Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
npo000017
npo000019
 
Teacher Note:  Module 2 Overview
Content Area: Hypothesis-Testing: Cross-Sectional Study
Essential Questions:  How can I select groups of people and collect data/evidence from themthat will test my hypothesis?  If my causal hypothesis is correct, how would the exposure andoutcome be distributed in these groups?
 
Enduring Understanding:  Causal hypotheses can be tested by conducting investigations of theexposures and outcomes of selected groups of people as they go about their lives.  Informationfrom these observational studies can be used to determine if an exposure and an outcome areassociated. Because observational studies are complicated by factors not controlled by theobserver, when an association is found, other explanations in addition to causality also must beconsidered.
Core Concepts:
Testing hypotheses
Association
Exposure/outcome
Comparison group
2x2 table
Observational studies
Study design/study plan
Study samples
Prevalence rate
Prevalence ratio
Statement of effect
Lessons:
2-1 Looking for Associations
2-2 Cross-Sectional Studies
2-3 Developing Hypothesis and Study Questions
2-4 Respect – Part II
2-5 Planning Study Conduct
2-6 Cross-Sectional Study - In Class
2-7 Cross-Sectional Study – In School
 Revised  Sept 14, 2011
1
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
Teacher Note:  Enduring Epidemiological Understandings forthe Epidemiology and the Energy Balance Equation Curriculum
 
 
1.Health and disease are not distributed haphazardly in apopulation.  There are patterns to their occurrence that can beidentified through surveillance.  Analysis of the patterns of healthand disease distribution can provide clues for formulatinghypotheses about their possible causes.
2.Causal hypotheses can be tested by conducting investigationsof the exposures and outcomes of selected groups of people asthey go about their lives.  Information from these observationalstudies can be used to determine if an exposure and anoutcome are associated.  Because observational studies arecomplicated by factors not controlled by the observer, otherexplanations also must be considered.
2
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
Teacher Note: Authentic Assessment for Module 2 of theEpidemiology and the Energy Balance Equation Curriculum
3
Students will conduct, analyze, and interpret observational, cross-sectional studies among students in their class and then amongstudents outside their class.  Working in teams, students will havethe opportunity to demonstrate their abilities to select areasonable hypothesis of interest to them, design study questionsabout exposure and outcome, obtain informed consent, collectand manage data, calculate and compare prevalence rates, makeaccurate statements about whether their data support thathypothesis, and consider alternate explanations for what theyobserved.  Reporting of results will be required, such as a writtenreport, an item for the school newspaper, or an oral presentationor poster for students, teachers, and/or parents.  Specificperformance criteria will be used to help ensure that theexperiences allow a genuine, realistic, and fair assessment ofstudents’ comprehension of the Module 2 EnduringEpidemiological Understanding.
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
Start of Lesson  2-2
(estimate 1 class period)
4
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
Big Ideas in Lesson  2-1
Two things are associated whenthey  “turn up together”
Epidemiologists study associations.
Descriptive epidemiology generates hypotheses aboutassociations
Analytical epidemiology tests hypotheses aboutassociations
A common way to test hypotheses is with anobservational study of a natural experiment
The 2x2 table is a useful tool for numerically expressingassociations between exposure and outcome in a groupof individuals
Review
npo000017
npo000019
5
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
The Journey from Exposure to Outcome
6
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
7
Main Types of Analytical Epidemiology Studies
EXPERIMENTALManipulates whois exposed andthe exposure dose
Cohort Study
Case-Control Study
Cross-Sectional Study
OBSERVATIONALStudiesnaturalexperiments
Controlled Trial
Quasi-Experiment
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
8
Exposed
Not Exposed
Outcome
NoOutcome
Total
IMPORTANT NOTICE!
Remember that any ofthe study types canuse the idea of a 2x2table to explore apossible associationbetween and exposureand an outcome
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
9
Cross-Sectional Study
camera16
An observational study
j0293654
A snapshotof whatis going on
Sometimes called aprevalence study
One pointin time
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
10
What Do You Think?
