測量不確定度及其在臨床檢驗(yàn)應(yīng)用課件

1、測量不確定度及其在臨床檢驗(yàn)中的應(yīng)用丁家華 第1頁，共26頁。臨床檢驗(yàn)的主要任務(wù)就是對人體標(biāo)本的各種特性進(jìn)行賦值。所賦的值，其準(zhǔn)確性、可靠性以及其它的分散性都會直接影響到疾病的診斷、治療方案的確定以及療效的觀察。因此，ISO 15189醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量和能力的專用要求中明確要求“必要且可能時(shí)，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)確定檢驗(yàn)結(jié)果的不確定度”。ISO 15193 體外診斷醫(yī)療器械生物源性樣品中量的測量參考測量程序的說明中也明確規(guī)定“應(yīng)該注明所有分析性能特征的值及其測量不確定度?！?第2頁，共26頁。 ISO 15194體外診斷醫(yī)療器械生物源性樣品中量的測量參考物質(zhì)的說明中也要求在參考物質(zhì)的特定特征中“應(yīng)該對測量不確

2、定度進(jìn)行表述”。IFCC公布的酶的參考方法中也采用了不確定度。所以，目前在臨床檢驗(yàn)工作中應(yīng)用不確定度這個(gè)概念并進(jìn)行測量不確定度的評定十分重要。第3頁，共26頁。一、測量不確定度的發(fā)展過程 1963年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（NBS）首先提出了定量表示不確定度的建議。1977年5月，國際計(jì)量委員會（CIPM）下設(shè)的國際電離輻射咨詢委員會（CCEMRI）正式討論了如何表達(dá)不確定度的建議。同年7月，在CCEMRI會議上，美國NBS局長正式提出了解決測量不確定度表示的國際統(tǒng)一性問題。1978年國際計(jì)量委員會(CIPM)就此制定了一份詳細(xì)的調(diào)查表分發(fā)到32個(gè)國家計(jì)量院及5個(gè)國際組織征求意見并于1980年成立了不

3、確定度工作組， 第4頁，共26頁。起草了一份建議書，即：INC1（1980）。該建議書主要是向各國推薦不確定度的表示原則。 1981年，CIPM發(fā)布了CI1981建議書，即：“實(shí)驗(yàn)不確定度的表示”，為不確定度的統(tǒng)一表示奠定了基礎(chǔ)。1986年，CIPM再次發(fā)布建議書即CI1986，要求參加國在給出測量結(jié)果時(shí)用標(biāo)準(zhǔn)偏差表示包含了A類和B類不確定度的合成不確定度。1993年，ISO以7個(gè)國際組織【國際計(jì)量局（BIPM）、國際電工委員會（IEC）、國際臨床化學(xué)聯(lián)合會（IFCC）、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）、國際理論化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPAC）國際理論物理與應(yīng)用物理聯(lián)合會（IUPAP）、國際法制計(jì)量

4、組織（OIML）】的名義頒布了（縮寫為GUM）。 第5頁，共26頁。GUM是在INC1（1980）、CI 1981和CI1986的基礎(chǔ)上編制而成。在術(shù)語定義、概念、評定方法和報(bào)告的表達(dá)方式上都作出了更明確的統(tǒng)一規(guī)定。1995年，ISO對GUM做了修訂，這就是目前國際上表示測量結(jié)果及其不確定度的約定做法。我國從1991年起相繼制訂了測量誤差及數(shù)據(jù)處理（試行） JJG102791、測量不確定度評定與表示JJF105999及CNA L/AG07：2002化學(xué)分析中不確定度的評估指南。 第6頁，共26頁。GUM是在INC1（1980）、CI 1981和CI1986的基礎(chǔ)上編制而成。在術(shù)語定義、概念、評

5、定方法和報(bào)告的表達(dá)方式上都作出了更明確的統(tǒng)一規(guī)定。1995年，ISO對GUM做了修訂，這就是目前國際上表示測量結(jié)果及其不確定度的約定做法。我國從1991年起相繼制訂了測量誤差及數(shù)據(jù)處理（試行） JJG102791、測量不確定度評定與表示JJF105999及CNA L/AG07：2002化學(xué)分析中不確定度的評估指南。 第7頁，共26頁。二.測量不確定度及其有關(guān)的基本術(shù)語（一）測量不確定度： 表征合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。 注： 1“合理”reasonably，是指在統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)下（statistical control）的測量才能稱之為合理的。所謂統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)就是一種

6、隨機(jī)狀態(tài)，即處于重復(fù)性條件下或重現(xiàn)性條件下的測量狀態(tài)。 2“分散性”Dispersion指測量結(jié)果的分散性，即為一個(gè)量值區(qū)間，可以是某一個(gè)概率包含可能得到的測量結(jié)果。第8頁，共26頁。 （二）不確定度分類第9頁，共26頁。 A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度（UA） 標(biāo)準(zhǔn)不確定度 B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度（UB） 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度（UC） 不確定度 U（K2） 測 擴(kuò)展不確定度 U（K3） 量 U95 不 U99確 定 A類相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度（UArel）度 相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度 B類相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度 （UBre） 合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度（UCrel） 相對不確定度 Urel （K2） Urel （K3） 相對擴(kuò)展不確定度 U

