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医学实验室建设系列报道(十六)

医学实验室如何进行测量不确定度的评定

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一、不确定度的定义

表征合理地赋予被测量量值的分散性,与测量结果相联系的参数。完整的测量结果应包括表征结果分散性的信息,即不确定度已经成为共识,医学检验结果也不例外。对测量结果及不确定度的了解,可帮助使用者在诊断和治疗疾病时,更恰当地解释测量数值。


测量结果是被测之值的估计值,检测系统的校准状态、环境因素、试剂因素及不同操作人员均对测量结果产生影响,而测量不确定度表达了测得值的可靠性,因为它提供了在一定包含概率中真值存在的区间。


医学实验室对临床标本进行检测,例如,检测人血清标本中GLU的浓度(mmol/L),标本中葡萄糖的浓度(真值)我们无法知道,但可以利用测量值去估计这个真值,因此,理论上,实验室出具的检测报告中,检测项目的测量值都应该附上一个表征测量结果分散性的指标,即测量不确定度,这样临床医师能更好地理解、认识和解释测量结果,并恰当地应用于临床诊断和治疗,减少误用。


二、实验室评估测量不确定度的必要性

《医学实验室质量和能力认可准则》(CNAS-CL02:2012)条款5.5.1.4 被测量值的测量不确定度: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。实验室应规定每个测量程序的测量不确定度性能要求,并定期评审测量不确定度的评估结果。


实验室在解释测量结果量值时应考虑测量不确定度。需要时,实验室应向用户提供测量不确定度评估结果。


当检验过程包括测量步骤但不报告被测量值时,实验室宜计算有助于评估检验程序可靠性或对报告结果有影响的测量步骤的测量不确定度。  


三、测量不确定度的临床应用

1、评定测量不确定度是改进医学实验室质量的有效途径

测量不确定度存在的原因是存在影响测量结果的因素。这些影响因素中,有些因素可以消除,有些因素可以通过一些控制方法使其对测量的影响减低。如果实验室按科学规律和应用有效方法,找到那些可以消除或减低的影响因素,并采取措施,就会明显提高检验结果的质量。


2、测量不确定度是医学实验室选择测量程序的客观指标

医学实验室的任务是提供可靠的检验结果。所谓可靠的检验结果就是“真值”、真值存在区间与置信概率关系清楚的结果。在满足应用的前提下,测量不确定度是选择经济、可靠测量程序的关键指标。


3、加强与临床联系

经常、及时地向临床提供不确定度的信息,有助实验室工作者加强与临床联系,帮助临床改进对患者结果的解释与应用,从而促进与医师的合作。在结果中给出不确定度可以让临床医生得到更多信息,对结果可信度有更清晰的了解,更利于临床对疾病的诊断和疗效观察,尤其当结果在参考范围上下限或医学决定水平附近时,所以建立溯源性后不确定度的评估显得尤为重要。


四、不确定度评估的方法

ISO15189将医学实验室一个完整的测量过程分为分析前、分析中和分析后3个阶段。理论上这3个阶段都存在测量不确定度的来源,就认可的要求而言,实验室目前只需评定分析中的测量不确定度。测量不确定度评定分两种方法,分别是“自下而上(bottom-up)”和“自上而下(top-down)”。


1) 自下而上(bottom-up)的方法

此方法常特指为GUM方法或模型(modeling)方法。是基于对测量的全面、系统分析后,识別出每个可能的不确定度来源并加以评定;通过统计学或其它方法,如从文献、器具或产品的性能规格等处搜集数据,评定每一来源对不确定度贡献大小;然后将识別的不确定度用方差方法合并得到测量结果的“合成标准不确定度”。这种不确定度的评定方法对医学检测实验室不适合。


2) 自上而下(top-down)的方法

是在控制不确定度来源或程序的前提下,评定测量不确定度,即运用统计学原理直接评定特定测量系统之受控结果的测量不确定度。典型方法是依据特定方案(正确度评估和校准方案)的试验数据、QC数据或方法验证试验数据进行评定,正确度/偏倚和精密度/实验室内复现性是两个主要的分量。医学实验室常将这两者与系统误差和随机误差相联系。这是目前医学实验室评定测量不确定度的主要方法,下面将主要针对“自上而下”的方法阐述医学实验室如何进行测量不确定度的评定。


五、医学实验室中测量不确定度的来源

医学实验室和化学实验室类似,测量不确定度分量来源包括(但不限于):

a) 精密度(重复性 、实验室内复现性 、复现性 );

b) 校准(溯源性、值的不确定度、校准方式);

c) 校准值正确性和测量不确定度,校准品与参考物质的互通性;

d) 与样本相关的效应(基体、干扰);

e) 试剂、校准品和参考物质的批间差;

f) 不同的操作者;

g) 器材的变异(如天平、注加器、仪器维护等);

h) 环境变化(如温度、湿度、振动、电压等)。


另外,有些影响因素虽然不直接作用于公信值,但确对示值和测量结果之间的关系有影响,也需要识別。有些影响因子如脂血、溶血和黄疸等可能本身无量值特性,但其实质是产生了干扰测量的物质或颜色等。


