医学实验室测量不确定度的评定

作者:北京航天总医院—— 孙慧颖 陈宝荣 9173
2021-12-16

1875年国际米制公约组织提出测量误差理论并得到国际广泛认可。为客观评价测量结果质量,1963年美国学者Eisenhart首次提出“测量不确定度”的概念。由于检验医学测量的高度复杂性、测量样本的特殊性(不可重复获取、取样量有限)和检验报告的高时效性等现实问题,作为特殊测量领域的检验医学领域过去一直使用“测量误差”的概念。二十一世纪初,国际标准化组织(International Organization for Standardization,ISO)发布了一系列有关测量结果溯源性的导则文件,对医学实验室测量质量与量值溯源提出更高要求,加速了检验医学领域接受并使用测量不确定度评定检验结果的测量质量。



评定测量不确定度的意义


测量不确定度是反映测量量值可靠性的客观指标。通过评定测量不确定度,实验室将逐步认识并愈发重视优化测量程序、优选检验产品的重要性,提高测量技术,最终解决测量量值的溯源性问题。


一般来说,测量不确定度与测量准确度呈负相关关系。对于一个带有测量不确定度信息的测量量值,临床医师和患者通常可根据测量不确定度来判定同一类型测量如同一患者前后测量结果差异的显著性以及判定与参考值的偏离有无显著性,这有助于临床医师正确解释和应用实验室的量值结果。因此,测量不确定度的评定可明显提高诊疗水平。 


另外,从实验室质量管理的角度分析,ISO 17025《检测和校准实验室能力认可准则》和ISO 15189《医学实验室质量和能力认可准则》明确提出只要相关和可能,认可实验室应有能力提供带有测量不确定度的报告,以证实其测量能力。

医学实验室测量不确定度评定方法


测量不确定度表达指南(Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement,GUM)和化学分析中不确定度的评定指南(Guidance on Evaluating the Uncertainty in Chemical Analysis ,QUAM)是两个经典的测量不确定度评定理论。1993年,由BIPM、国际电工委员会(International Electrotechnical Commission,IEC)、ISO、国际法制计量组织(International Organization for Legal Metrology,OIML)、国际理论和应用物理联合会(International Union of Pure and Applied Physics,IUPAP)、国际理论和应用化学联合会(International Union of Pure and Applied Chemistry,IUPAC)、国际临床化学和检验医学联合会(International Federation of Clinical Chemistry and Laboratory Medicine,IFCC)等7个国际组织组成的国际不确定度工作组经过多年研究制定并公布“测量不确定度”领域权威性文件——GUM。1995年欧洲分析化学活动中心(A Focus for Analysis Chemistry in Europe,EURACHEM)与分析化学国际溯源性合作组织(Co-operation on International Traceability in Analytical Chemistry ,CITAC)在GUM基础上结合分析化学的测量特点制定了QUAM,并提出分析化学测量不确定度评定的四个具体步骤。随后在2007年进行修订,主要涉及分析前阶段样本的采集、处理过程不确定度的来源和评定。2005年这两个文件同时得到国际实验室认可合作组织(International Laboratory Accreditation Cooperation,ILAC)的认可。


医学实验室根据运行测量程序的不同可分为医学参考测量实验室和医学常规实验室,后者也称临床实验室。本文中医学实验室专指临床实验室。GUM为物理量测量不确定度的评定提供了很好的指南,但其评定原则也适用于化学和生物测量,它是通过复杂的测量模型将无限多的输入量的测量不确定度合成在一起的工具,常被称为 “自下而上(bottom-up)”方法。其特点是基于对测量过程全面了解的基础上,分析、识别出每一个可能的不确定度来源并进行测量不确定评定的方法,此方法常特指GUM方法或模式(modeling)方法。一般认为该方法更适用于医学参考测量实验室对参考方法测量不确定度的评定。在某些特定条件下也可用于医学实验室(本文特指临床实验室)常规方法测量不确定度的研究与评定。与之相对,如果建立的测量不确定度模型非常简单,只有少数关键的测量不确定度输入量,通过实验室测量性能研究或日常质量监控数据即可评定测量不确定度的方法通常称之为“自上而下(Top-down)”方法。其特点是只需评定重要的测量不确定度来源,不需要了解并评定每个单一因素的测量不确定度。该方法只适用于医学实验室对常规方法测量不确定度的评定。此法在2008版GUM中已被认可。