Would the quickest and easiest study be experimental orobservational?
Observational
What would be the least amount of data you could collectfrom each study participant [in order to study anassociation]?
Two questions – one about the exposure, and oneabout the outcome
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
Hypothesis: Students Who Bring Their Lunch From HomeAre Likely To Eat More Fruits and Vegetables
11
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\TPVNVWB2\MP900433159[1].jpg
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\O78D4MHM\MC900440524[1].wmf
What is the exposurein this hypothesis?
What is the outcomein this hypothesis?
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
12
Using Data From a Real Cross-Sectional Study
School Lunchbehavior
NumberofStudents
Lunch from home4-5 times/week
718
Lunch from home1-3 times/week
543
Never broughtlunch from home
1,479
Total # ofStudents inSurvey
2,740
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
Bring lunchfrom home4-5 daysper week
5 or moreservings offruits andvegetablesper day
Total
718
339
<5 servingsof fruitsandvegetablesper day
Hypothesis: Students Who Bring Their Lunch From HomeAre Likely To Eat More Fruits and Vegetables
13
379
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\TPVNVWB2\MP900433159[1].jpg
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\O78D4MHM\MC900440524[1].wmf
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\LDIPEWPH\MP900438641[1].jpg
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\9Y219AEP\MC900022452[1].wmf
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
Review as Needed - Concepts of Prevalence
14
The numerator is the number ofpeople in the population orsample who experienced theoutcome.
The denominator is the totalnumber of people in thepopulation or sample.
Population /Sample
Outcome
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
CHIS study - Express It In Numbers
Students  who bring theirlunch to school from home4-5 days per week ANDeat 5 or more servings offruits and vegetablesper day
All students who bringtheir lunch to school fromhome 4-5 days per week
Numerator
Denominator
15
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\TPVNVWB2\MP900433159[1].jpg
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\O78D4MHM\MC900440524[1].wmf
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\O78D4MHM\MC900440524[1].wmf
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\O78D4MHM\MC900440524[1].wmf
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\O78D4MHM\MC900440524[1].wmf
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\O78D4MHM\MC900440524[1].wmf
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\O78D4MHM\MC900440524[1].wmf
+
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\O78D4MHM\MC900440524[1].wmf
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\O78D4MHM\MC900440524[1].wmf
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\O78D4MHM\MC900440524[1].wmf
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\O78D4MHM\MC900440524[1].wmf
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\O78D4MHM\MC900440524[1].wmf
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\O78D4MHM\MC900440524[1].wmf
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\O78D4MHM\MC900440524[1].wmf
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\O78D4MHM\MC900440524[1].wmf
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\O78D4MHM\MC900440524[1].wmf
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\O78D4MHM\MC900440524[1].wmf
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\O78D4MHM\MC900440524[1].wmf
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\O78D4MHM\MC900440524[1].wmf
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\O78D4MHM\MC900440524[1].wmf
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
Bring lunchfrom home4-5 daysper week
5 or moreservings offruits andvegetablesper day
Total
718
339
<5 servingsof fruitsandvegetablesper day
Hypothesis: Students Who Bring Their Lunch From HomeAre Likely To Eat More Fruits and Vegetables
16
718
or
47%
TestedPrevalence  Rateof  eating 5 ormore servingsper day
339
379
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\TPVNVWB2\MP900433159[1].jpg
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\O78D4MHM\MC900440524[1].wmf
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\LDIPEWPH\MP900438641[1].jpg
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\9Y219AEP\MC900022452[1].wmf
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
Process of predicting from what is observed in asample, to what is true for the entire population.
Inference
17
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
Bring lunchfrom home4-5 daysper week
5 or moreservings offruits andvegetablesper day
Total
718
339
<5 servingsof fruitsandvegetablesper day
Hypothesis: Students Who Bring Their Lunch From HomeAre Likely To Eat More Fruits and Vegetables
18
718
or
47%
Prevalence  Rateof  eating 5 ormore servingsper day
339
379
What does this tell you about the hypothesis?
