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
PersonenJahre1200523603neue Fälle90

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 90 neue Fälle auf. Bestimme die Inzidenzrate IR pro 1000 Personenjahre. Runde auf eine Nachkommastelle.

200 × 5 Jahre360 × 3 Jahre90 neue Fälle
IR = pro 1000 Personenjahre
2.Statistik der evidenzbasierten PraxisSchwer
Vortest50%Nachtest?p′LR−

Übungsaufgabe (erfundene Werte, keine klinische Empfehlung). Ein Patient hat eine Vortestwahrscheinlichkeit von 50 % für eine Erkrankung. Ein Test mit einer Sensitivität von 60 % und einer Spezifität von 97 % fällt negativ aus. Bestimme die Nachtestwahrscheinlichkeit p′ der Erkrankung als Prozentsatz. Runde auf eine Nachkommastelle.

Vortest 50%Se = 60%Sp = 97%negativ
p′ = %
3.Beschreibende StatistikMittel
25303540455055

Bestimme die Stichproben-Standardabweichung s der Daten: 25, 41, 36, 54, 55.

n = 5
s =
4.Beschreibende StatistikSchwer
z −2−1012

Prüfungsergebnisse sind normalverteilt mit Mittelwert 50 und Standardabweichung 10. Bestimme den z-Wert z eines Ergebnisses von 38.

μ = 50σ = 10x = 38
z =
5.KonfidenzintervalleMittel
x̄E₁ = 7,495%, n = 50x̄E₂ = ?99%, n = 50

Ein 95-%-Konfidenzintervall für einen Mittelwert, basierend auf 50 Beobachtungen und bekanntem σ, hat eine Fehlermarge von 7,4. Wie groß ist die Fehlermarge E₂ eines 99-%-Intervalls aus denselben Daten?

95%n₁ = 50E₁ = 7,499%
E₂ =
6.KonfidenzintervalleSchwer
μ₁ − μ₂, t(24) = 1,7110LU = ?x̄₁ − x̄₂E90%

Zwei Dünger werden getestet. Parzellengruppe 1: 18 Parzellen, mittlerer Ertrag 89,5 kg, Standardabweichung 4 kg. Parzellengruppe 2: 8 Parzellen, Mittelwert 81,5 kg, Standardabweichung 3,5 kg. Nimm gleiche Varianzen an (gepoolter t-Test, df = n₁ + n₂ − 2). Bestimme die obere Grenze des 90-%-Konfidenzintervalls für μ₁ − μ₂.

n₁ = 18x̄₁ = 89,5s₁ = 4n₂ = 8x̄₂ = 81,5s₂ = 3,590%t(24) = 1,711
obere Grenze = kg
7.Hypothesentests & KonfidenzintervalleMittel
t −1,99801,998

Eine Stichprobe von 64 Studierenden hat einen mittleren Punktwert von 496,8 und eine Stichproben-Standardabweichung von 10. Bestimme die Teststatistik t für H₀: μ = 500.

μ₀ = 500x̄ = 496,8s = 10n = 64
t =
8.Hypothesentests & KonfidenzintervalleSchwer
σ = 5, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 390%

Wie groß muss eine Stichprobe sein, damit das 90-%-Konfidenzintervall für einen Mittelwert eine Fehlermarge von höchstens 3 hat? Die Standardabweichung ist 5. Bestimme den kleinsten Stichprobenumfang n.

σ = 5E = 390%
n =

3Lösungen

1.Statistik der evidenzbasierten Praxis

Antwort: IR = 43,3 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 = 200·5 + 360·3 = 2080

Inzidenzrate

IR = 90/2080·1000 = 43,3 pro 1000 Personenjahre

Antwort

IR = 43,3 pro 1000 Personenjahre
2.Statistik der evidenzbasierten Praxis

Antwort: p′ = 29,2 %

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 − 0,6)/0,97 = 0,4124

Vortest-Odds

0,5/(1 − 0,5) = 1

Nachtest-Odds

1·0,4124 = 0,4124

Nachtestwahrscheinlichkeit

p′ = 0,4124/(1 + 0,4124) = 0,292 ≈ 29,2%

Antwort

p′ = 29,2%
3.Beschreibende Statistik

Antwort: s = 12,64

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 = 211/5 = 42,2

Quadrierte Abweichungen

Σ(x − x̄)² = (−17,2)² + (−1,2)² + (−6,2)² + 11,8² + 12,8² = 638,8

Standardabweichung

s = √(638,8/4) = 12,64

Antwort

s = 12,64
4.Beschreibende Statistik

Antwort: z = −1,2

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 = (38 − 50)/10 = −1,2

Antwort

z = −1,2
5.Konfidenzintervalle

Antwort: E₂ = 9,726

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 = (2,576/1,96)·√(50/50) = 1,314

Neue Fehlermarge

E₂ = 7,4·1,314 = 9,726

Antwort

E₂ = 9,726
6.Konfidenzintervalle

Antwort: obere Grenze = 10,81 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 = (17·4² + 7·3,5²)/24 = 14,91
sp = 3,861

Fehlermarge

E = 1,711·3,861·√(1/18 + 1/8) = 2,807

Intervall

8 ± 2,807 → [5,193, 10,81]

Antwort

obere Grenze = 10,81 kg
7.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: t = −2,56

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 = 10/√64 = 10/8 = 1,25

Teststatistik

t = (496,8 − 500)/1,25 = −2,56

Antwort

t = −2,56
t0,025; df = 63 = 1,998

|t| > 1,998, also wird H₀ auf dem 5-%-Niveau (zweiseitig) verworfen.

8.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: n = 8

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 = (1,645·5/3)² = 7,517

Aufrunden

n = 8

Antwort

n = 8

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