觀察性臨床研究主要設(shè)計(jì)類型的理解與選擇

李希

臨床研究系列講座

觀察性臨床研究主要設(shè)計(jì)類型的理解與選擇

李希

盡管隨機(jī)對照試驗(yàn)是臨床研究中公認(rèn)的最佳方案，但在學(xué)術(shù)期刊中，超過七成的論著都是來自于觀察性臨床研究。在流行病學(xué)家眼里，觀察性臨床研究的設(shè)計(jì)無外乎橫斷面研究（cross-sectional study）、隊(duì)列研究（cohort study）和病例對照研究（case control study）的“老三樣”。然而對于臨床醫(yī)生來說，不同類型觀察性研究的定義、優(yōu)勢和局限性，及其核心環(huán)節(jié)卻比較陌生。很多臨床研究者常常等到文章準(zhǔn)備投稿，甚至接到修稿意見時，才第一次認(rèn)真考慮自己的研究應(yīng)該屬于哪種設(shè)計(jì)類型。此外在臨床環(huán)境中，患者資源多樣、診療過程復(fù)雜，加之研究新方法層出不窮，使得一些概念從傳統(tǒng)方法學(xué)角度看來也比較模糊。

針對這些常見的困惑，本文基于人民衛(wèi)生出版社《流行病學(xué)（第六版）》等教材中的經(jīng)典原理和概念，結(jié)合臨床研究問題實(shí)例，分析觀察性臨床研究的主要設(shè)計(jì)類型和它們各自的特點(diǎn)與要求，進(jìn)而厘正其中一些易混淆的常見概念，幫助臨床醫(yī)生在研究實(shí)踐中更加深入地理解并合理地選擇相應(yīng)方法。

1 橫斷面研究與隨機(jī)抽樣

橫斷面研究，即現(xiàn)況研究，顧名思義就是在不舍晝夜、奔涌前行的歷史長河中選擇一個特定的時間點(diǎn)，以此截取人群的健康演化或疾病治療過程中的一個橫斷面，進(jìn)而在這個橫斷面中，把研究中關(guān)注的對象當(dāng)時的相關(guān)狀況記錄下來，進(jìn)行描述和分析。比如要呈現(xiàn)急性心肌梗死（AMI）的治療情況，面對“鐵打的醫(yī)院，流水的患者”，可以選擇一個季度或一個月開展橫斷面研究，納入這段時間因AMI住院的患者，描述他們當(dāng)中年齡、糖尿病史等因素的分布情況，再灌注治療、β受體阻滯劑等治療的使用比例，以及院內(nèi)死亡等結(jié)局的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。同時還可以探索分析β受體阻滯劑的使用與患者年齡等特征之間存在關(guān)聯(lián)。從這個角度來說，橫斷面研究就像電影的一張劇照——從整個影片的情節(jié)發(fā)展中截取一個瞬間，通過這一張照片中的信息，去認(rèn)識影片故事中的關(guān)鍵人物，并猜測他們之間的戲劇沖突與情感糾葛。

從上面的例子可以看出，橫斷面研究既可以勝任情況描述，也能夠進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。盡管對于關(guān)聯(lián)分析[1]，橫斷面研究較容易受到混雜因素等的影響，其證據(jù)級別要明顯低于隊(duì)列研究和病例對照研究，但它在情況描述研究中可算得上是一枝獨(dú)秀。需要注意的是，幾乎所有的橫斷面研究都需要通過選擇樣本來推論總體，而其中只有隨機(jī)抽樣才能確保研究結(jié)果的代表性，從而提升研究的價值。

通過一些簡單的例子，可以很容易理解隨機(jī)抽樣的類型和過程：（1）簡單隨機(jī)抽樣：要從100例患者中隨機(jī)選擇50例作為調(diào)查對象，就對每例患者重復(fù)1次隨機(jī)過程（入扔硬幣或擲骰子），然后根據(jù)預(yù)先設(shè)定的規(guī)則（如硬幣的數(shù)字一面朝上，或骰子點(diǎn)數(shù)大于3）確定入選的對象。（2）系統(tǒng)隨機(jī)抽樣：要從10 000人中隨機(jī)選擇2 000人，又懶得重復(fù)扔10 000次硬幣，可以先為所有人從1至10 000排好序號，通過一次隨機(jī)過程選擇一個起始數(shù)字（如3號），然后根據(jù)抽樣比例（每5例中選1例）等間距地確定所有被抽中的對象（如3號、8號、13號、18號……）。在這兩種最基本的隨機(jī)抽樣方法基礎(chǔ)上，還可以結(jié)合具體研究的目的和條件考慮更復(fù)雜的抽樣設(shè)計(jì)方案，包括分層抽樣（如在治療滿意度調(diào)查中，對在不同科室住院的患者分別抽樣，描述其各自特征分布）、整群抽樣（如在人群吸煙調(diào)查中，沒有社區(qū)所有居民的名單，則可以直接隨機(jī)選擇門牌號，然后調(diào)查所選中的住戶中每一個居民），以及多階段抽樣（如在全國AMI診療模式調(diào)查中，先從全國隨機(jī)選擇醫(yī)院，再從選中的醫(yī)院中抽取一定比例的合格病例）等。

