测量不确定度

千姿百态

引言
“带有不确定度定量声明的检测结果才是完整的。需要不确定度以确定结果是否适合于预期目的，并确定其是否与其他类似结果相一致。”
      测量的不确定度提供了对检测结果质量的一个定量评估，因此是校准和检测实验室质量体系的一个核心要素。为了反映这一点，多个国际计量和标准制定组织共同制订了Expression of Uncertainty in Measurement（GUM）指南，为实验室提供了表达测量的不确定度的正式计量术语和方法框架。随后，国际标准ISO/IEC 17025与ISO 15189（为医学检测重新编写的17025），要求实验室对他们的检测，根据GUM提供测量不确定度的估值。
GUM的方法主要为研究物理测量，如长度、温度、重量、导电率等，并用数学理论和实验观察来评估检测程序所有相关组分的标准不确定度。目前还不清楚如何将GUM方法应用于临床检验，国家病理学认可咨询委员会（NPAAC）在2000年1月将ISO/IEC 17025引入作为澳大利亚病理实验室的认可标准时，推迟了对测量的不确定度的要求。
      ISO/IEC 17025和ISO 15189都简述了相互联系的二个计量概念，即测量的不确定度和溯源性。在医学检验中两者都不是新概念，如，临床生物化学家多年来一直寻求并溯源至国际承认的原级标准，并通过确定分析总误差的各个组分来确定测量的不确定度。1979年Tietz3对“临床化学中的综合测量系统”提出概述和优点，他描述了这样一个包括决定性、参考与现场方法的分层结构的测量系统，伴有相应的原级参考物质（标准物质）、二级参考物质和质控物。国家和国际能力比对计划明显地有助于与保持此测量系统的一致。
      从长远来看，将常规方法溯源到国际公认的标准以及评估检测结果的不确定度将会有一个共同的参考区间，并可跨越实验室和方法的差异，对患者结果进行比较。可惜，目前完全能溯源的仅限于临床实验室使用的少数常规分析方法。
      在此文件中，AACB的测量的不确定度工作组试图为评估的和报告常规定量医学检测方法的测量不确定度提供一个实用框架，并认识到要将生物测量的特殊性和ISO/IEC 17025与GUM的测量的不确定度原理二者结合起来。2005年7月ISO 15189（医学实验室质量与能力认可准则）将取代ISO/IEC 17025，对于澳大利亚医学实验室，应及时对他们的定量检测方法提供测量不确定度的估值。

术语
      医学科学家一般不熟悉GUM使用的计量术语，也不是所有术语适用于临床实验室。本指南在可能的情况使用医学实验室术语，但保留了一些关键的正式术语以保证一致性（见定义）。最好选择术语测量的不确定度而不是测量不确定度，前者是ISO/IEC 17025与ISO 15189和一些组织如国际临床化学联合会（IFCC）和美国国家临床实验室标准委员会（NCCLS）选择的术语。

测量的不确定度、溯源性和数值有效性
      测量的不确定度、溯源性和数值有效性虽是不同的但又是密切相关的概念，它们都影响定量检测结果报告的形式和所含的信息。此外，使用国际标准（SI）单位可为临床实验数据报告提供一致的基础。
      不确定度：“与测量结果相关联的参数，可合理的表征被测对象数值的分散性（VIM）。”
      溯源性：“通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链，使测量结果或测量标准的值能够与规定的参考标准，通常是与国家标准或国际标准联系起来的特性（ISO 15189）。”
      数值有效性：一个数的有效数字具有一定的实际意义。一个数的有效数字说明其对准确性特定等级的重要程度。
      标准国际单位制：计量单位系统以被主要国家协议所采用，用于科学、医学、工业和商业。SI是统一的系统，以长度（米，m），重量（千克，kg），时间间隔（秒，S），电流（安培，A），热力学温度（绝对温度，K），发光强度（坎德拉，cd）和物质量（摩尔，mol）七个基本量为基础。
      医学检测存在很多潜在的“不确定性”，可显著影响检测结果（如，不良的标本采集或运输，患者相关因素，如生物变异和使用药物，抄写和报告错误等）。虽然重要的是识别和减少这些因素（如ISO 15189，5.8.5，“如果所收到的原始样品不适于检验或可能影响检验结果，应在报告中说明”），分析前和分析后影响并不影响检测程序本身固有的不确定度，因此这些因素可排除在测量的不确定度的评估外（图1）。
对如何确定和表达生物物质的测量的不确定度一直有争论，许多理论和实际问题仍需解决。JS Kroawer与J. Kristiansen6的相对意见概括了对不确定度和溯源性的相关与争议的问题。特别是Kristiansen6的文章概述了不确定度和溯源性以及两者相互关系的基本概念。

