測(cè)量不確定度及其在臨床檢驗(yàn)應(yīng)用課件

1、測(cè)量不確定度及其在臨床檢驗(yàn)中的應(yīng)用丁家華 第1頁(yè)，共26頁(yè)。臨床檢驗(yàn)的主要任務(wù)就是對(duì)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(huì)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(zhuān)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(cè)量參考測(cè)量程序的說(shuō)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(cè)量不確定度?！?第2頁(yè)，共26頁(yè)。 ISO 15194體外診斷醫(yī)療器械生物源性樣品中量的測(cè)量參考物質(zhì)的說(shuō)明中也要求在參考物質(zhì)的特定特征中“應(yīng)該對(duì)測(cè)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(cè)量不確定度的評(píng)定十分重要。第3頁(yè)，共26頁(yè)。一、測(cè)量不確定度的發(fā)展過(guò)程 1963年，美國(guó)國(guó)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(guó)際計(jì)量委員會(huì)（CIPM）下設(shè)的國(guó)際電離輻射咨詢(xún)委員會(huì)（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(huì)議上，美國(guó)NBS局長(zhǎng)正式提出了解決測(cè)量不確定度表示的國(guó)際統(tǒng)一性問(wèn)題。1978年國(guó)際計(jì)量委員會(huì)(CIPM)就此制定了一份詳細(xì)的調(diào)查表分發(fā)到32個(gè)國(guó)家計(jì)量院及5個(gè)國(guó)際組織征求意見(jiàn)并于1980年成立了不

3、確定度工作組， 第4頁(yè)，共26頁(yè)。起草了一份建議書(shū)，即：INC1（1980）。該建議書(shū)主要是向各國(guó)推薦不確定度的表示原則。 1981年，CIPM發(fā)布了CI1981建議書(shū)，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(shū)即CI1986，要求參加國(guó)在給出測(cè)量結(jié)果時(shí)用標(biāo)準(zhǔn)偏差表示包含了A類(lèi)和B類(lèi)不確定度的合成不確定度。1993年，ISO以7個(gè)國(guó)際組織【國(guó)際計(jì)量局（BIPM）、國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）、國(guó)際臨床化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IFCC）、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）、國(guó)際理論化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）國(guó)際理論物理與應(yīng)用物理聯(lián)合會(huì)（IUPAP）、國(guó)際法制計(jì)量

4、組織（OIML）】的名義頒布了（縮寫(xiě)為GUM）。 第5頁(yè)，共26頁(yè)。GUM是在INC1（1980）、CI 1981和CI1986的基礎(chǔ)上編制而成。在術(shù)語(yǔ)定義、概念、評(píng)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(duì)GUM做了修訂，這就是目前國(guó)際上表示測(cè)量結(jié)果及其不確定度的約定做法。我國(guó)從1991年起相繼制訂了測(cè)量誤差及數(shù)據(jù)處理（試行） JJG102791、測(cè)量不確定度評(píng)定與表示JJF105999及CNA L/AG07：2002化學(xué)分析中不確定度的評(píng)估指南。 第6頁(yè)，共26頁(yè)。GUM是在INC1（1980）、CI 1981和CI1986的基礎(chǔ)上編制而成。在術(shù)語(yǔ)定義、概念、評(píng)

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(duì)GUM做了修訂，這就是目前國(guó)際上表示測(cè)量結(jié)果及其不確定度的約定做法。我國(guó)從1991年起相繼制訂了測(cè)量誤差及數(shù)據(jù)處理（試行） JJG102791、測(cè)量不確定度評(píng)定與表示JJF105999及CNA L/AG07：2002化學(xué)分析中不確定度的評(píng)估指南。 第7頁(yè)，共26頁(yè)。二.測(cè)量不確定度及其有關(guān)的基本術(shù)語(yǔ)（一）測(cè)量不確定度： 表征合理地賦予被測(cè)量之值的分散性，與測(cè)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(cè)量才能稱(chēng)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(cè)量狀態(tài)。 2“分散性”Dispersion指測(cè)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(cè)量結(jié)果。第8頁(yè)，共26頁(yè)。 （二）不確定度分類(lèi)第9頁(yè)，共26頁(yè)。 A類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度（UA） 標(biāo)準(zhǔn)不確定度 B類(lèi)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(cè) 擴(kuò)展不確定度 U（K3） 量 U95 不 U99確 定 A類(lèi)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度（UArel）度 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度 B類(lèi)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度 （UBre） 合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度（UCrel） 相對(duì)不確定度 Urel （K2） Urel （K3） 相對(duì)擴(kuò)展不確定度 U

7、rel 95 Urel 99 第10頁(yè)，共26頁(yè)。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(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：用統(tǒng)計(jì)方法評(píng)定出的不確定度。其評(píng)定方法稱(chēng)為A類(lèi)評(píng)定。 (3) B類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：用非統(tǒng)計(jì)方法評(píng)定出的不確定度。其評(píng)定方法稱(chēng)為B類(lèi)評(píng)定。 (4) 擴(kuò)展不確定度：確定測(cè)量結(jié)果區(qū)間的量，合理賦予被測(cè)量之值分布在指定概率內(nèi)含于此區(qū)間。 (5）相對(duì)不確定度：不確定度除以被測(cè)量之值。 第11頁(yè)，共26頁(yè)。(6) 合成不確定度：當(dāng)測(cè)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(cè)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(yè)，共26頁(yè)。（三）包含因子：為獲得擴(kuò)展不確定度，而對(duì)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(yè)，共26頁(yè)。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(cè)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(guò)程和所規(guī)定樣品類(lèi)型做評(píng)估時(shí)，可適用于其所描述的所有測(cè)量值。因此，測(cè)量誤差與測(cè)量不確定度無(wú)

