WDA - Biostatistik
MH.2303 - WDA-I BMS, UniFr
MH.2303 - WDA-I BMS, UniFr
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Lernkarten
Skalenniveaus
- Nominal?
- Ordinal?
- Intervall?
- Verhältnis?
Konfidenzintervall und Irrtumswahrscheinlichkeit (Intervallschätzung?)
- A) Verhältnis CI und Irrtumswahrscheinlichkeit
- B) Länge des CI ist abhängig von?
A) % des Konfidenzintervalles und der Irrtumswahrscheinlichkeit (=Signifikanzniveau) ergänzen sich: CI + α = 100% --> Stichprobe enthält den Wert der Grundgesamtheit zu CI% und zu α% nicht.
CI
- Wahrscheinlichkeit, realen Wert der Totalität aus Stichproben genau zu treffen
α
- Wahrscheinlichkeit, realen Wert der Totalität aus Stichproben nicht zu treffen
B)
- n: je grösser Stichprobe, desto kleiner CI
- SEM: grosser Standardfehler, grosses Intervall
- Signifikanzniveau: CI wird grösser, wenn a klein
CI
a) n steigt, CI ...
b) SEM bzw. Varianz steigt, CI ...
c) α steigt, CI...
Hypothesen?
Welche gibt es, was ist an ihnen besonders wichtig?
- H0: Die Nullhypothese
- Verneint jeglichen Zusammenhang zwischen Variabeln
--> µ1 = µ2 - Es ist immer die Nullhypothese, die getestet wird
- Verneint jeglichen Zusammenhang zwischen Variabeln
- HA: Die Alternativhypothese
- Gegenspieler zur H0. Beschreibt den Zusammenhang zwischen Variablen.
µ1 ≠ µ2
- Gegenspieler zur H0. Beschreibt den Zusammenhang zwischen Variablen.
Bedetung von
- Mittelwert und SD
- Pendent zu Mittelwert und SD sind?
- Mittelwert
- Lagemass einer Stichprobe: Welcher Wert fasst alle Werte am besten zusammen?
- SD: Standard deviation --> Standardabweichung
- Streumass derselben Stichprobe: wie stark schweifen die einzelnen Werte vom (vorher berechneten) Mittelwert ab?
Beides Pendent zu Lage- und Strumassen der Normalverteilung: my (Mittelwert der Gesamtpopulation) und sigma (Streuung der Gesamtpopulation)
Power
- Definition
- Verhalten
Power
- Die Nullhypothese wird fälschlicherweise angenommen: (zwischen Variablen gäbe es eigentlich einen Zusammenhang, der Test aber sagt aus, es gäbe keinen)
- Power: Wahrscheinlichkeit, genau diesen beta-Fehler zu vermeiden --> Gegenspieler zu beta-Fehler
--> Power: Wahrscheinlichkeit, zu erkennen dass die Nullhypothese (µ1 = µ2) falsch ist (und somit ein Zusammenhang zwischen den Variablen besteht, was ja häufig in einer Studie gezeigt werden möchte!) - Wenn die Power steigt, sinkt die Wahrscheinlichkeit für die Nullhypothese und umgekehrt: graphisch sieht man, dass sich die Mittelwerte beider Hypothesen nähern und deswegen gegen einen Zusammenhang sprechen (Nullhypothese sagt: µ1 = µ2 bzw. kein Zusammenhang)
Studiendesigns
Welche Studiendesigns gibt es, wie charakterisieren sie sich?
Experimentelle Studien: mit Eingriffen
- RCT
Observationsstudien: ohne Eingriffe
- Kohortenstudie
- Prospektiv: Proband wird in Zukunft Einflüssen ausgesetzt sein, die messbare Effekt auf ihn haben
- Pro: genau erfassung Werten möglich (Herzinfarkt am 5. Sept...)
- Contra: von Dauer
- Fall-Kontroll-Studie
- Retrospektiv: Erhebung der Daten aus Vergangenheit (Erinnerungen)
- Pro: schnell
- Contra: Ungenau, nicht sehr aussagekräftig
Bedeutung von
x (überstrichen) und SD und µ und σ
x (Mean) = Mittelwert und SD Standarabweichung. Werden diese in die Standard-NV übersetzt, entsprechen sie µ (Mittelwert) und σ (Standardabweichung)
SEM und SD
Unterschied?
