臨床試驗統計分析報告SAS與R語言圖形表達宏程序的實現*

哈爾濱醫科大學衛生統計學教研室(150081) 張雷 吳瑩 侯艷 李康

目前我國的臨床試驗統計分析工作，通常由具有臨床試驗經驗的統計人員通過SAS軟件實現并給出統計分析報告。對于重要的研究結果，若能在統計分析報告中恰當配合統計圖形則更便于對結果的理解和解釋〔1〕。在SAS系統中，SAS/GRAPH作為專門的圖形可視化模塊具有十分強大的圖形表現功能，利用圖形功能可以在數據分析的同時更好地展現數據特點和相互之間的關系。SAS/GRPAH中提供了大量的圖形選擇和相應的選項，通過修改控制圖形的選項之后，可以生成各種圖形。然而，編制通用和具有特點的SAS繪圖宏程序，通常需要花費較多的時間。由于R語言在實現畫圖上具有更好的靈活性，如果能在SAS系統中實現對R語言畫圖程序的調用，則很容易實現由SAS宏給出的表格與圖形相結合的統計分析報告。

R語言畫圖

相對于其他統計分析軟件，R語言的一個重要特點是靈活的繪圖功能。首先，R語言繪制的圖形具有高印刷質素，通過tiff()等語句可在程序中實現高質素圖像的生成與保存。其次，可以在圖形中加入特殊的數學符號或公式，這是R語言的一大特色。再次，R語言通過高級繪圖命令與低級繪圖命令的結合，可以在程序中靈活地實現對坐標軸、各級標題及圖例等的編輯工作，也可以在圖形上添加額外的數據點，參照線或者文字標簽等，能夠滿足統計圖形繪制的各種要求。最后，基于R語言的開源與自由下載特性，軟件更新較快且具有豐富的網上資源，通過下載安裝各種程序包可以繪制許多特殊圖形〔2〕。綜合來看，R語言可以通過簡單靈活的程序控制語句，實現極強的繪圖功能，生成高質素圖形文件，并且完全通過程序語句實現，這些均有助于臨床試驗中包含圖形結果的統計分析報告的自動化生成。

SAS調用R畫圖程序的方法

1.SAS調用R的方法

將原始數據整理為繪圖所需的數據格式后，利用SAS導出外部文件數據集功能，將整理完成的數據集輸出為一個“.csv”文件。應用 R程序繪圖時，讀入剛剛輸出的“.csv”文件數據即可直接進行圖形的繪制。SAS可以通過MS-DOS命令實現對R的調用和運算。SAS調用MS-DOS的語句主要有:X command;CALL SYSTEM routine;Batchprocessing;SYSTASK statement;%SYSEXEC statement。本文主要涉及 X command和CALL SYSTEM routine這兩個命令。X命令是全局通用語句，可以在任意位置使用，但在數據步中不能使用條件語句來執行X命令;而CALL SYSTEM語句必須在數據步中執行，是可執行條件語句。這兩個語句默認是進行同步執行，這意味著在繼續執行SAS會話之前，DOS命令窗口和windows應用程序的執行需要引導。我們需要將程序存儲為擴展名為“.bat”或“.r”的文件，最后利用MS-DOS語句運行即可，運行后輸入EXIT可以返回SAS會話窗口。

2.圖像輸出

雖然SAS通過MS-DOS命令可以實現對R程序的調用，但由于SAS軟件窗口無法顯示R繪制出的圖形，若手動查找R輸出的圖形文件就失去了使用這一方法的意義。為了解決這一問題，在編寫SAS宏程序之前，可定義一個固定的文件輸出路徑及圖像文件格式作為全局SAS宏參數，方便每一次調用。SAS窗口雖不支持外部圖像的顯示，但SAS命令可以利用windows操作系統直接打開一個外部文件，其命令語句格式為“dm’wbrowse”()“’”。這樣便可以在SAS調用R程序繪制圖形后，直接打開所繪制的圖形。圖形輸出到統計報告中，可以利用SAS語言中的ODS命令來實現〔3－4〕。

3.SAS宏程序的Word文檔輸出

圖形編譯完成后，使用sink(“＜路徑\output.txt＞”)命令保存R程序的輸出結果，并在SAS程序中讀入該文件，同時使用SAS中的preimage命令讀入外部圖像文件，最后利用SAS ODS將圖形輸出至一個已存在的Word文檔中。將圖形結果輸出至Word文檔的SAS宏程序具體實現過程:

SAS圖形宏程序設計

我們利用SAS語言完成了部分臨床試驗統計分析報告需要的圖形宏程序〔5〕，具體內容見表1。

表1 臨床試驗統計分析主要圖形SAS宏程序列表

圖形宏程序實例

利用SAS調用R軟件繪制所需統計圖形，并將結果自動輸出至統計分析報告，實現步驟如下:

(1)首先整理出所需數據集，存放至目標位置;

(2)通過file語句和put語句，將繪制所需圖形的R程序輸出至目標位置的“.R”文件;

(3)利用SAS系統的X語句完成以下操作:①啟動R軟件;②調用(2)中生成的“.R”程序文件繪制所需圖形，并將結果存放至目標位置;③退出R軟件，返回SAS系統實現上述步驟的通用宏程序:

(4)通過SAS ODS將(3)中繪制的圖形傳輸至word文檔格式的統計報告中，實現統計報告中圖形結果的自動化輸出。

以下給出幾種常見統計圖形，說明上述步驟的SAS實現語句。

1.條圖(圖 1)

主要功能:直觀地顯示不同處理組的某一陽性事件的發生率，如比較試驗組與對照組治療高血壓的療效。SAS實現步驟:

圖1 實驗與對照組治療高血壓療效對比條形圖

2.復合條圖(圖2)

主要功能:直觀地顯示不同處理組的各癥狀在用藥前后的改善率，如比較試驗組與對照組治療感冒各項癥狀的有效率。

SAS實現步驟:

圖2 感冒膠囊用藥4天后與對照藥物各癥狀改善百分率(%)

3.誤差條圖(圖3)

主要功能:直觀地顯示不同處理組的有效率或某一陽性事件的發生率，如試驗組和對照組血壓的平均變化情況的誤差條圖。

SAS實現步驟:

圖3 實驗組和對照組血壓的平均變化情況的誤差條圖

4.箱式圖(圖4)

主要功能:用于非正態計量數據的統計描述，如試驗組與對照組服藥6周后的坐位血壓值的中位數及百分位數。

SAS實現步驟:

圖4 不同用藥時間的坐位血壓變化情況箱式圖

5.森林圖(圖5)

主要功能:描述不同試驗中心的有效率及區間估計，同時給出總有效率的可信間，可用于直觀地顯示不同中心試驗結果是否具有一致性。如各中心試驗組與對照組顯效率對比的森林圖。

SAS實現步驟:

圖5 各中心實驗組與對照組顯效率對比森林圖

6.頻數分布圖(圖6)

主要功能:描述一組或兩組計量指標的頻數分布，既可以用于比較試驗組和對照組的數量值的分布，也可以用于描述同一組試驗對象用藥前后的終點指標的變化情況。如試驗組與對照組6周后坐位血壓變化值對比圖。

SAS實現步驟:

圖6 實驗組與對照組6周后坐位血壓變化值對比圖

7.誤差點線圖(圖7)

主要功能:用于比較不同處理組間某連續變量的變化趨勢差異。如患者在治療6周過程中血K+的變化圖。SAS實現步驟:

圖7 患者在治療6周過程中血K+的變化

討 論

SAS語言和R語言作為兩種不同的常用統計分析和編程工具，各有其獨特之處。從應用上講，SAS語言更適于數據管理和統計分析，R語言在繪圖上更為簡單。為實現統計分析報告圖形的自動化輸出，我們可以結合兩種軟件各自的優點進行混合編程，即在SAS系統上通過MS-DOS命令調用R軟件繪制統計圖形，再利用SAS ODS功能將圖形結果直接輸出至Word格式的統計分析報告中，直觀地顯示分析結果。本文結合新藥臨床試驗中可能用到的圖形，如箱式圖、誤差條圖、百分條圖、點線圖等，說明了具體的混合編程方法，給出了通用性的SAS宏程序。按照本文給出的方法亦可根據實際需要給出其他圖形。

1.童新元，張高魁，姚晨.定性指標的SAS統計分析報表_SAS軟件在新藥臨床試驗統計分析中的應用.中國衛生統計，2011，20(1):50-51.

2.Norm Matloff.Rough guide to R，2011.

3.SAS BASE 使用手冊，2011.

4.SAS Institute Inc.Step-by-Step programming with base SAS software.Cary，NC:SAS Institute Inc，2001.

5.甘秀敏，蔡強，聶紹發.多變量重復測量方差分析統計報表輸出的SAS 宏實現.中國衛生統計，2012，29(1):142-144.