2 隊(duì)列研究與完整隨訪

隊(duì)列研究的名稱“cohort”是指古羅馬軍團(tuán)中的一個分隊(duì)，分隊(duì)的士兵往往年齡相仿又是同鄉(xiāng)，有著類似的經(jīng)歷和狀態(tài)。隊(duì)列研究就是基于這樣的相似性、針對具體研究假設(shè)的比較分析。研究設(shè)計(jì)根據(jù)是否暴露于所關(guān)注的因素（致病條件或治療措施）把人群分成“暴露組”和“對照組”，然后通過隨訪，比較兩組發(fā)生結(jié)局（發(fā)病或死亡）的比例的差異。如果暴露組結(jié)局的發(fā)生比例更高，則有理由認(rèn)為該因素可以增加結(jié)局發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。比如要評價院內(nèi)使用β受體阻滯劑對AMI的治療效果，可以根據(jù)用藥與否把AMI住院患者分成服藥的暴露組和未服藥的對照組，如果暴露組的30天死亡率明顯低于對照組，可以推斷β受體阻滯劑很可能可以降低AMI患者的死亡率。可見隊(duì)列研究“由因及果”的推理邏輯非常直接，也符合從暴露到結(jié)局的時間順序關(guān)系，就像小孩子也很容易理解的連環(huán)畫，故事情節(jié)逐步展開，因果關(guān)系序貫推進(jìn)。

正是因?yàn)椤半S訪”這一特點(diǎn)，隊(duì)列研究可以直接掌握不同人群的結(jié)局發(fā)生率，還可以逐步描述疾病發(fā)生發(fā)展的自然史——這些不僅具有突出的公共衛(wèi)生意義，也為回答機(jī)制探索問題提供了豐富的信息。此外，隊(duì)列研究可以進(jìn)行“一因多果”的評價。例如在根據(jù)β受體阻滯劑這樣的因素確定暴露組和對照組后，不僅可以評價二者間30天死亡率的差異，同時也可以比較1年死亡率、心功能水平及其他臨床結(jié)局與用藥的關(guān)系。

成也蕭何敗也蕭何，隊(duì)列研究最主要的局限性也源自于其隨訪的特點(diǎn)。暴露組與對照組之間比較的基礎(chǔ)是兩組隊(duì)列分別發(fā)生足夠的結(jié)局事件，因此隊(duì)列研究通常人群規(guī)模較大，而且隨訪過程很長（結(jié)局發(fā)生率越低，需要的樣本量越大，隨訪時間也越長）。現(xiàn)代流行病學(xué)發(fā)展中最經(jīng)典的隊(duì)列研究當(dāng)屬20世紀(jì)中葉在英國醫(yī)生當(dāng)中開展的吸煙與肺癌研究——為了證實(shí)“吸煙致癌”的結(jié)論，這個隊(duì)列研究對34 439例男性醫(yī)生累計(jì)隨訪了40年[2]！

隨訪是隊(duì)列研究中獲得最終評價依據(jù)的核心手段。隨著研究規(guī)模的擴(kuò)大與時間的延長，隨訪率的高低和隨訪信息的完整與否已成為決定隊(duì)列研究成敗的根本，直接關(guān)系到研究的結(jié)果是否可靠、結(jié)論是否有價值。如果暴露組和對照組的隨訪率較低，則對于每組對象結(jié)局事件發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的評價都不具有“代表性”；而如果兩組的隨訪率存在差異，也會直接影響到組間比較評價的“可比性”。

