Evidenzbasierte Praxis: Lernpaket

Formelsammlungen, die wichtigsten Lösungsschritte zu jedem Thema und 8 Übungsaufgaben, mit vollständigen Lösungen am Ende.

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1Formeln und Methoden

Statistik der evidenzbasierten Praxis

Sensitivität und Spezifität
Se = a/(a + c), Sp = d/(b + d)
Prädiktive Werte
PPV = a/(a + b), NPV = d/(c + d)
Genauigkeit
(a + d)/n
Likelihood-Ratios
LR+ = Se/(1 − Sp), LR− = (1 − Se)/Sp
PPV bei Prävalenz p
Se·p / (Se·p + (1 − Sp)(1 − p))
Odds
Odds = p/(1 − p); p = Odds/(1 + Odds); Nachtest-Odds = Vortest-Odds × LR
Risikomaße
RR = EER/CER, ARR = CER − EER, RRR = ARR/CER
Number needed to treat
NNT = 1/ARR, aufgerundet; NNH = 1/(EER − CER)
Odds Ratio
OR = ad/(bc)
Inzidenzrate
neue Fälle / Personenzeit

Methode

  1. Zeichne die Vierfeldertafel und beschrifte a, b, c und d, bevor du rechnest.
  2. Lies Sensitivität und Spezifität spaltenweise ab, prädiktive Werte zeilenweise.
  3. Stell dir bei einer anderen Prävalenz 10 000 Personen vor und fülle die Tafel mit Se, Sp und der Prävalenz.
  4. Rechne bei einer Likelihood-Ratio die Wahrscheinlichkeit in Odds um, multipliziere und rechne zurück.
  5. Bestimme bei einer Studie zuerst EER und CER; dann RR = EER/CER, ARR = CER − EER und NNT = 1/ARR aufgerundet.

Beschreibende Statistik

Mittelwert
x̄ = Σx/n
Stichproben-Standardabweichung
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
Median
mittlerer Wert der sortierten Daten
z-Wert
z = (x − μ)/σ
Normalverteilung
68% innerhalb ±1σ, 95% innerhalb ±2σ

Konfidenzintervalle

σ bekannt
x̄ ± z·σ/√n
σ unbekannt
x̄ ± t·s/√n, df = n − 1
Kritischer z-Wert
90%: 1,645, 95%: 1,96, 99%: 2,576
Stichprobenumfang
n = (z·σ/E)², rounded up

Methode

  1. Entscheide zwischen z (σ der Grundgesamtheit bekannt) und t (nur die Stichproben-Standardabweichung s, mit n − 1 Freiheitsgraden).
  2. Bestimme den kritischen Wert für das Konfidenzniveau.
  3. Fehlerspanne: E = kritischer Wert × Standardabweichung/√n.
  4. Intervall: x̄ ± E.

Hypothesentests & Konfidenzintervalle

z-Test für einen Mittelwert
z = (x̄ − μ0)/(σ/√n)
t-Test für einen Mittelwert
t = (x̄ − μ0)/(s/√n), df = n − 1
Zweiseitig bei 5%
H0 ablehnen, wenn |z| > 1,96
Konfidenzintervall
x̄ ± z·σ/√n

Methode

  1. Formuliere H₀ und H₁ und entscheide, ob der Test einseitig oder zweiseitig ist.
  2. Berechne die Teststatistik: (x̄ − μ₀)/(σ/√n), oder mit s und t.
  3. Vergleiche mit dem kritischen Wert oder bestimme den p-Wert.
  4. Verwirf H₀, wenn die Statistik jenseits des kritischen Werts liegt (p kleiner als α), und formuliere die Schlussfolgerung in Worten.

2Übungsaufgaben

1.Statistik der evidenzbasierten PraxisMittel
PersonenJahre127022160433504neue Fälle100

Übungsaufgabe (erfundene Werte, keine klinische Empfehlung). In einer Kohorte wurden Gruppen von Personen unterschiedlich lange nachbeobachtet (siehe Tabelle: Anzahl der Personen und Nachbeobachtungsjahre jeweils). Während der Nachbeobachtung traten 100 neue Fälle auf. Bestimme die Inzidenzrate IR pro 1000 Personenjahre. Runde auf eine Nachkommastelle.

270 × 2 Jahre160 × 4 Jahre350 × 4 Jahre100 neue Fälle
IR = pro 1000 Personenjahre
2.Statistik der evidenzbasierten PraxisSchwer
TestErkrankung vorhandenErkrankung nicht vorhandengesamtpositiv?negativgesamt10 000

Übungsaufgabe (erfundene Werte, keine klinische Empfehlung). 10 000 Personen werden mit einem Test mit einer Sensitivität von 83 % und einer Spezifität von 92 % untersucht. Die Prävalenz der Erkrankung beträgt 3 %. Wie viele positive Ergebnisse n₊ sind insgesamt zu erwarten?

