Measures in Epidemiology

1. Measures in Epidemiology Panithee Thammawijaya Bureau of Epidemiology, DDC, MOPH

2. Basic Ideas

3. 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: (หาร) • Divides the number of cases by an appropriate denominator to calculate “rates” • 3. Comparing: (เปรียบเทียบ) • Compares these “rates” over time or for different groups of people Analytic Epidemiology *คำว่า rate ในที่นี้ใช้ในความหมายทั่วไป หมายถึง การหารตัวเลขหนึ่งด้วยตัวเลขอีกตัวหนึ่ง

4. 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!!

5. Appropriate Denominator for Cervical Carcinoma? All women (age groups) Total population Population at risk 0-25 years 25-69 years 25-69 years Men Women 70+ years All of them still have cervix? Source: Basic Epidemiology, 2nd Ed., R Bonita, 2006

6. Ratio vs. Proportion vs. Rate • Ratio(อัตราส่วน) • เท่ากับ A / Bโดยที่ Aจะเป็นหรือไม่เป็นส่วนหนึ่งของ B ก็ได้ และไม่จำเป็นต้องมีหน่วยเดียวกัน • เช่น การตายมารดาต่อแสนการเกิดมีชีพ หรือ อัตราส่วนจำนวนเตียงผู้ป่วยต่อจำนวนประชากร • Proportion(สัดส่วน) • เท่ากับ A / Bโดยที่ A เป็นส่วนหนึ่งของ Bและมีหน่วยเดียวกัน • มีค่าอยู่ในช่วงตั้งแต่ 0 ถึง 1(แต่อาจจะแสดงเป็น ต่อร้อย ต่อหมื่น ต่อแสน ฯลฯ) • เช่น สัดส่วนของเพศชายในประชากรทั้งหมด • Rate(อัตรา) • ในทางระบาดวิทยา หมายถึง เท่ากับ A / เวลาที่ทำการสังเกตุหรือศึกษา

7. Exposure and Disease Exposure (ปัจจัย) Disease (โรค) Smoking Heart disease Death by motorcycle accident Alcohol

8. Types of Measurement • Measure of frequency • วัดขนาดของโรคหรือภาวะทางสุขภาพ • เช่น ผู้ป่วยโรคความดันโลหิตสูงในจังหวัด ก มีจำนวนเท่าใดในปี 2552 • Measure of association • การวัดความสัมพันธ์ระหว่าง “ปัจจัยที่ศึกษา” และ “โรค” • เช่น การสูบบุหรี่มีความเกี่ยวข้องกับการเกิดโรคมะเร็งปอดหรือไม่และอย่างไร • Measure of impact • การวัดผลกระทบของการมีหรือไม่มีปัจจัยที่ศึกษาต่อการเกิดโรค • เช่น วัคซีนหัดมีประสิทธิภาพต่อการป้องกันโรคหัดดีแค่ไหน

9. 1. Measure of Frequency

10. Measure of Frequency • Prevalence (ความชุก): • การวัดขนาดของโรค “ที่มีอยู่” ใน ณ เวลาที่กำหนด • นับรวมทั้งรายใหม่และรายเก่า • Incidence (อุบัติการณ์): • การวัดขนาดของโรคที่ “เกิดใหม่” ในช่วงเวลาที่กำหนด • สนใจเฉพาะรายใหม่

11. Prevalence and Incidence D = average disease duration Incidence (I) New cases Prevalence (P) New + old cases • Resolution • Cures • Deaths

12. Measure of Frequency ? ? Measure of Exposure frequency Measure of disease frequency Exposure Disease Heart disease Smoking • Smoking in Community A in 2009 • Prevalence of smoking • Male 30% • Female 10% • Incidence of new smokers • 5/1,000 population • Heart disease in Community A in 2009 • Prevalence of heart disease • 1% • Incidence of heart disease • 3/1,000 population

13. Prevalence or Incidence • ร้อยละของคนที่ใส่แว่นตาในห้องนี้ • จำนวนผู้ที่เป็นโรคความดันโลหิตสูงในห้องนี้ • อัตราตายด้วยโรคมะเร็งในบุคลากรสาธารณสุขในปี 2545-2550 • จำนวนผู้ติดเชื้อเอ็ชไอวีรายใหม่ปี 2553 • จำนวนผู้เสพยาม้าในกรุงเทพมหานครในวันที่ 1 มิ.ย. 2554 • อัตราป่วยโรคไข้ชิคุนกุนยาในปี 2553 • จำนวนคนที่นั่งหลับในขณะนี้

14. Prevalence • Point prevalence • ความชุก ณ จุดเวลา (ในทางปฏิบัติ คือ ช่วงเวลาที่แคบมากๆ) • เช่น อัตราความชุกของผู้ป่วยเบาหวาน ณ วันที่ 1 ตุลาคม 2552 = จำนวนผู้ป่วยเบาหวาน ณ วันที่ 1 ตุลาคม 2552 จำนวนประชากร ณ วันที่ 1 ตุลาคม 2552 • Period prevalence • ความชุก ณ ช่วงเวลา • เช่น อัตราความชุกของผู้ป่วยโรคความดันโลหิตสูงในปี 2552 = จำนวนผู้ป่วยเมื่อ 1 ม.ค. 2552 + ผู้ป่วยใหม่ในปี 2552 จำนวนประชากรกลางปี 2552 x 100,000 Population at risk x 100,000 Population at risk

15. 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.