3 病例對照研究與因素匹配

從設(shè)計(jì)思路和分析方法來看，病例對照研究都恰好與隊(duì)列研究相反。它采用的是“由果及因”的邏輯，根據(jù)所關(guān)注的結(jié)局，不論是發(fā)病還是死亡，首先可以把研究對象分成兩組，即發(fā)生結(jié)局的“病例組”和未發(fā)生結(jié)局的“對照組”。然后分別調(diào)查這兩組對象之前有沒有暴露于某種因素。如果病例組相比于對照組暴露的比例更高，則有理由懷疑這種因素與所關(guān)注的結(jié)局有關(guān)。比如要探索β受體阻滯劑能否降低AMI患者的30天死亡率，可以把AMI發(fā)生后30天內(nèi)死亡的患者作為病例組，選擇AMI發(fā)生后30天生存的患者作為對照組，如果病例組住院期間使用β受體阻滯劑的比例低于對照組，可以推斷β受體阻滯劑可能有降低死亡率的效果。可見要解決與之前隊(duì)列研究中同樣的問題，但病例對照研究采用了相反的思路和方法。這種“回顧性”的特點(diǎn)讓它看起來更像一本偵探小說：翻開第一頁，發(fā)現(xiàn)受害人死于非命，于是抽絲剝繭地去回顧每一個嫌疑人的作案時間和作案動機(jī)等，然后通過分析差異，發(fā)現(xiàn)線索。

基于相反的思路與方法（圖1），病例對照研究的優(yōu)勢和局限性也與隊(duì)列研究正好對應(yīng)。病例對照研究不依賴隨訪，所以實(shí)施速度更快、花費(fèi)也往往較低——只要完成研究對象的入選和分組，通常一個簡單的問卷調(diào)查就可以拿到分析所需的所有信息。此外，病例對照研究可以進(jìn)行“一果多因”的評價。在根據(jù)“AMI發(fā)生后30天死亡”確定病例組和對照組后，不僅可以比較β受體阻劑的使用，同時也可以比較氯吡格雷、他汀等其他藥物的使用，以及糖尿病史、既往介入治療史等與結(jié)局的關(guān)系。

臨床問題：入院后使用β受體阻滯劑可否降低急性心梗患者的30天死亡率？

但病例對照研究最主要的局限性是在回顧性的數(shù)據(jù)收集和結(jié)果分析過程中，很難區(qū)分因素暴露和結(jié)局發(fā)生的先后關(guān)系，所以推論因果關(guān)系時要特別小心。其中典型的例子仍然與“吸煙和肺癌”有關(guān)： 1947年，英國的Doll和Hill通過一項(xiàng)病例對照研究證實(shí)了罹患肺癌的患者中吸煙的比例更高，于是提出吸煙導(dǎo)致肺癌的觀點(diǎn)[3]。但結(jié)果一發(fā)布就招致了很多質(zhì)疑，其中最主要的是認(rèn)為“抽煙是一個長期習(xí)慣，而肺癌是一種慢性疾病，因此如果發(fā)現(xiàn)肺癌患者吸煙的比例更高，既有可能是吸煙導(dǎo)致了肺癌，也有可能患肺癌后機(jī)體出現(xiàn)了某種特殊的需要，導(dǎo)致患者更愿意吸煙，或更不容易戒煙”。直到有了上面提到的那個隊(duì)列研究，才徹底理順了因果推論的時間關(guān)系問題。

除了時間先后的問題之外，病例對照研究相比于隊(duì)列研究更容易受到混雜因素的影響。如果在30天死亡（病例組）與30天未死亡（對照組）的AMI患者的性別比例不同，則很有可能在兩組的比較中發(fā)現(xiàn)吸煙、飲酒等因素的分布差異，從而誤導(dǎo)對危險(xiǎn)因素的分析。因此，在對照組入選時，應(yīng)盡可能通過因素匹配確保其與病例組在基本人口學(xué)特征等方面的均衡可比。因素匹配可以選擇個體匹配或群體匹配的方法：個體匹配是針對每一例入選的病例對象，都盡力找到一個與其特征相近的對照對象組成特定的一對；群體匹配只要求兩組最終整體上所匹配因素的分布一致，但對每一例對象的入選過程沒有嚴(yán)格限定。兩種方法都可以有效地控制混雜因素的影響，但在數(shù)據(jù)分析的過程中需要采用不同的統(tǒng)計(jì)方法，本文不展開討論。