医学实验室可根据预期目的的不同选择使用上述二种方法之一评定测量不确定度。比较而言,“自上而下(top-down)”方法更实用、简便和经济,也基本能满足行业管理要求。但如用于常规测量方法开发、性能研究或程序优化时采用“自上而下”方法评定测量不确定度优于“自上而下(top-down)”方法。


本文重点阐述“自上而下”法评定测量不确定度的方法。“自下而上”法的测量不确定度评定方法可参考卫生行业标准《酶学参考实验室参考方法测量不确定度评定指南》。    


医学实验室测量不确定度的来源


在医学实验室,一个完整的测量过程通常包括测量前、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。测量阶段不确定度来源主要包括:校准、测量重复性、试剂、仪器以及环境等,虽然有些因素不直接作用于被测量,但控制不理想也可能对测量量值产生影响,这类因素也应识别。由于目前我国绝大多数医学实验室在采用自动化分析方法进行样本的测量,对于这类形式的测量,校准和测量重复性是测量阶段最重要的不确定度来源。测量后阶段的主要来源包括:异常值剔除、数值修约等。


本文将重点阐述测量阶段测量不确定度的评定方法。

测量不确定度评定数据的来源


医学实验室采用“自上而下”法评定测量阶段测量不确定度的数据来源主要有3种途径:从实验室外取得、实验室常规工作中所得和实验室间能力验证(proficiency testing,PT)的数据,特点分别介绍如下:


一、从实验室外取得数据   


1. 数据来源:①国际/国家计量机构参考物质证书:用于评定由测量项目的偏移引入的测量不确定度分量;②厂家或实验室提供的测量程序开发时的确认数据:用于评定由测量项目的偏移或重复性引入的测量不确定度分量。


2. 优势:国际/国家计量机构参考物质证书上的数据多通过参考实验室网络确认,已综合多个权威或参考实验室的测量结果,具有很高的权威性;而厂家或参考实验室测量程序开发时的确认数据通常是在公认导则如美国CLSI的各类评定标准的指导下获得,这类标准通常含有设计精确可靠的实验方案,因此也具有一定的可信度。


3. 实用性:以上来源数据通常是在严格条件下获得,其偏移或变异很小,可忽略不计。而医学实验室的测量条件较松,测量参数要达到和维持在厂家或参考实验室提供的测量不确定度水平上有一定难度。因此,这类数据通常无法直接用于评定测量不确定度。


二、从实验室常规工作中取得数据


1. 来源:①正确性核查数据:用于评定由偏移引入的测量不确定度分量。推荐实验室采用有权威的具有互换性的国际、国内有证标准物质(certified reference material,CRM)评定偏移;②室内质量控制(internal quality control,IQC)数据:用于评定由重复性引入的测量不确定度分量。推荐使用6个月或更长时间的实验室内测量复现性来评定重复性因素的影响。


2. 优势:从实验室常规工作中取得的数据包含较多的变化因素如不同的操作者、不同批号试剂及校准品、多次校准、常规仪器维护等,基于这些数据评定的测量不确定度能较好地反映本实验室的实际测量水平。


3. 实用性:此种数据来源无疑是评定实验室测量不确定度的最佳来源。但是,从质控品和/或CRM得到的测量不确定度可能有别于患者样本的实际测量不确定度。因此,质控品和/或CRM的测量特性应与患者样本类似,应特别注意互换性问题。另外,实验室只有较好地掌握测量不确定度的概念和理论,才能较熟练地评定测量不确定度,才有可能使所评定的测量不确定度真实、可信。 