SEM: Standardfehler
- auf Stichprobe angewandt
--> Für Berechnung von CI verwenden
SD: Standardabweichung
- auf Grundgesamtheit angewandt, Mass für die Streuung der Werte
Teststatistik
Welche Aspekte sind bei Wahl Teststatistik zu beachten?
muss sinnvoll gewählt werden, 2 Möglichkeiten
- Normalverteilt oder nicht --> Überprüfen mittels Q-Q-Plot, Shapiro-Wilkis oder einfach mit STD-NV
- einfach oder mehrfach erhobene Messwerte (Grösse vs. Blutdruck Tag1, Tag2, Tag3)
Im Entscheidungsbaum immer Quantitative Daten. Diese können
- abhängig oder unabhängig sowie
- in zwei oder mehrere gruppen unterteilt werden
- n=20
Man wählt n-1 in der tabelle der t-werte, also 19 - der test ist gepaart (=verbunden), weil Vergleich: mit Placebo / ohne Placebo
- Vorgehen
- Aufstellen Hypothesen: H0 und Alternativ
- Wahl Signifikanzniveau
- Festlegung Verwerfungsbereiches mittels Tabelle: Signifigankniveau und Freiheitsgrad berücksichtigen
- Berechnung Teststatistik mit Formel
Wie funktioniert ein t-Test?
- prüft anhand des Mittelwertes einer Stichprobe, ob der Mittelwert einer Grundgesamtheit gleich einem vorgegebenen Wert ist (bzw. kleiner oder größer)
- (kann zwar einseitig sein, aber meist) zweiseitig: MW vorgegeben kann grösser oder kleiner als MW GG sein.
- H0: Mittelwert der Grundgesamtheit = vorgegebener Mittelwert
- Da Mittelwert der Grundgesamtheit unbekannt, wird dieser durch Mittelwert der Stichprobe approximiert.
Verlgeicht man nun MW der Stichprobe und Mittelwert vorgegeben, kann rücksliessend darauf sagen, wie sich Mittwert Grundgesamtheit und Mittelwert vorgegeben verhalten.
- Da Mittelwert der Grundgesamtheit unbekannt, wird dieser durch Mittelwert der Stichprobe approximiert.
p-Wert
- Konzept
- Beeinflussung
- Wann steigt Signifikanz?
Konzept
- Wahrscheinlichkeit (p wie probability), dass Nullhypothese stimmt.
- Entscheidungsregel
- p > 5% H0 belassen
- p <= 5% H0 verworfen
- Kann nur verwendet werden, um H0 zu verwerfen oder zu belassen
- zwischen 0 und 1 (0% - 100%)
Beeinflussung
- n steigt: p-wert sinkt --> Signifikanz nimmt mit hohem n zu (je mehr Leute, desto aussagekräftiger p-Wert)
- Varianz sinkt: p-wert sinkt --> Signifikanz nimmt mit tiefer Varianz zu
ungepaarter t-Test
- Prinzip?
- Welche Frage beantwortet solch ein Test?
- Beispiel?
- zwei getrennte Gruppen: berechnen von zwei Mittelwerten
- Mittelwerte werden verglichen, H0 angenommen oder verworfen
- Frage: Tritt ein Unterschied zwischen zwei Gruppen nur zufällig auf, oder ist er signifikant?
- Beispiel: Vergleich Körpergrössen (als Mittelwerte zusammengefasst) von Männern und Frauen
Überprüfung von NV
Welche Mittel stehen zu Verfügung?
