Epidemiological Designs

Epidemiological Designs

นายแพทยสฤษดเดช เจรญไชย พบ.

Burden

of illness

Efficacy

Etiology

Causation

Effectiveness

Efficiency

Implementation

ทกข

สมทย

นโรธมรรค

1. INITIAL OBSERVATION IN LABORATORY OR CLINICAL FINDINGSDEFINITION OF DISEASE

2. DESCRIPTIVE STUDIESTO DETERMINE DISTRIBUTION OF DISEASE

3. FORMULATION OF HYPOTHESES

4. ANALYTICAL STUDIESTO TEST HYPOTHESES

5. EXPERIMENTAL STUDIESTO TEST HYPOTHESES AND SEARCH FOR MECHANISM AND PREVENTIVE MEASURES

EPIDEMIOLOGICAL APPROACH TO STUDY OF A PROBLEM

X - sectional

Cohort(Prospective)

Case-control(Retrospective)

EpidemiologicStudy

Experimental

Assigned Exposure

Natural Exposure

Laboratory

Animal

Human

Descriptive

Analytical

X-sectional

Longitudinal

Observational

No comparisongroup

Comparisongroup

Study of Epidemiology

Distribution of Diseases

( Descriptive Epidemiology )

Determinants of Diseases

( Analytic & Experimental )

&

Case report / Case series

Correlational / Ecological study

Descriptive epidemiology

Cross sectional / Prevalence study• วด Exposure และ Diseases (Prevalence) ในบคคล• อาจเปนขอมลปฐมภม หรอ ทตยภมกได

• วด Exposure และ Diseases ในชมชน• มกเปนขอมลทตยภม

กลม วดตวแปร (หรอโรค) ตางๆ รวม

โรค(หรอตวแปร)ทศกษา a b n

ไมมกลมเปรยบเทยบ - - -

แบงตามทมาของขอมล

Descriptive epidemiologyแบงตามล าดบเวลา

Retrospective descriptive study

=

Prospective descriptive study

=Retrospective chart review

Disease surveillance

Cross-sectional Descriptive study

=Prevalence survey

Study design

Step : Descriptive epidemiologyProblem

PersonTime

Set Hypothesis

Evaluate information

Place

Collect data (survey): Interview / Examination / Record

Case report / Case series

ประโยชน• คนพบโรคใหม ๆ

• คนพบปจจยเสยงใหม ๆ

• เปนขอมลพนฐานในดานปจจยเสยง หรอสาเหตในการศกษาเชงวเคราะห

ขอจ ากด• Case Report : ไมสามารถน าขอมล

ไปใชกบผปวยรายอนไดอยางถกตองเสมอไป

• Case Series : ไมสามารถใชสาเหตโรคทพบพสจนสมมตฐานได

Cross sectional / Prevalence study

ประโยชน• ทราบภาวะสขภาพ / ความตองการ

/ ปญหาของประชาชน

• ทราบความชกของปญหา และ ปจจยเสยงของประชาชน

• สามารถเปน Analytical study ไดหากปจจยเสยงดานพสจนไดวาไมเปลยนแปลงตามเวลา เชน หมเลอด เชอชาต ลายนวมอ

ขอจ ากด• ไมสามารถสรปไดวาโรคและปจจย

เสยง อะไรเกดขนกอนหลง

• ไมสามารถบอก Incidence ได(แมจะมการเกบเปนระยะๆ )

• ไมเหมาะกบการศกษาโรคทมระยะเวลาในการเกดโรคสน (หายเรว / ตายเรว)

Correlational / Ecological study

ประโยชน• ท าไดรวดเรว และไมสนเปลอง

เนองจากใชขอมลทตยภม

• เปนขอมลพนฐานในดานปจจยเสยง หรอสาเหตในการศกษาเชงวเคราะห

ขอจ ากด• ไมสามารถใชผลทได อางองกบ

ประชากรแตละคนได (Ecological Fallacy)