三、从实验室间PT取得数据


上述一、二两种途径获得的偏移数据来源一般适用于被测量能溯源至公认参考系统的测量项目。对于医学实验室而言,大多数测量项目目前没有公认的参考系统,因此医学实验室常考虑使用PT数据来评定测量不确定度。但应注意此种条件下获得的测量不确定度与测量不确定度概念所指的测量不确定度存在一定的差异,因为通过实验室间PT数据获得的“偏移”并非真正意义上的偏移,而是与PT计划组织者认定的被测量目标值的偏离。历史上,曾有多种使用PT数据评定测量不确定度的方法,其中最常用的是诺德创新中心(Nordisk Innovations Center,Nordtest)提出的方法。该方法包括以下特点。


1. 来源:实验室间PT计划组织者提供的PT数据,建议至少6次,数据多用于评定测量项目的偏移引入的测量不确定度分量,但对于一部分室内质控频次较少的项目,也可用此部分数据评定重复性引入的测量不确定度分量。


2. 优势:PT数据包括多个实验室测量的变异因素,用这些数据评定的测量不确定度已包含各主要不确定度来源如样本、仪器、校准品、操作者、试剂、质控品、环境条件、时间等。应基本符合实验室测量情况。


3. 实用性:只要PT方案设计比较完善,参加PT的实验室数量较多(如大于10个)且这些实验室具备一定的测量能力,用这些数据评定的测量不确定度就具有一定可信性,否则使用价值不大。但应注意当PT的某一统计数据组内包含多种不同原理的测量方法或者参加实验室数量少于10个或者参加的多数实验室能力欠佳时所评定的标准不确定度的使用价值不大。  


测量不确定度的表示与报告


测量不确定度可以采用分布图或数值等方式表示和报告。测量不确定度分布图描述了在测量区间内测量不确定度随浓度变化的情况,通常可反映某特定测量过程测量结果与其测量不确定度变化的特性,常表现为一条曲线(横轴为测量浓度,纵轴为测量不确定度),如图1(引自CLSI C51-P中的“7.4 Uncertainty Profiles”)是某实验室血浆肌钙蛋白检验结果的测量不确定度分布图。

 测量不确定度-1.jpg                       

图1 血浆肌钙蛋白的不确定度分布


厂家、医学实验室在确认新的测量程序时,应建立测量不确定度分布图,但通常要花费大量资源。一般情况下医学实验室也可以考虑按表1(引自“中华人民共和国卫生行业标准《医学实验室-测量不确定度的评定与表达》”)的形式表示和报告某一测量项目低、中、高浓度检验结果的测量不确定度。

                   

表1 各浓度值样本测量不确定度的表示与报告 

注:“*”所注为定值±20%。



测量不确定度需重新评定的几种情况


由于各种原因医学实验室有时可能需改变原有测量系统或测量条件,此时需根据已改变的测量情况重新计算已评定的测量不确定度。常见原因如下:①测量阶段的任何重要不确定度来源出现显著变化,如:变更试剂、校准品厂家或货号、仪器进行维修并更换重要部件、仪器更新等;②评定的测量不确定度结果不在测量程序期望的性能范围或者未达到目标不确定度的要求,需要系统审核不确定度的来源和组分,此时采取“自下而上”方法评定测量不确定度常可帮助找出需改进的重要不确定度来源,修正后重新评定;③采用“自上而下”法评定的测量不确定度明显不同于采用“自下而上”法的评定结果时,使用者应重新确认“自下而上”法测量不确定度分量是否寻找齐全?所采用的测量不确定度评定模型是否合适?测量不确定度重新评定后应及时与临床医师沟通,并重新制定目标不确定度。



 “自上而下”法评定测量不确定度


一、测量不确定度评定总则


GUM和QUAM是评定测量不确定度的经典理论,也适用于医学实验室。采用“自上而下”方法通过从实验室外、实验室常规工作和实验室间PT等3种途径获得与测量不确定度评定相关的数据,分别计算由校准和重复性因素引入的测量不确定度分量,按照传播率有关规则进行合成,通过乘以包含因子得到扩展不确定度。


