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
FälleKontrollenexponiert20300abnicht exponiert80470cd

Übungsaufgabe (erfundene Werte, keine klinische Empfehlung). Eine Fall-Kontroll-Studie vergleicht 100 Patienten mit einer Erkrankung (Fälle) und 770 Personen ohne sie (Kontrollen). Die Tabelle zeigt, wie viele in jeder Gruppe gegenüber einem Risikofaktor exponiert waren. Bestimme die Odds Ratio OR für die Exposition. Runde auf zwei Nachkommastellen.

a = 20b = 300c = 80d = 470
OR =
2.Statistik der evidenzbasierten PraxisSchwer
CER4%EER?RRR 36%

Übungsaufgabe (erfundene Werte, keine klinische Empfehlung). Eine Behandlung senkt das Risiko für ein Ereignis relativ um 36 % (RRR = 36 %). In einer Patientengruppe beträgt das Risiko ohne Behandlung (CER) 4 % über fünf Jahre. Bestimme die Number needed to treat NNT, um über fünf Jahre ein Ereignis zu verhindern. Auf eine ganze Zahl von Patienten aufrunden.

RRR = 36%CER = 4%
NNT =
3.Beschreibende StatistikMittel
202530354045

Bestimme die Stichproben-Standardabweichung s der Daten: 33, 22, 24, 16, 43, 47.

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

Eine Größe ist normalverteilt mit Mittelwert 500 und Standardabweichung 25. Welcher Anteil P der Werte liegt unter 525?

μ = 500σ = 25x = 525
P =
5.KonfidenzintervalleMittel
x̄E₁ = 2,299%, n = 36x̄E₂ = ?95%, n = 324

Ein 99-%-Konfidenzintervall für einen Mittelwert, basierend auf 36 Beobachtungen und bekanntem σ, hat eine Fehlermarge von 2,2. Wie groß ist die Fehlermarge E₂ eines 95-%-Intervalls auf Basis von 324 Beobachtungen?

99%n₁ = 36E₁ = 2,295%n₂ = 324
E₂ =
6.KonfidenzintervalleSchwer
n = 25Lσ = ?s = 10,995%

Die Durchmesser von 25 gefertigten Wellen haben eine Stichprobenstandardabweichung von 10,9 µm. Bestimme unter der Annahme normalverteilter Durchmesser die obere Grenze σ des 95-%-Konfidenzintervalls für die Standardabweichung der Grundgesamtheit. Bei df = 24 liegen 2,5 % der χ²-Verteilung unter 12,401 und 2,5 % über 39,364.

n = 25s = 10,9 µmχ² = 12,401, 39,364
σ = µm
7.Hypothesentests & KonfidenzintervalleMittel
t −1,9901,99

Eine Stichprobe von 81 Studierenden hat einen mittleren Punktwert von 116,9 und eine Stichproben-Standardabweichung von 20. Bestimme die Teststatistik t für H₀: μ = 120.

μ₀ = 120x̄ = 116,9s = 20n = 81
t =
8.Hypothesentests & KonfidenzintervalleSchwer
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 2,5α = 0,05βσ = 18, Teststärke 80%, n = ?

Ein einseitiger z-Test bei α = 0,05 soll eine Verschiebung des Mittelwerts um 2,5 Einheiten mit einer Teststärke von 80 % erkennen. Die Standardabweichung beträgt 18. Bestimme den Mindeststichprobenumfang n.

α = 0,05Teststärke = 80%δ = 2,5σ = 18zα = 1,645zβ = 0,842
n =

3Lösungen

1.Statistik der evidenzbasierten Praxis

Antwort: OR = 0,39

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.

Odds der Exposition

Fälle: 20/80 = 0,25
Kontrollen: 300/470 = 0,6383

Odds Ratio

OR = (20·470)/(300·80) = 0,3917 ≈ 0,39

Antwort

OR = 0,39

OR unter 1: Die Exposition ist bei den Fällen seltener, was auf einen Schutzeffekt hindeutet.

2.Statistik der evidenzbasierten Praxis

Antwort: NNT = 70

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.

Absolute Risikoreduktion

ARR = 0,04·0,36 = 0,0144

Number needed to treat

NNT = 1/0,0144 = 69,44 → 70

Antwort

NNT = 70

Derselbe relative Effekt ergibt eine kleinere NNT, wenn das Ausgangsrisiko höher ist.

3.Beschreibende Statistik

Antwort: s = 12,32

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 = 185/6 = 30,83

Quadrierte Abweichungen

Σ(x − x̄)² = 2,167² + (−8,833)² + (−6,833)² + (−14,83)² + 12,17² + 16,17² = 758,8

Standardabweichung

s = √(758,8/5) = 12,32

Antwort

s = 12,32
4.Beschreibende Statistik

Antwort: P = 0,8413

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

Standardnormalverteilungstabelle

Φ(1) = 0,8413
P = 0,8413

Antwort

P = 0,8413
5.Konfidenzintervalle

Antwort: E₂ = 0,558

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 = (1,96/2,576)·√(36/324) = 0,2536

Neue Fehlermarge

E₂ = 2,2·0,2536 = 0,558

Antwort

E₂ = 0,558
6.Konfidenzintervalle

Antwort: σ = 15,16 µm

Intervall für eine Varianz: (n − 1)s²/σ² ist χ²-verteilt mit n − 1 Freiheitsgraden. Das 95-%-Intervall für σ² reicht von (n − 1)s² geteilt durch den oberen χ²-Wert (2,5 % darüber) bis (n − 1)s² geteilt durch den unteren χ²-Wert (2,5 % darunter); das Intervall für σ ist die Wurzel beider Grenzen. Es ist nicht symmetrisch um s.

Quadratsumme

(n − 1)s² = 24·10,9² = 2851

Grenzen für σ²

2851/39,364 = 72,44
2851/12,401 = 229,9

Grenze für σ

σ = √229,9 = 15,16 µm

Antwort

σ = 15,16 µm

95-%-Intervall für σ: [8,511, 15,16] µm.

7.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: t = −1,395

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 = (116,9 − 120)/2,222 = −1,395

Antwort

t = −1,395
t0,025; df = 80 = 1,99

|t| < 1.99, also wird H₀ auf dem 5-%-Niveau (zweiseitig) nicht verworfen.

8.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: n = 321

Stichprobenumfang für einen Test: Um eine wahre Verschiebung δ mit der Teststärke 1 − β in einem einseitigen z-Test zum Niveau α zu erkennen, muss der Standardfehler δ = (z_α + z_β)·σ/√n erfüllen, also n = ((z_α + z_β)·σ/δ)², aufgerundet.

Nach n auflösen

n = ((1,645 + 0,842)·18/2,5)² = 320,6

Aufrunden

n = 321

Antwort

n = 321

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