7、rel 95 Urel 99 第10頁，共26頁。注: (1) 標(biāo)準(zhǔn)不確定度：用標(biāo)準(zhǔn)偏差給出的不確定度。 (2) A 類標(biāo)準(zhǔn)不確定度：用統(tǒng)計(jì)方法評定出的不確定度。其評定方法稱為A類評定。 (3) B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度：用非統(tǒng)計(jì)方法評定出的不確定度。其評定方法稱為B類評定。 (4) 擴(kuò)展不確定度：確定測量結(jié)果區(qū)間的量，合理賦予被測量之值分布在指定概率內(nèi)含于此區(qū)間。 (5）相對不確定度：不確定度除以被測量之值。 第11頁，共26頁。(6) 合成不確定度：當(dāng)測量結(jié)果是由若干個(gè)其他量的值求得時(shí)，按其他各量的方差和協(xié)方差算得的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。即：當(dāng)測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度由若干標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量構(gòu)成時(shí)，按方和根（

8、必要時(shí)加協(xié)方差）得到的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。其計(jì)算公式為： 其中，ci為靈敏度， (xi)為由xi不確定度引起的y的不確定度。 第12頁，共26頁。（三）包含因子：為獲得擴(kuò)展不確定度，而對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度所乘的數(shù)字因子。包含因子一般以k表示，大多數(shù)情況下，推薦k為2。Ukc （k2或3） 第13頁，共26頁。三. 誤差和不確定度 區(qū)分誤差和不確定度很重要，因?yàn)檎`差定義為：被測量的單位結(jié)果和真值之差。由于真值往往不知道，故誤差是一個(gè)理想的概念，不可能被確切地知道。但不確定度是可以一個(gè)區(qū)間的形式表示，如果是為一個(gè)分析過程和所規(guī)定樣品類型做評估時(shí)，可適用于其所描述的所有測量值。因此，測量誤差與測量不確定度無

9、論從定義、評定方法、合成方法、表達(dá)形式、分量的分類等方面均有區(qū)別。下表為測量誤差與不確定度的對比表。第14頁，共26頁。 誤差和不確定度的對比表誤差不確定度量的定義測量結(jié)果減真值測量結(jié)果的分散性、分布區(qū)間的半寬。與測量結(jié)果的關(guān)系針對給定測量結(jié)果不同結(jié)果誤差不同合理賦予被測量之值均有相同不確定度。不同測量結(jié)果，不確定度可以相同。與測量條件的關(guān)系與測量條件、方法、程序無關(guān)，只要測量結(jié)果不變，誤差也不變。條件、方法、程序改變時(shí)，測量不確定度必定改變而不論測量結(jié)果如何。表達(dá)形式差值，有一個(gè)符號：正或負(fù)標(biāo)準(zhǔn)偏差、標(biāo)準(zhǔn)偏差的幾倍、置信區(qū)間的半寬，恒為正值分量的劃分按出現(xiàn)于測量結(jié)果中的規(guī)律分為隨機(jī)誤差與系統(tǒng)

10、誤差。按評定的方法劃分為A類和B類。兩類不確定度分量無本質(zhì)區(qū)別。分量的合成代數(shù)和方和根，必要時(shí)引入?yún)f(xié)方差置信概率不存在一般，如需要，可以給出。極限值一般存在從分布理論上說，一般不存在與分布的關(guān)系無一般有關(guān)第15頁，共26頁。按不確定度的定義，對被測量進(jìn)行一次測量所得結(jié)果是否也有不確定度？ 一次測量所得結(jié)果是有不確定度的，雖然，根據(jù)一次結(jié)果本身是看不出其分散性的,但是,在給定條件下多次重復(fù)的結(jié)果可以評定如何一次結(jié)果的分散性,它適用于如何一個(gè)結(jié)果.測量不確定度是否就是測量結(jié)果的誤差限? 由于不確定度給出的是被測量的測量結(jié)果可以出現(xiàn)的區(qū)間,可能存在于各個(gè)測量結(jié)果中的不同誤差構(gòu)成了這個(gè)分散區(qū)間。因此，

11、過去曾把測量不確定度定義為：由測量結(jié)果給出的被測量的估計(jì)值中可能誤差的度量。第16頁，共26頁。測量不確定度是否是被測量真值所處范圍的評定？ 由于測量結(jié)果是被測量真值與該測量結(jié)果的誤差之代數(shù)和，因而，測量不確定度實(shí)際上表明了真值可能出現(xiàn)的區(qū)間。1984年對不確定度的定義就是：表征被測量值所處的量值范圍的評定。第17頁，共26頁。四.測量不確定度的評估過程 不確定度的評估在原理上很簡單，一般分以下四個(gè)步驟： （一）、 規(guī)定被測量：要清楚地寫明需要測量什么？包括被測量和被測量所依賴的輸入量的關(guān)系 （二）、識別不確定度的來源：要列出不確定度可能來源的完整清單。典型的不確定度來源包括：取樣、存儲條件、