校准对测量的影响属系统效应,与测量结果正确度高度相关,通常用偏移(bias)定量表示。重复性对测量的影响属随机效应,与测量结果精密度密切相关。依测量条件不同精密度可分3类:测量重复性、测量复现性和实验室内测量复现性。由于医学测量受测量条件和环境等多种因素影响,所以医学实验室通常采用来表示单一实验室随机效应引入的变异并据此评定实验室的重复性因素引入的测量不确定度分量。


二、测量不确定度评定步骤


医学实验室“自上而下”法评定测量不确定度分四步:

(一) 第一步:规定被测量

清楚地说明需测量什么,包括被测量和被测量所依赖的输入量(例如测量数量、常数、校准标准值等)的关系。以系统操作程序或其他方法给出与测量有关的技术资料。


(二) 第二步:收集、整理相关资料与数据

收集外部与不确定度评定相关的资料,如CRM的证书等;整理实验室内部与测量不确定度评定相关的实验数据。


(三) 第三步:单一输入量引入测量不确定度分量的量化

对第二步收集的资料或整理的数据进行分析,分别评定偏移引入的测量不确定度分量和实验室内测量复现性引入的测量不确定度分量。


(四) 第四步:计算合成标准不确定度和扩展不确定度

步骤三已得到一些经量化并以标准偏差的形式表示的不确定度分量,根据不确定度传播律有关规则进行合成后得到合成标准不确定度。选择适当的包含因子,获得测量扩展不确定度。在医学实验室所使用的包含因子通常为2,对应的置信区间为95%。


三、单一输入量引入测量不确定度分量的评定


(一) 实验室内测量复现性引入测量不确定度分量的评定

医学实验室依评定数据来源的不同,测量不确定度分量可通过3种不同途径评定。按数据来源可靠性次序排列,分别为:①根据IQC数据评定实验室内测量复现性引入测量不确定度分量;②根据PT数据评定实验室内测量复现性引入测量不确定度分量;③根据重复测量常规样本的合并标准偏差方法评定实验室内测量复现性引入的测量不确定度分量。


1. 根据IQC数据评定

当IQC所使用的质控品经过完整的测量过程并表明与常规样本的基质类似时,按式(1)(2)分别计算实验室内测量复现性引入的测量不确定度分量和相对测量不确定度分量。 

 ………………………………………………(1) 

 ……………………………………………(2)


式中:

:平均值;

:单个测量值;

:测量次数;

和:实验室内测量复现性引入的测量不确定度分量和相对测量不确定度分量;

和:实验室内测量复现性和相对测量复现性;


例1:表2(引自CLSI C51-P文件中的“Appendix B Uncertainty Estimates From Routine Quality Control Results”)给出在同一个仪器上对某质控品中胆固醇连续测量40次的结果,第1次~第20次和第21次~第40次使用了不同批号试剂。

            

表2 同一批号质控品中胆固醇的常规测量结果


根据表2的数据,分别按式(1)(2)计算前20次测量结果的为7.61mmol/L、为0.29mmol/L、为3.8%;后20次测量结果的平均值为7.71mmol/L、为0.21mmol/L、为2.8%;40次测量结果的为7.66mmol/L、为0.26mmol/L、为3.4%。


2. 根据PT数据评定

此法适用于参加室间PT计划的实验室。为避免单次PT可能产生偏差,通常至少需要6次PT数据,由于每次PT公认值很难一致,通常采用相对值计算,见式(3)。

 ………………………………………… (3)

式中:

:(每)次PT的相对测量复现性;

:参加每次 PT的实验室数量;

:PT总次数;

:自由度总数,即参加PT实验室总数量-PT总次数。


例2:某实验室参加6次PT,结果见表3(引自FASFC文件中“6.3.3 Within-lab reproducibility from ring tests”)。