9、論從定義、評(píng)定方法、合成方法、表達(dá)形式、分量的分類(lèi)等方面均有區(qū)別。下表為測(cè)量誤差與不確定度的對(duì)比表。第14頁(yè)，共26頁(yè)。 誤差和不確定度的對(duì)比表誤差不確定度量的定義測(cè)量結(jié)果減真值測(cè)量結(jié)果的分散性、分布區(qū)間的半寬。與測(cè)量結(jié)果的關(guān)系針對(duì)給定測(cè)量結(jié)果不同結(jié)果誤差不同合理賦予被測(cè)量之值均有相同不確定度。不同測(cè)量結(jié)果，不確定度可以相同。與測(cè)量條件的關(guān)系與測(cè)量條件、方法、程序無(wú)關(guān)，只要測(cè)量結(jié)果不變，誤差也不變。條件、方法、程序改變時(shí)，測(cè)量不確定度必定改變而不論測(cè)量結(jié)果如何。表達(dá)形式差值，有一個(gè)符號(hào)：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(cè)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(píng)定的方法劃分為A類(lèi)和B類(lèi)。兩類(lèi)不確定度分量無(wú)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(shuō)，一般不存在與分布的關(guān)系無(wú)一般有關(guān)第15頁(yè)，共26頁(yè)。按不確定度的定義，對(duì)被測(cè)量進(jìn)行一次測(cè)量所得結(jié)果是否也有不確定度？ 一次測(cè)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(píng)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(cè)量不確定度是否就是測(cè)量結(jié)果的誤差限? 由于不確定度給出的是被測(cè)量的測(cè)量結(jié)果可以出現(xiàn)的區(qū)間,可能存在于各個(gè)測(cè)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(guò)去曾把測(cè)量不確定度定義為：由測(cè)量結(jié)果給出的被測(cè)量的估計(jì)值中可能誤差的度量。第16頁(yè)，共26頁(yè)。測(cè)量不確定度是否是被測(cè)量真值所處范圍的評(píng)定？ 由于測(cè)量結(jié)果是被測(cè)量真值與該測(cè)量結(jié)果的誤差之代數(shù)和，因而，測(cè)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(duì)不確定度的定義就是：表征被測(cè)量值所處的量值范圍的評(píng)定。第17頁(yè)，共26頁(yè)。四.測(cè)量不確定度的評(píng)估過(guò)程 不確定度的評(píng)估在原理上很簡(jiǎn)單，一般分以下四個(gè)步驟： （一）、 規(guī)定被測(cè)量：要清楚地寫(xiě)明需要測(cè)量什么？包括被測(cè)量和被測(cè)量所依賴(lài)的輸入量的關(guān)系 （二）、識(shí)別不確定度的來(lái)源：要列出不確定度可能來(lái)源的完整清單。典型的不確定度來(lái)源包括：取樣、存儲(chǔ)條件、

12、儀器、試劑、化學(xué)反應(yīng)定量關(guān)系、測(cè)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(yè)，共26頁(yè)。（三）、不確定度分量的量化：測(cè)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(cè)量不確定度的評(píng)估過(guò)程。 第19頁(yè)，共26頁(yè)。 第二步 第三步 不確定度評(píng)估過(guò)程 開(kāi)始規(guī)定被測(cè)量識(shí)別不確定度來(lái)源將現(xiàn)有數(shù)據(jù)的不確定度來(lái)源分組以簡(jiǎn)化評(píng)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(píng)估較大的分量計(jì)算擴(kuò)展不確定度結(jié)束第20頁(yè)，共

13、26頁(yè)。五、不確定度評(píng)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(cè)量因素最多的一種測(cè)量。而且同一種測(cè)量項(xiàng)目其方法學(xué)不統(tǒng)一，測(cè)量?jī)x器種類(lèi)繁多，測(cè)量所用的試劑盒又五花八門(mén)，又無(wú)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(píng)估帶來(lái)極大的困難。但是多年來(lái)在臨床檢驗(yàn)中開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)質(zhì)控工作給不確定度的評(píng)估帶來(lái)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(cè)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(cè)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(yè)，共26頁(yè)。 由于室內(nèi)質(zhì)控品的測(cè)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(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)的分散性，完全可以用于該項(xiàng)目的測(cè)量不確定度的評(píng)估。采用此方法評(píng)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(cè)量所得出的標(biāo)準(zhǔn)差（SD），即：ASD 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度即為室內(nèi)質(zhì)控品測(cè)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(duì)擴(kuò)展不確定度，當(dāng)包含因子k取2時(shí)，為：Urel2CV%第22頁(yè)，共26頁(yè)。此種評(píng)估方法有一定的局限性。首先是它只能適用于能開(kāi)展室內(nèi)質(zhì)控的定量測(cè)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(duì)測(cè)量結(jié)果分散性的影響就不一樣，會(huì)對(duì)不確定度的評(píng)估產(chǎn)生一定的影響。另外質(zhì)控品的瓶間差也會(huì)對(duì)不確定度的評(píng)估產(chǎn)生影響。盡管如此，這種評(píng)估方法仍然是在臨床檢驗(yàn)中對(duì)不確定度評(píng)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(cè)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(píng)估的結(jié)果。第23頁(yè)，共26頁(yè)。表2 測(cè)量不確定度的評(píng)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度（Arel ） 13.034.285.49