- Shapiro Wilkis
- QQ-Plot
- Histogramm (ungenau)
Gepaart vs. ungepaart
- Beispiele
gepaart
- Zeit Marathon 1, Zeit Marathon 2, Zeit 3 ... (immer selbe Person)
- mehrere Messresultate Pro Person
ungepaart
- Körpergrösse Männer vs. Frauen
- 1 Messung pro Person
- Annahme: Nullhypothese wahr
- Abhängig von alpha
- alpha = Signifikanzniveau = alpha-Fehler: Toleranz gegenüber einem Fehlentscheid, und zwar dem Verwerfen einer wahren H0
- Entscheidungsregel
- p > 0.05 (=alpha) --> H0 belassen
- p <= 0.05 --> H0 verwerfen
http://study.com/academy/lesson/how-to-find-p-value.html
https://de.wikipedia.org/wiki/P-Wert#/media/File:P_value_vs_alpha_error.svg
one-way ANOVA
- Konzept
- Testentscheid
- Problem
Konzept
- Einfluss von nominalskaliert (Alter) auf intervallskaliert (Knochendichte)
- unabhängige Variable: ordinal oder nominal (z.B. Atler)
- abhängige Variable: intervallskaliert --> primary-outcome
- Werden klassen gebildet mit best. Mittelwert und der zugehörigen Standardabweichung
- diese werden mittels t-test untereinander auf signifikaten UNterschiede verglichen
- p bei 5% (das führt zu kummulierbaren Fehlern 1er Art, vgl Probleme!)
- Varianzanalyse: Quadratsumme der Varainzen werden betrachtet
- Varianzen müssen innerhalb der Klassen gleich ausfallen
- unterschiedliche Möglichkeiten: in Klassen, klassenübergreifend oder beides (=total sum of squares)
Testentscheid
- p > 5% --> H0 angenommen
- p <=5% --> H0 verworfen
Problem
- Welche der Klassen unterscheiden sich signifikant?
- Fehler erster Art: jeder Mittelwertvergleich kann zufällig signifikant ausfallen, obwohl er das nicht ist (5% Probability, dass Fehlentscheid werden ja toleriert)
--> bei n Mittelwertverlgiechen: n * alpha (0.05) = totale Wahrscheinlichkeit für Signifikanz
==> mit steigendem n beim multiplen Testen wird ow-Anova immer schlechter
Post hoc Analyse
- Ziel
- Wann machen Post-hoc Analysen Sinn?
- Methoden
Wirken dem Problem des Summierens der p-Wert in der ow-ANOVA entgegen. Man spricht von Kompensierung des f-Tests, bei dem der H0-Verwerfungsbereich verkleinert wird.
==> Post-hoc-Analysen begünstigen H0-Annahme
Machen nur dann Sinn, wenn ow-ANOVA signifikant ausfällt (Wer untersucht schon eine n.s. ow-Anova auf Signifikanz?!)
- Scheffé
- Bonferroni
- senkt das Signifikanzniveau abhängig von der Menge an Mittelwertvergleichen
Two-way-ANOVA
- Konzept/Prinzip
- Und nach der Berechnung?
- Beispiele?
- Konzept: wie ow-ANOVA, aber mit einem weiteren Faktor erweitert
- eine unabhängige Variable: Wurfweite
- zwei abhängige Variablen, dabei werden diese getrennt voneinander betrachtet:
- Wurfweite abhängig von Alter
- Wurfweite abhängig von Geschlecht
- Nach der Berechnung:
- Getrennte Interpretation
- Signifikaten Resultate mittels Bonferroni überprüfen
- Beispiele
- Einfluss von Rauchen und Kaffeetrinken auf die Nervosität
- Einfluss von Geschlecht und Alter auf Wurfweite
ANOVA for repeated mesures
mehr als zwei verbundene Stichproben (bei ow/tw-ANOVA unverbunden!)
- wird schnell unübersichtlich wenn viele Faktoren berücksichtigt werden müssen
- Vorsicht bei Aufstellen der Alternativhypothese!
- Alle Mittelwerte müssen sicht signifikant unterscheiden!
p-Wert vs. 95% CI
- Signifikant / nicht sign. erlaubt keine Nuancierungen --> ein Medikament kann zwar statistisch nicht signifikante Wirkungen haben, die aber klinisch doch von Nutzen sein können. (Sind zwar minim, aber sind da!)
- Das 95% CI macht Wirkungbereich sichtbar, egal ob sig. oder nicht.