表3  某实验室参加6次PT的结果

 根据表3的数据,按式(3)计算为16.5%。


3. 根据重复测量常规样本的合并标准偏差(pooled standard deviation,)方法评定

此法适用于新建测量项目无商品质控品或商品质控品价格过于昂贵、无法按常规IQC程序进行室内质控时,方法是在每个批次测量时,使用一些浓度接近的常规测量样本每日重复测量几次,计算其合并标准偏差。分别按式(4)(5)计算实验室内测量复现性引入的测量不确定度分量和相对测量不确定度分量。

 …………………………………………………(4) 

 ……………………………………………(5)

    

某些特殊情况下,如每个样本仅重复测量2次,则可分别按CLSI C51-P中提出的简化方法计算,见式(6)(7)。

 ………………………………………(6)

 …………………………… (7)

式中:

和:合并标准偏差和相对合并标准偏差; 

:第i个样本重复测量次数;

和:第i个样本的标准偏差和相对标准偏差;

:要合并的样本数量;

和:每个样本2次重复测量的绝对差异和相对差异;

:自由度(建议大于20)。


例3:某实验室使用一个特定测量程序,重复测量6份不同来源的人血液血红蛋白(Fe)浓度。自由度。被测量以{ci1;ci2}(i=1,…,6)表示,并以{ci1/(mmol/L);ci2/(mmol/L)} (i=1,…,6)形式记为{8.1;8.2},{7.6;7.3},{6.9;7.1},{8.4;8.4},{7.6;7.7},{8.0;7.9}。分别按式(6)(7)计算为0.12mmol/L,为5.5%。


(二)偏移引入测量不确定度分量的评定

医学实验室常用的评定偏移引入的测量不确定度的方法主要有4种。按应用频率和可靠性排列为:①“分析标准物质”方法评定偏移引入的测量不确定度分量;②应用PT数据评定偏移引入的测量不确定度分量;③通过回收实验评定偏移引入的测量不确定度分量;④“方法学比较”方法评定偏移引入的测量不确定度分量。


 1. “分析标准物质”方法评定

检验医学领域通常用2个参数描述有证CRM:示值和示值的扩展不确定度,根据这些参数评定由偏移引入的测量不确定度时有以下2种情况: 

若偏移明显超出了测量程序的性能要求,依GUM原则,建议应先纠正系统偏移,然后分别按式(8)(9)计算由偏移引入测量不确定度和相对测量不确定度。

 ………………………………………………(8)

 ……………………………………………(9)

如果偏移足够小或从理论上讲虽需修正但未找到适当的修正方法不能修正偏移时,则可分别按式(10)(11)计算。

 …………………………………………(10)

 ………………………………………(11)


式中:

:由偏移引入测量不确定度和相对测量不确定度;

:重复测量CRM的实验室内测量复现性和相对测量复现性,计算方法同式(1)中的和式(2)中的;

:参考值(如CRM有证值的扩展不确定度、多次PT公认值的测量复现性等)引入的测量不确定度和相对测量不确定度,可分别按式和(为CRM示值的扩展不确定度,为包含因子)计算; 

:对CRM重复测量次数;

:测量平均值和有证物质示值间的偏移量值和相对偏移量值。


例4:某实验室重复测量一个已证实有互换性的CRM,其中,被测量X的参考值为:(6.3±0.1)unit/L(k=2)。测量6个批次,每批次重复测量2次。结果见表4(引自CLSI C51-P中的“8.2 Estimating the Uncertainty of the Bias Correction  EXAMPLE 6a: Uncertainty in bias estimation using CRMs”)。


表4 CRM中被测量X的测量结果

注:理论上应测量更多批次,但CRM很难得到并且价格昂贵,实际工作中测量6个批次应已足够。   

    

根据表4的数据,如果实验室修正了偏移,分别按式(8)(9)计算 为0.068U/L,为1.1%;如果实验室未修正偏移,则分别按式(10)(11)计算为0.27U/L、为4.3%。



2. 应用PT数据评定 

医学实验室通过PT计划通常可得到下列参数:PT组织者给出的公认值;每个参加实验室测量平均值;由全部PT数据得出的测量复现性。在实际计算工作中,由于每次PT的公认值不同,通常采用相对值按式(12)计算偏移引入的相对测量不确定度。

