Measures in Epidemiology Panithee Thammawijaya Bureau of Epidemiology, DDC, MOPH Basic Ideas How epidemiologists work? 1. Counting: (นับจำนวน) Counts cases or health events, and describes them in terms of time, place, and person Descriptive Epidemiology 2. Dividing: (หำร) Divides the number of cases by an appropriate denominator to calculate “rates” 3. Comparing: (เปรี ยบเทียบ) Compares these “rates” over time or for different groups of people Analytic Epidemiology *คำว่ำ rate ในที่น้ ีใช้ในควำมหมำยทัว่ ไป หมำยถึง กำรหำรตัวเลขหนึ่งด้วยตัวเลขอีกตัวหนึ่ง 3 Count • Number of cases “we have 4 cases of DM” Simple but not informative How big of the population in which they are members? How serious of the situation if compare with other populations? Need to find appropriate denominator!! 4 Appropriate Denominator for Cervical Carcinoma? Total population All women (age groups) Population at risk 0-25 years Men Women 25-69 years 25-69 years 70+ years All of them still have cervix? Source: Basic Epidemiology, 2nd Ed., R Bonita, 2006 5 Ratio vs. Proportion vs. Rate • Ratio (อัตรำส่ วน) – เท่ำกับ A / B โดยที่ A จะเป็ นหรื อไม่เป็ นส่ วนหนึ่งของ B ก็ได้ และไม่จำเป็ นต้องมี หน่วยเดียวกัน – เช่น กำรตำยมำรดำต่อแสนกำรเกิดมีชีพ หรื อ อัตรำส่ วนจำนวนเตียงผูป้ ่ วยต่อจำนวน ประชำกร • Proportion (สัดส่ วน) – เท่ำกับ A / B โดยที่ A เป็ นส่ วนหนึ่งของ B และมีหน่วยเดียวกัน – มีค่ำอยูใ่ นช่วงตั้งแต่ 0 ถึง 1 (แต่อำจจะแสดงเป็ น ต่อร้อย ต่อหมื่น ต่อแสน ลลล) – เช่น สัดส่ วนของเพศชำยในประชำกรทั้งหมด • Rate (อัตรำ) – ในทำงระบำดวิทยำ หมำยถึง เท่ำกับ A / เวลำที่ทำกำรสังเกตุหรื อศึกษำ Exposure and Disease Exposure (ปัจจัย) Disease (โรค) Smoking Heart disease Alcohol Death by motorcycle accident Types of Measurement 1. Measure of frequency – วัดขนำดของโรคหรื อภำวะทำงสุ ขภำพ – เช่น ผูป้ ่ วยโรคควำมดันโลหิตสูงในจังหวัด ก มีจำนวนเท่ำใดในปี 2552 2. Measure of association – กำรวัดควำมสัมพันธ์ระหว่ำง “ปั จจัยที่ศึกษำ” และ “โรค” – เช่น กำรสูบบุหรี่ มีควำมเกี่ยวข้องกับกำรเกิดโรคมะเร็ งปอดหรื อไม่และ อย่ำงไร 3. Measure of impact – กำรวัดผลกระทบของกำรมีหรื อไม่มีปัจจัยที่ศึกษำต่อกำรเกิดโรค – เช่น วัคซีนหัดมีประสิ ทธิภำพต่อกำรป้ องกันโรคหัดดีแค่ไหน 1. Measure of Frequency Measure of Frequency • Prevalence (ควำมชุก): – กำรวัดขนำดของโรค “ที่มีอยู”่ ใน ณ เวลำที่กำหนด – นับรวมทั้งรำยใหม่และรำยเก่ำ • Incidence (อุบตั ิกำรณ์): – กำรวัดขนำดของโรคที่ “เกิดใหม่” ในช่วงเวลำที่กำหนด – สนใจเฉพำะรำยใหม่ Prevalence and Incidence P IxD D = average disease duration Incidence (I) New cases Prevalence (P) New + old cases Resolution •Cures •Deaths Measure of Frequency ? ? Exposure Disease Measure of Exposure frequency Smoking Smoking in Community A in 2009 1. Prevalence of smoking • Male 30% • Female 10% 2. Incidence of new smokers • 5/1,000 population Measure of disease frequency Heart disease Heart disease in Community A in 2009 1. Prevalence of heart disease • 1% 2. Incidence of heart disease • 3/1,000 population Prevalence or Incidence • ร้ อยละของคนที่ใส่แว่นตาในห้ องนี้ • จานวนผู้ท่เี ป็ นโรคความดันโลหิตสูงในห้ องนี้ • อัตราตายด้ วยโรคมะเร็งในบุคลากรสาธารณสุขในปี 25452550 • จานวนผู้ติดเชื้อเอ็ชไอวีรายใหม่ปี 2553 • จานวนผู้เสพยาม้ าในกรุงเทพมหานครในวันที่ 1 มิ.