4 前瞻性與回顧性

在上述對隊(duì)列研究和病例對照研究的介紹中，已多次提到“前瞻性（prospective）”和“回顧性（retrospective）”研究這一對概念。這似乎讓臨床研究的類型看起來更復(fù)雜了，既然隊(duì)列研究是遵循“先因后果”順序的分析，那么“回顧性”隊(duì)列研究是什么意思？為什么有一些橫斷面研究會自稱是“回顧性”的？這其中有一些是基本概念的引申和拓展，也有一些是傳統(tǒng)的流行病學(xué)教材所未曾涉及的。

從傳統(tǒng)流行病學(xué)研究方法的角度來說，“前瞻性”或“回顧性”是針對研究數(shù)據(jù)采集過程而言的，如果所采集的數(shù)據(jù)產(chǎn)生在研究開始之后（如在隨訪過程中收集發(fā)生的臨床結(jié)局），稱為“前瞻性研究”；反之，如果要采集的數(shù)據(jù)產(chǎn)生在研究開始之前（如在問卷調(diào)查中回憶既往的危險(xiǎn)因素暴露情況），則稱為“回顧性研究”。由此可見，病例對照研究都是“回顧性”的，而隊(duì)列研究大多是“前瞻性”的。然而，也有部分隊(duì)列研究可以根據(jù)既往病歷等資料確定研究對象過去的暴露情況，并進(jìn)行分組，而且在研究開始時往往就已經(jīng)掌握了各組的結(jié)局發(fā)生情況，不需要繼續(xù)隨訪（如獲得冠狀動脈支架置入患者的1年復(fù)查結(jié)果后，可以回顧其之前進(jìn)行橈動脈或股動脈介入之間的預(yù)后對比）。它們被稱為“歷史性隊(duì)列研究”，或“回顧性隊(duì)列研究”。這類研究通過完整可靠的病歷記錄，克服了隊(duì)列研究所需隨訪時間長的局限性，特別適合臨床診療措施的效果評價。

在當(dāng)前方興未艾的臨床注冊登記研究中，一對全新的“前瞻性”和“回顧性”方法的正得到越來越多的關(guān)注。與傳統(tǒng)概念不同，它們針對的是研究對象的入選過程：如果立足持續(xù)的臨床工作，篩選并登記在項(xiàng)目開始后出現(xiàn)的合格對象，稱為“前瞻性研究”；反之，如果根據(jù)既往病歷等資料，確定并登記在項(xiàng)目開始前已出現(xiàn)的合格對象，則稱為“回顧性研究”（如China PEACE[4]回顧性病例登記從設(shè)計(jì)類型的角度來說是選擇2001、2006、2011年的AMI住院患者，回顧性地分別開展的3個時間段診療模式和結(jié)果的橫斷面研究）。

本文的內(nèi)容可以總結(jié)為三點(diǎn)：（1）橫斷面研究、隊(duì)列研究和病例對照研究是觀察性臨床研究的基本設(shè)計(jì)類型。（2）隨機(jī)抽樣、完整隨訪和因素匹配分別是確保三類研究設(shè)計(jì)科學(xué)和結(jié)果可靠的核心要求。（3）在臨床研究的數(shù)據(jù)采集和對象入選過程都涉及到前瞻性或回顧性的分類，應(yīng)當(dāng)綜合理解和判斷。

[1]李希.代表性與可比性——決定臨床研究價值的核心原則. 中國循環(huán)雜志, 2017, 32: 934-936.

[2]Doll R,Peto R,Wheatley K,et al. Mortality in relation to smoking: 40 years' observations on male British doctors. BMJ, 1994, 309: 901-911.

[3]Doll R, Hill AB. Smoking and carcinoma of the lung; preliminary report. Br Med J, 1950, 2: 739-748.

[4]Li J, Li X, Wang Q,et al. ST-segment elevation myocardial infarction in China from 2001 to 2011 (the China PEACE-Retrospective acute myocardial infarction study): a retrospective analysis of hospital data.Lancet, 2015, 385: 441-451.

100037 北京市，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 國家心血管病中心 阜外醫(yī)院 心血管疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心

李希 助理研究員 博士 主要研究方向?yàn)榇笠?guī)模多中心臨床試驗(yàn)和醫(yī)療結(jié)果評價研究 Email: xi.li@fwoxford.org

R54

C

1000-3614(2017）10-1028-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2017.10.021

2017-08-17)

(編輯：寧田海)