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BIOINGEGNERIA S. Salinari Lezione 9. TEST STATISTICI FREQUENTEMENTE USATI IN BIOMEDICINA T-test Il t-test o test di Student viene frequentemente usato.

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1 BIOINGEGNERIA S. Salinari Lezione 9

2 TEST STATISTICI FREQUENTEMENTE USATI IN BIOMEDICINA T-test Il t-test o test di Student viene frequentemente usato per confrontare statisticamente luguaglianza delle medie di due popolazioni (unpaired t-test) o di una stessa popolazione (paired t-test) rispetto ad un determinato parametro. Ad esempio si possono confrontare gli effetti di due farmaci diversi utilizzati per lo stesso scopo terapeutico su due gruppi di soggetti o analizzare, sullo stesso gruppo di individui, la variazione di un parametro diagnostico dopo che questi sono stati sottoposti ad una determinata terapia. Il t-test si basa sulle seguenti ipotesi: I dati relative alle due popolazioni seguono una tatistica gaussiana Le due popolazioni hanno la stessa varianza Detti X1 ed X2 i vettori rappresentativi dei dati relativi alle due popolazioni le ipotesi da testare risultano H0: 1= 2H0: e medie dei campioni nelle due popolazioni H1: 1 2H1: o Two tailed testOne tailed test

3 t-test per verificare la differenza fra le medie di due popolazioni diverse Il valore di t per verificare lipotesi di differenza delle medie di due popolazioni a statistica gaussiana e di uguale varianza è dato da: t = ( 1- 2)/s è la differenza fra le due medie, s è la stima della deviazione standard della differenza fra le medie. Si può dimostrare matematicamente che la varianza della differenza fra due medie è uguale alla somma delle varianze delle due medie: 2 = poichè 2 = 2 /n (n=campioni nella popolazione) si ha 2 = 2 1 /n /n2 e per lipotesi di varianza uguale nelle due popolazioni si ottiene: 2 = 2 /n1 + 2 /n2 Resta quindi da calcolare una stima di 2 che è data da: s p 2 = (SS1+SS2)/( 1+ 2) con SS = (xi- ) 2 / = n-1 da cui: t = ( 1- 2)/ sp 2 /n1 +sp 2 /n2 Il valore del t ottenuto va confrontatato con il t delle tavole per significatività ( in genere si sceglie 0.05) a due code o a una sola coda. Lipotesi H0 va rigettata per il test a due code se |t| t (2), ( = 1+ 2). Per il test ad una coda : se Ha: 1 2 H0 rigettata se t t (1),

4 t-test per verificare la differenza fra le medie di due popolazioni diverse %calcolo t per diff. media fra 2 popolazioni % x= Sensibilità all'insulina di soggetti obesi diabetici prima di un intervento di Bilio-Pancreatic %Diversion (BPD). Calcolata con OGIS [ml/(min m 2 )] % y= Sensibilità all'insulina in soggetti normali. x =[ ] y= [ ] n1=9 n2=7 xm=mean(x) ym=mean(y) s2x=(n1-1)*var(x) s2y=(n2-1)*var(y) s2p=(s2x+s2y)/(n1+n2-2) s2xmym=s2p/n1+s2p/n2 sxmym=sqrt(s2xmym) t=(xm-ym)/sxmym %Si può verificare che essendo il t calcolato minore del t a due code ricavato dalla tavola per % alfa=0.05 e gradi di libertà=14 l'ipotesi H0 (uguaglianza delle medie) viene rigettata.

