Tipi di Disegno di Studio

Objectives To understand the difference between

descriptive and analytic studies

To identify the hierarchy of study designs, and the strengths and weakness of each design

To be able to apply different study designs to the same research question

Obiettivi Comprendere le differenze tra studi

descrittivi e analitici

Identificare la gerarchia di disegni di studio, e le forze e la debolezza di ogni disegno

Essere capaci di applicare diversi disegni di studio alla stessa domanda di ricerca

Types of Studies

Descriptive Studies

Observational Analytic Studies Cross Sectional studies Case Control studies Cohort studies

Experimental Studies Randomized controlled trials

Tipi di Studio

Studi Descrittivi

Studi Analitici e di Osservazione Studi Trasversali Studi Caso Controllo Studi di Coorte

Studi Sperimentali Casualizzato prove controllate

Hierarchy of Study Types

Descriptive•Case report•Case series•Survey

Analytic

Observational•Cross sectional•Case-control•Cohort studies

Experimental•Randomized controlled trials

Strength of evidence for causality between a risk factor and outcome

Gerarchia dei tipi di studio

Descrittivi•Rapporto di Caso•Serie di Caso•Esame

Analitici

Osservazionali•Trasversali•Caso-Controllo•Studi di Coorte

Sperimentali•Casualizzato prove controllate

Forza dell'evidenza per la causalità tra un fattore di rischio e conseguenza

Descriptive studies Getting a “lay of the land”

Surveys (NHIS, MCBS) “How many men in the U.S. filled Viagra

prescriptions in 2004?”

Describing a novel phenomena Case reports or case series

Viagra-associated serous macular detachment.

Sildenafil-associated nonarteritic anterior ischemic optic neuropathy.

Studi Descrittivi Trovando una “disposizione della terra"

Esami (NHIS, MCBS) "Quanti uomini hanno richiesto/avuto nell'U.S.

una prescrizioni di Viagra nel 2004?"

Descrivendo un nuovo fenomeno Casi riportati o serie di casi

Distacco di macular sieroso (distacco della retina) associato al Viagra.

Alterazioni della retina e neuropatia ottico ischemica anteriore non arteriosa

Descriptive studies Cannot establish causal relationships

Still play an important role in describing trends and generating hypotheses about novel associations

Studi Descrittivi Non possono stabilire relazioni causali

Possono giocare però un importante ruolo nel descrivere andamenti ed ipotesi generatrici su possibili associazioni di ipotesi

Analytic Studies Attempt to establish a causal link between

a predictor/risk factor and an outcome.

You are doing an analytic study if you have any of the following words in your research question: greater than, less than, causes, leads to,

compared with, more likely than, associated with, related to, similar to, correlated with

Studi Analitici Tentano di stabilire un collegamento

causale tra un fattore predittivo/rischio e un effetto/risultato.

Lei sta facendo uno studio analitico se ha una qualsiasi delle seguenti parole nel quesito di ricerca: maggiore di, minore di, causa, conduce a,

confronto con, più probabile che, associato con, riferito a, simile a, correllato con

Hierarchy of Study Types

Descriptive•Case report•Case series•Survey

Analytic

Observational•Cross sectional•Case-control•Cohort studies

Experimental•Randomized controlled trials

Strength of evidence for causality between a risk factor and outcome

Research Question

Is the regular consumption of Red Bull associated with improved academic

performance among U.S. medical students?

Domanda di Ricerca

Il consumo regolare di Red Bull (Toro Rosso)è associato con una migliorata prestazione

accademica fra gli studenti U.S. di medicina?