N = 10 000p = 3%Se = 83%Sp = 92%
n₊ =
3.Beschreibende StatistikMittel
20253035404550

Bestimme die Stichproben-Standardabweichung s der Daten: 26, 37, 50, 44, 17, 33.

n = 6
s =
4.Beschreibende StatistikSchwer
z −2−1012

Eine Größe ist normalverteilt mit Mittelwert 60 und Standardabweichung 10. Welcher Anteil P der Werte liegt über 52?

μ = 60σ = 10x = 52
P =
5.KonfidenzintervalleMittel
n = 8, s = 10,5LU = ?x̄ = 61,5E95%

Eine Stichprobe von 8 Elementen hat den Mittelwert 61,5 und die Standardabweichung s = 10,5. Die Grundgesamtheit ist annähernd normalverteilt. Bestimme die obere Grenze des 95-%-Konfidenzintervalls für den Mittelwert.

n = 8x̄ = 61,5s = 10,595%t(7) = 2,365
obere Grenze =
6.KonfidenzintervalleSchwer
μ₁ − μ₂, t(20) = 1,7250LUx̄₁ − x̄₂E = ?90%

Zwei Dünger werden getestet. Parzellengruppe 1: 16 Parzellen, mittlerer Ertrag 72 kg, Standardabweichung 2 kg. Parzellengruppe 2: 6 Parzellen, Mittelwert 82,5 kg, Standardabweichung 3,5 kg. Nimm gleiche Varianzen an (gepoolter t-Test, df = n₁ + n₂ − 2). Bestimme die Fehlermarge E des 90-%-Konfidenzintervalls für μ₁ − μ₂.

n₁ = 16x̄₁ = 72s₁ = 2n₂ = 6x̄₂ = 82,5s₂ = 3,590%t(20) = 1,725
E = kg
7.Hypothesentests & KonfidenzintervalleMittel
2,32p = ?

Der Mittelwert einer Grundgesamtheit soll 50 betragen; die Standardabweichung der Grundgesamtheit ist bekanntermaßen 30. Eine Zufallsstichprobe von 144 Beobachtungen hat den Mittelwert 55,8. Teste H₀: μ = 50 gegen H₁: μ > 50. Bestimme den p-Wert p.

μ₀ = 50σ = 30n = 144x̄ = 55,8H₁: μ > μ₀
p =
8.Hypothesentests & KonfidenzintervalleSchwer
z −2,57602,576

Eine Stichprobe von 36 Messungen hat den Mittelwert 119,5. Die Standardabweichung der Grundgesamtheit ist 8. Bestimme die untere Grenze L des 99-%-Konfidenzintervalls für den Mittelwert.

x̄ = 119,5σ = 8n = 3699%
L =

3Lösungen

1.Statistik der evidenzbasierten Praxis

Antwort: IR = 38,8 pro 1000 Personenjahre

Likelihood-Ratios und Risikomaße: LR+ = Sensitivität/(1 − Spezifität), LR− = (1 − Sensitivität)/Spezifität. In einer Studie sind EER und CER die Ereignisraten mit und ohne Behandlung: RR = EER/CER, ARR = CER − EER, RRR = ARR/CER und NNT = 1/ARR, aufgerundet. In einer Fall-Kontroll-Studie kann nur die Odds Ratio OR = ad/(bc) verwendet werden. Eine Inzidenzrate = neue Fälle/Personenzeit.

Personenjahre

PY = 270·2 + 160·4 + 350·4 = 2580

Inzidenzrate

IR = 100/2580·1000 = 38,8 pro 1000 Personenjahre

Antwort

IR = 38,8 pro 1000 Personenjahre
2.Statistik der evidenzbasierten Praxis

Antwort: n₊ = 1025

Prädiktive Werte hängen von der Prävalenz ab: PPV = Se·p/(Se·p + (1 − Sp)(1 − p)) und NPV = Sp(1 − p)/(Sp(1 − p) + (1 − Se)p). Mit Likelihood-Ratios: Vortest-Odds = p/(1 − p), Nachtest-Odds = Vortest-Odds × LR, Wahrscheinlichkeit = Odds/(1 + Odds). Bei einer Population von N gilt: richtig Positive = N·p·Se und falsch Positive = N·(1 − p)·(1 − Sp). NNT = 1/(CER × RRR), aufgerundet.