什么是溯源性？
      溯源性和不确定度是所有定量测量的基本属性。由于此类测量与某些等级和确定的标准相关，它们通过定义溯源到此等级或标准。溯源与测量结果相关，通过校准或比较的一条不中断的链，溯源至规定的计量标准，链中每个因素都可能有助于最终检测结果不确定度的形成。这个可导出已知参考值的不中断的比较链，使不同实验室（或同一实验室在不同时间）可比较结果，并将它们关联至通用的测量等级。推荐以SI单位为通用测量等级。例如，作为医学检测方法的原级标准可能是国际同意的激素制品，通过中间参考制品链，对商品试剂盒的校准品赋值。只有己知中间参考制品和试剂盒校准品赋值的不确定度数值（测量的不确定度），才可保证试剂盒检测结果的溯源性（图2）。

为什么需要测量的不确定度？
      ISO15189，5.6.2要求“适用且可能时，实验室应确定检验结果的不确定度”。
      结果的不确定度的表达可比较不同实验室，或实验室内的结果，或与标准或说明书中的参考值进行比较。
      实验室通过设立与维持分析方法的质量，以确保检测结果适合于临床目的，所使用的方法要适合特定的临床应用。通过以下方式，测量的不确定度的估计原理有助于确保检测报告能适合临床目标：
      确定一个分析方法测量的是什么
      达到已确定的分析目标
      说明检测结果的置信度
      有助于界定、监测和指出检测方法何处仍可改进。

什么是测量的不确定度？
      ISO 15189（3.19）：表征合理地赋予被测量之值的分散性,与测量结果相联系的参数（VIM）。

什么是医学检测的测量的不确定度？
      不确定度的两个主要来源促成了定量诊断方法的测量的不确定度。首先，不确定度与用于常规方法的校准品中被测量的数值相关。此不确定度应由校准品供应商来评定，如果校准品在室内制备则由实验室进行评定。校准品不确定度数值的评定方法取决于数值是如何确定的（如重量分析、决定性方法等），对大多数方法来说，需要使用GUM描述的A类和B类、和自下而上的方法。目前只有一些校准品的制造商提供赋值的不确定度数值。
      第二，不确定度与检测结果数值的随机误差相关，这通常发生在检测过程中。重复检测相同标本中的被测量可观察到数值的分散性，可查明此类不确定度组分。在医学实验室，此类分散性命名为不精密度，并一直作为对置信度的基本定量评估，可放在报告结果中。
      从实用目的，建议以IQC的不精密度数来定量评定测量不确定度。对实验室的用户（临床医生），围绕临床决定值的检测结果的分散性是主要的不确定度，最有可能影响解释和临床管理。只要已知检测方法的校准品和常规分析不精密度，则通过将两个评估值合成（方差的平方；见附录C）可计算检测结果的测量不确定度。

测量的不确定度包括什么？
      ISO15189，5.6.2：“不确定度来源可包括采样、样品制备、样品部分的选择、校准品、参考物质、输入量、所用设备、环境条件、样本状态和操作人员的变更”。
      检测方法的测量的不确定度是按SOP进行检测所需各个技术步骤的不确定度的合成。当已知校准品的不确定度估值，它形成检测方法测量的不确定度的一部分。在本导则中，将不在实际检测方法中的不确定度组分（如分析前和分析后的各个组分），排除在测量的不确定度定义之外。