Rationale

“functional drink” designed for periods of mental and physical exertion. performance, concentration, memory,

reaction time, vigilance, and emotional balance

Taurine + glucuronolactone + caffeine

(quale è il supporto logico della ricerca che si vuole fare)

la "bibita funzionale" disegnata per periodi dell'esercizio mentale e fisico. Performance, la concentrazione, memoria,

tempo di reazione, vigilanza, ed equilibrio emotivo/emozionale

Taurina + il glucuronolactone + la caffeina

Base Razionale

Cross-sectional Study Cross-sectional study of UCSF medical students

taking USMLE Step 2

Questionnaire administered when registering for USMLE 2 Primary predictor: self-report of >3 cans Red Bull per

week for the previous year Covariates: Age, sex, undergraduate university, place

of birth

Outcome: Score on USMLE Step 2

Studi Trasversali Studio trasversale di studenti in medicina di

UCSF che prendono USMLE Passo 2

Il questionario somministrato al momento della registrazione per USMLE 2 Fattori predittivi primari: più di 3 barattoli di Red Bul

per settimana nell’anno precedente Covariabili : Età, sesso, carriera universitaria, luogo di

nascita

Risultato: Punteggio all’esame di ammissione a USMLE passo 2

Cross-sectional study: structure

time

USMLE Score

Red Bull consumption

Studio Trasversale: struttura

Tempo

Risultato/Punteggio di USMLE

Consumo di Red Bull

Cross-sectional Study: Descriptive value:

How many UCSF medical students drink Red Bull?

What is the age and sex distribution of UCSF medical students who drink Red Bull?

Analytic value: Is there an association between regular Red Bull

consumption and test scores among UCSF med students? Univariate Multivariate (controlling for “confounders”)

Studi Trasversali:

Valore Descrittivo: Quanti studenti di medicina di UCSF bevono Red Bull? Quale è l'età e la distribuzione per sesso degli

studenti in medicina di UCSF che bevono Red Bull? Valore Analitico:

Qual’è l’associazione tra Red Bull, il suo regolare consumo e i risultati d’esame tra gli studenti di medicina di UCSF? Una sola variabile Più variabili (controllante I fattori di confondimento)

Cross-sectional Study: Pluses

+ Prevalence (not incidence)

+ Fast/Inexpensive - no waiting!

+ No loss to follow up

+ Associations can be studied

Studi Trasversali: Vantaggi

+ Prevalenza (non l'Incidenza)

+ Veloce/Poco costoso - nessuna attesa!

+ Nessuna perdita al follow up

+ Le associazioni possono essere studiate

Measures of association

Disease

Yes No

Risk Facto

r

Yes A B

No C D

Risk ratio (relative risk)

AA + B

CC + D

Misure dell’Associazione

Malattia

Yes No

Fattori di

Rischio

Yes A B

No C D

Fattori di Rischio (Rischio

Relativo)

AA + B

CC + D

Cross-sectional study: minuses

time

- Cannot determine causality

USMLE Score

Red Bull consumption

Studi trasversali: Aspetti negativi

tempo

Non si può determinare la Causalità

USMLE Punteggio

Consumo di Red Bull

Cross-sectional study: minuses

- Cannot determine causality

- Cannot study rare outcomes

Studi Trasversali: Aspetti negativi

- Non si può determinare la Causalità

- Non si può usare per malattie rare

What if you are interested in the rare outcome?

The association between regular Red Bull consumption and… A perfect score on the USMLE – Step 2 Graduating top 1% of the medical school

class Acceptance into a highly selective residency

ANSWER: A Case-Control study

Che cosa fate se siete interessati ad un effetto raro?

L'associazione tra il regolare consumo di RedBull e… Un risultato perfetto sull'USMLE. Passo 2 Top della graduatoria 1% degli

studenti ????? di scuola medica L'accettazione in una residenza

estremamente selettiva

RISPOSTA: Uno studio Caso-Controllo

Case-Control Study

Cases: 4th year med students accepted to residency in “highly selective specialty X”.

Controls: 4th year med students who applied but were not accepted.

Predictor: self-reported regular Red Bull consumption Additional covariates (age, sex, medical school,

undergraduate institution)

Studio Caso-Controllo

Casi : 4 anni studenti medicina hanno accettato la residenza in “highly selective specialty X”.(specializzazione X altamente selettiva)

Controlli: 4 anni studenti che hanno fattp domanda ma non sono stati accettati.

