Joint spatio-temporal modelling of brain cancer incidence and mortality in Norway

Abstract

I denne oppgaven modelleres bade insidens og dødelighet for hjernekreft i Norge over de siste 50 årene. Dette er gjort for å prøve å oppdage underliggende geografiske- og tidsmessige trender hos sykdommen. Insidens- og dødelighetstall for hjernekreft kan være svært små for noen aldersgrupper eller tidsperioder. I tillegg er overlevelsesraten for hjernekreft ganske lav. På grunn av dette er det antatt at det er korrelasjon mellom insidens og dødelighet, noe som gjør at man kan låne informasjon mellom de to sykdomsprosessene for å kunne øke den effektive utvalgsstørrelsen. Dette gir mulighet for å inkludere både kjønns- og aldersspesifikke komponenter i tillegg til den romlige effekten som er skalert ved hjelp av en utfallsspesifikk parameter. Dette er gunstig ettersom dataene er gitt for begge kjønn i perioden 1969 til 2018, og inndelt i 18 fylker, 9 aldersgrupper og 10 tidsperioder. Både den romlige modelleringen og rom-tid-modelleringen er gjennomført ved en Bayesiansk tilnærming, der inferensen utføres ved hjelp av “integrated nested Laplace approximations” (INLA). Videre er det brukt en hierarkisk struktur, som gir en mulighet til å ta hensyn til romlig avhengighet mellom nabofylker. Analysene er delt inn i romlig modellering av den nyligste tidsperioden, 2014–2018, og rom-tid-modellering av perioden 1969–2018. Det er spesielt interessant å inkludere den aldersspesifikke komponenten i modellene, siden hjernekreft er den nest vanligste krefttypen for små barn, etter leukemi. Resultatene for den romlige modelleringen av perioden 2014–2018 viste en endring i alderseffekten for både insidens og dødelighet for aldersgruppene 0–9 og 10–19. Denne endringen var mest tydelig for dødelighet. Resultatene viser at alderseffekten ikke er homogen for alle aldersgrupper, som nødvendiggjør inkluderingen av denne effekten. Den romlige effekten for rom-tid-modelleringen for perioden 1969–2018 viser et tydelig geografisk mønster med en generelt økende trend fra nord til sør. Det er en tydelig lavere romlig effekt i det nordligste fylket Finnmark, som var økende til de sørligste fylkene Vest- og Aust-Agder. Disse romlige resultatene var derimot ikke like merkbare i modelleringen for den nyligste perioden. For perioden 1969–2018 så man at den romlige effekten for insidens og dødelighet var omtrent identiske for begge kjønn, mens for perioden 2014–2018 var den romlige effekten for kvinner tydelig sterkere for insidens enn for dødelighet. Videre ser en at tidseffekten er høyere i 2018 enn den var i 1969. Likevel ser en en interessant nedgang for insidens de siste årene.

In this thesis, we jointly model brain cancer incidence and mortality in Norway over the last 50 years, in order to discover underlying geographical and temporal patterns in the disease. The incidence and mortality counts for brain cancer can be very scarce for certain age groups or time periods. The survival rate of brain cancer in Norway is quite low. Hence, it is assumed that incidence and mortality are correlated and therefore analysed jointly in order to borrow strength between the two disease processes and increase the effective sample size. This enables the inclusion of both gender-specific and age-specific components in addition to a shared spatial random effect scaled with an outcome-specific parameter. This is useful since the data is provided for both genders in the time period 1969 to 2018, subdivided into 18 counties, 9 age groups and 10 time periods. Spatial and spatio-temporal modelling in this thesis is done using a Bayesian approach, where the inference is based on the integrated nested Laplace approximations (INLA) methodology. We have used a hierarchical structure, which takes into account the spatial dependency between neighbouring counties. The analyses were separated into a sole spatial modelling of the most recent period 2014–2018 and a spatio-temporal modelling of the entire period 1969–2018. The age-specific component in the model was especially interesting to include, due to brain cancer being the second most common cancer in small children, after leukaemia. The results for the spatial modelling in 2014–2018 showed a change in the age effect for both incidence and mortality for the youngest children. This change was most noticeable for the mortality. These results show that the age effect is not homogeneous for all age groups. Hence, the age effect is necessary to include. For the spatio-temporal modelling in the entire period 1969–2018, the shared spatial effect showed a noticeable geographical pattern with a general increasing trend from north to south. There was clearly a lower spatial effect in the north, especially in Finnmark, and increasing to the southern counties Vest-Agder and Aust-Agder. These spatial results were not as apparent in the modelling from the recent period. For the entire period 1969–2018 the spatial effect for incidence and mortality were almost identical for both genders, with the spatial effect for women mortality being slightly larger for mortality than for incidence . However, for the single period 2014–2018, the spatial effect for women was clearly stronger for incidence than mortality. The temporal effect was higher in 2018 than it was in 1969. However, the last couple of years show an interesting decrease for the incidence.