六、 “自上而下”方法评定测量不确定度

从理论上讲,“自上而下”方法评定测量不确定度是基于正确度和实验室内测量复现性进行测量不确定度评定的方法。偏倚(系统误差)和实验室内测量复现性(随机误差)是医学实验室分析(测量)过程测量不确定度最重要的两个分量。


1、实验室内测量复现性引入的测量不确定度的评定


依据得到数据方法的不同,可从不同途径评定此参数,推荐的优先次序为:

a)  从实验室内质控数据计算实验室内测量复现性引入的测量不确定度:

如果室内质控所使用的质控品,经过完整的测量过程并表达与常规样本类似的基质效应,则根据质控数据计算出来的标准偏差就是实验室内测量复现性。利用实验室质控数据是目前最常用的评估测量复现性引入的测量不确定度的方法。

b) 从实验室间比对(PT) 数据计算测量复现性引入的测量不确定度;

c) 从重复测量常规样本的合并标准偏差计算实验室内测量复现性引入的测量不确定度。


2、偏倚引入的测量不确定度的评定


常用的偏倚引入测量不确定度的评定方法有下列几种,建议的优先次序为:


a)  使用有证参考物质/标准物质(CRM):

包括正确度控制品(trueness control)通过CRM来评定偏倚,可将CRM示值作为靶值。将重复测量CRM所得的均值与CRM的示值比较,在此基础上计算偏倚。在检验医学中,由于被测样本来自生物,不可避免地存在生物样本中除被测物以外物质对测量的影响,即基体效应。也就是在评定正确度时如果要使用CRM,必须检查CRM的互通性(参考物质的属性,是指用不同测量程序测量该物质时,各测量程序所测的结果之间的数字关系,与用这些测量程序测量实际临床样品时测量结果数字关系的一致程度),只有具有互通性的CRM才能用于正确度的评估。正确度控制品也可用于正确度验证,注意是正确度控制品,不是一般的控制品,正确度控制品具有定值,并附有定值的不确定度信息;而普通的控制品提供的是定值的均值及标准差或定值范围。根据正确度控制品的用途,应使用为相应产品校准品定值时给定等级或更高水平的定值方案。很遗憾,目前市场上很少有商品化的正确度控制品。


b)  应用PT数据:

对大多数常规医学实验室而言,最现实、可行的方法可能还是从PT数据推导出与偏移有关的测量不确定度。此时将PT样本均值或所谓的测量的“公认(consensus)”值考虑为“正确值”,“公认”值一般是除去离群值后的参加PT实验室结果的平均值。


c) 与参考测量方法比较:

如果采用方法学比对方法评定由偏移引入的测量不确定度,应考虑与参考测量方法比较。用参考测量方法和常规方法同时测量患者样本,根据这些数据也可评定测量不确定度。


七、评定合成标准不确定度(uc)和扩展不确定度(U)

采用自上而下的方法,只考虑评定分析中的测量不确定度,不考虑分析前和分析后阶段各种组分对测量不确定度的贡献,按公式uc = [uc2(bias)+ uc2(Rw)]1/2


进行测量不确定度的计算。公式中uc代表合成标准不确定度;uc(bias)代表偏倚引入的测量不确定度分量;uc(Rw)代表实验室内测量复现性引入的测量不确定度分量。


扩展不确定度可按公式U=k×uc。公式中U代表扩展不确定度;k代表包含因子,对于正态分布,k=2时,包含概率p=95.45%;k=3,包含概 k 率p=99.73%;通常采用采用k=2。


八、测量不确定度的表达方式

如在报告被测量的测得值和测量不确定度时,应选择报告扩展不确定度。包含因子(k)应总是与U一起表述,用括号说明选用的包含因子,通常采用采用k=2(即被测量的真值95.45%的概率落在此区间)。报告被测量的测得量值(Y)和扩展不确定度(U=k×uc)的方式如下:


1) Y=1.03mmol/L, U=0.10mmol/L(k=2)。U 为扩展不确定度,包含概率大约为95.45%;


2) Y=(1.03±0.10)mmol/L(k=2)。此处符号“±”后的量值为扩展不确定度 U,因为后面括号中表示一个确定包含区间,包含因子k=2,包含概率大约为95.45%。 

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    医学实验室建设系列报道(十六)

