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
Base Razionale
(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
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
Red Bull consumption
USMLE Score
time
Studio Trasversale: struttura
Consumo di Red Bull
Risultato/
Punteggio di USMLE
Tempo
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
Risk ratio
(relative risk)
Disease
Yes
No
Yes
A
B
No
C
D
Risk
Factor
A
A+B
C
C+D
Misure dell’Associazione
Fattori di
Rischio (Rischio
Malattia
Fattori
di
Rischio
Yes
No
Yes
A
B
No
C
D
Relativo)
A
A+B
C
C+D
Cross-sectional study: minuses
-
Cannot determine causality
Red Bull consumption
USMLE Score
time
Studi trasversali: Aspetti negativi
Non si può determinare la Causalità
Consumo di Red Bull
USMLE
Punteggio
tempo
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
present
past years
ACTUAL CASES
4th year UCSF students
who matched in “highly
selective specialty X”
Red Bull consumption
YES
Red Bull consumption
NO
ACTUAL CONTROLS
4th year students who failed
to match in “highly selective
specialty X”
time
Strutture dei casi controllo
presente
Anni precedenti
consumatori Red Bull
YES
ACTUAL CASES
Studenti per la selezione
specialità X
consumatori Red Bull
NO
ACTUAL CONTROLS
Studenti respinti
tempo
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
Odds ratio
(relative risk)
Disease
Yes
No
A*D
_______
B*C
Yes
A
B
No
C
D
Test
Misure di associazione
Effetto/malattia
Yes
No
Odds ratio
(relative risk)
A*D
_______
B*C
Yes
A
B
No
C
D
Test
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
Prospective cohort study structure
The present
The future
Top USMLE scorers
Everyone else
time
Prospettive delle stutture degli
studi di coorte
Presente
Futuro
Persone con I punteggi più alti
(per l’ammissione)
Anche qualcun’altro
tempo
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
Classic (Concurrent)
Cohort Study
- 10
-5
Exposed subjects
Disease
Unexposed subjects
Disease
Today
+5
+ 10
Time in Years
Exposed subjects
Unexposed subjects
- 10
-5
Disease
Historical
(Non-concurrent)
Cohort Study
Disease
Today
Time in Years
+5
+ 10
Tempo nello studio di coorte
Soggetti Esposti
Studio classico di coorte
(Concurrent)
- 10
-5
Effetto/Malattia
Soggetti Non esposti
oggi
Effetto/Malattia
+5
+ 10
tempo in anni
Soggetti esposti
Soggetti non esposti
- 10
-5
Effetto/Malattia
storico
retrospettivo
Cohort Study
Effetto/Malattia
oggi
Time in Years
+5
+ 10
Time in the Cohort Study


Exposed
subjects



d
d
d

d = Disease

Unexposed
subjects


d

- 10
-5
Today
Time in Years
+5
+ 10
Tempo nello studio di coorte


Soggetti
Esposti



d
d
d

d = effetto/malattia

Soggetti non
Esposti


d

- 10
-5
oggi
Tempo in Anni
+5
+ 10
Measures of Risk
DEPENDENT VARIABLE (disease)
Without
With
INDEPENDENT
VARIABLE
(risk factor)
Exposed
a
b
a+b
Unexposed
c
d
c+d
a+c
Incidence:
Relative risk:
b+d
a
a+b
;
a
a+b
c
c+d
c
c+d
Misura del rischio
Variabile dipendente (effetto/malattia)
Esposti
VARIABILE
INDIPENDENTE
(Fattore di Rischio) Non Esposti
Con
Senza
a
b
a+b
c
d
c+d
a+c
Incidenza:
Rischio Relativo:
b+d
a
a+b
;
a
a+b
c
c+d
c
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