分析性臨床醫(yī)學(xué)研究：病例對(duì)照研究的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

王瑞平 肇暉 李斌

（1. 上海市皮膚病醫(yī)院臨床研究與創(chuàng)新轉(zhuǎn)化中心 上海 200443；2. 上海醫(yī)藥行業(yè)協(xié)會(huì) 上海 200003）

病例對(duì)照研究（case-control study）是分析性流行病學(xué)最基本、最重要的一種研究類型。病例對(duì)照研究本質(zhì)上屬于觀察法，研究者不能根據(jù)自己的設(shè)想對(duì)研究進(jìn)行處理或干預(yù)，通常以現(xiàn)有確診患有某種疾病的患者作為病例，以未患有該種疾病但具有可比性的個(gè)體作為對(duì)照，通過詢問、實(shí)驗(yàn)室檢測、環(huán)境因素暴露測量等方式收集既往各種可能的危險(xiǎn)因素暴露史，測量比較病例組和對(duì)照組中各因素的暴露比例差異，如經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，則可以認(rèn)為暴露因素與疾病之間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)關(guān)聯(lián)。在評(píng)估各種偏倚對(duì)研究結(jié)果的影響后，借助病因推斷技術(shù)，綜合判定某個(gè)或某些暴露因素是否為危險(xiǎn)因素，達(dá)到探索或檢驗(yàn)疾病病因假設(shè)的目的（圖1）。

1 病例對(duì)照研究衍生類型

巢式病例對(duì)照組研究（nested case control study）：指在已建立的人群隊(duì)列基礎(chǔ)上，將隨訪期間確診的病例作為病例組，同時(shí)在未患病的隊(duì)列人群中隨機(jī)抽取可比的人群作為對(duì)照組，通過比較病例組和對(duì)照組某個(gè)或某些危險(xiǎn)因素的暴露情況，評(píng)估暴露與疾病之間的關(guān)聯(lián)。巢式病例對(duì)照研究是將經(jīng)典的病例對(duì)照研究和隊(duì)列研究相結(jié)合而形成的一種研究方法，一般適用于有復(fù)雜實(shí)驗(yàn)室檢測，生物標(biāo)本前期已完成采集和保存，后期詳細(xì)調(diào)查內(nèi)容在研究期間保存不變的情況。

病例隊(duì)列研究（case cohort study）：又稱為病例參比式研究，也是一種將病例對(duì)照研究和隊(duì)列研究相結(jié)合的研究類型。其設(shè)計(jì)方法是在隊(duì)列研究開始之前，在所有的隊(duì)列人群中按照一定比例隨機(jī)抽取一個(gè)有代表性的樣本作為對(duì)照組，觀察結(jié)束時(shí)將隊(duì)列中出現(xiàn)的所研究疾病的全部病例作為病例組，進(jìn)而比較病例組和對(duì)照組某個(gè)或某些危險(xiǎn)因素的暴露情況，評(píng)估暴露與疾病之間的關(guān)聯(lián)。相比于巢式病例對(duì)照組研究，病例隊(duì)列研究在暴露和疾病關(guān)聯(lián)評(píng)估方面更具優(yōu)勢，可以直接計(jì)算相對(duì)危險(xiǎn)度（relative risk, RR）。

病例交叉研究（case crossover study）：主要用于研究某些短暫暴露與隨后發(fā)生的急性事件之間的可能關(guān)聯(lián)。其設(shè)計(jì)的基本思路是，比較相同研究對(duì)象在急性事件發(fā)生前一段時(shí)間的暴露情況與未發(fā)生事件的某段時(shí)間內(nèi)的暴露情況。如果暴露與急性事件有關(guān)，那么研究對(duì)照在2 個(gè)時(shí)間段內(nèi)的暴露頻率一定存在差異。病例交叉研究應(yīng)用有2 個(gè)重要的條件：一是整個(gè)研究周期中暴露因素必須是變化的；二是暴露和效應(yīng)之間的誘導(dǎo)時(shí)間和效應(yīng)期都很短。例如，分析過強(qiáng)的體力活動(dòng)與急性心肌梗死之間的關(guān)系研究，就可以采用病例交叉研究設(shè)計(jì)。