Predittivo: il consumo regolare di Red Bull Addizionali covariate (età sesso, scuola di medicina

precedente)

Case control studies

Investigator works “backward” (from outcome to predictor)

Sample chosen on the basis of outcome (cases), plus comparison group (controls)

Studi caso controllo

Il ricercatore lavora all’indietro (dall’effetto al fattore di rischio)

Il campione è scelto sulla base dell’effetto (casi), più un gruppo di confronto (controlli)

Case-control study structure

time

ACTUAL CASES4th year UCSF students who matched in “highly

selective specialty X”

ACTUAL CONTROLS4th year students who failed to match in “highly selective

specialty X”

Red Bull consumptionYES

Red Bull consumptionNO

presentpast years

Strutture dei casi controllo

tempo

ACTUAL CASESStudenti per la selezione

specialità X

ACTUAL CONTROLSStudenti respinti

consumatori Red BullYES

consumatori Red BullNO

presenteAnni precedenti

Case control studies Determines the strength of the association

between each predictor variable and the presence or absence of disease

Cannot yield estimates of incidence or prevalence of disease in the population (why?)

Odds Ratio is statistics

Studi casi controllo Misurano la forza dell’associazione tra

ciascuna variabile predittiva e la presenza o assenza di effetto (malattia)

Non possono invece stimare l’incidenza o la prevalenza di effetto (malattia) nella popolazione ( perchè?) non sono un campione rappresentativo della popolazione

La forza dell’associazione viene misurata dal Odds Ratio (rapporto di disparità)

Case-control Study: pluses

+ Rare outcome/Long latent period

+ Inexpensive and efficient: may be only feasible option

+ Establishes association (Odds ratio)

+ Useful for generating hypotheses (multiple risk factors can be explored)

studi casi controllo:aspetti positivi

+ studia malattie rare/periodi di latenza lunghi

+ poco costoso ed efficente: può essere l’unica opzione praticabile

+ verifica e misura una associazione(odds ratio)

+ e’ utile per generare delle ipotesi (possono essere esplorati molteplici fattori di rischio)

Case-control study-minuses

- Causality still difficult to establish

- Selection bias (appropriate controls)

- Recall bias: (retrospective observation)

- Cannot tell about incidence or prevalence

Studi caso controllo:aspetti negativi

- La casualità rimane difficile da stabilire

- Problemi di selezione (controlli appropriati)

- Problemi di ricordo: (osservazioni retrospettive)

- Non può dire niente su incidenza o prevalenza

Measures of association

Disease

Yes No

TestYes A B

No C D

Odds ratio (relative risk)

A * D_______

B * C

Misure di associazione

Effetto/malattia

Yes No

TestYes A B

No C D

Odds ratio (relative risk)

A * D_______

B * C

Cohort Study All entering medical students surveyed regarding

beverage consumption and variety of other potential covariates

Survey updated annually to record changes in Red Bull consumption

Outcomes: USMLE Step 1 score, USMLE Step 2 score, match in first choice residency

Studi di coorte Tutte le matricole di medicina sono state

interrogate sul consumo di Red Bul e una quantità di altre covariate

Annualmente è stato aggiornato lo studio registrando i cambiamenti nel consumo di Red Bul

effetti: punteggi per l’ammissione allo step 1 e per lo step 2, appaiamento nella prima amissione alla specializzazione

Cohortes studies• A cohort (follow-up, longitudinal) study is a

comparative, observational study in which subjects are grouped by their exposure status, i.e., whether or not the subject was exposed to a suspected risk factor

• The subjects, exposed and unexposed to the risk factor, are followed forward in time to determine if one or more new outcomes (diseases) occur• Subjects should not have outcome variable on entry• No new subjects allowed in after initial recruitment

• The rates of disease incidence among the exposed and unexposed groups are determined and compared.

Studi di coorte• Una coorte (follow-up, longitudinale) è uno studio

comparativo, studio osservazionale nel quale il soggetto è raggruppato a seconda dello stato di esposizione, i.e., se I soggetti sono stati o no esposti ad un fattore di rischio

• I soggetti, esposti e non esposti ad un fattore di rischio sono seguenti in avanti nel tempo se uno o più nuovi effetti compaiono• I soggetti non dovrebbero avere l’effetto/malattia nel

momento dell’entrata (dello studio)• Non possono entrare nuovi soggetti dopo il reclutamento

iniziale (la coorte è chiusa)