16. Incidence • Incidenceproportionชื่ออื่นๆ ได้แก่ • Incidence risk • Cumulative incidence • Attack rate (ใช้กับการระบาด) • Incidence rate ชื่ออื่นๆ ได้แก่ • Incidence density • Force of morbidity/Force of mortality • Hazard rate • Person-time rate • Disease intensity

17. Incidence Proportion โอกาส หรือ ความเสี่ยง (Risk) ต่อการเกิดโรคในช่วงเวลาที่ทำการศึกษา ซึ่งจะบอกให้ทราบว่า ผู้ที่ไม่มีโรคจำนวนหนึ่ง จะมีโอกาสโดยเฉลี่ยในการเกิดโรคขึ้นใหม่ภายในระยะเวลาที่กำหนดไว้ เป็นสัดส่วนมากน้อยเท่าใด (มีค่าตั้งแต่ 0-1 หรือ 0-100%) การติดตาม Nคน เป็นเวลา tปี พบผู้ป่วย xราย incidence proportion =(x / N) ในเวลาt ปี =(x / N)/ t ต่อปี Population at risk at the beginning

18. 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 periodover which the risk applies

19. Incidence Rate เป็นการวัดว่าการเกิดโรคในกลุ่มคนที่ยังไม่มีโรคนั้น เกิดขึ้นเร็วหรือช้าเพียงใด จึงเป็นการวัดอัตราการเกิดโรคโดยใช้ระยะเวลาของการเสี่ยงต่อการเกิดโรคของทุกๆ คนที่อยู่ในการศึกษามาเป็นฐานของการคำนวณ การติดตาม Nคน เป็นเวลา tปี แต่ละคนมีระยะเวลาที่ติดตามจริงเท่ากับ tiปี โดย i=1, 2, 3, …, N พบผู้ป่วย xรายในช่วงระยะเวลาดังกล่าว Incidence Rate = x / ผลรวมของทุก ti = x / t1 + t2 + t3…+ tN Person-time at risk

20. 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)

21. incidence proportion VS. Incidence Rate

22. การติดตามประชากร 7 คนเป็นเวลา 7 ปี รายที่ 1 2 3 4 5 6 7 สุขภาพดี Y สูญหายจากการติดตาม Y ป่วย Y ตาย Y ปีที่ติดตามศึกษา 0 1 2 3 4 5 6 7

23. ตัวอย่างของ Point prevalence รายที่ 1 2 3 4 5 6 7 สุขภาพดี Y สูญหายจากการติดตาม Y ป่วย Y ตาย Y ปีที่ติดตามศึกษา 0 1 2 3 4 5 6 7 ความชุกของโรคเมื่อเริ่มต้น = 2/7 = 0.28 = 28%

24. ตัวอย่างของ Period prevalence รายที่ 1 2 3 4 5 6 7 สุขภาพดี Y สูญหายจากการติดตาม Y ป่วย Y ตาย Y ปีที่ติดตามศึกษา 0 1 2 3 4 5 6 7 ความชุกของโรคใน 7 ปี = 4 / 7 = 0.57 = 57% = 4 / 5 = 0.80= 80%

25. ตัวอย่างของ Incidence proportion รายที่ 1 2 3 4 5 6 7 สุขภาพดี Y สูญหายจากการติดตาม Y ป่วย Y ตาย Y ปีที่ติดตามศึกษา 0 1 2 3 4 5 6 7 ความเสี่ยงของการเกิดโรคใน 7 ปี = 2/5 = 0.4 = 40%

26. ตัวอย่างของ Incidence rate ช่วงเวลาที่มีสุขภาพดี ที่ติดตามได้ (ปี) รายที่ 1 2 3 4 5 6 7 7 3 0 6 1 0 3 สุขภาพดี Y สูญหายจากการติดตาม Y ป่วย Y ตาย Y ปีที่ติดตามศึกษา 0 1 2 3 4 5 6 7 เวลาที่ติดตาม = 7+3+0+6+1+0+3 = 20 คน-ปี incidence rate ในช่วงเวลาที่ติดตาม 7 ปี = incident cases / PT = 2 / 20 = 0.10 / คน-ปี

27. 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!