 …………………………………(12)


式中:

:方法和实验室相对偏移量值,按式计算。其中,为每次PT的相对偏移量值,等于(为每次PT每个参加实验室的测量平均值,为每次PT的公认值);为PT总次数。


:多次PT公认值的测量复现性引入的相对测量不确定度,按 计算。其中,为每次PT公认值的测量复现性引入的相对测量不确定度,等于(为每次PT的测量复现性,为每次PT的公认值);为PT总次数。


例5:某实验室参加7次PT,结果见表8-5(引自FASFC文件的 “Estimating trueness/bias from ring test Example”)。


表5 某实验室7次PT数据

根据表5数据按式(12)计算为6.7%。


3.“通过回收实验”方法评定

在很难用其它方法评定偏移引入的测量不确定度分量时可尝试采用此法。为提高此法评定的可信度,至少需要6个回收实验结果。以计算绝对值为例,按式(13)计算由偏移引入的测量不确定度:

 ……………………………(13)

式中:

:方法和实验室相对偏移量值,按式计算。其中,为每次回收实验的相对偏移量值,等于(为每次回收实验的测量平均值,为每次回收实验的添加值);为回收实验次数。


:与100%回收实验定义相关的测量不确定度,按式 计算。其中,为由回收实验的实验室内测量复现性引入的测量不确定度;为次回收实验的实验室内测量复现性。理论上说,相对添加量的不确定度中除 外,还应有添加量的体积和所用标准溶液两个输入量的不确定度,这两个组分与相比较小,一般可忽略不计。

    

例6:在某回收实验中,用微量加样器加入含已知浓度被测量溶液0.5ml。相关原始数据及某些处理后数据见表6(引自“Nordtest5.3 Recovery”)。 


表6  某实验室回收实验数据

根据表6数据按式(13)计算为3.5。


4. “方法学比较”方法评定

医学实验室的某些测量项目有时很难得到有互换性的标准物质,或者某些检测项目只能溯源到参考方法,此时需采用“方法学比较”方法评定偏移引入的测量不确定度分量。理想情况是与JCTLM列表的参考方法进行比较,也可选择行业内认可度较高的方法作比较方法。


值得注意的是此法评定结果与实验设计高度相关。在设计偏移引入的不确定度分量评定实验时,可参考美国CLSI EP9-A2文件《利用患者样本进行方法学比较和偏移评估》(第二版),用参考方法和待评价方法同时测量40份不同浓度单人份患者血清样本组。按文件介绍方法评价被评价方法测量偏移,即偏移引入的测量不确定度分量。也可采用改良的Bland-Altman图形分析法或其它统计学方法对两种方法的测量结果进行分析,求出待评价方法的平均偏移值(例7)。本节不详述。


例7:采用JCTLM参考方法(比较方法)与某常规方法(待评价方法)同期测量40份不同浓度血清样品组的γ-谷氨酰转移酶(GGT),每份样品重复测量2次。采用MVS 3.180软件对测量结果进行分析,分析结果见图2。

 

图2 xx常规方法与JCTLM参考方法GGT测量结果比较


图2为应用改良的Bland-Altman图形分析法分析的该常规方法的测量结果。由图2可知,该常规方法与JCTLM参考方法比较后的平均偏移为-6.47%,即。


四、合成标准不确定度的评定


如果只考虑计算某一测量量值测量阶段的测量不确定度,可按式(14)(15)分别计算测量过程的合成标准不确定度和相对合成标准不确定度。

 ……………………………………………(14)

   ……………………………………(15)



五、扩展不确定度U的评定


依据GUM原则,按式(8-16)计算扩展不确定度。

  ………………………………………………………(16)


式中:

:扩展不确定度; 

