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
TestErkrankung vorhandenErkrankung nicht vorhandengesamtpositiv146285431abnegativ14855869cdgesamt16011401300

Übungsaufgabe (erfundene Werte, keine klinische Empfehlung). Ein neuer Test wurde in einer Studie mit dem Referenzstandard verglichen (siehe Vierfeldertafel). Bestimme die negative Likelihood-Ratio LR−. Runde auf zwei Nachkommastellen.

a = 146b = 285c = 14d = 855
LR− =
2.Statistik der evidenzbasierten PraxisSchwer
Kontrolle40%Behandlung?

Übungsaufgabe (erfundene Werte, keine klinische Empfehlung). Ohne Arzneimittel haben 40 % der Patienten innerhalb eines Jahres eine bestimmte Nebenwirkung. Das Arzneimittel erhöht dieses Risiko mit einem relativen Risiko von RR = 1,77. Bestimme die Number needed to harm NNH: Wie viele Patienten müssen das Arzneimittel ein Jahr lang einnehmen, damit ein zusätzlicher Patient die Nebenwirkung hat? Auf eine ganze Zahl von Patienten aufrunden.

Kontrolle 40%RR = 1,77
NNH =
3.Beschreibende StatistikMittel
1520253035404550

Bestimme die Stichproben-Standardabweichung s der Daten: 54, 22, 26, 50, 14, 32.

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

Eine Größe ist normalverteilt mit Mittelwert 170 und Standardabweichung 20. Welcher Anteil P der Werte liegt unter 195?

μ = 170σ = 20x = 195
P =
5.KonfidenzintervalleMittel
x̄E₁ = 10,890%, n = 64x̄E₂ = ?99%, n = 64

Ein 90-%-Konfidenzintervall für einen Mittelwert, basierend auf 64 Beobachtungen und bekanntem σ, hat eine Fehlermarge von 10,8. Wie groß ist die Fehlermarge E₂ eines 99-%-Intervalls aus denselben Daten?

90%n₁ = 64E₁ = 10,899%
E₂ =
6.KonfidenzintervalleSchwer
p ≈ 0,4, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0,0290%

Eine Vorstudie legt nahe, dass etwa 0,4 der Produkte fehlerhaft sind. Wie viele Produkte n müssen geprüft werden, damit ein 90-%-Konfidenzintervall für den Anteil eine Fehlermarge von höchstens 0,02 hat?

p ≈ 0,4E = 0,0290%
n =
7.Hypothesentests & KonfidenzintervalleMittel
t −1,9901,99

Eine Stichprobe von 81 Studierenden hat einen mittleren Punktwert von 495,1 und eine Stichproben-Standardabweichung von 20. Bestimme die Teststatistik t für H₀: μ = 500.

μ₀ = 500x̄ = 495,1s = 20n = 81
t =
8.Hypothesentests & KonfidenzintervalleSchwer
σ = 20, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2,590%

Wie groß muss eine Stichprobe sein, damit das 90-%-Konfidenzintervall für einen Mittelwert eine Fehlermarge von höchstens 2,5 hat? Die Standardabweichung ist 20. Bestimme den kleinsten Stichprobenumfang n.

σ = 20E = 2,590%
n =

3Lösungen

1.Statistik der evidenzbasierten Praxis

Antwort: LR− = 0,12

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.

Sensitivität und Spezifität

Se = 146/160 = 0,9125
Sp = 855/1140 = 0,75

Negative Likelihood-Ratio

LR− = (1 − 0,9125)/0,75 = 0,1167 ≈ 0,12

Antwort

LR− = 0,12
2.Statistik der evidenzbasierten Praxis

Antwort: NNH = 4

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.

Risiko mit dem Arzneimittel

0,4·1,77 = 0,708

Absolute Risikozunahme

ARI = 0,708 − 0,4 = 0,308

Number needed to harm

NNH = 1/0,308 = 3,247 → 4

Antwort

NNH = 4
3.Beschreibende Statistik

Antwort: s = 15,89

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 = 198/6 = 33

Quadrierte Abweichungen

Σ(x − x̄)² = 21² + (−11)² + (−7)² + 17² + (−19)² + (−1)² = 1262

Standardabweichung

s = √(1262/5) = 15,89

Antwort

s = 15,89
4.Beschreibende Statistik

Antwort: P = 0,8944

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 = 1,25

Standardnormalverteilungstabelle

Φ(1,25) = 0,8944
P = 0,8944

Antwort

P = 0,8944
5.Konfidenzintervalle

Antwort: E₂ = 16,91

Confidence interval for a mean: x̄ ± margin of error. With a known population σ the margin is z·σ/√n; with only the sample standard deviation s, use t with n − 1 degrees of freedom: t·s/√n. Critical values: z = 1,645 (90%), 1,96 (95%), 2,576 (99%). To get a margin E or smaller, you need n ≥ (z·σ/E)², rounded up.

Verhältnis der Fehlermargen

E₂/E₁ = (2,576/1,645)·√(64/64) = 1,566

Neue Fehlermarge

E₂ = 10,8·1,566 = 16,91

Antwort

E₂ = 16,91
6.Konfidenzintervalle

Antwort: n = 1624

Confidence interval for a proportion: p̂ ± z·√(p̂(1 − p̂)/n), where p̂ = x/n. To reach a margin E you need n ≥ z²·p(1 − p)/E², rounded up; without a prior estimate use p = 0,5, which gives the largest n.

Nach n auflösen

n = 1,645²·0,4·0,6/0,02² = 1624

Aufrunden

n = 1624

Antwort

n = 1624
7.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: t = −2,205

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).

Standardfehler

SE = 20/√81 = 20/9 = 2,222

Teststatistik

t = (495,1 − 500)/2,222 = −2,205

Antwort

t = −2,205
t0,025; df = 80 = 1,99

|t| > 1,99, also wird H₀ auf dem 5-%-Niveau (zweiseitig) verworfen.

8.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: n = 174

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).

Nach n auflösen

n = (1,645·20/2,5)² = 173,2

Aufrunden

n = 174

Antwort

n = 174

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