NOTHING!
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
Bring lunchfrom home4-5 daysper week
5 or moreservings offruits andvegetablesper day
Total
718
339
<5 servingsof fruitsandvegetablesper day
Hypothesis: Students Who Bring Their Lunch From HomeAre Likely To Eat More Fruits and Vegetables
19
718
or
47%
TestedPrevalence  Rateof  eating 5 ormore servingsper day
339
379
To study an association between an exposure and anoutcome, we need to compare prevalence of the outcomeamong people with the exposure to prevalence of theoutcome among people without the exposure.
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
People who are observed in a studybut do not have the exposure
People whose results are comparedto the group that  has the exposure
Definition of a Comparison Group
20
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\O78D4MHM\MC900048380[1].wmf
Total
718
339
379
339
718
or
47%
PrevalencePrevalence ofeating 5 ormore servingsper day
?
?
or
? %
Including a Comparison Group
21
 a   b
 c   d
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\TPVNVWB2\MP900433159[1].jpg
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\O78D4MHM\MC900440524[1].wmf
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\LDIPEWPH\MP900438641[1].jpg
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\9Y219AEP\MC900022452[1].wmf
Extend and label the table to include a comparison group.
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
Bring lunchfrom home 4-5days per week
5 or moreservings offruits andvegetablesper day
Total
718
339
379
<5 servingsof fruitsandvegetablesper day
339
718
or
47%
PrevalencePrevalence ofeating 5 ormore servingsper day
?
?
or
? %
Including a Comparison Group
22
 a   b
 c   d
?
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
23
Who would you choose as the comparison group?
SchoolLunchbehavior
NumberofStudents
Lunch fromhome 4-5times/week
718
Lunch fromhome 1-3times/week
543
Never broughtlunch fromhome
1,479
Total # ofStudents inSurvey
2,740
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\KCVN23XK\MC900024448[1].wmf
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\KCVN23XK\MC900024448[1].wmf
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
Bring lunchfrom home 4-5days per week
5 or moreservings offruits andvegetablesper day
Total
718
339
379
<5 servingsof fruitsandvegetablesper day
339
718
or
47%
PrevalencePrevalence ofeating 5 ormore servingsper day
1,479
?
1,479
or
? %
Never bringlunch fromhome
Including a Comparison Group
24
 a   b
 c   d
C:\Documents and Settings\user\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.IE5\O78D4MHM\MC900048380[1].wmf
“Never bringing lunch from home “ can meaneating in the school cafeteria or away from school,or not eating lunch at all
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
Bring lunchfrom home 4-5days per week
5 or moreservings offruits andvegetablesper day
Total
718
339
379
<5 servingsof fruitsandvegetablesper day
339
718
or
47%
1,479
Never bringlunch fromhome
Results of Actual Study
25
953
526
 a   b
 c   d
Prevalence  ofeating 5 ormore servingsper day
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
Bring lunchfrom home 4-5days per week
5 or moreservings offruits andvegetablesper day
Total
718
339
379
<5 servingsof fruitsandvegetablesper day
339
718
or
47%
1,479
526
1,479
or
36%
Never bringlunch fromhome
Results of Actual Study
26
953
526
 a   b
 c   d
Prevalence  ofeating 5 ormore servingsper day
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
Bring lunchfrom home 4-5days per week
5 or moreservings offruits andvegetablesper day
Total
718
339
379
<5 servingsof fruitsandvegetablesper day
PrevalencePrevalence ofeating  5 ormore servingsper day
1,479
Never bringlunch fromhome
Actual Study ResultsPrevalence and Prevalence Ratio
27
953
526
 a   b
 c   d
339
718
or
47%
526
or
36%
1,479
PrevalenceRatio
1.31
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
5 or moreservings offruits andvegetablesper day
Total
718
339
379
<5 servingsof fruitsandvegetablesper day
Prevalence  ofeating 5 ormore servingsper day
1,479
Never bringlunch fromhome
Actual Study ResultsPrevalence and Prevalence Ratio
28
953
526
 a   b
 c   d
339
718
or
47%
526
or
36%
1,479
PrevalenceRatio
1.31
Students who bring their lunch from home 4-5 days per week are _____times as likely to eat 5 or more servings of fruits and vegetables comparedto students who never bring their  lunch from home.
