Análise de Sobrevivência: o fator tempo na predição clínica

Censura, risco, trajetórias longitudinais e modelos para perguntar quando — não apenas se

Aprendizado de Máquina para Saúde — Pós-graduação

Abertura: o paciente que desapareceu

Linha temporal de ensaio clínico com pacientes vivos, eventos e perdas de seguimento

Mensagem central: em dados clínicos, não observar o evento não significa que o evento nunca aconteceu.

Em um ensaio oncológico de 5 anos, parte dos pacientes ainda está viva ao final e parte se perde no seguimento. Se tratarmos todos como “sem evento”, ficamos otimistas. Se jogarmos fora esses casos, ficamos enviesados.

Exemplo aplicado: paciente muda de cidade no terceiro ano. Sabemos que sobreviveu pelo menos 3 anos, mas não sabemos se chegou ao quinto.

Sugestão visual: linhas de vida individuais, com círculos para evento e setas para censura.

O que você faria com um paciente que desaparece do estudo: excluir, assumir sobrevivência ou modelar a incerteza?

A aula em uma pergunta

Como estimar risco clínico quando cada paciente é acompanhado por tempos diferentes — e alguns eventos nunca são observados?

1 Definir

evento, início e tempo de seguimento.

2 Reconhecer

censura e riscos competitivos.

3 Estimar

curvas e fatores de risco.

4 Modelar

trajetórias com estatística, ML e deep learning.

De “vai acontecer?” para “quando acontece?”

Mensagem central: classificação binária perde informação quando o tempo é parte da pergunta clínica.

Dois pacientes podem ter o mesmo desfecho final — por exemplo, óbito — mas trajetórias muito diferentes. Morrer em 2 meses ou em 5 anos não é o mesmo sinal prognóstico nem a mesma decisão clínica.

Exemplo aplicado: em transplante, “mortalidade em 1 ano” é mais acionável do que “morreu em algum momento”.

Comparação entre rótulo binário e curva de risco ao longo do tempo

Em qual problema da sua área o horizonte temporal muda completamente a decisão?

Evento, tempo zero e horizonte

Mensagem central: uma análise de sobrevivência começa antes do modelo: começa com uma definição clínica precisa.

Evento

O que conta? Óbito, recidiva, reoperação, falha do implante, internação ou progressão?

Tempo zero

Quando a contagem começa? Diagnóstico, cirurgia, início do tratamento, alta ou primeira consulta?

Horizonte

Qual janela importa? 30 dias, 1 ano, 5 anos ou tempo até próximo evento?

Exemplo aplicado: “falha de prótese de quadril” pode significar dor, soltura radiológica, revisão cirúrgica ou incapacidade funcional. Cada definição gera uma coorte diferente.

Qual definição de evento seria clinicamente mais honesta no problema do implante de quadril?

Censura à direita: informação incompleta, não ausência de evento

Linhas de seguimento com eventos e censura à direita

Mensagem central: censura preserva uma informação parcial: o paciente ficou livre do evento até certo tempo.

A censura à direita ocorre quando o estudo termina, o paciente se perde no seguimento ou ainda não teve evento até a última observação. O erro comum é tratar censura como “zero evento para sempre”.

Exemplo aplicado: no último contato, o paciente estava vivo no mês 36. Isso não prova sobrevivência até o mês 60.

Quando a perda de seguimento pode deixar de ser “aleatória” e virar fonte de viés?

Kaplan–Meier: a escada da sobrevivência

Mensagem central: Kaplan–Meier estima a probabilidade de permanecer sem evento ao longo do tempo.

A curva cai quando há eventos e marca censuras sem derrubar a sobrevivência naquele ponto. Ela é não-paramétrica: descreve a experiência observada sem impor uma forma matemática rígida.

Exemplo aplicado: comparar sobrevida livre de progressão entre dois tratamentos oncológicos.

Curva Kaplan-Meier em degraus com censuras marcadas

Sugestão visual: curva em degraus com pequenas marcas verticais nos tempos censurados.

Uma curva Kaplan–Meier separada visualmente basta para afirmar diferença clínica relevante?

Referência: Kaplan & Meier (1958).

Cox: fatores que aceleram ou desaceleram o risco

Modelo de Cox relacionando covariáveis clínicas a hazard ratio

Mensagem central: o modelo de Cox estima como covariáveis alteram a velocidade de ocorrência do evento.

O resultado mais conhecido é o hazard ratio. Um HR maior que 1 indica maior taxa instantânea de evento; menor que 1 sugere efeito protetor. Mas a interpretação depende da suposição de riscos proporcionais.

Exemplo aplicado: idade, tabagismo e biomarcador inflamatório podem aumentar o risco de readmissão ao longo do tempo.

Quando um hazard ratio pode soar objetivo, mas esconder uma história clínica mais complexa?

Referência: Cox (1972).

