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如何评定医学实验室测量结果的测量不确定度?(一)

2021.6.18
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

1 引言

      Westgard对医学实验室评定测量不确定度的第二个批评是:“?要求按GUM/QUAM推荐办法,即从下而上,找出所有不确定度分量。从耗费的资源和能力,对医学实验室是很困难的”。
      看来这批评的是对的。GUM推荐的评定测量不确定度的办法,是所谓“模式办法(modelling approach)”或习惯称为“自下而上”的办法。此办法在计量界得到广泛的应用和传播。单单中文书籍不少近百本,论文更不可枚举。
      用模式办法评定测量不确定度相当复杂,下面是QUAM推荐评定化学测量中测量不确定度的步骤:

      它是基于“测量模型”,将被测物的量值视为相关输入量的函数。要考虑所有测量不确定度来源,然后简化来源,按组量化分量和其它分量。再将所有分量转化为标准差(标准测量不确定度),按不确定度传播律计算合成不确定度,最后按所选概率选择合适因子得到扩展不确定度。
      此法研究了所有影响测量结果不确定的组分,对方法的改进有明显好处,但计算繁烦,花费大量人力、物力和财力。
      中国参考实验室应用此办法时,还发现此法计算的测量不确定度的正确性并不高,有可能出现人为偏低,见下例。此图为国际酶学参考实验室比对计划(RELA)的各个实验室的评定的相对测量不确定度数值。

      第一个结果(黄绿色)为计划组织者,德国Schumann教授实验室的扩展不确定度,后面蓝色为中国实验室的结果,它们都比Schumann实验室的小。我们能说中国实验室的准确度都优于Schumann吗?Schumann教授用下图对此做了回答:

      此图是Schumann教授对构成合成不确定度各分量的分析。由于试剂不同引起的标准不确定度占全部1/2以上,而所有中国实验室在计算合成不确定度时,都未考虑此组分,因此得到人为的小的测量不确定度数值。
      以上提到了GUM/QUAM介绍的模式办法的一些缺点。这并没有掩盖它的优点和对实验室质量改进的极大促进。所以Westgard也没有完全否定测量不确定度,只是认为“总误差向实验室提供了一个实用、自上而下的办法来评估测量不确定度,而ISO/GUM 模型应该指导并用于生产厂商。检验界中的校准(参考)实验室在给参考物质和质控品赋值和评定测量不确定度时都应该很好地应用此类自下而上的模式办法。

2 评定测量不确定度的取代办法

      由于自下而上的模式办法广为人知。常给人以错觉,似乎要评定测量不确定度,只能使用此办法。并使Westgard认为“用从上向下办法评定总误差比从GUM从下向上评定(不确定度)更为实用”。事实上,GUM/QUAM并不排除使用自下而上评定测量不确定度的办法。GUM意识到,它的自下而上评定测量不确定度办法繁烦、复杂,检测实验室应用有困难。2008年公布了JCGM 100:2008发布的“附有微小纠正的GUM 1995”。在此最新文件的附录D中对不确定度补加了下述说明:
      “?当测量物是确定的,标准品或仪器能用溯源到国家标准品进行校准时;当校准纠正的不确定度与仪器,或一定量测量的随机效应引起的不确定度相比较是很小时。非常幸运地,在这些实际测量情况时,不一定采用此附录中讨论的很多(复杂计算)。”说明GUM并不反对用其它取代办法(alternative approach)评定测量不确定度”。
      2000年颁布的QUAM第二版中也提到“使用以前联合开发和确认方法的研究数据采评估不确定度”和“使用实验内开发和确认研究评估不确定度”。
      欧州的一个化学检测实验室组织,“欧州各国家测量、检测和分析实验室学会的联合会(EUROLAB)”从一开始就致力于寻找一种不同于GUM/QUAM,但适用于一般化学检测实验室的评定测量不确定的办法。在2002年 公布了第1个“定量检验中的测量不确定度”技术报告。提出了不同于GUM/QUAM的办法,当时命名为“黑匣子(black box)办法”。2006年发布了名为“评估定量检验中的测量不确定度的导则”第2个技术报告 。对第1个报告中的办法命名为“经验办法(empirical approach)”。在2007年第3个文件“测量不确定度的回顾:评定不确定度的替代办法”中,提出了一个对评定MU办法的分类方法,见下图:

      在此分类中,首先按评定测量不确定度的数据来自单一实验室还是多个实验室分为二大类:
      第一大类的数据来自单一实验室,文件将其命名为“实验室内办法”,进一步分为:
??模式办法:用算学模型(计算公式)对所有来源组分的测量不确定度进行合成。
??单一实验室确认办法:数据来自单一实验室对方法性能评估的数据。
      第二大类为“实验室间办法,可分为下列二类:
??按ISO 5725,使用实验室合作评估方法的方案或计划。实际工作中,常是校准(参考)实验室网络对参考物质(校准品)赋值。
??使用PT数据评定测量不确定度。
      EUROLAB 将后3 类方法命名为“ 经验办法(empirical approach)”。模式办法则是GUM/QUAM推荐的经典评定测量不确定度的办法。
      EUROLAB对“经验办法”作了如下说明:
??基于对整个方法性能的确认研究。
??设计为包含尽可能多的测量不确定度来源,并需要很好执行。
??此方法所用的典型数据为偏移(bias)和精密度(precision),它们可来自a)实验室内确认研究,质控数据;b)实验室间确认研究,或者PT。
      特别指出“应用实际可得到数据???来评定“总误差”不仅容易,而且此办法本质就是可靠的。实验表明用数学分析办法(模式办法)所得到的不确定度往往太小。这是因为很难得到一个完整的模型公式,常有忽视某些重要组分的可能。因此用模式办法评估的不确定度要与用实际数据的相比较。当然,理想的是二法评定的不确定度是一样的。”
      经验办法基本使用统一的计算公式。合成测量不确定度(uc)是不精密度的标准不确定度[标准偏差(s)平方,以及偏移的标准不确定度(ubias)平方之和的开方,见下式:
                                        uc=√(ubias2+sRw2)
      此式中不精密度数据来应来自实验室内复现性标准偏差(SRw)或复现性标准偏差(SR)。不应使用 重复性标准偏差(sr)评定测量不确定度,因为sr不包括一些重要不确定度的组分。
      多个文件建议使用较长时间,如6个月实验室室内质控的实际精密度数据,并希望在此期间使用了多个批号的试剂和校准品。用实际数据评定的测量不确定度更符合实验室的实际情况。如有困难,至少也应有20个工作日的数据,并最好使用2个批号试剂和校准品。专门按EP5进行精密度实验并不可取,所得精密度往往比实际的小。

      式中偏移的不确定度(ubias)往往由三个组分合成:实测偏移(△))、测量参考物质产生的不确定度(sRw/√n)、以及参考物质赋值的不确定度(uref),以下式表示:
                              ubias=√△2+ uref2+ sRw2/n
      2007年EURACHEM/CITAC颁布的“源自采样的测量不确定度”导则对“经验办法”进行下面的论述:“经验(从上向下)办法是想在不需要了解每个来源情况下,来得到一个可靠的评定不确定度。它建立在由实验室内部或组织间实验得到的总的复现性(数据)。它可能叙述为笼统的(不确定度)来源,如随机或系统作用,以及将其细分为源自采样或者分析过程。?”
      看来国际上已经有不少专家认可在化学测量实验室可使用如Westgard建议的自上而下的办法来评定测量不确定度。这些办法有可能在医学实验室,用于对某些常规检测项目测量结果评定测量不测定度。下面将着重介绍单一实验室用方法确认数据和利用PT数据评定测量不确定度的办法,并简单介绍使用实验室合作评估方法数据来评定测量不确定度的办法。


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