:包含因子,多数情况下,k选择2,置信水平约为95%。



测量不确定度的报告


一、报告的基本内容


完整的测量结果一般应报告其测量不确定度。报告测量量值结果所包含的内容取决于其预期的用途,应尽量提供足够的信息以便有新的信息或数据时可重新评价结果。一般情况下,应包含以下4项主要信息:被测量的最佳估计值、扩展不确定度、计量单位以及相应的置信水平四部分内容。推荐采用以下方式:(测量量值结果):(x±U)(单位)(k=2),例:血糖:(3.52±0.14)mmol/L  (k=2)。


二、完整的检验报告应包含的内容


某些情况下可能还需给出完整的测量量值结果的报告。完整的测量量值结果报告除报告的基本内容外还应包括或者引用下列信息:明确说明被测量Y的定义;根据实验观察值及输入数据进行测量结果及其不确定度计算的方法描述;在计算和不确定度分析中使用的所有修正值和常数的数值和来源;所有不确定度分量的清单,包括每一个分量是如何评价不确定度的完整文件。


此外测量数据和分析的表达方式应能在必要时容易地重复所有重要步骤并可重新计算结果。当需要详尽的报告包括中间输入数值时,报告还应给出每一个输入量的数值及其标准不确定度评定方法的描述;给出结果和输入量之间的关系式及其任何偏导数、协方差或用来说明相互影响的相关系数;给出每个输入量的标准不确定度的自由度的评估值。



三、报告注意事项


(一) 数字修约

目前有学者建议:鉴于一般常倾向低估测量不确定度的情况,可不按修约规则对测量不确定度小数点后数字修约,也可简单理解为都向上修一位。如当U=6.36%时,在与测量结果小数位数保持一致的情况下,建议修约为6.4%或7%。另外,为使计算有足够的有效数值,一般在计算扩展不确定度时只在最后步骤进行修约。


(二) 测量不确定度报告有效数字位数

在引用uc和U时,大多数使用2位有效数值。在报告最终结果时,一般将测量不确定度修约为小数后一位。所报告的不确定度值应与测量量值相一致。例如结果为48.3mg,U应修约为1.2mg;如结果报告为48mg,U应修约2mg。



测量不确定度的应用


一、实验室的应用


(一) 改进测量质量

现代医学实验室普遍建立了基于统计学分析的质量控制体系,可通过测量程序得到被测量的测量量值和相关的测量不确定度。后者是否能达到目标不确定度的要求是验证测量程序性能的重要部分,如达不到要求,实验室应采取必要的技术措施改进和完善测量程序。如实验室能按GUM要求,采用“自下而上”方法评定测量不确定度并制定不确定度预估表,不难找到对不确定度有贡献的主要组分,加以改进后可明显减小测量不确定度。


(二) 优选测量程序与检验产品

测量不确定度是测量结果可靠性的指标,是实验室优选测量程序、仪器、试剂及其它检验产品的重要依据。


(三) 加强与临床联系

经常、及时向临床提供测量不确定度的信息,帮助临床改进对患者结果的解释,有助于实验室工作者与临床的密切合作。




二、医师应用


(一)诊断疾病时,医师一般先将报告测量量值与生物参考值或临床决定限进行比较,后二者都不存在不确定度。通过测量量值的测量不确定度可判定测量值和规定的量值之间的差异量的分布概率,决定两个量值之间的差异是否有显著意义。


例:成年男性全血血红蛋白含铁量〔Fe〕的参考区间为7.5mmol/L~9.5mmol/L。三位患者A、B、C的测量量值分别是:7.0mmol/L、8.2 mmol/L、9.2mmol/L。已知此3个结果的标准不确定度都是0.2 mmol/L。取置信概率为95%,上述测量量值可表达为:

A: (7.0 ± 0.4) mmol/L,即 6.6 mmol/L–7.4 mmol/L, 

B: (8.2 ±0.4) mmol/L ,即 7.8 mmol/L–8.6 mmol/L, 

C: (9.2 ± 0.4) mmol/L,即 8.8 mmol/L–9.6 mmol/L。

这样可认为A患者结果偏低,B在参考区间内。虽然患者C的结果在参考区间,但无法确定是否正常。因为测量量值加上扩展不确定度,已高于参考区间上限。


(二)临床医师工作中常需比较两个量值是否有差别,如同一人的前、后两次测量量值,此时需要知道此二量值的不确定度信息。如果该患者在同一个实验室测量,通常认为测量不确定度是一样的,医师需要决定二个结果间差异的意义。通过考虑它们的不确定度可以做到此点。


例:一个患者血浆中钠离子浓度为142mmol/L,第2次测量时升高为146mmol/L测量量值,如果标准测量不确定度是1.2mmol/L,前后差异4mmol/L有意义吗?