病例病例研究（case case study）：又稱為單純病例研究或病例系列研究，常用于同一疾病不同亞型或同一疾病不同遺傳表型與暴露因素之間的關(guān)聯(lián)分析。在分子流行病學(xué)研究中，由于從健康人群中采集生物學(xué)標(biāo)本可能受到倫理學(xué)方面的制約，而病例病例研究則可以免除這種制約，同時(shí)減少樣本量，節(jié)約研究經(jīng)費(fèi)，因此逐漸得到了研究者們的認(rèn)可和重視。

2 病例對(duì)照研究樣本量計(jì)算

病例對(duì)照研究設(shè)計(jì)包括2 種類型：病例對(duì)照匹配和病例對(duì)照不匹配。病例對(duì)照匹配要求在選擇對(duì)照時(shí)，要求對(duì)照組對(duì)象的某些特征或因素與病例保持一致，如將“性別”“年齡”進(jìn)行匹配，目的是排除匹配因素對(duì)研究結(jié)果的干擾和影響，可采取個(gè)體匹配（individual matching）或頻數(shù)匹配（frequency matching）方案。在匹配時(shí)要注意，匹配因素應(yīng)該為已知的混雜因素，同時(shí)注意匹配過頭（over matching）問題[1]。病例對(duì)照不匹配是指在選擇病例和對(duì)照時(shí)，不添加任何限制和規(guī)定，分別抽取一定量的研究對(duì)象組成病例組和對(duì)照組的研究類型。

1 ∶1 匹配的病例對(duì)照研究中，樣本量計(jì)算與暴露因素在對(duì)照組和病例組人群的暴露率有關(guān)，也與暴露和疾病的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度（odds ratio, OR）有關(guān)，其樣本量計(jì)算公式為：

其中，M 是總對(duì)子數(shù)，α為Ⅰ類誤差，β為Ⅱ類誤差，OR 為關(guān)聯(lián)強(qiáng)度（RR 可替代），p0和p1分別代表目標(biāo)人群對(duì)照組和暴露組的估計(jì)暴露值，q1＝(1-p1)，q0＝(1-p0)，p1＝p0OR/[1+p0(OR-1)]。

例如，一項(xiàng)關(guān)于女性使用月經(jīng)棉和陰道癌關(guān)系的病例對(duì)照研究中，采用1∶1匹配設(shè)計(jì)，設(shè)α＝0.05，β＝0.10，對(duì)照組暴露比例p0＝0.30，估計(jì)OR ＝2.0，則p1＝0.46，代入上述公式計(jì)算得M ＝186，即分別需要納入186 例病例樣本和186 例對(duì)照樣本。

非匹配病例組和對(duì)照組人數(shù)相等時(shí)，病例對(duì)照研究的樣本量計(jì)算與暴露因素在對(duì)照組和病例組人群的暴露率有關(guān)，也與暴露和疾病的OR 有關(guān)，其樣本量計(jì)算公式為：

上述樣本量計(jì)算公式中，α為Ⅰ類誤差，β為Ⅱ類誤差，p0和p1分別代表目標(biāo)人群對(duì)照組和暴露組的估計(jì)暴露值，p1＝p0OR/[1+p0(OR-1)]，OR 為關(guān)聯(lián)強(qiáng)度，可用RR 替代。

又如，擬開展一項(xiàng)病例對(duì)照研究，探討吸煙與肺癌的關(guān)系。既往研究顯示，一般人群吸煙率p0＝0.30，預(yù)期吸煙者的相對(duì)危險(xiǎn)度RR ＝2.0，設(shè)α＝0.05，β＝0.10，根據(jù)p1＝p0OR/[1+p0(OR-1)]，計(jì)算p1＝0.46，代入上述樣本量計(jì)算公式計(jì)算后得n＝193，即分別需要納入193 例病例樣本和193 例對(duì)照樣本。

3 病例對(duì)照研究的設(shè)計(jì)與實(shí)施要點(diǎn)