Riscos proporcionais: a suposição que precisamos respeitar

Mensagem central: Cox é elegante, mas pede que o efeito relativo das covariáveis seja aproximadamente estável no tempo.

Quando faz sentido

  • O efeito de um fator é relativamente constante.
  • As curvas não se cruzam dramaticamente.
  • O objetivo é interpretação parcimoniosa.
  • A amostra sustenta ajuste estatístico.

Quando acende alerta

  • Efeito de tratamento muda após meses.
  • Curvas se cruzam.
  • Biomarcador varia ao longo do tempo.
  • Há interações não-lineares fortes.

Exemplo aplicado: uma cirurgia pode aumentar risco nos primeiros 30 dias e reduzir risco depois de 1 ano. Um único HR pode simplificar demais.

Como você explicaria para um clínico que “risco proporcional” é uma hipótese, não uma verdade do paciente?

Dados longitudinais: linha do tempo do paciente

Linha do tempo com baseline, medições repetidas, mudança de tratamento, evento e censura

Mensagem central: o paciente não é uma linha em uma planilha; é uma sequência de estados, medições e decisões.

Características podem mudar: HbA1c, creatinina, fração de ejeção, tratamento, dose e adesão. Modelos precisam respeitar quando cada informação estava disponível.

Exemplo aplicado: usar creatinina medida depois do evento para predizer o evento é vazamento temporal.

Que variáveis do seu problema são realmente fixas e quais mudam ao longo da trajetória?

Formato largo ou longo?

Formato largo

Uma linha por paciente; colunas repetidas por tempo.

id | HbA1c_0 | HbA1c_6 | HbA1c_12 | evento | tempo 01 | 8.1 | 7.6 | 8.4 | 1 | 18

Útil para modelos simples e janelas fixas.

Formato longo

Múltiplas linhas por paciente; uma linha por medida ou intervalo.

id | inicio | fim | HbA1c | tratamento | evento 01 | 0 | 6 | 8.1 | metformina | 0 01 | 6 | 12 | 7.6 | insulina | 0 01 | 12 | 18 | 8.4 | insulina | 1

Melhor para variáveis dependentes do tempo.

Qual formato evita melhor o vazamento temporal no seu caso de uso?

Riscos competitivos: quando outro evento fecha a porta

Mensagem central: nem todo “não observei o evento” é censura simples; às vezes outro evento torna o desfecho impossível.

Se estudamos morte por câncer, morrer por infarto impede a observação futura da morte por câncer. Tratar isso como censura comum pode superestimar riscos.

Exemplo aplicado: falha de implante de quadril compete com óbito antes da revisão cirúrgica.

Fluxo de paciente podendo ter evento de interesse, evento competitivo ou censura

No problema que você pesquisa, quais eventos impedem a observação do evento principal?

Referências: Fine & Gray (1999); Putter et al. (2007).

Avaliação: por que MAE não resolve?

Mensagem central: métricas comuns de regressão falham quando parte dos tempos verdadeiros é desconhecida.

1

C-index

Mede concordância: quem teve maior risco realmente teve evento antes?

2

Brier score

Avalia erro probabilístico em horizontes temporais específicos.

3

Calibração

Pergunta se risco previsto de 20% em 1 ano vira, de fato, perto de 20%.

Exemplo aplicado: paciente censurado em 24 meses pode ter falha real em 25 ou 80 meses. Não há “tempo verdadeiro” completo para calcular MAE de forma ingênua.

Você preferiria um modelo que ordena bem o risco ou que calibra bem probabilidades em 1 ano?

Referências: Harrell et al. (1982); Uno et al. (2011).

ML para sobrevivência: mais flexibilidade, novas armadilhas

Modelos estatísticos, árvores, boosting e deep learning para sobrevivência

Mensagem central: ML amplia a capacidade de capturar não-linearidades, mas não elimina censura, viés e necessidade de validação temporal.

Random Survival Forests, gradient boosting e redes neurais podem modelar relações complexas. Ainda assim, precisam de desenho de coorte, validação externa, calibração e interpretabilidade proporcional ao risco de uso.

Exemplo aplicado: prever falha de dispositivo cardíaco usando idade, fração de ejeção, internações prévias, biomarcadores e trajetória de medicações.

Quando a flexibilidade do ML compensa a perda de interpretabilidade de um Cox bem especificado?

Referências: Ishwaran et al. (2008); Katzman et al. (2018); Lee et al. (2018).

Deep survival: aprender interações com o tempo

Mensagem central: redes neurais de sobrevivência são úteis quando risco emerge de interações complexas, mas exigem mais dados, monitoramento e humildade estatística.

Poucos eventos

Muitos preditores e poucos eventos geram instabilidade.

Censura informativa

Perdas de seguimento podem carregar sinal clínico.

Drift temporal

Tratamentos e protocolos mudam ao longo dos anos.