28. Incidence VS Prevalence

29. Common (Mis)uses of “Rate” • อัตราอุบัติการณ์ = Incidence rate อัตราป่วย (ระหว่างการระบาด) = Attack rate = # of new cases / # of pop at risk at the beginning • อัตราความชุก = 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 • อัตราป่วยตาย = Case-fatality rate = # of deaths from a disease / # of cases of that diseases at the beginning

30. Common Pitfalls • ใช้การวัดผิด (Prevalence or Incidence?) • เช่น ความพิการแต่กำเนิด • ใช้ตัวหารผิด • ไม่ได้นำเฉพาะประชากรกลุ่มเสี่ยงมาหาร • เรียกชื่อผิด • ใช้คำว่าอัตราไม่เหมาะสม

31. 2. Measure of Association

32. Measures of Association ? Exposure Disease Types of measure depend on types of variables and study designs Risk ratio (RR) Incidence Rate ratio (IRR) Odds ratio (OR) Prevalence ratio (PR) Correlation coefficient (r) for continuous outcome and exposure variable

33. การวัดความสัมพันธ์ระหว่างปัจจัยกับโรคการวัดความสัมพันธ์ระหว่างปัจจัยกับโรค • วัดในลักษณะของการหาร (Ratio scale) • Risk ratio • Rate ratio • Odds ratio • Prevalence ratio • วัดในลักษณะของการลบ (Difference scale) • Risk difference • Rate difference

34. 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)

35. Ratio Scale (2) • Odds ratio (OR) • A ratio of two odds • Mostly used in case-control study but can be used in cross-sectional 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

36. 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)

37. การเกิดโรคอุจจาระร่วงในงานเลี้ยงแห่งหนึ่ง (Cohort study with count data) Incidence proportion ในกลุ่มที่กินยำทะเล = 150 / 200 = 75% Incidence proportion ในกลุ่มที่ไม่กินยำทะเล = 10 / 100 = 10% Risk ratio = 7.5 Risk difference = 65%

38. การสูบบุหรี่กับการเกิดมะเร็งปอด(Cohort study with person-time data) 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

39. การเกิดโรคอาหารเป็นพิษในโรงเรียนแห่งหนึ่ง(Case-control study) Odds of an event A = Prob (A occurred) Prob (A not occurred) Odds ของการกินลอดช่องในกลุ่มผู้ป่วย = (40/55) / (15/55) = 40/15 = 2.67 Odds ของการกินลอดช่องในผู้ไม่ป่วย =(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

40. การสำรวจการออกกำลังกายกับโรคหัวใจขาดเลือด(Cross-sectional study) Prevalence ของโรคในกลุ่มที่ไม่ออกกำลังกายสม่ำเสมอ = 15 / 100 = 15% Prevalence ของโรคในกลุ่มที่ออกกำลังกายสม่ำเสมอ = 5 / 100 = 5% Prevalence ratio = 3

41. The Null Value 1 Ratio Scale 0 Difference Scale Protective Effect Causative Effect stronger weaker weaker stronger The null value (no association)

42. 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 • All interpretations above assume that there is no bias

43. 3. Measure of Impact

44. Measures of Impact Associated? Exposure Disease Ratio scale 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?

45. Concept of Impact Measurement Epidemiological measurements used for prediction the impact of an intervention (removal of exposure) on the disease occurrence in the population • 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) CAUSAUL RISK FACTORS 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

46. Ex: Alcohol drinking and motorcycle accident

47. Attributable Fraction among the Exposed(AFe) AFe = RD IE IE = IE – IU IE RD = IE – IU = RR – 1 RR IU I = Incidence AFe = proportion of the risk of a disease among the exposed group that is attributable to the exposure of interest

48. การเกิดอุบัติเหตุในช่วงเทศกาลการเกิดอุบัติเหตุในช่วงเทศกาล Incidence proportion ในกลุ่มดื่มสุรา = 75 / 100 = 75% Incidence proportion ในกลุ่มที่ไม่ดื่มสุรา = 20 / 200 = 10% • แปลว่า... • 87% ของคนที่ดื่มสุราแล้วเกิดอุบัติเหตุ เป็นผลจากการดื่มดังกล่าว • หรือ... • หากทำให้คนกลุ่มดังกล่าวไม่ได้ดื่มสุรา จำนวนผู้เกิดอุบัติเหตุในกลุ่มดังกล่าวจะลดลง 87% Risk difference = 65% Attributable fraction among the Exposed Population (AFe) = 65/75 = 87%

49. Attributable Fraction among Population (AFp) AFp = Ip – Iu Ip AFp = proportion of the risk of a disease among total population that is attributable to the exposure of interest

50. การเกิดอุบัติเหตุในช่วงเทศกาลการเกิดอุบัติเหตุในช่วงเทศกาล • แปลว่า... • 69% ของประชากร(ซึ่งมีทั้งที่ดื่มและไม่ดื่มสุรา)ที่เกิดอุบัติเหตุ เป็นผลจากการดื่มสุรา • หรือ... • หากทำให้ประชากรทั้งหมดไม่ดื่มสุรา จำนวนผู้เกิดอุบัติเหตุจะลดลง 69% Incidence proportion ในประชากรทั้งหมด = 95 / 300 = 32% Incidence proportion ในกลุ่มที่ไม่ดื่มสุรา = 20 / 200 = 10% Attributable fraction in Population (AFp) = (32-10)/32 = 69%