1）病例對(duì)照研究設(shè)計(jì)原則 與常規(guī)的臨床研究設(shè)計(jì)原則一樣，病例對(duì)照研究設(shè)計(jì)也須遵從PICO 原則，即明確研究人群（population, P）、確定暴露因素（intervention,I）、指定對(duì)照組（control/comparison, C）和結(jié)局變量（outcome, O）。

2）提出假設(shè)和明確研究目的 根據(jù)疾病分布研究或現(xiàn)況調(diào)查結(jié)果，結(jié)合文獻(xiàn)復(fù)習(xí)，提出病因假設(shè)。然后基于病因假設(shè)，選擇合適的病例對(duì)照研究方法，明確研究目標(biāo)。

3）制定研究計(jì)劃 在確定研究目的后，需制定詳細(xì)的研究計(jì)劃。明確病例和對(duì)照的來源和選擇方法，確定病例的診斷標(biāo)準(zhǔn)和方法；根據(jù)設(shè)定的參數(shù)和文獻(xiàn)計(jì)算樣本量；根據(jù)提出的病因假設(shè)和項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)所具備的條件，確定暴露變量和調(diào)查因素；設(shè)計(jì)紙質(zhì)調(diào)查問卷和數(shù)據(jù)采集電子數(shù)據(jù)庫；制定研究計(jì)劃時(shí)要全方位考慮整個(gè)研究過程中可能出現(xiàn)的偏倚，故應(yīng)設(shè)計(jì)好控制偏倚的方案；考慮獲取研究因素信息的方法及數(shù)據(jù)整理和分析方法；制定項(xiàng)目預(yù)算，做好人員分工和工作內(nèi)容，并配套制定嚴(yán)格、可行、針對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)控措施[2]。

4）確定病例和對(duì)照來源 病例和對(duì)照的來源包括以醫(yī)院現(xiàn)患病者、門診病案等為基礎(chǔ)的人群和以社區(qū)居民、社區(qū)監(jiān)測資料或普查抽樣調(diào)查為基礎(chǔ)的人群。在選擇病例時(shí)，應(yīng)采用國際通用或國內(nèi)統(tǒng)一的診斷標(biāo)準(zhǔn)；病例選擇以社區(qū)病例為主考慮代表性，避免特殊暴露人群；同時(shí)優(yōu)先選擇新發(fā)病例。對(duì)照的選擇應(yīng)遵循原則是，對(duì)照應(yīng)來源于產(chǎn)生病例的源人群，最好是全人群的一個(gè)無偏樣本，或是產(chǎn)生病例的人群中全體非罹患該疾病群體的一個(gè)隨機(jī)樣本，可以是醫(yī)院為基礎(chǔ)的人群，也可以是鄰居、同胞、配偶等。因此，對(duì)照的選擇應(yīng)當(dāng)來自產(chǎn)生病例的人群，在選擇對(duì)照組時(shí)除了應(yīng)具有和病例一致的某些特征而與病例有可比性之外，同時(shí)還須注意對(duì)照組人群應(yīng)不罹患與所研究疾病有共同已知病因的疾病[1]。例如，研究吸煙與肺癌關(guān)系時(shí)，不能選擇慢性支氣管炎病人為對(duì)照，因?yàn)槲鼰熗瑫r(shí)是2 種疾病的可能病因。

5）估算研究的樣本量 根據(jù)研究目的，參考既往研究中暴露因素與結(jié)局變量的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度（RR 或OR），暴露因素在患病人群和對(duì)照人群中的暴露率，Ⅰ類錯(cuò)誤α和Ⅱ類錯(cuò)誤β；同時(shí)結(jié)合研究的設(shè)計(jì)類型為匹配設(shè)計(jì)還是非匹配設(shè)計(jì)，以及病例組和對(duì)照組樣本量的比例，選擇適當(dāng)?shù)臉颖玖坑?jì)算公式開展病例對(duì)照研究樣本量估算。

6）明確變量類型和資料采集方法 對(duì)研究中涉及的所有變量，要給出明確的定義，如吸煙、飲酒等以便調(diào)查員采集數(shù)據(jù)時(shí)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)在信息采集時(shí)盡可能全面細(xì)致深入。資料采集的方法與現(xiàn)況研究一樣，主要方式包括通過測量或檢查的方法獲取、問卷調(diào)查和信息系統(tǒng)摘錄等3 種類型。須強(qiáng)調(diào)的是，無論采取什么方法采集數(shù)據(jù)，都要實(shí)行質(zhì)量控制，降低研究中可能帶來的選擇性偏倚、信息偏倚和混雜偏倚。