5 Test non parametrici per verificare la differenza fra le medie di due popolazioni diverse: Test di Mann-Whitney In questo test, come in molti test non parametrici, viene usato il rango delle misure. I dati dei due gruppi, considerati insieme, vengono ordinati dal più alto al più basso (o viceversa) e ordinati dando rango uno al dato più grande, due a quello immediatamente inferiore fino ad n al più basso con n=n1+n2 (n1 ed n2 numero di individui nelle due popolazioni). Si calcola quindi la statistica di Mann-Whitney: U = n1·n2 +n1·(n1+1)/2 –R1 con R1 rango della popolazione 1 o U = n2·n1 +n2·(n2+1)/2 –R2 con R2 rango della popolazione 2 Se U o U è U (2), n1,n2 letto sulle tavole della statistica di Mann-Whitney, lipotesi H0 (uguaglianza delle medie nelle due popolazioni) viene rigettata.

6 Test non parametrici per verificare la differenza fra le medie di due popolazioni diverse: Test di Mann-Whitney Facendo riferimento allesempio precedente relativo alla sensibilità allinsulina calcolata con lOGIS si ha Popolazione 1RangoPopolazione 2Rango __________________________________________________________ R1107R229 U=61 U (2), n1,n2 = 51 Lipotesi H0 viene rigettata

7 Nel caso in cui si debba verificare la differenza fra le medie di un parametro relativo alla stessa popolazione (ad esempio la differenza di un parametro diagnostico prima e dopo lapplicazione di una terapia o la somministrazione di un farmaco) le ipotesi H0 ed Ha diventano: H0: 1- 2 = 0 H0: H0: Ha: Test a due codeTest a una coda Il t relativo viene calcolato effettuando la media delle differenze del parametro considerato per ogni soggetto e dividendo questa per lo standard error (deviazione standard diviso il numero dei campioni): t = dm / se se =sd/ n Lipotesi è che la differenza d segua una statistica gaussiana. Se il t calcolato risulta maggiore in modulo del corrispondente valore valutato sulle tavole per la significatività desiderata e per il numero di gradi di libertà della popolazione ( = n-1 con n = numero dei dati) lipotesi H0 viene rigettata. Differenza fra le medie per una stessa popolazione: t-test per verificare la differenza fra le medie della stessa popolazione

8 %calcolo t per diff. media stessa popolazione OGIS prima e dopo BPD n=9 xb=[ ] x2=xb(1,:) x1=xb(2,:) dx=x1-x2 dmed=mean(dx) stdx=std(dx) sedx=stdx/sqrt(n) t=dmed/sedx %Si può verificare che essendo il t calcolato minore del t a due code ricavato dalla tavola per % alfa=0.05 e gradi di libertà=8 l'ipotesi H0 (uguaglianza delle medie) viene rigettata.

9 Differenza fra le medie per una stessa popolazione- Test non parametrici: test di Wilcoxon per verificare la differenza fra le medie della stessa popolazione. La procedura del test di Wilcoxon implica, come per il t-test, il calcolo delle differenze dei campioni relativi allo stesso soggetto. Le differenze vanno quindi ordinate in valore assoluto dalla più piccola alla più grande associando ad ognuna il rispettivo rango. Se due differenze sono uguali si associa ad entrambe la media fra i due valori del rango che sarebbero stati assegnati se le due differenze fossero state diverse. Si associa quindi ad ogni rango il segno della differenza relativa e si sommano i ranghi negativi (T - ) e i ranghi positivi (T - ) Le ipotesi risultano essere: H0: 1- 2 = 0 H0: H0: Ha: Test a due codeTest a una coda Per il test a due code H0 viene rigettata se T - o T + sono T (2),n letto sulle tavole Per il test ad una coda H0: viene rigettata se T - T (1),n H0: viene rigettata se T + T (1),n

10 Differenza fra le medie per una stessa popolazione- Test non parametrici: test di Wilcoxon per verificare la differenza fra le medie della stessa popolazione. Si testa la differenza fra i livelli di Glucosio plasmatico (mg/dL) prima e dopo BPD glucosio preglucosio postDifferenzaRangoRango con segno T+ = 39 T _ = 6 T (2),9 = 5 Poichè sia T+ che T _ sono maggiori di 5 H0 viene accettata.


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