이번 포스팅에서는 비무작위배정과 무작위배정에 대해 알아보고자 한다.
비무작위배정
비무작위배정은 계통적 배정이라고도 하는데 일정한 사전 규칙에 의하여 배정하는 방법으로 확률론적 방법에 의거한 무작위배정과 구별된다. 비무작위배정의 경우 시험군과 대조군의 비교가능성이 저해될 수 있고, 연구자가 배정 내용을 사전에 알게 됨으로써 눈가림 원칙에 어긋나 선택 편향(Selection bias)이 발생할 수 있다.
예시) 일련번호를 홀짝으로 구별하여 시험군과 대조군에 배정
무작위배정
무작위배정은 여러 편향(bias)을 피할 수 있고, 연구결과에 영향을 미치는 알려진 또는 알려지지 않은 모든 교란변수를 통제할 수 있다. 무작위배정 방법은 단순(Simple) 무작위배정과 블록(Block) 무작위배정이 있는데 배정비를 일정하게 유지하기 위해 블록 무작위배정을 주로 사용하며, 연구결과에 밀접하게 영향을 미칠 수 있는 예후인자의 군 간 균형을 위해 층화(Stratified) 무작위배정을 실시할 수 있다.
1)단순 무작위 배정(simple randomization)
피험자를 단일한 일련의 순서(random sequence)에 기반하여 각 치료군에 무작위 배정하는 것을 단순 무작위 배정이라고 하며, 피험자를 각 치료군에 배정하는데 완전한 무작위성(randomness)을 유지할 수 있다. 단순 무작위 배정은 단순하고 구현이 용이하며 이해하기 쉽다는 장점이 있지만, 실제 구현을 하게 되면 각 치료군에 배정되는 피험자 수에 불균형이 생길 수 있다는 문제점이 있다.
표본 수가 많은 연구에서는 대개 각 치료군 간 피험자 수의 차이가 전체 피험자 수에 비추어 무시할 수 있을 정도로 작아 전반적으로 용인될 수 있지만, 표본 수가 적은 연구에서는 불균형의 상대적 크기와 불균형이 발생할 가능성이 커지게 된다. 따라서 일반적으로 단순 무작위 배정은 피험자의 수가 200명이 넘는 연구에서 권장된다.
예시) 동전 던지기 방법
->던져진 동전이 앞면인지 뒷면인지에 따라 피험자의 치료군 배정을 결정한다.
(동전의 앞면과 뒷면이 나올 확률이 각각 50%이므로, 각 치료군에 배정될 확률 또한 50%가 된다.)
2) 블록 무작위 배정(Blocked randomization, Permuted- block randomization)
블록 무작위 배정은 단순 무작위 배정에서 발생할 수 있는 군간 피험자수의 불균형을 막기 위하여 설계된 방법이다. 이 방법에서는 연구자가 블록 크기(블록 내에 배정되는 피험자 수)와 배정비(allocation ratio, 각 치료군에 배정되는 피험자 수의 비)를 미리 정해야 한다.
블록 무작위 배정의 단점으로는 첫째, 만일 블록에 대하여 맹검(blinding)이 이루어지지 않는다면, 다음 순서의 피험자가 어느 치료군에 배정될지 어느 정도 예측이 가능하다는 점이다. 만일 블록 크기가 4인 연구에서 앞의 두 피험자가 대조군으로 배정되었다면, 다음 두 피험자는 시험군으로 배정된다는 것이 예측 가능하다. 이는 선택편향(selection bias)을 일으킬 수 있다. 치료 약의 효과가 크게 나오기를 원하는 연구자는 시험군에 배정될 피험자의 확률이 높은 상황이 예측될 때, 치료가 잘 될 것으로 예상하는 피험자를 모집할 수도 있다.
둘째, 분석이 복잡하다. 블록 무작위 배정을 시행하였다는 점을 고려해서 분석하여야 한다 [9]. 많은 경우에서와 같이 이를 무시하고 분석하면, 검정력이 실제보다 낮아져서 더 보수적인 결과를 산출하게 된다.
마지막으로 블록 무작위 배정을 시행하여 피험자 수의 균형을 달성할 수는 있지만, 다른 예후 요인에서는 불균형이 생길 수 있다. 특히 예후 요인의 불균형이 결과에 영향을 미치는 요인일 경우 혼란변수(confounding factor)로 작용하여 연구 결과가 편향될 수 있다.
예시) 4명 크기의 블록을 A그룹과 B 그룹이 1:1로 할당할 경우 나올 수 있는 순서의 경우의 수
->6가지(AABB, ABAB, ABBA, BAAB, BABA, BBAA)
->6가지 중 하나를 단순무작위배정(simple randomization)으로 선정한 후 그 순서대로 그룹을 할당
3) 층화 무작위 배정(Stratified randomization)
층화 무작위 배정은 단순 무작위 배정과 블록 무작위 배정에서 생길 수 있는 결과에 영향을 미칠 수 있는 예후요인의 불균형을 예방하고 제어할 필요성에 따라 생겨났다.
층화 무작위 배정의 수행 과정을 보자. 먼저, 연구자는 결과에 큰 영향을 미칠 것으로 예상되는 예후요인(층)을 조합하여 별도의 하위 그룹을 생성한다. 그런 후 피험자의 특성에 따라 피험자를 적절한 하위 그룹에 배정한다. 마지막으로 하위 그룹 내에서 배정된 피험자를 대상으로 단순 무작위 배정을 실시한다.
층화는 꼭 필요한 예후요인만을 대상으로 시행하여, 층의 개수를 최소화해야 한다. 층의 개수가 증가하면 하위 그룹의 개수가 증가할 것이고 각 층에 배정되는 피험자의 수는 줄어들 것이기 때문이다. 또한 모든 피험자의 특성을 배정 전에 파악할 수 있는 경우에만 사용할 수 있다. 모든 피험자의 일반적 특성을 확인하고, 이 중 결과에 영향을 줄 수 있는 예후 요인에 대해 층화를 미리 실시해야 하기 때문이다. 하지만, 대부분의 임상연구에서 피험자를 연속적으로 한 명씩 모집하므로 피험자의 특성을 미리 파악하기 어려우므로 층화 무작위 배정을 시행하기 어려운 경우가 많다.
예시) 기관내삽관 후 혈압의 변동에 특정한 감압제가 미치는 영향에 대한 연구
->층화요인으로 고혈압 병력, 기도의 해부학적 이상 구조의 유무, 피험자의 연령을 설정
->해당 층화요인에 따라 대상자를 하위 그룹으로 배정한 후 하위그룹 내에서 단순무작위배정 실시
Random allocation and dynamic allocation randomization
서론 무작위화(randomization)라는 용어는 특정한 패턴이나 규칙성이 없도록 무엇인가를 만드는 모든 과정을 가리키며, 모집단에서 표본을 추출하는데 이용되는 무작위 추출(random sampling), 무작위
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