ย. 2554 • อัตราป่ วยโรคไข้ ชิคุนกุนยาในปี 2553 • จานวนคนที่น่ังหลับในขณะนี้ Prevalence 1. Point prevalence – ควำมชุก ณ จุดเวลำ (ในทำงปฏิบตั ิ คือ ช่วงเวลำที่แคบมำกๆ) – เช่น อัตรำควำมชุกของผูป้ ่ วยเบำหวำน ณ วันที่ 1 ตุลำคม 2552 = จำนวนผูป้ ่ วยเบำหวำน ณ วันที่ 1 ตุลำคม 2552 x 100,000 จำนวนประชำกร ณ วันที่ 1 ตุลำคม 2552 Population at risk 2. Period prevalence – ควำมชุก ณ ช่วงเวลำ – เช่น อัตรำควำมชุกของผูป้ ่ วยโรคควำมดันโลหิ ตสู งในปี 2552 = จำนวนผูป้ ่ วยเมื่อ 1 ม.ค. 2552 + ผูป้ ่ วยใหม่ในปี 2552 x 100,000 จำนวนประชำกรกลำงปี 2552 Population at risk Interpretation of Prevalence • Because prevalence depends on both incidence and disease duration, it is not as useful as incidence for studying causes of a disease. • It is useful for measuring disease burden on a population, especially if those who have the disease require specific medical attention. 15 Incidence 1. Incidence proportion ชื่ออื่นๆ ได้แก่ • Incidence risk • Cumulative incidence • Attack rate (ใช้กบั กำรระบำด) 2. Incidence rate ชื่ออื่นๆ ได้แก่ • • • • • Incidence density Force of morbidity/Force of mortality Hazard rate Person-time rate Disease intensity Incidence Proportion โอกำส หรื อ ควำมเสี่ ยง (Risk) ต่อกำรเกิดโรคในช่วงเวลำที่ ทำกำรศึกษำ ซึ่งจะบอกให้ทรำบว่ำ ผูท้ ี่ไม่มีโรคจำนวนหนึ่ง จะมีโอกำส โดยเฉลี่ยในกำรเกิดโรคขึ้นใหม่ภำยในระยะเวลำที่กำหนดไว้ เป็ น สัดส่ วนมำกน้อยเท่ำใด (มีค่าตั้งแต่ 0-1 หรื อ 0-100%) กำรติดตำม N คน เป็ นเวลำ t ปี พบผูป้ ่ วย x รำย incidence proportion = (x / N) = (x / N) / t Population at risk at the beginning ในเวลำ t ปี ต่อปี Interpretation of Incidence Proportion • Three assumptions required when calculating incidence proportion: – No migration, no deaths from other causes – At the beginning, all participants are at risk of the outcome of interest – Entire population at risk has been followed from the beginning of the study till the end • The only way to interpret incidence proportion, or “risk”, is to know the length of the time period over which the risk applies 18 Incidence Rate เป็ นกำรวัดว่ำกำรเกิดโรคในกลุ่มคนที่ยงั ไม่มีโรคนั้น เกิดขึ้นเร็ วหรื อช้ำ เพียงใด จึงเป็ นกำรวัดอัตรำกำรเกิดโรคโดยใช้ระยะเวลำของกำรเสี่ ยงต่อ กำรเกิดโรคของทุกๆ คนที่อยูใ่ นกำรศึกษำมำเป็ นฐำนของกำรคำนวณ กำรติดตำม N คน เป็ นเวลำ t ปี แต่ละคนมีระยะเวลำที่ติดตำมจริ งเท่ำกับ ti ปี โดย i=1, 2, 3, …, N พบผูป้ ่ วย x รำยในช่วงระยะเวลำดังกล่ำว Incidence Rate = x / ผลรวมของทุก ti = x / t1 + t2 + t3…+ tN Person-time at risk Interpretation of Incidence Rate • Describe how quickly disease occurs in a population • The occurrence of new cases from time zero to time t, per unit of time, relative to the size of the population at risk during that interval • Denominator for incidence rate is total person-time for the study period (the sum of person-time contributed to by each individual) 20 incidence proportion VS. Incidence Rate Property Incidence proportion Incidence Rate Smallest value 0 0 Greatest value 1 Infinity None Event per unit of time