首先假设二次结果差别有显著意义,则二个测量值之间的差异要大于差异的不确定度u∆〔以mmol/L报告〕。

 

如按95%置信概率认为差值∆有显著意义,则二次结果差值应该大于扩展不确定度U∆(k = 2)。


Δ=(146-142)mmol/L=4mmol/L>U∆=2u∆=3.4mmol/L。

因此,该患者血浆中钠离子从142mmol/L增高到146mmol/L,按95%的置信概率计算有显著意义。


三、患者应用


医学实验室所测量值的最佳临床应用取决于对测量不确定度的理解,因为测量结果的比较取决于它们的共同溯源性。可从测量不确定度来判定同一类型,如同一人的前后测量量值差异的显著性;以及需要用测量量值的测量不确定度知识来判定与参考值的偏离有无显著性。


例:当测量量值与一个没有测量不确定度的固定临床决定限进行诊断性比较时,假如差值∆符合下列条件:∣△∣≥2uc或者∣△∣≥U(k=2),差异具有显著意义。置信概率为95%。

当一个新测量量值ynew与一个以前测量量值yold相比较时,如果前后2个量值具有相同的合成标准不确定度uc。如差值∆符合下列条件:∣△∣≥2.8uc(y)(=2uc(y)×√2)或∣△∣≥1.4U(k=2),差异具有显著意义。此时置信概率是95%。


四、 测量不确定度和溯源


要使测量结果可比,它们必须从计量学上能追溯到相同的参考体系。ISO 17511和ISO 18153给出了不同校准等级序列的要素和结构。某些在化学上有明确定义的化合物可用一种或多种具有分析特异性的测量程序和互换性校准品检测,计量溯源到一个测量单位,通常为SI单位。然而,许多被测量定义并不完整,测量量值与特定测量反应或条件相关,一个典型的例子是比较血浆中人绒毛膜性腺激素的结果,像这样一个非特异性的测量程序的测量结果很难追溯到一个计量单位,测量程序对被测量定义的溯源参考体系可能会增加不可避免的非特异性部分,这类不同程序所得结果一般都是不可比的,因为各程序不确定度的来源不同。



医学实验室“自上而下”

法评定测量不确定度示例


示例:

某医学实验室进行GGT检测已有数年,实验室每日按要求进行室内质控测量,最近6个月的测量CV为2.36%。实验室已采用CRM完成GGT在用测量系统正确度评估,GGT的 CRM证书上显示值为“195.8±2”U/L(K=2),该实验室采用现有GGT测量系统测量12次,测量均值为172.1 U/L,SD为0.98 U/L。计算该实验室一个17.9 U/L的GGT检验结果的测量不确定度。


计算方法如下:

一、实验室内测量复现性引入的测量不确定度分量的评定


本示例选择实验室长期IQC的数据计算,如6个月的实验室内测量复现性为2.36%,则该因素引入的相对不确定度为。


二、偏移引入的测量不确定度分量的评定


本示例选择使用CRM的测量数据计算。

1.测量的偏移值,

相对偏移: 


2.标准物质的标准不确定度,相对标准不确定度:


3.重复测量CRM引入的测量不确定度 ,

相对测量不确定度: 


4.该常规测量系统偏移相关的相对标准测量不确定度为:

 



三、17.9U/L患者样本中GGT检验结果的测量不确定度的评定及结果表达


1.GGT检验结果的合成标准不确定度为

 


2.GGT检验结果的扩展不确定度为 


3.GGT检验结果表达(17.9±4.6)U/L(k=2)