• ไมสามารถความคม confounding factor ได

Analytical studyCOHORT STUDY

CASE-CONTROLSTUDY

CROSS-SECTIONAL ANALYTIC STUDY

GROUP EXPOSURE+ EXPOSURE- TOTAL

OUTCOME+

(CASE)

a b n3

OUTCOME-(CONTROL)

c d n4

TOTAL n1 n2 n

Analytical study

Cross-sectional analytic studyCase VS ControlPresent exposure

Case-control study(retrospective study)

Cohort study (prospective study)Start

Past Exposure

CaseControl

DiseaseOccurrenceNon-exposure group

Exposure group

Cross sectional study

เปนรปแบบการศกษา ทแสดงใหเหนถงสภาพปญหาในขณะนน และเปนการสะทอนภาพในชวงเวลาทท าการศกษา แตไม

สามารถทราบวาตวแปรใดทเปนสาเหต หรอเปนผล และไมทราบวา exposure หรอ outcome สงใดเกดขนกอน หรอหลง

Cross sectional study

กลมทเปนปญหา

“CASES”กลมท

ไมเปนปญหา

“CONTROLS”

Study(Snapshot)

สมผสปจจยเสยง

ไมสมผสปจจยเสยง



ถกวดพรอมๆ กน

Point prevalence = Number of individuals with disease at a specific time

Population at that time

Period prevalence = Number of individuals with disease at a specific time

Population during the specified period

เปน Proportion ไมใช Rate

Prevalence

การวเคราะห Cross sectional study

มปจจย a b a+b

ไมมปจจย c d c+d รวม a+c b+d n

Prevalence rate=(a+c)/n

Prevalence Rate ในกลมมปจจย (P1) =a/(a+b)

Prevalence Rate ในกลมไมมปจจย (P2) =c/(c+d)

Prev. Ratio (PR)= P1/P2

Exposure rate ในกลมปวย=a/(a+c)

Exposure rate ในกลมไมปวย=b/(b+d)

Odds Ratio (OR) = (ad)/(bc)

ปจจยเกดกอนไมแนใจวาปจจยนนเกดกอน

ตวอยางของ Cross-Sectional Study

การสบบหร CHD CHD- รวม

สบบหร 70 345 415

ไมสบบหร 25 634 659

รวม 95 979 1074

PR= 4.45 OR= 5.15

95%CI PR= 2.86 6.90 95%CI OR= 3.20 8.28

SE= 0.22 SE= 0.24

เลอก Study Cross sectional Cumulative incidence

เลอก Study Case control Unmatched

Rate difference

Prevalence difference = a - b (a+b) (c+d)

Exposure difference = a - b (a+c) (b+d)

ความแตกตางของอตราความชกระหวางกลมทไดรบปจจยเสยงและไมไดรบปจจยเสยง

ความแตกตางของอตราการรบปจจยเสยงระหวางกลมทปวยและไมปวย

จากตวอยาง = 0.169 – 0.038 = 0.131 = 13.1%

จากตวอยาง = 0.737 – 0.544 = 0.193 = 19.3%

Case-control Study

เปนการศกษาการสมผสปจจยเสยงในอดต

เปรยบเทยบระหวางกลมศกษา

ทเปนโรค และ กลมทไมเปนโรค

Total Population

Source Population from which cases arise

Cases selected

for study

Controls selected

for study

# cases exposed*

# cases unexposed

# controls exposed

# controls unexposed

Descriptive analysis: Uni/Multivariate analysis:

• Crude and adjusted Odds ratio• Compare group characteristics

*before becoming a case

การค านวณอตราเสยง (Odds Ratio)

กลมทเปนปญหา

กลมทไมเปนปญหา





“CASES”

“CONTROLS”

a

c

b

จ านวน(ราย)

d

a + c

b + d

ad

กลมศกษาเปนโรค ไมเปนโรค

สมผส a bไมสมผส c d

อตราเสยง(odds ratio)