Probability Inverse of incidence time Units Interpretation 21 การติดตามประชากร 7 คนเป็ นเวลา 7 ปี รำยที่ 1 2 3 4 5 6 7 Y สุขภำพดี สูญหำยจำกกำรติดตำม Y ป่ วย Y ตำย Y 0 1 2 3 4 5 6 7 ปี ที่ติดตำมศึกษำ 22 ตัวอย่างของ Point prevalence รำยที่ 1 2 3 4 5 6 7 Y สุขภำพดี สูญหำยจำกกำรติดตำม Y ป่ วย Y ตำย Y 0 1 2 3 4 5 6 7 ปี ที่ติดตำมศึกษำ ความชุกของโรคเมื่อเริ่มต้ น = 2/7 = 0.28 = 28% 23 ตัวอย่างของ Period prevalence รำยที่ 1 2 3 4 5 6 7 Y สุขภำพดี สูญหำยจำกกำรติดตำม Y ป่ วย Y ตำย Y 0 1 2 3 4 5 6 7 ปี ที่ติดตำมศึกษำ ความชุกของโรคใน 7 ปี = 4 / 7 = 0.57 = 57% = 4 / 5 = 0.80= 80% 24 ตัวอย่างของ Incidence proportion รำยที่ 1 2 3 4 5 6 7 Y สุขภำพดี สูญหำยจำกกำรติดตำม Y ป่ วย Y ตำย Y 0 1 2 3 4 5 6 7 ปี ที่ติดตำมศึกษำ ความเสี่ ยงของการเกิดโรคใน 7 ปี = 2/5 = 0.4 = 40% 25 ตัวอย่างของ Incidence rate ช่วงเวลำที่มีสุขภำพดี ที่ติดตำมได้ (ปี ) รำยที่ 1 2 3 4 5 6 7 Y 7 3 0 6 1 0 3 Y Y 0 1 2 สุขภำพดี สูญหำยจำกกำรติดตำม ป่ วย Y ตำย ปี ที่ติดตำมศึกษำ เวลาทีต่ ิดตาม = 7+3+0+6+1+0+3 = 20 คน-ปี incidence rate ในช่ วงเวลาที่ตดิ ตาม 7 ปี = incident cases / PT = 2 / 20 = 0.10 / คน-ปี 3 4 5 6 7 26 Crude vs Specific Measures • Crude (overall) Incidence/Prevalence – Incidence/prevalence among total population at risk = # of cases/deaths among total pop. at risk # of total pop. at risk – Eg. National cancer incidence in 2009 • Specific Incidence/Prevalence – Incidence/prevalence among subpopulation = # of case/deaths among subpop. at risk/ # of that subpop. at risk – Eg. • Age-specific cancer incidence • Gender-specific DM prevalence • Food-specific attack rate Differences among specific incidence/prevalence are important for generating hypotheses! 27 Incidence VS Prevalence Incidence Prevalence Numerator Number of new cases of disease during a specified period of time Number of existing cases of disease at a given point of time Denominator Population at risk Population at risk Focus Whether the event is a new case Time of onset of the disease Presence or absence of a disease Time period is arbitrary; rather a “snapshot” in time Uses •Expresses the risk or speed of becoming ill •The main measure of acute diseases or conditions, but also used for chronic diseases •More useful for studies of causation •Estimates the probability of the population being ill at the period of time being studied •Useful in the study of the burden of chronic diseases and implication for health services Common (Mis)uses of “Rate” • อัตราอุบัตกิ ารณ์ = Incidence rate อัตราป่ วย (ระหว่ างการระบาด) = Attack rate = # of new cases / # of pop at risk at the beginning • อัตราความชุ ก = Prevalence rate = # of existing cases at a point of time / # of pop at risk at that point of time • อัตราตาย = Mortality/Death rate = # of deaths / # of pop at the beginning • อัตราป่ วยตาย = Case-fatality rate = # of deaths from a disease / # of cases of that diseases at the beginning Common Pitfalls • ใช้กำรวัดผิด (Prevalence or Incidence?) –เช่น ควำมพิกำรแต่กำเนิด • ใช้ตวั หำรผิด –ไม่ได้นำเฉพำะประชำกรกลุ่มเสี่ ยงมำหำร • เรี ยกชื่อผิด –ใช้คำว่ำอัตรำไม่เหมำะสม 2. Measure of Association Measures of Association Exposure ? Disease Types of measure depend on types of variables and study designs 1. 