1.3
Bring lunchfrom home 4-5days per week
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
29
Results
Interpretation
Actual study
Prevalence ratio of1.3 (positiveassociation)
Prevalence ratio above 1.0 means that theprevalence rate among the exposed group isgreater than the prevalence rate among theunexposed group
Interpretation of Prevalence Ratios
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
Bring lunchfrom home 4-5days per week
5 or moreservings offruits andvegetablesper day
Total
718
339
379
<5 servingsof fruitsandvegetablesper day
PrevalencePrevalence ofeating  5 ormore servingsper day
1,479
Never bringlunch fromhome
What if comparison numbers had been different?Hypothetical Analysis # 1
30
784
695
 a   b
 c   d
339
718
or
47%
695
or
47%
1,479
PrevalenceRatio
1.00
Students who bring their lunch from home 4-5 days per week are 1.0 timesas likely to eat 5 or more servings of fruits and vegetables compared tostudents who never bring their  lunch from home.
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
31
Results
Interpretation
Actual study
Prevalence ratio of 1.3(positive  association)
Prevalence ratio above 1.0 means thatthe prevalence rate among the exposedgroup is greater than the prevalence rateamong the unexposed group
Hypothetical Study #1Prevalence ratio of 1.0(no association)
Prevalence ratio  of 1.0 means that theprevalence rate among the exposedgroup is the same or similar as amongthe unexposed group
Interpretation of Prevalence Ratios
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
Bring lunchfrom home 4-5days per week
5 or moreservings offruits andvegetablesper day
Total
718
339
379
<5 servingsof fruitsandvegetablesper day
PrevalencePrevalence ofeating  5 ormore servingsper day
1,479
Never bringlunch fromhome
What if comparison numbers had been different?Hypothetical Analysis # 2
32
444
1,035
 a   b
 c   d
339
718
or
47%
1,010
or
67%
1,479
PrevalenceRatio
0.70
Students who bring their lunch from home 4-5 days per week are 0.70 timesas likely to eat 5 or more servings of fruits and vegetables compared tostudents who never bring their  lunch from home.
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
33
Results
Interpretation
Actual study
Prevalence ratio of 1.3(positive  association)
Prevalence ratio above 1.0 means thatthe prevalence rate among the exposedgroup is greater than the prevalence rateamong the unexposed group
Hypothetical Study #1Prevalence ratio of 1.0(no association)
Prevalence ratio  of 1.0 means that theprevalence rate among the exposedgroup is the same or similar as amongthe unexposed group
Hypothetical Study #2
Prevalence ratio of 0.70
(negative association).
Prevalence ratio below 1.0 means thatthe prevalence rate among the exposedgroup is lower than the prevalence ratioamong the unexposed group
These examples show how prevalence ratios are impacted by theprevalence rate in the comparison group.  Without this information,the prevalence ratio of the exposed group is not interpretable.
Interpretation of Prevalence Ratios
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
D:\Bragg-Riddle.jpg
Egg
Chicken
Another Issue in Interpretation: Which came first?
34
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
35
Big Ideas in Lesson  2-2
The cross-sectional design is an observational
 study of a natural experiment
This design is relatively quick and simple,
 asking individuals about exposure and outcome at one point in time
When prevalence is calculated for the group with the exposure, the nextquestion is “compared to what?”