= odds ของการสมผสในกลม caseodds ของการสมผสในกลม control

= a / bc / d bc=

a + c b + d

=a + ca /a + cb /b + dc /b + dd /

Exposure rate ในกลมปวย

a / (a+c)

Exposure rate ในกลมไมปวย

b / (b+d)

ประเภทของ Case-Control Study

• Hospital-based vs. Community-based

• Unmatched vs. Matched• ไมควรเกน 1:4 เพราะไมเพมความเชอมน แตจะสนเปลองเวลา)

• Nested case-control study

- หาตวอยางศกษาไดงาย- ใหความรวมมอมากกวา- ลกษณะ Case & Control คลายกน- รวบรวม Exposure ไดงายกวา

- ก าหนดแหลง sample ไดงาย- Case & Control มาจากทเดยวกน- ประวต Exposure สะทอนผทไมมโรคจรงๆ (ใน รพ. เปนโรคอนๆ)

Nested case-control study• เหมอน case-control ทวไป แตศกษาใน cohort หนง ๆ

• คอตดตามกลมคนกลมหนงไปจนมการเกดโรคขน แลวยอนกลบมาด Exposure ในอดต แลวสมเลอกกลม control ขนมา

• หากเปน rare disease จะท าให OR ใกลกบ RR

Past Present Future

Cohort of Study

Disease

Non -Disease

(Case)

Control





มะเรงปอด

สบบหร ?เคย

ไมเคย

รวม

ใช ไมใช

1,2961,350

7 61

1,357 1,357

OR /=/ =1,350 7

1,296 61

xx

1,350

71,296

61 =192.9

21.29.1=

ผปวยในโรงพยาบาลตวอยาง

เลอก Study Case control Unmatched

ปรมาณการสบ (มวน/วน)

Cases Controls Odds Ratio (OR)

01-1415-2425+

สบทงหมดรวมทงสน

1.0

565

9.1

16.3

9.5

706

408445

182340

1,2961,350

1,357 1,357

7 61

7.0a

c

b

d565 / 7

706 / 61

a b445 / 7

408 / 61

a b 340 / 7

182 / 61

a b 1350 / 7

1296 / 61

95% CI 4.14-19.92

พนทศกษาวจย

CASE:มารดาทใหก าเนดทารก

พการแตก าเนด

CONTROL:มารดาทใหก าเนดทารก

ปกต

กลมศกษา CASE-CONTROL (126 ค)

วเคราะหเปรยบเทยบ

สมภาษณ

คลอด ร.พ. เดยวกน

Case-Control Study: Matched

X = สมผส - = ไมสมผส

คท Case Control

Case

Control

สมผส a cไมสมผส b d

สมผส ไมสมผส

OR matched = b/c

1 X X2 X -3 X -4 X X ... ... ... ... ... ...... ... ...... ... ... 124 X -125 - -126 - X

*** หมายเหต : ตงตารางตาม Epitable

กลมควบคม (Controls)ใชยา ไมใชยา

ใชยา 4 24

ไมใชยา 12 86

ผลการศกษา

กลมศกษา(Cases)

Odds Ratio = 24/12= 2.0

95% CI = 0.96-4.23

McNemar test

เลอก Study Case control Matched 1:1

การวเคราะห OR95% CI of OR= OR.exp[+1.96 SE(lnOR)]

