Propensity score (PS) methods are widely used to estimate treatment effects in non-randomized studies. Variance is typically estimated using sandwich or bootstrap methods, which can either treat the PS as estimated or fixed. The latter is thought to be conservative. Comparisons between the sandwich and bootstrap estimators have been compared in moderate to large sample sizes, favoring the bootstrap estimator. With the growing interest in treatments for rare disease and externally controlled clinical trials, very small sample sizes are not uncommon and the asymptotic properties of sandwich estimators may not hold. Bootstrap methods that allow for PS re-estimation can also generate problems with quasi-separation in small samples. It is unclear whether it is safe to prefer sandwich estimators or to assume that treating the PS as fixed is conservative. We conducted a Monte Carlo simulation to compare the performance of bootstrap versus sandwich variance and CI estimators for average treatment effects estimated with PS methods. We systematically evaluated the impact of treating the PS as fixed versus re-estimating it. These methodological comparisons were performed using Inverse Probability of Treatment Weighting (IPTW) and Augmented Inverse Probability of Treatment Weighting (AIPW) estimators. Simulations assessed performance under various conditions, including small sample sizes and different outcome and treatment prevalences. We illustrate the differences in our motivating example, the LIMIT-JIA trial. We show that the sandwich estimators can perform quite poorly in small samples, and fixed PS methods are not necessarily conservative. A stratified bootstrap avoids quasi-separation and performs well. Differences were large enough to alter statistical conclusions in our motivating example, LIMIT-JIA.


翻译:倾向得分(PS)方法广泛应用于非随机化研究中的处理效应估计。方差通常通过三明治估计法或自助法进行估计,这些方法可将PS视为估计值或固定值处理。后者通常被认为是保守的。三明治估计量与自助估计量在中等至大样本量下的比较研究倾向于支持自助估计量。随着对罕见疾病治疗及外部对照临床试验的关注日益增加,极小样本量情况并不少见,此时三明治估计量的渐近性质可能不再成立。允许PS重新估计的自助法在小样本中也可能导致拟分离问题。目前尚不清楚优先选择三明治估计量或假设将PS视为固定值是否安全可靠。我们通过蒙特卡洛模拟比较了基于PS方法估计平均处理效应时,自助法与三明治法在方差和置信区间估计上的性能。我们系统评估了将PS视为固定值与重新估计的影响。这些方法学比较采用逆概率处理加权(IPTW)和增强逆概率处理加权(AIPW)估计量进行。模拟评估了多种条件下的性能,包括小样本量、不同结局发生率及处理流行率。我们在LIMIT-JIA试验的案例中展示了这些差异。结果表明,三明治估计量在小样本中表现可能较差,且固定PS方法未必保守。分层自助法可避免拟分离问题且表现良好。在LIMIT-JIA案例中,这些差异足以改变统计结论。

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