2. 3. 4. 5. Risk ratio (RR) Incidence Rate ratio (IRR) Odds ratio (OR) Prevalence ratio (PR) Correlation coefficient (r) for continuous outcome and exposure variable การวัดความสัมพันธ์ ระหว่ างปั จจัยกับโรค • วัดในลักษณะของกำรหำร (Ratio scale) – Risk ratio – Rate ratio – Odds ratio – Prevalence ratio • วัดในลักษณะของกำรลบ (Difference scale) – Risk difference – Rate difference 33 Ratio Scale (1) • Risk ratio (RR) – A ratio of two incidence proportions – E.g. incidence proportion of mumps in nonvaccinees/ incidence proportion of mumps in vaccinees – Used in Cohort study (with count data) • Rate ratio/ Incidence Rate Ratio (IRR) – A ratio of two incidence rates – E.g. incidence rate of CA lung in smoker/ incidence rate of CA lung in nonsmoker – Used in Cohort study (with person-time data) Ratio Scale (2) • Odds ratio (OR) – A ratio of two odds – Mostly used in case-control study but can be used in crosssectional study (called “prevalence odds ratio”), or cohort study with count data (called “risk odds ratio”) • Prevalence ratio (PR) – A ratio of two prevalence – Used in cross-sectional study Difference Scale • Risk difference (RD) – So called “Attributable risk” – A difference of two incidence proportions – E.g. incidence proportion of mumps in nonvaccinees incidence proportion of mumps in vaccinees – Used in Cohort study (with count data) • Rate difference/ Incidence Rate difference (IRD) – A difference of two incidence rates – E.g. incidence rate of CA lung in smoker - incidence rate of CA lung in nonsmoker – Used in Cohort study (with person-time data) การเกิดโรคอุจจาระร่ วงในงานเลีย้ งแห่ งหนึ่ง (Cohort study with count data) ป่ วย ไม่ ป่วย รวม กินยาทะเล 150 50 200 ไม่ กนิ ยาทะเล 10 90 100 160 140 300 รวม Incidence proportion ในกลุ่มที่กินยาทะเล = 150 / 200 = 75% Incidence proportion ในกลุ่มที่ไม่กินยาทะเล = 10 / 100 = 10% Risk ratio = 7.5 Risk difference = 65% 37 การสูบบุหรี่กับการเกิดมะเร็งปอด (Cohort study with person-time data) ป่ วย เวลาทีต่ ิดตาม (คน-ปี ) สู บบุหรี่ 90 30,526 ไม่ สูบบุหรี่ 10 28,364 รวม 100 58,890 Incidence rate ในกลุ่มที่สูบบุหรี่ = 90 / 30,526 = 2.9 ต่อ 1000 คน-ปี Incidence rate ในกลุ่มที่ไม่สูบบุหรี่ = 10 / 28,364 = 0.5 ต่อ 1000 คน-ปี Rate ratio = 5.8 , Rate difference = 2.4 ต่อ 1000 คน-ปี การเกิดโรคอาหารเป็ นพิษในโรงเรี ยนแห่ งหนึ่ง (Case-control study) ป่ วย ไม่ ป่วย กินลอดช่ องกะทิ 40 15 ไม่ กนิ ลอดช่ องกะทิ 15 35 รวม 55 50 Odds of an event A = Prob (A occurred) Prob (A not occurred) Odds ของการกินลอดช่องในกลุ่มผูป้ ่ วย = (40/55) / (15/55) = 40/15 = 2.67 Odds ของการกินลอดช่องในผูไ้ ม่ป่วย = (15/50) / (35/50) = 15/35 = 0.43 Odds ratio = Odds of exposure in cases Odds of exposure in noncases Odds ratio = 2.67 / 0.43 = 6.21 การสารวจการออกกาลังกายกับโรคหัวใจขาดเลือด (Cross-sectional study) ป่ วย ไม่ ป่วย รวม ไม่ ออกกาลังกายสม่าเสมอ 15 85 100 ออกกาลังกายสม่าเสมอ 5 95 100 20 180 200 รวม Prevalence ของโรคในกลุ่มทีไ่ ม่ ออกกาลังกายสม่าเสมอ = 15 / 100 = 