7）制定統(tǒng)計(jì)分析計(jì)劃并開展數(shù)據(jù)分析 根據(jù)病例對(duì)照研究類型和采集的變量，制定數(shù)據(jù)分析計(jì)劃。首先對(duì)采集的研究數(shù)據(jù)進(jìn)行核查、修正、補(bǔ)充等數(shù)據(jù)治理工作，然后開展統(tǒng)計(jì)描述和統(tǒng)計(jì)學(xué)推斷。統(tǒng)計(jì)學(xué)描述對(duì)研究對(duì)象的一般人口學(xué)特征、主要暴露信息和協(xié)變量信息進(jìn)行描述分析；統(tǒng)計(jì)學(xué)推斷主要采用卡方檢驗(yàn)（計(jì)算OR 值和95%置信區(qū)間等）、趨勢卡方檢驗(yàn)、logistic 回歸分析等分析暴露因素的效應(yīng)估計(jì)與因果關(guān)聯(lián)分析。

8）常見偏倚類別和控制 病例對(duì)照研究屬回顧性觀察性研究，研究過程易出現(xiàn)各類偏倚，包括選擇性偏倚、信息偏倚和混雜偏倚。選擇性偏倚主要是因?yàn)槿脒x的研究對(duì)象與未入選的研究對(duì)象在某些特征上存在差異而引起的系統(tǒng)誤差，包括入院率偏倚（伯克森偏倚）、現(xiàn)患病例新發(fā)病例偏倚、檢出征候偏倚、時(shí)間效應(yīng)偏倚等。信息偏倚是在數(shù)據(jù)采集過程中產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，包括回憶偏倚、報(bào)告偏倚、測量偏倚等。混雜偏倚是指由于混雜因素存在導(dǎo)致的暴露與結(jié)局變量關(guān)聯(lián)偏離真實(shí)情況的一種系統(tǒng)誤差。對(duì)于常見偏倚的控制，應(yīng)重點(diǎn)做好以下幾個(gè)方面：①嚴(yán)格落實(shí)研究方案，確保對(duì)照組選擇的隨機(jī)化原則完全實(shí)施；②做好宣傳溝通工作，提高研究對(duì)象的依從性和應(yīng)答率；③正確選擇測量工具和檢測方法，并進(jìn)行統(tǒng)一校對(duì)；④做好組織工作，進(jìn)行統(tǒng)一培訓(xùn)；⑤做好研究過程中資料的復(fù)查和復(fù)核，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量；⑥選擇正確的統(tǒng)計(jì)分析方法，注意辨析混雜因素及其影響。

4 病例對(duì)照研究的應(yīng)用

病例對(duì)照研究屬于觀察法，分析流行病學(xué)范疇，相比于現(xiàn)況研究，對(duì)暴露和疾病因果關(guān)系可以進(jìn)行初步驗(yàn)證。病例對(duì)照研究的主要用途包括：①用于探索或驗(yàn)證病因和流行因素，通過病例對(duì)照研究設(shè)計(jì)，初步探討疾病與某個(gè)/某些暴露之間的因果關(guān)系，同時(shí)也可以分析某些疾病的流行因素，如食物中毒突發(fā)事件的現(xiàn)場調(diào)查，常常會(huì)用到病例對(duì)照設(shè)計(jì)；②用于評(píng)估預(yù)防和治療措施效果及其不良反應(yīng)，對(duì)于既往實(shí)施的一些干預(yù)措施，可采用病例對(duì)照研究進(jìn)行療效評(píng)估，同時(shí)對(duì)某些疾病藥物治療后的不良反應(yīng)也能夠進(jìn)行評(píng)估；③用于國內(nèi)或國際項(xiàng)目開展效果的評(píng)價(jià)，對(duì)于開展的研究項(xiàng)目，通?？梢圆捎貌±龑?duì)照設(shè)計(jì)對(duì)項(xiàng)目的實(shí)施效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。