    医学实验室如何进行测量不确定度的评定

    微信图片_20170425133243.jpg

    一、不确定度的定义

    表征合理地赋予被测量量值的分散性,与测量结果相联系的参数。完整的测量结果应包括表征结果分散性的信息,即不确定度已经成为共识,医学检验结果也不例外。对测量结果及不确定度的了解,可帮助使用者在诊断和治疗疾病时,更恰当地解释测量数值。


    测量结果是被测之值的估计值,检测系统的校准状态、环境因素、试剂因素及不同操作人员均对测量结果产生影响,而测量不确定度表达了测得值的可靠性,因为它提供了在一定包含概率中真值存在的区间。


    医学实验室对临床标本进行检测,例如,检测人血清标本中GLU的浓度(mmol/L),标本中葡萄糖的浓度(真值)我们无法知道,但可以利用测量值去估计这个真值,因此,理论上,实验室出具的检测报告中,检测项目的测量值都应该附上一个表征测量结果分散性的指标,即测量不确定度,这样临床医师能更好地理解、认识和解释测量结果,并恰当地应用于临床诊断和治疗,减少误用。


    二、实验室评估测量不确定度的必要性

    《医学实验室质量和能力认可准则》(CNAS-CL02:2012)条款5.5.1.4 被测量值的测量不确定度: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。实验室应规定每个测量程序的测量不确定度性能要求,并定期评审测量不确定度的评估结果。


    实验室在解释测量结果量值时应考虑测量不确定度。需要时,实验室应向用户提供测量不确定度评估结果。


    当检验过程包括测量步骤但不报告被测量值时,实验室宜计算有助于评估检验程序可靠性或对报告结果有影响的测量步骤的测量不确定度。  


    三、测量不确定度的临床应用

    1、评定测量不确定度是改进医学实验室质量的有效途径

    测量不确定度存在的原因是存在影响测量结果的因素。这些影响因素中,有些因素可以消除,有些因素可以通过一些控制方法使其对测量的影响减低。如果实验室按科学规律和应用有效方法,找到那些可以消除或减低的影响因素,并采取措施,就会明显提高检验结果的质量。


    2、测量不确定度是医学实验室选择测量程序的客观指标

    医学实验室的任务是提供可靠的检验结果。所谓可靠的检验结果就是“真值”、真值存在区间与置信概率关系清楚的结果。在满足应用的前提下,测量不确定度是选择经济、可靠测量程序的关键指标。


    3、加强与临床联系

    经常、及时地向临床提供不确定度的信息,有助实验室工作者加强与临床联系,帮助临床改进对患者结果的解释与应用,从而促进与医师的合作。在结果中给出不确定度可以让临床医生得到更多信息,对结果可信度有更清晰的了解,更利于临床对疾病的诊断和疗效观察,尤其当结果在参考范围上下限或医学决定水平附近时,所以建立溯源性后不确定度的评估显得尤为重要。


    四、不确定度评估的方法

    ISO15189将医学实验室一个完整的测量过程分为分析前、分析中和分析后3个阶段。理论上这3个阶段都存在测量不确定度的来源,就认可的要求而言,实验室目前只需评定分析中的测量不确定度。测量不确定度评定分两种方法,分别是“自下而上(bottom-up)”和“自上而下(top-down)”。


    1) 自下而上(bottom-up)的方法

    此方法常特指为GUM方法或模型(modeling)方法。是基于对测量的全面、系统分析后,识別出每个可能的不确定度来源并加以评定;通过统计学或其它方法,如从文献、器具或产品的性能规格等处搜集数据,评定每一来源对不确定度贡献大小;然后将识別的不确定度用方差方法合并得到测量结果的“合成标准不确定度”。这种不确定度的评定方法对医学检测实验室不适合。


    2) 自上而下(top-down)的方法

    是在控制不确定度来源或程序的前提下,评定测量不确定度,即运用统计学原理直接评定特定测量系统之受控结果的测量不确定度。典型方法是依据特定方案(正确度评估和校准方案)的试验数据、QC数据或方法验证试验数据进行评定,正确度/偏倚和精密度/实验室内复现性是两个主要的分量。医学实验室常将这两者与系统误差和随机误差相联系。这是目前医学实验室评定测量不确定度的主要方法,下面将主要针对“自上而下”的方法阐述医学实验室如何进行测量不确定度的评定。


