临床生化检测系统测量不确定度评定方法与临床应用价值

张秀明，主任技师。现任深圳市罗湖医院集团副院长、检验医学中心主任，中国合格评定国家认可委员会ISO15189医学实验室认可主任评审员，广东省医疗安全协会检验医学分会主任委员，广东省医学会检验医学分会副主任委员，广东省健康管理协会检验专业委员会副主任委员，广东省肝病学会检验医学专业委员会副主任委员，《中华检验医学杂志》等专业杂志编委或常务编委。长期从事临床检验和实验室管理工作，曾任新乡医学院第二附属医院检验科主任，广东省中医院检验科主任，中山大学附属中山医院检验医学中心主任。以第一作者或通讯作者发表学术论文130余篇，其中SCI收录11篇，CA收录2篇。主编《现代临床生化检验学》、《临床生化检验诊断学》、《临床检验方法学评价》等专著9部。主持和参与国家、省、市级科研课题12项，获省部级科技进步奖6项。

在临床生化检验的日常工作中，常使用“误差”概念描述测量结果的可靠性，表示测量结果与真值的偏离程度。“误差”的定义是：一个量的观测值或计算值与其真实值之差。但理论上误差是不可得的，因真值不可知。我们平时得到的测量结果只是对“真值”的估计，如何判断测量结果是否接近“真值”，需要一个代表测量结果质量的参数进行说明，否则无法判断测量值的可靠性。测量不确定度是一个较新的概念，它是指与测量结果相关的参数，表征可合理地赋予被测量值的分散性[1]。对于医学检验实验室可以理解为：一个样本使用特定的检测系统或检验程序所得到测量结果的不确定性或不准确性的程度。测量不确定度代表的是测量结果质量的参数，在计量领域已经广泛应用，在ISO15189《医学实验室质量和能力认可准则》中也明确指出： 实验室应为检验过程中用于报告患者样品被测量值的每个测量程序确定测量不确定度[2]。对测量不确定度的正确理解和使用，可帮助临床医生在诊断及治疗疾病时更恰当的使用医学实验室的测量数据。

一、测量不确定度的评定方法

实验室进行测量得到的结果通常只是被测量值的近似值或估计值，影响测量结果的因素有很多。一个完整的测量过程应包括测量前、测量和测量后3个阶段。理论上这3个阶段均存在测量不确定度。对医学实验室而言，测量前阶段不确定度的主要来源包括：个体内／间生物学变异；采样和采样技术；样本运输、处理等。测量后阶段的主要来源包括：异常值剔除、数值修约等。测量阶段不确定度大致来源于以下因素：校准、测量重复性、试剂、仪器、操作人员以及环境等，其中校准和测量重复性因素是医学实验室测量阶段最重要的不确定度来源。这些影响因素可能相互独立，也可能互相影响，彼此是否相关联需要在评定不确定度时进行考虑。

测量不确定度分量评定分为A类与B类评定。在对规定测量条件下测得的量值，用统计分析的方法进行的测量不确定度分量的评定为A类评定，用实验标准偏差表征。不同于A类评定的方法称为B类评定，用基于经验或其他信息（如既往测量数据、对技术资料及仪器的了解和经验、相关技术说明书或证书提供的数据等）判断被测量值的概率分布。

测量不确定度评定的方法有多种，包括自下而上（bottom-up）方法、自上而下（top-down）方法和蒙特卡洛方法（Monte Carlo method，简称MCM）。自下而上方法关注输入量是如何影响结果的，以提供计量学服务为目的的参考测量活动应优先采用自下而上方法评定参考测量结果的不确定度，更能如实反映本次测量结果影响量的情况。自上而下方法则是通过利用方法确认、实验室内质量控制、实验室间质评等输出数据进行不确定度评定。因其一组数据中包含了多个不确定度的来源，不需要考虑单次测量的每个影响因素，简化了计算，减少临床实验室的工作量。因而对于临床实验室运行良好的测量程序，推荐使用自上而下方法进行评定[3]。

本文主要讨论使用自上而下方法评定测量不确定度，这也是大多数实验室使用评定测量不确定度的方法。自上而下方法的评定步骤包括：（1）定义被测量；（2）评定测量程序的复现性以获取其精密度的估计值（时长一般为6个月）；（3）获得测量偏倚的估计值，评定测量偏倚相关的不确定度；（4）通过获得的复现性相关测量不确定度与偏倚相关测量不确定度，利用方差的形式进行合并，得到测量结果y的合成标准不确定度；（5）将合成标准不确定度乘以包含因子k，得到扩展不确定度U，用y-U到y+U表示具有一定包含概率的包含区间。（6）报告测量结果y及其合成标准不确定度uc（y）或扩展不确定度U（应注明k值）。

1. 利用室内质控数据评定实验室测量复现性引入的测量不确定度：至少选取正常（低、中值浓度）和病理（高值浓度）两个水平质控物的6个月室内质控数据，计算出均值（x）、标准差[s (Rw )]和变异系数[RSD (Rw )]，此时的标准差在数值上与实验室内测量复现性引入的测量不确定度[u (Rw )]相等，变异系数与实验室内测量复现性引入相对测量不确定度[urel (Rw )]相等，计算公式如下：

，

2. 评定与偏倚相关的测量不确定度：临床实验室可以利用卫生部临检中心组织的室间质量评价数据评定与偏倚相关的测量不确定度。偏倚不确定度包括评估偏倚时重复n次测量引起的不确定度（称为“实验室和方法偏倚”，RMSbias）和评估偏倚所使用的参考物质或参考方法本身的不确定度（uCref）。通过室间质评组织者给出的靶值Ccons、本实验室测量值Xi和由全部室间质评同组测量数据导出的测量复现性（同组标准差）SR，可计算得到偏倚相关的测量不确定度。计算步骤如下：