• I tassi di incidenza degli effetti/malattia dai gruppi esposti e non esposti saranno misurati e confrontati

Elements of a cohort study

Selection of sample from population Measures predictor variables in sample Follow population for period of time Measure outcome variable

Elementi di studio di coorte

Selezione di un campione della popolazione Misura delle variabili predittive nel campione Si segue la popolazione per un periodo di

tempo Misura variabile di effetto

time

The present The future

Top USMLE scorers

Everyone else

Prospective cohort study structure

tempo

Presente Futuro

Persone con I punteggi più alti (per l’ammissione)

Anche qualcun’altro

Prospettive delle stutture degli studi di coorte

Strengths of cohort studies Know that predictor variable was present before

outcome variable occurred (some evidence of causality)

Directly measure incidence of a disease outcome

Can study multiple outcomes of a single exposure (RR is measure of association)

Punti di forza degli studi di coorte Sapere che la variabile predittiva era presente

prima della comparsa della variabile di effetto (prova di cusalità)

Si può fare la misura diretta dell’incidenza

Posso studiare molti effetti di una singola esposizione (rischi relativo è la misura dell’associazione)

Weaknesses of cohort studies Expensive and inefficient for studying rare

outcomes Often need long follow-up period or a very large

population Loss to follow-up can affect validity of findings

Debolezza degli studi di coorte Costosi ed inefficenti per studiare

effetti/malattie rare Spesso sono necessari lunghi periodi di follow –

up o grandissime popolazioni I persi al follow-up possono incidere

negativamente sulla validità dei risultati

Other types of cohort studies Retrospective cohort

Identification of cohort, measurement of predictor variables, follow-up and measurement of outcomes have all occurred in the past

Much less costly than prospective cohorts Investigator has minimal control over study

design

Altri tipi di studi di coorte Studio retrospettivo

Identificazione,della coorte misurazione e predizione delle variabili follow-up e misurazione degli effetti che si sono verificati nel passato

Molto meno costoso che la coorte prospettica

L’investigatore ha un minimo controllo sul disegno dello studio (quello che c’è c’è)

Time in the Cohort Study

Exposed subjects

Unexposed subjects

Classic (Concurrent) Cohort Study

Disease

Disease

Today + 5- 5- 10 + 10

Historical (Non-concurrent) Cohort Study

Exposed subjects

Unexposed subjects

Disease

Disease

Time in Years

Today + 5- 5- 10 + 10

Time in Years

Tempo nello studio di coorte

Soggetti Esposti

Soggetti Non esposti

Studio classico di coorte (Concurrent)

Effetto/Malattia

Effetto/Malattia

oggi + 5- 5- 10 + 10

storico retrospettivo Cohort Study

Soggetti esposti

Soggetti non esposti

Effetto/Malattia

Effetto/Malattia

Time in Years

oggi + 5- 5- 10 + 10

tempo in anni

Time in the Cohort Study

d = Disease

Exposed subjects

Unexposed subjects

Today

Time in Years

+ 5- 5- 10 + 10

d

d

d

d

Tempo nello studio di coorte

d = effetto/malattia

Soggetti Esposti

Soggetti non Esposti

oggi

Tempo in Anni

+ 5- 5- 10 + 10

d

d

d

d

Measures of Risk

DEPENDENT VARIABLE (disease)

INDEPENDENT VARIABLE (risk factor)

Exposed

With Without

Unexposed

a b

c d

a + c b + d

a + b

c + d

Incidence: a

a + b ; c

c + d

a

Relative risk: a + bc

c + d

Misura del rischio

Variabile dipendente (effetto/malattia)

VARIABILE INDIPENDENTE (Fattore di Rischio)

Esposti

Con Senza

Non Esposti

a b

c d

a + c b + d

a + b

c + d

Incidenza: a

a + b ; c

c + d

a

Rischio Relativo: a + bc

c + d

Other types of cohort studies Nested case-control study

Case-control study embedded in a cohort study Controls are drawn randomly from study sample

Un altro tipo di studio di coorte Studio casi controllo annidato

Studi caso controllo formati (arruolati) in uno studio di coorte

I controlli sono tratti in maniera casuale dall’intera coorte