15% Prevalence ของโรคในกลุ่มทีอ่ อกกาลังกายสม่าเสมอ = 5 / 100 = 5% Prevalence ratio = 3 40 The Null Value Protective Effect stronger weaker 1 Ratio Scale 0 Difference Scale Causative Effect weaker The null value (no association) stronger 41 Applications • Ratio Scale Measures: RR, IRR, OR, PR – assess strength of association – Mostly use in explanatory studies (causal assessment) • Difference Scale Measures: RD, IRD, PD – assess amount of the cases/outcomes that may be associated with the exposure – E.g. RD represent excess risk among exposed group – Mostly use in predictive studies (public health impact assessment) •All measures that were calculated from incidence proportion should always be stated the period of observation 42 •All interpretations above assume that there is no bias 3. Measure of Impact Measures of Impact Associated? Exposure Ratio scale Disease Difference scale Measure of Association: guides causal relationships Measure of Impact: place the association found into meaningful public health context and decision How much an exposure contributes to the disease frequency in the population? Concept of Impact Measurement Epidemiological measurements used for prediction the impact of an intervention (removal of exposure) on the disease occurrence in the population CAUSAUL RISK FACTORS • Causal risk factor (RR>1) • We estimate the excess number of cases that would not have occurred = Attributable number or excess number (AE) • Can be expressed in terms of = Attributable fraction (attributable risk percent) PROTECTIVE RISK FACTORS • Protective risk factor (RR<1) • We estimate the prevented number of cases that would occurred =Prevented number (AP) • Can be expressed as a proportion =Prevented fraction Ex: Alcohol drinking and motorcycle accident Attributable Fraction among the Exposed (AFe) AFe = Incidence Proportion IE RD = IE – IU IU Exposed Unexposed RD IE = IE – IU IE = RR – 1 RR I = Incidence AFe = proportion of the risk of a disease among the exposed group that is attributable to the exposure of interest 47 การเกิดอุบัตเิ หตุในช่ วงเทศกาล ดื่มสุ รา ไม่ ดื่มสุ รา รวม เกิดอุบัติเหตุ ไม่ เกิด รวม 75 25 100 20 180 200 95 205 300 Incidence proportion ในกลุ่มดืม่ สุ รา = 75 / 100 = 75% Incidence proportion ในกลุ่มทีไ่ ม่ ดมื่ สุ รา = 20 / 200 = 10% Risk difference = 65% Attributable fraction among the Exposed Population (AFe) = 65/75 = 87% แปลว่ำ... •87% ของคนที่ดื่มสุ รำแล้วเกิด อุบตั ิเหตุ เป็ นผลจำกกำรดื่มดังกล่ำว หรื อ... •หำกทำให้คนกลุ่มดังกล่ำวไม่ได้ดื่ม สุ รำ จำนวนผูเ้ กิดอุบตั ิเหตุในกลุ่ม ดังกล่ำวจะลดลง 87% 48 Attributable Fraction among Population (AFp) Incidence Proportion AFp = Ip – Iu Ip Ipopulation - Iunexposed Population Unexposed AFp = proportion of the risk of a disease among total population that is attributable to the exposure of interest การเกิดอุบัตเิ หตุในช่ วงเทศกาล ดื่มสุ รา ไม่ ดื่มสุ รา รวม เกิดอุบัติเหตุ ไม่ เกิด รวม 75 25 100 20 180 200 95 205 300 Incidence proportion ในประชากรทั้งหมด = 95 / 300 = 32% Incidence proportion ในกลุ่มทีไ่ ม่ ดมื่ สุ รา = 20 / 200 = 10% Attributable