Stichprobengröße für positive und negative Vorhersagewerte in der diagnostischen Forschung mit Fall-Kontroll-Designs

Wichtige Eigenschaften diagnostischer Methoden sind ihre Sensitivität, Spezifität sowie die positiven und negativen Vorhersagewerte (PPV und NPV). Diese Methoden werden typischerweise anhand von Fall-Kontroll-Stichproben bewertet, die eine Kohorte von Fällen mit bekannter Erkrankung und eine zweite Kontrollkohorte von gesunden Probanden umfassen. Solche Studien liefern direkte Schätzungen für Sensitivität und Spezifität, jedoch nur indirekte Schätzungen für PPV und NPV, die zudem von der Erkrankungshäufigkeit in der getesteten Population abhängen. Das motivierende Beispiel tritt bei Assay-Tests auf, bei denen die Anwendung in Populationen mit bekannten Prävalenzen in Betracht gezogen wird. Weitere Fälle umfassen die Entwicklung von Biomarkern, bei denen Probanden aus einer Population mit bekannter Prävalenz ausgewählt werden und die Bewertung von PPV und NPV entscheidend ist, sowie die Bewertung diagnostischer Bildgebungsverfahren für seltene Krankheiten, bei denen Fall-Kontroll-Studien das einzige machbare Design sein können. Wir entwickeln Formeln für die optimale Verteilung der Stichprobe zwischen den Fall- und Kontrollkohorten und zur Berechnung der Stichprobengröße, wenn das Ziel der Studie darin besteht, nachzuweisen, dass das Testverfahren die vorab festgelegten Grenzen für PPV und/oder NPV übersteigt. Überraschenderweise sind die optimalen Stichprobenpläne für viele Zwecke stark unausgewogen, selbst wenn Informationen sowohl zu PPV als auch NPV gewünscht werden.