工作组对医学实验室的建议
      工作组认识到，测量的不确定度是定量医学检测方法质量的本质特性，因此是实验室认可的基本要求。工作组也认识到，执行测量的不确定度为实验室自身的诊断服务提供增值机会，尤其在教育用户要更好地理解检测的局限性，以及识别患者结果已发生或未发生有临床意义的变化。
      GUM是世界范围内通用的作为描述测量的不确定度理论与应用的主要文件。它基于可靠的数学理论，利用概率密度函数和不确定度传播定律作为建立模型的基础。它概括了评定程序以及将所有输入量的标准不确定合成到最终结果的过程,。不过GUM也认识到正规的GUM计量学方法可能很难适用于某些检测类型。ISO/IEC 17025和ISO 15189也认识到评定测量不确定度的严密程度应基于客户的需要。因此工作组观点为，在医学检测中应该使用测
量的不确定度的概念，但对实验室和检测结果的临床用户二者而言，评定测量不确定度必须具有实用意义。下面将介绍工作组关于这点的建议。工作组还认识到，在医学检测中，评定测量的不确定度的理论和实践仍在不断发展，本指南将在适当的时候进行修改。
      实验室一般长时间采用同一检测方法，解释检测结果与参考区间关系时，与测量的不确定度最有关的信息是检测结果的不精密度，应尽可能在常规条件下取得不精密度数据（如使用多批次的校准品与试剂、多个操作者、设备维护、夏季/冬季等）。很容易从长期IQC的数据获得不精密度，计算标准偏差（SD）或变异系数（CV％），但有一点需特别说明：质控物质可能并不能完全反映患者样本的分析特性。在记录测量的不确定度时，应记录在95％置信区间（±1.96SD，或±1.96CV％）的不精密度。不建议使用室间质评计划中实验室的不精密度，来评估测量的不确定度，因为与IQC的有效数据相比，室间质评的数据点太少。
      从报告数值的区间和检测的临床使用而言，更为合适的是记录不只一个浓度质控物的测量的不确定度（不精密度）。不精密度中的SD应与检验结果的单位相同，并引用适当的有效数值（或CV％，不精密度到最近的整数），被测量浓度最好接近临床决定限的临界值。
      对于确认好的方法，建议至少使用6个月的IQC数据以计算日常不精密度，在可能情况下，至少每年更新一次。对于新方法，评定的数据要使用两个不同批次的校准品和试剂，每个质控浓度至少有30个数据，才可临时估算测量的不确定度。
      作为开始和持续审查的一部分，实验室应确定，每种方法的测量的不确定度是否符合检测结果的临床目标（见下，测量的不确定度和适用性）。还要记录为什么不进行特定方法的原因。

分析物与被测量—重要的区别
      分析物是用来识别物质或构成组分的术语，是测量的主语。但是，物质有许多属性，部分或全部可用来量化在适当检测系统中的物质。可用来计量测量系统中分析物的特定性能被称为被测量。

  因此重要的是准确识别分析方法测定的是什么，如上述，这很简单。但是如分析原理为免疫测定时，对于被测量的真正本质，往往存在明显的不确定性（如，催乳激素/巨泌乳素；PTH/PTH亚类，hCG/hCG亚类）。应识别和记录，可能形成有临床意义的阴性或阳性干扰的交叉反应。

分析偏差（系统变异）
      当在临床上，将检测结果与参考方法或者同一分析方法的数值进行比较时，分析偏差不会引入不确定度。但是，如果比较的临床决定限是由其它分析方法产生，则在评定方法的测量的不确定度（总分析误差）时，可能需要包括对分析偏差的评估。
      对能完全溯源的方法（如校准品具有与国际认可标准相关的声称偏差和不精密度）而言，如使用适当的校正因子，则报告的结果没有系统偏差。对此类方法测量的不确定度的评估可包括校准品的声称不确定度的和方法的长期不精密度，按方差进行合成。测量的不确定度和报告的有效数值
      在定量结果报告中，使用有效数值不仅传输数值，还意味着所得结果的确定度。细读医学检测实验室的报告，常常发现很多结果具有看似很高，但却存在误导的不确定度。实验室需意识到医生并不知道他们所用结果的真正不精密度，使用错误有效数值的检测结果报告可引出误导。
      例如应用血清肌酐的结果。浓度为150μmol/L时，大多实验室的SD约为4μmol/L。就是说在95％的时间内，结果在142-158μmol/L范围内。因此，考虑到分析不精密度，只需报
告三个有效数值，有必要进行四舍五入为最接近的5μmol/L以适当表达结果真正的所在范围。8根据分析精密度和有效数值数量报告结果，常随着分析物浓度的变化而不同。在较高浓度的有效数值的数量随着不精密度变化而减少，如肌酐浓度超过400-500μmol/ L时，可能只需报告两个有效数值。
      另一种报告格式是，考虑定量方法分析不精密度和适当的有效数值的结果，以数值区间报告结果。9使用此方法，选择被测量报告递增数值间隔，是基于二个结果应有置信区间的分析差异，说明两个结果在分析上有差异。是否采用此类型取决于分析方法和其不精密度。

