all deaths from cancer in Europe.

Impact of random and systematic recall errors and selection bias in case--control studies on mobile phone use and brain tumors in adolescents (CEFALO study)

Whether the use of mobile phones is a risk factor for brain tumors in adolescents is currently being studied. Case--control studies investigating this possible relationship are prone to recall error and selection bias. We assessed the potential impact of random and systematic recall error and selection bias on odds ratios (ORs) by performing simulations based on real data from an ongoing case--control study of mobile phones and brain tumor risk in children and adolescents (CEFALO study). Simulations were conducted for two mobile phone exposure categories: regular and heavy use. Our choice of levels of recall error was guided by a validation study that compared objective network operator data with the self-reported amount of mobile phone use in CEFALO. In our validation study, cases overestimated their number of calls by 9% on average and controls by 34%. Cases also overestimated their duration of calls by 52% on average and controls by 163%. The participation rates in CEFALO were 83% for cases and 71% for controls. In a variety of scenarios, the combined impact of recall error and selection bias on the estimated ORs was complex. These simulations are useful for the interpretation of previous case-control studies on brain tumor and mobile phone use in adults as well as for the interpretation of future studies on adolescents.

What do case-control studies estimate? Survey of methods and assumptions in published case-control research

To evaluate strategies used to select cases and controls and how reported odds ratios are interpreted, the authors examined 150 case-control studies published in leading general medicine, epidemiology, and clinical specialist journals from 2001 to 2007. Most of the studies (125/150; 83%) were based on incident cases; among these, the source population was mostly dynamic (102/125; 82%). A minority (23/125; 18%) sampled from a fixed cohort. Among studies with incident cases, 105 (84%) could interpret the odds ratio as a rate ratio. Fifty-seven (46% of 125) required the source population to be stable for such interpretation, while the remaining 48 (38% of 125) did not need any assumptions because of matching on time or concurrent sampling. Another 17 (14% of 125) studies with incident cases could interpret the odds ratio as a risk ratio, with 16 of them requiring the rare disease assumption for this interpretation. The rare disease assumption was discussed in 4 studies but was not relevant to any of them. No investigators mentioned the need for a stable population. The authors conclude that in current case-control research, a stable exposure distribution is much more frequently needed to interpret odds ratios than the rare disease assumption. At present, investigators conducting case-control studies rarely discuss what their odds ratios estimate.