fraction in Population (AFp) = (32-10)/32 = 69% แปลว่ำ... •69% ของประชำกร(ซึ่งมีท้ งั ที่ดื่ม และไม่ดื่มสุ รำ)ที่เกิดอุบตั ิเหตุ เป็ นผล จำกกำรดื่มสุ รำ หรื อ... •หำกทำให้ประชำกรทั้งหมดไม่ดื่ม สุ รำ จำนวนผูเ้ กิดอุบตั ิเหตุจะลดลง 50 69% Ex: Mumps Vaccine Prevented Fraction among the Exposed (PFe) IU – IE IU = 1- RR PFe = Incidence Proportion IU (Potential cases) IU – IE (Prevented cases) IE Unexposed Exposed PFe = proportion of the potential cases among exposed group that has been prevented by the exposure of interest 52 PFe: Mumps Vaccine Study Pop. Cases Cases/1000 RR Vaccinated 301,545 150 0.49 0.28 Unvaccinated 298,655 515 1.72 Ref. Total 600,200 665 1.11 Iunexposed - Iexposed PFe Iunexposed Vaccine Effectiveness = 72% 1.72 - 0.49 0.72 1.72 = 1 – RR = 1 – 0.28 = 0.72 แปลว่ำ... •ในกลุ่มผูท้ ี่ได้วคั ซีน จำนวนผูป้ ่ วยที่เกิดขึ้นคิดเป็ นร้อยละ 28 ของจำนวนที่ควรจะเกิดขึ้นหำกคนกลุ่มนี้ ทั้งหมดไม่ได้รับวัคซีน หรื อ •วัคซีนช่วยลดจำนวนผูป้ ่ วยได้ร้อยละ 72 ของจำนวนผูป้ ่ วยที่ควรจะเกิดขึ้นในกลุ่มผูท้ ี่ได้รับวัคซีน 53 PFe: Mumps Vaccine Study Pop. Cases Cases/1000 RR Vaccinated 301,545 150 0.49 0.28 Unvaccinated 298,655 515 1.72 Ref. Total 600,200 665 1.11 Expected number of cases among vaccinated if unvaccinated 301,545 x 1.72 1,000 519 Observed number of cases = 150 Estimated number of cases prevented = 519 - 150 = 369 (or 72% of 519) 54 Prevented Fraction among the Population (PFp) PFp = Incidence Proportion IU (Potential cases) IU – IP IU – IP IU = Pe(1-RR) (Prevented cases) Pe = prevalence of population that was exposed IP Unexposed Exposed Population PFp = proportion of all potential cases in the total population that has been prevented by the exposure See Mumps vaccine study and try to calculate PFp by yourself! 55 Applications • All interpretations above assume that – there is no bias – All other risk factors of the diseases are constant • By understanding causal relationship, we can – estimate attributable/prevented numbers and fractions – predict potential efficacy/effectiveness of health intervention • For public health; – – – – Health risk assessment Policy analysis Program planning Outcome prediction 56 สรุป • เลือกวิธีการวัดที่เหมาะสมสาหรับข้อมูลระบาดวิทยา • Measure of frequency – ใช้อตั ราในการเปรี ยบเทียบขนาดของการเกิดโรคระหว่างกลุ่ม พื้นที่ และเวลา • Measure of association – ใช้ตวั วัดความสัมพันธ์ระหว่าง 2 ตัวแปร ตามลักษณะของตัวแปรและชนิ ดของ การศึกษา (Study design) • Measure of impact – การวัดผลกระทบของมาตรการสาธารณสุ ขช่วยในการตัดสิ นใจเลือกวิธี Point Prevalence Prevalence Period Prevalence Measures of Frequency Incidence proportion Incidence Incidence Rate Measures in Epidemiology Measures of Association Measures of Impact Ratio scale RR, IRR, RR, OR, PR Difference scale RD, IRD Causal factor AFe, AFp Protective factor PFe, PFp Further Readings • Basic Epidemiology, 2nd Ed., R. Bonita et al. • Principles of Epidemiology in Public Health Practice, 3rd Ed., US CDC. • A Dictionary of Epidemiology, 5th Ed., M. Porta. • Modern Epidemiology, 3rd Ed., K. Rothman et al. Thank you