    五、医学实验室中测量不确定度的来源

    医学实验室和化学实验室类似,测量不确定度分量来源包括(但不限于):

    a) 精密度(重复性 、实验室内复现性 、复现性 );

    b) 校准(溯源性、值的不确定度、校准方式);

    c) 校准值正确性和测量不确定度,校准品与参考物质的互通性;

    d) 与样本相关的效应(基体、干扰);

    e) 试剂、校准品和参考物质的批间差;

    f) 不同的操作者;

    g) 器材的变异(如天平、注加器、仪器维护等);

    h) 环境变化(如温度、湿度、振动、电压等)。


    另外,有些影响因素虽然不直接作用于公信值,但确对示值和测量结果之间的关系有影响,也需要识別。有些影响因子如脂血、溶血和黄疸等可能本身无量值特性,但其实质是产生了干扰测量的物质或颜色等。


    六、 “自上而下”方法评定测量不确定度

    从理论上讲,“自上而下”方法评定测量不确定度是基于正确度和实验室内测量复现性进行测量不确定度评定的方法。偏倚(系统误差)和实验室内测量复现性(随机误差)是医学实验室分析(测量)过程测量不确定度最重要的两个分量。


    1、实验室内测量复现性引入的测量不确定度的评定


    依据得到数据方法的不同,可从不同途径评定此参数,推荐的优先次序为:

    a)  从实验室内质控数据计算实验室内测量复现性引入的测量不确定度:

    如果室内质控所使用的质控品,经过完整的测量过程并表达与常规样本类似的基质效应,则根据质控数据计算出来的标准偏差就是实验室内测量复现性。利用实验室质控数据是目前最常用的评估测量复现性引入的测量不确定度的方法。

    b) 从实验室间比对(PT) 数据计算测量复现性引入的测量不确定度;

    c) 从重复测量常规样本的合并标准偏差计算实验室内测量复现性引入的测量不确定度。


    2、偏倚引入的测量不确定度的评定


    常用的偏倚引入测量不确定度的评定方法有下列几种,建议的优先次序为:


    a)  使用有证参考物质/标准物质(CRM):

    包括正确度控制品(trueness control)通过CRM来评定偏倚,可将CRM示值作为靶值。将重复测量CRM所得的均值与CRM的示值比较,在此基础上计算偏倚。在检验医学中,由于被测样本来自生物,不可避免地存在生物样本中除被测物以外物质对测量的影响,即基体效应。也就是在评定正确度时如果要使用CRM,必须检查CRM的互通性(参考物质的属性,是指用不同测量程序测量该物质时,各测量程序所测的结果之间的数字关系,与用这些测量程序测量实际临床样品时测量结果数字关系的一致程度),只有具有互通性的CRM才能用于正确度的评估。正确度控制品也可用于正确度验证,注意是正确度控制品,不是一般的控制品,正确度控制品具有定值,并附有定值的不确定度信息;而普通的控制品提供的是定值的均值及标准差或定值范围。根据正确度控制品的用途,应使用为相应产品校准品定值时给定等级或更高水平的定值方案。很遗憾,目前市场上很少有商品化的正确度控制品。


    b)  应用PT数据:

    对大多数常规医学实验室而言,最现实、可行的方法可能还是从PT数据推导出与偏移有关的测量不确定度。此时将PT样本均值或所谓的测量的“公认(consensus)”值考虑为“正确值”,“公认”值一般是除去离群值后的参加PT实验室结果的平均值。


    c) 与参考测量方法比较:

    如果采用方法学比对方法评定由偏移引入的测量不确定度,应考虑与参考测量方法比较。用参考测量方法和常规方法同时测量患者样本,根据这些数据也可评定测量不确定度。


    七、评定合成标准不确定度(uc)和扩展不确定度(U)

    采用自上而下的方法,只考虑评定分析中的测量不确定度,不考虑分析前和分析后阶段各种组分对测量不确定度的贡献,按公式uc = [uc2(bias)+ uc2(Rw)]1/2


    进行测量不确定度的计算。公式中uc代表合成标准不确定度;uc(bias)代表偏倚引入的测量不确定度分量;uc(Rw)代表实验室内测量复现性引入的测量不确定度分量。


    扩展不确定度可按公式U=k×uc。公式中U代表扩展不确定度;k代表包含因子,对于正态分布,k=2时,包含概率p=95.45%;k=3,包含概 k 率p=99.73%;通常采用采用k=2。


    八、测量不确定度的表达方式

    如在报告被测量的测得值和测量不确定度时,应选择报告扩展不确定度。包含因子(k)应总是与U一起表述,用括号说明选用的包含因子,通常采用采用k=2(即被测量的真值95.45%的概率落在此区间)。报告被测量的测得量值(Y)和扩展不确定度(U=k×uc)的方式如下:


    1) Y=1.03mmol/L, U=0.10mmol/L(k=2)。U 为扩展不确定度,包含概率大约为95.45%;


    2) Y=(1.03±0.10)mmol/L(k=2)。此处符号“±”后的量值为扩展不确定度 U,因为后面括号中表示一个确定包含区间,包含因子k=2,包含概率大约为95.45%。