Caixa-preta

Decisão clínica exige rastreabilidade e explicação proporcional ao risco.

Exemplo aplicado: um modelo treinado antes de uma nova terapia oncológica pode superestimar mortalidade atual.

Que evidência convenceria você de que um modelo profundo de sobrevivência é seguro para uso clínico?

Exemplos aplicados: doenças crônicas e trajetórias

Três trajetórias clínicas: diabetes, síndrome mielodisplásica e dispositivo cardíaco

Mensagem central: análise de sobrevivência é uma linguagem para descrever evolução, transição e tempo até dano.

Diabetes tipo 2

Trajetórias de HbA1c podem revelar subgrupos com risco diferente de complicações microvasculares.

Síndromes mielodisplásicas

Estados probabilísticos ajudam a modelar progressão e transição para leucemia.

Transplante e LVAD

Estimativas de mortalidade em 1 ano informam momento de intervenção e priorização.

Seu problema clínico é melhor descrito por um evento único, recorrência ou transição entre estados?

Atividade: o arquiteto da coorte longitudinal

Cenário: o hospital quer prever o tempo até falha de um implante de quadril. O modelo será usado para planejar revisões, orientar seguimento e identificar pacientes que precisam voltar mais cedo.

1

Medicina

Definir evento: dor, soltura radiológica, revisão cirúrgica ou incapacidade?

2

Epidemiologia

Definir coorte, tempo zero, perdas, riscos competitivos e viés de seguimento.

3

Computação

Propor formato do banco, modelo candidato e validação temporal.

4

Gestão

Decidir como o resultado mudaria agenda, contato ativo e priorização.

10 min · desenhar coorte 10 min · escolher dados e métrica 10 min · discutir riscos

Material da atividade: decisões mínimas

Pergunta: quanto tempo até falha clinicamente relevante do implante?

Definir: 1. Tempo zero: data da cirurgia? data da alta? primeira revisão? 2. Evento: revisão cirúrgica? dor persistente? soltura radiológica? 3. Censura: fim do estudo, perda de seguimento, mudança de hospital. 4. Competidor: óbito antes da falha. 5. Covariáveis: idade, sexo, comorbidades, tipo de prótese, técnica, complicações. 6. Métrica: C-index, calibração em 1/5 anos, Brier score.

Qual escolha acima mais mudaria o resultado do modelo?

Checklist para não se enganar

  1. Cuidado com tempo zero

Entradas e desfechos precisam começar no mesmo relógio clínico.

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  1. Cuidado com vazamento

Não use informação medida depois do evento para prever o evento.

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  1. Cuidado com validação

Separe treino e teste respeitando tempo, serviço e mudanças de prática.

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Mensagem central: sobrevivência não é uma técnica a mais; é uma forma de pensar o dado clínico como trajetória incompleta.

Qual desses três cuidados é mais fácil de violar sem perceber?

O que levar da aula

Passamos de “o paciente terá o evento?” para “em quanto tempo, sob quais condições, e com que incerteza?”.

Censura importa

Ignorar perdas e acompanhamentos desiguais distorce risco.

Tempo é dado clínico

Quando algo foi medido pode ser tão importante quanto o valor medido.

Modelo não salva coorte ruim

Definição de evento, tempo zero e validação são decisões clínicas e metodológicas.

Referências essenciais

  • Austin, P. C., Lee, D. S., & Fine, J. P. (2016). Introduction to the Analysis of Survival Data in the Presence of Competing Risks. Circulation.
  • Cox, D. R. (1972). Regression Models and Life-Tables. Journal of the Royal Statistical Society: Series B.
  • Fine, J. P., & Gray, R. J. (1999). A Proportional Hazards Model for the Subdistribution of a Competing Risk. Journal of the American Statistical Association.
  • Harrell, F. E. et al. (1982). Evaluating the Yield of Medical Tests. JAMA.
  • Ishwaran, H. et al. (2008). Random Survival Forests. The Annals of Applied Statistics.
  • Kaplan, E. L., & Meier, P. (1958). Nonparametric Estimation from Incomplete Observations. Journal of the American Statistical Association.
  • Katzman, J. L. et al. (2018). DeepSurv: personalized treatment recommender system using a Cox proportional hazards deep neural network. BMC Medical Research Methodology.
  • Lee, C. et al. (2018). DeepHit: A Deep Learning Approach to Survival Analysis With Competing Risks. AAAI.
  • Putter, H., Fiocco, M., & Geskus, R. B. (2007). Tutorial in biostatistics: competing risks and multi-state models. Statistics in Medicine.
  • Uno, H. et al. (2011). On the C-statistics for evaluating overall adequacy of risk prediction procedures with censored survival data. Statistics in Medicine.

Próximo encontro

Vimos associações temporais. Agora vem a pergunta mais difícil: o tratamento causou a melhora ou apenas acompanhou pacientes menos graves?