（1）计算实验室和方法偏倚相对偏倚：根据本实验室实测值和室间质评靶值，按下式计算每次室间质评的偏倚值（bi）和相对偏倚值（%bi）：

（bi）= Xi - Ccons，%bi =（bi／Ccons）×100

式中，bi为每次室间质评的偏倚值，（bi）为每次室间质评的相对偏倚值，（%bi）为本实验室每次室间质评的测量值，Ccons为室间质评的靶值。

RMSbias是各次偏倚平方均值的平方根，常用其相对值%RMSbias表示，计算公式为：

式中，%RMSbias为实验室和方法偏倚的相对值，n为参加室间质评次数。

（2）计算室间质评靶值的相对不确定度：按下式计算每次室间质评靶值的相对不确定度：

%RMSR =100 × SR／Ccons，

式中，%RSDR为每次室间质评相对复现性，SR为每次室间质评同组标准差，Ccons为室间质评的靶值，%Ucons为每次室间质评靶值的相对不确定度，m为每次同组参加室间质评的实验室数量。

按下式计算多次靶值均值的相对标准不确定度：

式中，%Ucref为多次靶值均值的相对标准不确定度，%Ucons为每次室间质评靶值的相对不确定度，n为室间质评次数。

（3）计算与偏倚相关的合成相对测量不确定度：按下式合成与偏倚相关的相对标准测量不确定度：

式中，%ubias为与偏倚相关的相对标准测量不确定度，%RMSbias为实验室和方法相对偏倚，%uCref为多次靶值均值的相对标准不确定度。

3. 计算合成标准不确定度Ucrel和扩展不确定度U：按下列公式合成标准不确定度和扩展不确定度：

，U = k×ucrel

式中，ucrel（bias）为与偏倚相关的合成相对测量不确定度，ucrel（Rw）为实验室内测量复现性引入相对测量不确定度，k为包含因子（假定被测量接近正态分布，约定k = 2，其包含区间的包含概率为95%）。

二、临床应用范例分析

采用自上而下方法评定测量不确定度，需利用室内质控数据计算实验室测量复现性引入的测量不确定度，用室间质量评价数据评定与偏倚相关的测量不确定度，进而合成标准不确定度和扩展不确定度。相比其他方法，自上而下方法不需考虑单次测量的每个影响因素，但仍需进行较繁琐的运算，无疑会给临床实验室增加工作负担。

本实验室使用自主研发的“标准化智慧实验室管理平台”中的性能评价模块进行测量不确定度评定，具有简单易用、方便快捷、一键式生成评定报告等特点。只需将数据对应填入系统，便可一键生成评定报告，无需人工计算，很大程度上降低了实验室进行测量不确定度评定的工作量。以下为使用“标准化智慧实验室管理平台”进行测量不确定度评定的示例。

以生化项目“尿酸”为例，取2022-03-01至2022-08-31的2个浓度室内质控数据评定实验室测量复现性引入的测量不确定度，取2023-03-01至2022-09-30共6次EQA数据进行偏倚相关的测量不确定度评定。使用“标准化智慧实验室管理平台”中的“测量不确定度评定”模块，将相关数据输入系统（如图1）。

图1. 标准化智慧实验室管理平台数据填写界面

尿酸室内质控2个浓度的均值分别为174umol/L与543umol/L，在2022-03-01至2022-08-31时间内质控数据的标准差分别为3.1与9.3。室间质评分别选择低、高浓度，输入6次质评结果的回报靶值与实测值。在卫健委临检中心室间质评填报系统中查找同组参加实验室数量及变异系数填入表格。质量目标要求的扩展不确定度取卫健委临检中心发布的室间质量评价标准中尿酸的允许总误差12%。

相关信息与数据填写完毕后，可一键生成评定报告。评定报告分为三部分：（1）定义被测量；（2）评定方法；（3）评定结果（如图2，表1，表2）。

图2. 定义及评定方法

表1. 测量评定数据

表2. 测量评定结果

三、临床应用价值与意义

测量不确定度代表的是测量结果的质量，应用于检验报告单中可以更好地帮助临床医生解读结果。临床医师通常需要比较几次测量值是否有差别，从而判断患者病情或治疗效果。一般认为在相同实验室进行标本检测，其测量不确定度是一致的，医师需要考虑检验结果间的差异是否有意义，加入测量不确定度可以更好地帮助医师进行合理判断。例如患者测量血清中尿酸为400umol/L，参考本文尿酸测量不确定度评定结果，高值浓度尿酸的扩展不确定度为4.22%，即测量值的不确定度为16.9umol/L。报告结果应为（400±16.9）umol/L，其中400为结果最佳估计值，16.9为扩展不确定度，使用的包含因子是2，对应的置信区间为95%，即该标本的尿酸浓度在383.1umol/L-416.9umol/L范围内的可能性为95%。临床实验室需要对检验项目的测量不确定度进行评定，但数据计算较繁琐，增加员工工作量。实验室自动化性能评价系统是实验室进行性能评价时很好的辅助工具，其操作简单，免去了繁琐的计算步骤，在系统中输入相应数据，即可一键计算，生成评价报告，提高了实验室的工作效率，帮助进一步提升实验室的质量及管理水平。

参考文献

[1] 国家质量技术监督局JJF 1059-1999测量不确定度评定与表示. 北京: 中国计量出版社. 1999

[2] 中国合格评定国家认可委员会. CNAS-CL02: 医学实验室质量和能力认可准则 [S]. 北京: 中国标

准出版社, 2012 ．

[3] GB/T 27420-2018 合格评定 生物样本测量不确定度评定与表示应用指南 [S].