12、儀器、試劑、化學(xué)反應(yīng)定量關(guān)系、測量條件、樣品基質(zhì)、計(jì)算影響、空白修正、操作人員的影響及隨機(jī)影響等。 第18頁，共26頁。（三）、不確定度分量的量化：測量或估計(jì)的每一個(gè)潛在的不確定度分量應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)偏差的形式表示，并根據(jù)方和根的規(guī)則進(jìn)行合成，以得到合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，然后依據(jù)概率使用適當(dāng)?shù)陌蜃咏o出擴(kuò)展不確定度。下圖表示測量不確定度的評估過程。 第19頁，共26頁。 第二步 第三步 不確定度評估過程 開始規(guī)定被測量識別不確定度來源將現(xiàn)有數(shù)據(jù)的不確定度來源分組以簡化評估第一步量化分組分量量化其他分量將分量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度審定,如必要,重新評估較大的分量計(jì)算擴(kuò)展不確定度結(jié)束第20頁，共

13、26頁。五、不確定度評估在臨床檢驗(yàn)中的應(yīng)用 臨床檢驗(yàn)是分析領(lǐng)域中復(fù)雜程度最高，影響測量因素最多的一種測量。而且同一種測量項(xiàng)目其方法學(xué)不統(tǒng)一，測量儀器種類繁多，測量所用的試劑盒又五花八門，又無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)品，這給在臨床檢驗(yàn)中進(jìn)行不確定度的評估帶來極大的困難。但是多年來在臨床檢驗(yàn)中開展的實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)質(zhì)控工作給不確定度的評估帶來很大的方便。因?yàn)楦鶕?jù)不確定度的定義，不確定度是指在統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)下賦予被測量之值的分散性，而室內(nèi)質(zhì)控工作要達(dá)到的目的恰恰是要使整個(gè)臨床標(biāo)本的測量工作處于統(tǒng)計(jì)控制的狀態(tài)下，因而室內(nèi)質(zhì)控所得出的分散性就可以代表臨床標(biāo)本在統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)下的分散性。第21頁，共26頁。 由于室內(nèi)質(zhì)控品的測量

14、工作是每天都做，有的還做二個(gè)以上水平，有的一天中還做幾次，因而從獲得的大量測量數(shù)據(jù)計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)差（SD）和變異系數(shù)（CV）可以真實(shí)、可靠地反映測量數(shù)據(jù)的分散性，完全可以用于該項(xiàng)目的測量不確定度的評估。采用此方法評估不確定度的方法為： 標(biāo)準(zhǔn)不確定度即為室內(nèi)質(zhì)控品測量所得出的標(biāo)準(zhǔn)差（SD），即：ASD 相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度即為室內(nèi)質(zhì)控品測量所得出的變異系數(shù)（CV），即Arel CV 擴(kuò)展不確定度，當(dāng)包含因子k取2時(shí)，為：U2SD 相對擴(kuò)展不確定度，當(dāng)包含因子k取2時(shí)，為：Urel2CV%第22頁，共26頁。此種評估方法有一定的局限性。首先是它只能適用于能開展室內(nèi)質(zhì)控的定量測定方法，不適用于那些手工的、

15、形態(tài)學(xué)的以及定性檢驗(yàn)的方法。由于質(zhì)控品的基質(zhì)與臨床標(biāo)本的基質(zhì)不同，因而基質(zhì)效應(yīng)對測量結(jié)果分散性的影響就不一樣，會對不確定度的評估產(chǎn)生一定的影響。另外質(zhì)控品的瓶間差也會對不確定度的評估產(chǎn)生影響。盡管如此，這種評估方法仍然是在臨床檢驗(yàn)中對不確定度評估的最佳方法。當(dāng)然，在進(jìn)行室內(nèi)質(zhì)控工作時(shí)必須嚴(yán)格遵循，否則所得出的結(jié)果不能真實(shí)反映測量結(jié)果分散性。表2是某醫(yī)院5個(gè)檢驗(yàn)項(xiàng)目的室內(nèi)質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)及其不確定度評估的結(jié)果。第23頁，共26頁。表2 測量不確定度的評估表 檢驗(yàn) 項(xiàng)目BUN GLU TPALTCHO 平均值 5. 95 5.22.66.5065.304.38標(biāo)準(zhǔn)差（SD） 0.780.223.657.500. 29變異系數(shù)（CV） 13.034.285.4911.496.51標(biāo)準(zhǔn)不確定度（A） 0.780.223.657.500. 29相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度（Arel ） 13.034.285.49