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
FälleKontrollenexponiert6817abnicht exponiert13283cd

Übungsaufgabe (erfundene Werte, keine klinische Empfehlung). Eine Fall-Kontroll-Studie vergleicht 200 Patienten mit einer Erkrankung (Fälle) und 100 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 = 68b = 17c = 132d = 83
OR =
2.Statistik der evidenzbasierten PraxisSchwer
Vortest20%Nachtest?p′LR−

Übungsaufgabe (erfundene Werte, keine klinische Empfehlung). Ein Patient hat eine Vortestwahrscheinlichkeit von 20 % für eine Erkrankung. Ein Test mit einer Sensitivität von 77 % und einer Spezifität von 75 % fällt negativ aus. Bestimme die Nachtestwahrscheinlichkeit p′ der Erkrankung als Prozentsatz. Runde auf eine Nachkommastelle.

Vortest 20%Se = 77%Sp = 75%negativ
p′ = %
3.Beschreibende StatistikMittel
1520253035404550

Bestimme die Stichproben-Standardabweichung s der Daten: 30, 18, 49, 38, 15, 39, 51.

n = 7
s =
4.Beschreibende StatistikSchwer
z −2−1012

Eine Größe ist normalverteilt mit Mittelwert 100 und Standardabweichung 12. Welcher Anteil P der Werte liegt über 115?

μ = 100σ = 12x = 115
P =
5.KonfidenzintervalleMittel
μ₁ − μ₂0L = ?Ux̄₁ − x̄₂E95%

Die Akkulaufzeit zweier Handymodelle wird verglichen. Modell 1: 100 Handys, Mittelwert 74 h, bekannte Standardabweichung 10 h. Modell 2: 30 Handys, Mittelwert 81 h, bekannte Standardabweichung 9 h. Bestimme die untere Grenze des 95-%-Konfidenzintervalls für μ₁ − μ₂.

n₁ = 100x̄₁ = 74 hσ₁ = 10 hn₂ = 30x̄₂ = 81 hσ₂ = 9 h95%
untere Grenze = h
6.KonfidenzintervalleSchwer
n = 11σ = ?Us = 8,495%

Die Durchmesser von 11 gefertigten Wellen haben eine Stichprobenstandardabweichung von 8,4 µm. Bestimme unter der Annahme normalverteilter Durchmesser die untere Grenze σ des 95-%-Konfidenzintervalls für die Standardabweichung der Grundgesamtheit. Bei df = 10 liegen 2,5 % der χ²-Verteilung unter 3,247 und 2,5 % über 20,483.

n = 11s = 8,4 µmχ² = 3,247, 20,483
σ = µm
7.Hypothesentests & KonfidenzintervalleMittel
t −1,9901,99

Eine Stichprobe von 81 Studierenden hat einen mittleren Punktwert von 114,8 und eine Stichproben-Standardabweichung von 15. Bestimme die Teststatistik t für H₀: μ = 120.

μ₀ = 120x̄ = 114,8s = 15n = 81
t =
8.Hypothesentests & KonfidenzintervalleSchwer
−1,961,96z = ?

In einer Studie erholen sich 60 von 200 Patienten unter Behandlung A und 42 von 120 Patienten unter Behandlung B. Bestimme mit dem gepoolten Anteil die Teststatistik z für H₀: p₁ = p₂.

x₁ = 60n₁ = 200x₂ = 42n₂ = 120
z =

3Lösungen

1.Statistik der evidenzbasierten Praxis

Antwort: OR = 2,52

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: 68/132 = 0,5152
Kontrollen: 17/83 = 0,2048

Odds Ratio

OR = (68·83)/(17·132) = 2,515 ≈ 2,52

Antwort

OR = 2,52

OR über 1: Die Exposition ist bei den Fällen häufiger.

2.Statistik der evidenzbasierten Praxis

Antwort: p′ = 7,1 %

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.

Likelihood-Ratio

LR− = (1 − 0,77)/0,75 = 0,3067

Vortest-Odds

0,2/(1 − 0,2) = 0,25

Nachtest-Odds

0,25·0,3067 = 0,07667

Nachtestwahrscheinlichkeit

p′ = 0,07667/(1 + 0,07667) = 0,07121 ≈ 7,1%

Antwort

p′ = 7,1%
3.Beschreibende Statistik

Antwort: s = 14,07

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 = 240/7 = 34,29

Quadrierte Abweichungen

Σ(x − x̄)² = (−4,286)² + (−16,29)² + 14,71² + 3,714² + (−19,29)² + 4,714² + 16,71² = 1187

Standardabweichung

s = √(1187/6) = 14,07

Antwort

s = 14,07
4.Beschreibende Statistik

Antwort: P = 0,1056

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 = 1 − 0,8944 = 0,1056

Antwort

P = 0,1056
5.Konfidenzintervalle

Antwort: untere Grenze = −10,77 h

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.

Punktschätzer

x̄₁ − x̄₂ = 74 − 81 = −7

Standardfehler

SE = √(10²/100 + 9²/30) = 1,924

Fehlermarge

E = 1,96·1,924 = 3,77

Intervall

−7 ± 3,77 → [−10,77, −3,23]

Antwort

untere Grenze = −10,77 h

Das Intervall enthält die 0 nicht, die Mittelwerte unterscheiden sich also signifikant.

6.Konfidenzintervalle

Antwort: σ = 5,869 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 = 10·8,4² = 705,6

Grenzen für σ²

705,6/20,483 = 34,45
705,6/3,247 = 217,3

Grenze für σ

σ = √34,45 = 5,869 µm

Antwort

σ = 5,869 µm

95-%-Intervall für σ: [5,869, 14,74] µm.

7.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: t = −3,12

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 = 15/√81 = 15/9 = 1,667

Teststatistik

t = (114,8 − 120)/1,667 = −3,12

Antwort

t = −3,12
t0,025; df = 80 = 1,99

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

8.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: z = −0,9292

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.

Stichprobenanteile

p̂₁ = 60/200 = 0,3
p̂₂ = 42/120 = 0,35
p̂ = 102/320 = 0,3187

Standardfehler unter H₀

SE = √(0,3187·0,6813·(1/200 + 1/120)) = 0,05381

Teststatistik

z = (0,3 − 0,35)/0,05381 = −0,9292

Antwort

z = −0,9292

|z| < 1.96, also wird H₀ auf dem 5-%-Niveau (zweiseitig) nicht verworfen.

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