SE(lnOR) =

ถา OR > 1 หมายความวาเปนปจจยเสยงของการเกดโรค

ถา OR < 1 หมายความวาเปนปจจยปองกนของการเกดโรค

ถา 95% CI of OR ไมมคา 1 รวมอย : ปจจยนนมความสมพนธตอการเกดโรค

ถา 95% CI of OR มคา 1 รวมอย : ปจจยนนไมมความสมพนธตอการเกดโรค

ขนตอน/ประเดนทตองพจารณา

1. Case selection: การเลอก case (มกเลอก incident case)

2. Control selection: การเลอก control (ตองเหมอน case ยกเวนไมเปนโรค)

3. Sample size calculation: ขนาดตวอยาง

4. Exposure assessment: การเกบขอมลเกยวกบ main risk factor และ cofactor (confounder) ตางๆ

5. Statistical analysis: การวเคราะหขอมล

6. Blas: อคต หรอ ความล าเอยง

Case-control Study

ขอด• เหมาะส าหรบการศกษาโรคทพบ

นอยและมระยะฟกตวนาน

• ใชเวลาด าเนนการไมนาน

• คาใชจายในการด าเนนการไมสง

• ใช Subject จ านวนนอย

• สามารถใชขอมลทมอยแลว

• สามารถศกษาปจจยทเกยวของกบโรคหนงๆ ไดหลายปจจย

• ไมคอยมปญหาจรยธรรม

ขอจ ากด• เกด Recall bias / Selection bias

• ประเมนความถกตองของขอมลท าไดยากหรอท าไมไดเลย

• เลอกกลมเปรยบเทยบทเหมาะสมไดยาก

• อาจล าดบเหตการณระหวางการสมผสปจจยและการเกดโรคไมได

• ไมสามารถหาอตราอบตการณได

• ไมเหมาะกบ Exposure ทพบยาก

Matched case-control study

ชอด

• เพมความแมนย าในการศกษาดวยขนาดประชากรทนอยกวา

• เลอก control ท าไดงายกวา

• ความแตกตางระวาง Case กบ control ไมเกดจากตวแปรทศกษา

ขอเสย

• เสยเวลาและคาใชจายเพม

• ถา case ไมมค control จะตองตด case นนทงไป

• ไมสามารถหาความสมพนธระวางตวแปรทใช match ได

Cohort study

• “Cohort” กลมคนทมลกษณะบางประการรวมกน

• ประชากรในพนทเกดโรค (source population)

• Examples of cohorts:

– คนงานในโรงงานแหงหนง

– ผเขาชมเกมฟตบอลเกมหนง

– ผทอาศยอยในชมชนเดยวกน

Cumulative incidence = Number of new cases of disease over a period of time

Population at risk

Incidence density = Number of new cases of disease over a period of time

Person - time

Cumulative Incidence เปนสดสวน (Proportion)* ใชในกรณประชากรปดIncidence Density เปนอตรา (Rate) ใชในกรณประชากรเปด

* นยมเรยกเปนอตราปวย (Risk, Attack rate)

Incidence Rate

Cohort study

ประชากรกลมศกษา

กลมทสมผสปจจยเสยง

กลมทไมสมผสปจจยเสยง

คดผเปนโรคออก

เวลาเรมศกษาตดตาม

สนสด

ศกษาตดตาม

เกดโรค

ไมเกดโรค


เกดโรค


T1T0

การค านวณอตราเสยง(Relative Risk หรอ RR)

อตราเสยง

(Relative Risk) =

RR = le / lo

อตราอบตการณของโรคในกลมทสมผสปจจยเสยง

อตราอบตการณของโรคในกลมทมไดสมผสปจจยเสยง

c / c + d

ประชากรกลมศกษา

กลมทสมผสปจจยเสยง

กลมทไมสมผสปจจยเสยง

คดผเปนโรคออก


เกดโรค



เกดโรค


a + b ราย

c + d ราย

a ราย

b รายc ราย

d ราย

RR = a / a + b

Cohort study : การวเคราะหขอมล

ความเสยง (risk / AR) ของการปวยในกลมมปจจย = a / ( a + b )ความเสยง (risk / AR) ของการปวยในกลมไมมปจจย = c / ( c + d )

Risk Ratio (RR)* = a / ( a + b )c / ( c + d )

เปรยบเทยบความเสยงในการปวยของคนทมปจจยกบคนทไมมปจจย

ปวย ไมปวย รวม

มปจจยเสยง a b a + b

ไมมปจจยเสยง c d c + d

รวม a + c b + d a+b+c+d

* Rate ratio เมอเปนประชากรเปด

= ผวจย ณ จดเรมตนของการศกษา

Prospective cohort study

Exposure Disease??