- Wenn ein minimal relevanter Effekt definiert wird, kann er mit 95% CI verlgichen werden. --> Aussagen über klinische Relevanz möglich
- übertrifft ein CI auch mit der unteren Grenze einen min. Effekt, ist es klinisch signifikant
Effektstärke
- ähnlich wie CI: kann über klin. Relevanz Aussagen machen
- Differenz der Gruppenmittelwerte
- sollte nahe 0 liegen wenn Nullhyp. angenommen wurde.
Poweranalyse
- Hinterfragen einer belassenen (vielleicht falschen?) Nullhypothese (= Hinterfragen eines b-Fehlers)
--> Kein signifikantes Ergebnis! - Zeitlich unterschiedlich machbar
- a priori: Berechnung des optimalen Stichprobenumfanges
--> Streuung steigt mit Anzahl Probanden - post-hoc: Berechnung der Power (Kein signifikantes Ergebnis vor Post-hoc! = H0 wurde belassen(?))
- Wenn β zu hoch, sind µ nahe beieinander. Ein sign. Effekt wird daher schnell übersehen.
- Rückrechnung: Berechnen der Power (1-β) und dieses Resultat mit Studie vergleichen
Resultat kleiner als Power: H0 sollte wahr sein
Resultat grösser als Power: H0 stimmt wirklich nicht
- a priori: Berechnung des optimalen Stichprobenumfanges
Nichtparametrische Verfahren
- intervall, verhältnisskaliert (parametrisch und nichtparam.)
- ordinalskaliert (nur nichtparam)
- Rangmethoden
- Mediane und Quartile
- F0(x) und FA(x) werden genau wie bei param. Verfahren fomruliert (H0 heisst genauso wie F0(x) "kein Unterschied")
mit dem Unterschied, dass es sich um Verteilungen und nicht Wahrscheinlichkeiten handelt
Mann-Whitney-U
- Voraussetzungen
- Beispiel
- Konzept
- Entscheidungsregel
- 2 Gruppen, unverbunden
- Lernmethode A vs. Lermethode B
- Konzept:
- Rangieren der Resultate
- werden rangiert (z.B. nach Grösse oder sonst logisch geordnet)
- Rangsummen T werden durch summieren der Ränge berechnet
- Daraus werden Prüfgrössen berechnet (mithilfe Formel)
- Man verwendet die kleinere Prüfgrösse
- Kritische Werte
- müssen aus Tabellen entnommen werden, sind je nach Test unterschiedlich
- in diesem Fall: 10 Noten mit Lernmth A vs. 10 mit Lernmth B ==> Kritischer Wert =23
- Entscheidungsregel
- Vergleich Prüfgrösse und kritischer Werte
- Prüfgrösse < kritischer Wert --> H0 belassen
- Vergleich Prüfgrösse und kritischer Werte
- Rangieren der Resultate
Friedman-Test
- Bedingungen
- skalierung?
- auftretende Probleme
- Beispiel
- mehr als zwei Gruppen, verbunden, nichtparametrisch
- verbunden: der untersuchte Parameter ist zwingerndermassen verhältnisskaliert, weil der Proband mit sich selbst verglichen wird
- Null (bzw. Referenz) = Vor Interventaion
- Werte F1(x), F2(x), F3(x) werden mittels p-test auf signifikaten Unterschied überprüft
- Problem:
- Lage des sign. Unterschieds durch p-Wert nicht auffindbar
- alpha-Fehler-Kummulierung --> Bonferroni-Korrektur anweden
- Problem:
- Beispiel: Einfluss Training auf Mineralknochendichte bei 5 Paraplegikern nach 9 und 15 Monaten Training
(Bild: Knochenmarkdichte Kurvenverlauf einfügen!)
Erkläre den SEM
Standard Error of the Mean
- Beim messen mehrerer Gruppen werden verschiedene mittelwerte gefunden
--> Diese können sehr ähnlich (kleiner SEM) oder unterschiedlich ausfallen (grosser SEM) - SEM beschreibt die Abweichung von gemessenen Mittelwerten in Bezug auf einen fixen Mittelwert
- Nicht zu verwechseln mit Standard Error of Mesurement! Der bezieht sich auf Messgenauigkeit eines Instrumentes!