测量的不确定度和适用性
      ISO15189，5.5.1：“实验室应使用检测程序，程序应符合实验室服务用户的需求并适用于检检。”
      医学实验室的根本作用是得出符合其目标的常规检测结果；就是说，分析准确性和精密度符合他们所适用的临床目标。
      为确定方法是否可产生“符合目标”的结果，需对测量的不确定度（如IQC的长期不精密度，偏差）的评定设定适当的分析目标。有些方法已有了国际同意的分析目标（如胆固醇和HbA1C），但缺乏建立偏差和不精密度目标的方法。一种国际建议并得到广泛使用的概念，是将分析物的个体内生物变异乘以比例系数，设为可接受的不精密度上限。要正确地选择比例系数，则与分析物自然变异相比，分析不精密度不会引起检测结果的明显变化。与此相似，相同方法已可用于总分析误差（偏差+不精密度）的目标设置。
ISO/IEC17025，5.4.6.2：
注解1：测量的不确定度评定所需的严密程度取决于某些因素，诸如：
—检测方法的要求；
—客户的要求；
—据以作出满足某项规范决定的窄限。
      如果已达到总不精密度的分析目标，除非存在特殊的临床目标，并不需要分别单独进行识别和评估单独某一不确定度。如果达不到分析目标，则应识别总不精密度的主要因素（≥ 30%），并寻找减少的机会。此过程可能会导致一系列结果，从改变方法中的某一步骤到完全换用其它方法。也有一些方法，目前还无法按生物学变异设置它的分析目标，或者与临床应用不相关。审核此类方法时，将室内质控结果与相关的室外质控数据相比较，常是有帮助的。

测量的不确定度及临床应用
ISO/IEC 17025，5.10.3.1
c）适用时，评定测量不确定度的声明。当不确定度与检测结果
有效性或应用相关，或当客户的指令中有要求，或当不确定度影
响到规范限度的符合性时，检测报告中还需要包括有关不确定度
的信息。
      对医生来说，大多数测量不确定度的数据似乎没有直接的临床价值，但在特定临床机构中它可能有利于患者治疗。因此，对于实验室来说，理解检测报告的临床应用很重要，如果报告明显影响临床解释和患者治疗，实验室应识别测量不确定度的各种信息。总之，只要有要求，可从实验室随时获得这些信息。实验室也应考虑临床应用，知道在何处，实验室应适当地提供测量不确定度的信息，作为患者报告的一部分。如果医学实验室进行认可和切实履行临床责任，则如何通过一个有效临床途径，将测量的不确定度信息告知有要求的医生，将是一个很大的挑战。

工作组对测量不确定度评定建议的总结
      与医学实验室临床用户最相关的测量的不确定度，是定量方法的总不精密度，这通过常规IQC可以反映出来。
      确定方法的被测量，临床重要决定限和干扰。

      记录长期IQC的平均不精密度，作为测量的不确定度估值（±1.96SD或±1.96CV％）。如果可行，应包括校准品赋值的不确定度。
      如果临床相关，且可适用，应以检测结果的临床应用为基础，使用生物学变异设置评定测量不确定度的分析目标。
      如果临床相关，应审查与分析目标不符的方法，以确定影响总分析不精密度的主要因素。
      以能反映该方法测量不确定度的有效数值报告检测结果。
      用户可得到与临床相关的测量不确定度信息，在某些临床情况，可在患者检测报告中提供。