The “compared to what” consists of prevalence for the unexposedcomparison group
 Dividing one prevalence by the other produces the prevalence ratio; it tells usif/how the exposure and outcome are associated
 Because exposure and outcome are measured at the same point in time, it isusually not possible to determine the time order of the exposure and theoutcome (which came first) and as such, the association may not beinterpretable
Re-Cap of Big Ideas So Far . . .
npo000017
npo000019
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
36
Optional session to explore how a realstudy is reported (the CHIS example)
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
How is a real study reported?
Theresa A. Hastert, Susan H. Babey.  Schoollunch source and adolescent dietary behavior.Prevention of Chronic Diseases 2009; Vol 6 (4)
http://www.cdc.gov/pcd/issues/2009/oct/08_0182.htm
37
OPTIONAL – may be bestsuited for high school
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
38
Methods
“We analyzed cross-sectional data for 2,774adolescents who responded to the 2005 CaliforniaHealth Interview Survey (CHIS) and reported dietarybehaviors for a weekday.”
Identify key information about the study presentedin this single-sentence description of the methods.
When did the survey take place?
What was the sample size?
What study design was used?
Who were the study subjects?
What was the name of the survey?
What topic was being studied?
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
39
Results
“In bivariate analyses, adolescents who typically brought theirlunch from home 5 days per week ate fast food on feweroccasions; consumed fewer servings of soda, fried potatoes,and high-sugar foods; and ate more fruit and vegetablescompared with adolescents who never brought their lunch toschool. In linear regressions controlling for demographics,body mass index, desire to change weight, parent education,and adult presence after school, students who typicallybrought their lunch to school 5 days per week ate fast food0.35 fewer times and consumed 0.35 fewer servings of soda,0.10 fewer servings of fried potatoes, 0.25 fewer servings ofhigh-sugar foods, and 0.95 more servings of fruit andvegetables per day compared with students who never broughttheir lunch to school.”
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
40
Results
“In bivariate analyses, adolescents who typically brought theirlunch from home 5 days per week ate fast food on feweroccasions; consumed fewer servings of soda, fried potatoes,and high-sugar foods; and ate more fruit and vegetablescompared with adolescents who never brought their lunch toschool. In linear regressions controlling for demographics,body mass index, desire to change weight, parent education,and adult presence after school, students who typicallybrought their lunch to school 5 days per week ate fast food0.35 fewer times and consumed 0.35 fewer servings of soda,0.10 fewer servings of fried potatoes, 0.25 fewer servings ofhigh-sugar foods, and 0.95 more servings of fruit andvegetables per day compared with students who never broughttheir lunch to school.”
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
41
Results
“In bivariate analysesadolescents who typically brought theirlunch from home 5 days per week ate fast food on feweroccasions; consumed fewer servings of soda, friedpotatoes, and high-sugar foods; and ate more fruit andvegetables compared with adolescents who never broughttheir lunch to school. In linear regressions controlling fordemographics, body mass index, desire to change weight,parent education, and adult presence after schoolstudentswho typically brought their lunch to school 5 days per week atefast food 0.35 fewer times and consumed 0.35 fewerservings of soda, 0.10 fewer servings of fried potatoes,0.25 fewer servings of high-sugar foods, and 0.95 moreservings of fruit and vegetables per day compared withstudents who never brought their lunch to school.”
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
42
Table 2.  Dietary Intake as a Function of Days Bringing Lunch to School AmongCalifornia Adolescents Aged 12-17 Years, California Health Interview Survey, 2005
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
43
Table 2.  Dietary Intake as a Function of Days Bringing Lunch to School AmongCalifornia Adolescents Aged 12-17 Years, California Health Interview Survey, 2005
Lesson 2-2: Cross-Sectional Studies
44
Table 2.  Dietary Intake as a Function of Days Bringing Lunch to School AmongCalifornia Adolescents Aged 12-17 Years, California Health Interview Survey, 2005