Retrospective cohort study

Exposure Disease??

Concurrent

Non - concurrent

Cohort study

มปจจย

ไมมปจจย

Case

Non-case

Case

Non-case

Case Non-case Total

Ate 9 16 25

Not eat 7 113 120

RR = 6.2, 95%CI 2.5, 15.1

Shigellosis outbreak : สงสยวาผกดองเปนอาหารทเปนสาเหตของการปวย

ผทรบประทานผกดองมความเสยงตอการปวยเปน 6 เทาของผทไมรบประทาน

เลอก Study Cohort Cumulative incidence

พนง.บรษท 35 - 59 ป (4.361 คน)

(214 คน)

เรมศกษาตดตาม

สนสดเวลา

(2,050 คน)

BMI Group

(1,547 คน)

(550 คน)

# DM cases

0

23

47

43

ตดตาม5 ป

ผอม

ปกต

นน. เกน

อวน

อตราอบตการณ

น าหนกตว # รวม # DM IR* RR

นอย

ปกต

เกนปกต

อวน

อตราเสยง

270

2,680

2,479

855

0

23

47

43

*อตราอบตการณ ตอ 1,000 คน ตอ 5 ป

0

8.6

19.0

50.3

1.0

2.2

5.8

-

การแปลความหมาย Relative Risk

RR = 1 การสมผสหรอไดรบปจจยเสยงหรอไมนน

ไมมผลตอการเกดโรคหรอภาวะทสนใจศกษา

RR > 1 การสมผสหรอไดรบปจจยเสยงเพมโอกาสเสยงตอ

การเกดโรคหรอภาวะทสนใจศกษา

RR < 1 การสมผสหรอไดรบปจจยเสยงลดโอกาสเสยงตอ

การเกดโรคหรอภาวะทสนใจศกษา หรอเปน

การปองกน (Protective factor)

Relative Risk vs. Attributable Risk

AR = Ie - IoRR = Ie / Io

มปจจยเสยง

ไมมปจจยเสยง

อตราอบตการณ (ตอ 1,000 คน/ป)

5

10

10 / 1,0005 / 1,000

=

= 2 เทา

= 10 – 5 (/ป)1,000

= 5 / 1,000 / ปหมายความวาผทไดรบปจจยเสยงจะท าใหเสยง หรอ ปวยเพมขน 5 คน ตอ 100 ประชากร

อตราเสยงกระทบ ( Attributable Risk )



อบตการณทเกดจากปจจยเสยง

อบตการณทมไดเกดจากปจจยเสยง

ค




ก




Background Risk

ข

มะเรงปอด

โรคหวใจ

140 10

RR AR

14.0 130

669 413 1.6 256

อตราตายตอ 100,000 ตอ ป

สบ ไมสบ

การตายดวยโรคมะเรงปอดและโรคหวใจ

ในผทสบและไมสบบหร

อตรา

ตาย

/100

,000

/ ป

สบ สบไมสบ ไมสบ

มะเรงปอด โรคหวใจ

130

256

14010

669

413

Attributable Fraction (Exposed)



อตราอบตการณ (ตอ 1,000 คน/ป)

5

10

หมายความวาผทไดรบปจจยเสยงจะท าใหโรคเพมขน 50 %หรอถาก าจดความเสยงจะลดโรคลงได 50 %

AF = RR- 1 RR

RR = 2

= 2 – 12

X 100 = 50 %

AF = Ie - Io = 10 – 510Ie

X 100 = 50 %

AR% = AFx100

Population Attributable FractionPAF = Ip – Io

หมายความวาถาก าจด Exposure ไดจะสามารถลดอบตการณในกลมประชากรได %

Ip

PAF = Pe (RR-1)1+Pe (RR-1)