Mit und ohne Erkrankung

10 000·0,03 = 300
10 000 − 300 = 9700

Alle positiven Ergebnisse

TP = 300·0,83 = 249
FP = 9700·0,08 = 776
n₊ = 249 + 776 = 1025

Antwort

n₊ = 1025

Von den 1025 Positiven haben nur 249 die Erkrankung (PPV 24,3 %).

3.Beschreibende Statistik

Antwort: s = 11,98

Beschreibende Statistik: Der Mittelwert ist die Summe geteilt durch n; der Median ist der mittlere Wert der sortierten Daten (bei geradem n der Mittelwert der beiden mittleren Werte). Die Stichproben-Standardabweichung ist s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Ein z-Wert z = (x − μ)/σ gibt an, wie viele Standardabweichungen ein Wert vom Mittelwert entfernt liegt.

Mittelwert

x̄ = 207/6 = 34,5

Quadrierte Abweichungen

Σ(x − x̄)² = (−8,5)² + 2,5² + 15,5² + 9,5² + (−17,5)² + (−1,5)² = 717,5

Standardabweichung

s = √(717,5/5) = 11,98

Antwort

s = 11,98
4.Beschreibende Statistik

Antwort: P = 0,7881

Beschreibende Statistik: Der Mittelwert ist die Summe geteilt durch n; der Median ist der mittlere Wert der sortierten Daten (bei geradem n der Mittelwert der beiden mittleren Werte). Die Stichproben-Standardabweichung ist s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Ein z-Wert z = (x − μ)/σ gibt an, wie viele Standardabweichungen ein Wert vom Mittelwert entfernt liegt.

Standardisieren

z = −0,8

Standardnormalverteilungstabelle

Φ(−0,8) = 0,2119
P = 1 − 0,2119 = 0,7881

Antwort

P = 0,7881
5.Konfidenzintervalle

Antwort: obere Grenze = 70,28

Konfidenzintervall für einen Mittelwert: x̄ ± Fehlermarge. Bei bekanntem σ der Grundgesamtheit ist die Fehlermarge z·σ/√n; ist nur die Stichproben-Standardabweichung s bekannt, nimm t mit n − 1 Freiheitsgraden: t·s/√n. Kritische Werte: z = 1,645 (90 %), 1,96 (95 %), 2,576 (99 %). Für eine Fehlermarge von höchstens E brauchst du n ≥ (z·σ/E)², aufgerundet.

Kritischer Wert

df = n − 1 = 7, t = 2,365

Fehlermarge

E = 2,365·10,5/√8 = 8,78

Intervall

61,5 ± 8,78 → [52,72, 70,28]

Antwort

obere Grenze = 70,28
6.Konfidenzintervalle

Antwort: E = 2,033 kg

Interval for a difference: estimate ± critical value × standard error. For two independent means with known σ: SE = √(σ₁²/n₁ + σ₂²/n₂) and z. With equal unknown variances: pooled s_p and t with n₁ + n₂ − 2 degrees of freedom. For paired data, work with the differences: d̄ ± t·s_d/√n.

Gepoolte Standardabweichung

sp² = (15·2² + 5·3,5²)/20 = 6,063
sp = 2,462

Fehlermarge

E = 1,725·2,462·√(1/16 + 1/6) = 2,033

Antwort

E = 2,033 kg
7.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: p = 0,01017

Hypothesis test: the test statistic = (estimate − value under H₀)/(standard error under H₀). The p-value is the probability, assuming H₀ is true, of a statistic at least as extreme as the one observed: the area in one tail for a one-sided H₁, twice the tail area for a two-sided H₁. Reject H₀ when p ≤ α.

Teststatistik

SE = σ/√n = 30/√144 = 2,5
z = (55,8 − 50)/2,5 = 2,32

Endfläche

Φ(2,32) = 0,9898
1 − Φ(2,32) = 0,0102

p-Wert

p = 0,01017

Antwort

p = 0,01017

p ≤ 0,05, also wird H₀ auf dem 5-%-Niveau verworfen.

8.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: L = 116,1

Test eines Mittelwerts: Die Teststatistik misst, wie viele Standardfehler der Stichprobenmittelwert vom in H₀ behaupteten Wert entfernt liegt: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n), wenn σ bekannt ist, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n), wenn es aus der Stichprobe geschätzt wird. Ein Konfidenzintervall ist x̄ ± (kritischer Wert)·(Standardfehler).

Fehlermarge

E = 2,576·8/√36 = 3,435

Intervallgrenze

L = 119,5 − 3,435 = 116,1

Antwort

L = 116,1

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