Pe = สดสวนการไดรบ Exposure ในประชากร

Ip = อบตการณในกลมประชากร

Population Attributable risk % = PAF x 100

ด efficacy

Cohort Study

ขอด• ค านวณ Incidence และ RR ไดโดยตรง

• แนใจวา Exposure เกดกอน Outcome

• เหมาะกบโรคทม Rare exposure

• ศกษาหา Multiple outcomes จาก

Exposure เดยวกนได

• มอคตนอยกวาการศกษาเชงสงเกตอน ๆ

• เปนการศกษาเชงสงเกตทดทสดในการ

พสจนความสมพนธเชงเหตและผล

ขอจ ากด• ใชเวลาในการศกษานาน

• ตองการขนาดตวอยางในการศกษามาก

• คาใชจายสง

• ไมเหมาะกบการศกษาโรคทพบไดนอยมากๆ

• การสญหายของตวอยางจะท าใหความแมนย าของการศกษาลดลง

• การวนจฉยโรคอาจเปลยนแปลงไปตามกาลเวลา ท าใหผลการศกษาคลาดเคลอนได

Case-Control or Cohort : ท าอะไรด ??• ขนกบประชากรในพนทเกดการระบาด/ศกษา

– ประชากรในพนทเกดการระบาดมขอบเขตชดเจน

– สามารถเกบขอมลไดทกคน หรอเกอบหมดทกคน

• Use a cohort study

– พนททเกดการระบาด / กลมประชากรทเกดการระบาด ไมมขอบเขตชดเจน

– พนทใหญ / ประชากรมจ านวนมาก เกบขอมลไดไมหมด

• Use a case-control study

Experimental study

เปนการศกษาโดยผวจยก าหนดสถานการณการทดลอง

เปนการศกษาไปขางหนา ตดตามผลโดยการเปรยบเทยบ

อตราการเกดโรคในกลมทมปจจย และไมมปจจยทศกษา

การวเคราะห RRประสทธภาพ

• ถา RR <1 Attributable Fraction (AF) = (1-RR) x 100

• ถา RR >1 Attributable Fraction (AF) = (RR-1) /RR x 100

ถา RR>1 หมายความวากลมทดลองม Outcome มากกวากลมเปรยบเทยบ

ถา RR<1 หมายความวา กลมทดลองม Outcome นอยกวากลมเปรยบเทยบ

ถา 95% CI of RR ไมมคา 1 รวมอย หมายความวา กลมทดลองม Outcome แตกตางกลมเปรยบเทยบ

ถา 95% CI of RR มคา 1 รวมอย หมายความวา กลมทดลองม Outcome ไมแตกตางกลมเปรยบเทยบ

ตวอยางการวเคราะห Intervention Study

การใหยา หาย ไมหาย รวม

ใหม 85 40 125

ปกต 100 35 135

RR= 0.92

95%CI RR= 0.79 1.07

SE= 0.08


วคซน ปวย ไมปวย รวม

ได 75 127 202

ไมได 195 42 237

RR= 0.45

95%CI RR= 0.37 0.55

SE= 0.10

วคซนประสทธภาพ=55%ลดโรคได 45-63% ทความเชอมน 95%

ตวอยางการวเคราะห Intervention Study


เลอก Study Vaccine efficacy Cohort study

เลอก Study Vaccine efficacy Control method

Percentage of Pop Vaccinated = A+B / N x100Percentage of Case Vaccinated = A / A+C x100

Experimental Study

ขอด• Eliminate confounder

• Reduce likelihood of bias

• Useful for examination of small or moderate effect of exposure upon outcome

• Statistical efficient

ขอจ ากด• Limited generalization

• Ethical problem

• Relatively expensive

ความเชอถอไดของการศกษา

Documents

Epidemiological Designs