杨振华 从醉驾谈到测量不确定度

1、杨振华2012-08-221 引言2 检验科如何估计测量过程测量过程的可靠信性3 术语和定义4 Nordtest Center提出适合检测实验室的估计MU的办法5 Nordtest实际估算步骤6 小结1 引言笔者曾与CNAS同志讨论临床检验结果是否添加测量不确定度问题,她说現在是与与执法相关执法相关的测量的测量结果结果,已不得已不得不在测量结果后面加一个正負不在测量结果后面加一个正負值值.说明结果说明结果的的可靠性可靠性,否则执法机构很难出执法决定.为什么会这样？上图是4个测量结果,各有2个分別在决定限的上下.实验室能否保证实验室能否保证1,2结果肯定在决定限下结果肯定在决定限下,决非醉驾决非

2、醉驾;3,4肯定为醉驾！肯定为醉驾！？执法机构能根据这些结果判罚吗！？要求实验室给出测量结果的可信实验室给出测量结果的可信靠靠范围，范围，401234567891234concentration引自Nordtest report TR537测量值测量值后面的值后面的值Uncertainty and LimitsNow we have results with uncertaintyIs the situation different now?60246810121234concentration2 检验科如何估计测量测量过程过程的可靠信性根据人们熟悉的误差理论,测量过程的差异主要有2个來源,即

3、： 隨机误差,也就是检验科熟悉的不不精密度精密度s 或或CV ； 系统误差,也就是检验科熟悉的偏移偏移(bias 。言之,此可靠信範围大小主要由此2组分决定。王Figure 1. Comparing ammonium results from two laboratories, Lab 1 = 199 g/L and Lab 2 = 188 g/L. To the left the error bars are calculated from results on control samples ( 1s) and to the right the error bars are expande

4、d measurement uncertainty.3 术语和定义3.1 测量不确定度MU定义3.2 标准测量不确定度, u3.3 合成标准测量不确定度, uc3.4 扩展测量不确定度,U必須记住和分清必須记住和分清下列下列3个个符号符号 u、uc、U3.1 测量不确定度定义测量值后面的值所有测量都受某些误差影响。测量不确定度可告诉我们测量误差的大小。所以测量不确定度是结果报告的重要部分。引自引自Nordtest report TR537测量不确定度定义？最权威定义来自VIM。VIM 定义定义1984,1993,2008VIM为International Vocabulary of Metro

5、logy-Basic and General Concepts and Associated Terms的缩写。有1984,1993,2008三个版本。相应中国标准为JJY1001通用计量术语及定量通用计量术语及定量最新为最新为2011年版年版，系源自VIM2008年第3版。从VIM定义发展来理解VIM 1984受测量真值存在范围真值存在范围的估计量。VIM 1993表征合理地赋予被测量之值的分被测量之值的分散性散性，与测量结果相联系与测量结果相联系的参数。VIM 2008根据所用到的信息根据所用到的信息，表征赋予被测量量值分散性分散性的非负非负参数。真值存在真值存在范围范围普通人理解普通人理

6、解被测量量值被测量量值分散性分散性包含包含(可信可信)区间区间3.2 标准不确定度标准不确定度,u 标准不确定度标准不确定度 standard uncertainty【VIM2.30】全称标准测量不确定度（标准测量不确定度（standard measurement uncertainty）以标准偏差标准偏差表示的测量不确定度。所以所以不精密度的标准测量不精密度的标准测量不确定度不确定度uimp，即检验科熟悉的即检验科熟悉的标准偏差标准偏差,s或或%CV%RSD： uimp=s 或者或者 %uimp=%CV%RSD3.3 合成合成标准标准不确定度不确定度,uc合成合成标准不确定度标准不确定度co

7、mbined standard uncertainty【VIM2.31】 全称合成标准测量不确定度（合成标准测量不确定度（combined standard measurement uncertainty）由在一个测量模型测量模型中各输入量的标准测各输入量的标准测量不确定度量不确定度获得的输出量的标准测量不确定度。-3.4 扩展扩展不确定度不确定度,U扩展扩展不确定度不确定度 expanded uncertainty【VIM2.35】全称扩展测量不确定度（扩展测量不确定度（expanded measurement uncertainty）合成标准不确定度与一个大于合成标准不确定度与一个大于1的

8、数字因的数字因子子的乘积。的乘积。2022-6-41717 4 Nordtest Center提出适合检测实验室的估计MU的办法基于基于统计学统计学理论理论：如正态分布，可信限估算,自由度等。应用统计学应用统计学技术技术：貝塞氏公式估算标准偏差，s和%CV；均值的标准偏差标准误,sR/n 。广泛按平方和开方原则估算各因素的合成方差分析 。所以说此估算方法具有较强科学性。此类估算公式特点：MU取决于大的组分 计算公式： uc2=u12+u22 u1 u2 %15.30.10.322cu 估算MU公式top-down uc2=ubias2+uimp2式中： uc 合成标准不确定度 ubias 与偏

9、移相关的标准不确定度 uimp 不精密度的标准不确定度進一步公式改为 uc2=ubias2+s2或或uc=ubias2+s25 Nordtest实际估算步骤5.1从IQC数据估算s或CV5.2估算bias的标准不确定度,ubias 5.2.1通过测量参考物质RM,CRM 5.2.2从PT数据估算5.3按公式估算合成测量不确定度,uc5.4乘以包含因子k得到扩展不确定度,U5.1 从IQC数据估算s或CV从IQC数据估算s或CV,比按EP 5或EP15专门进行实验求出s或CV,不僅省时不僅省时省力省力,而且反而且反映实验室映实验室实际情况实际情况.众多专家众多专家如如Westgard都推荐此都推

10、荐此办法办法.问题是取多长时间的数据.各专家看法稍有不同.总的都强调应取较长时间数据,以反应实验室实际变化情况。一般而言一般而言，收集收集数据数据太少太少，可因可因不能函不能函盖盖系统系统各种变异各种变异因素因素,使评估使评估的的测量不确测量不确定度定度偏低偏低。测量不确定度测量不确定度偏低还偏低还可可源自过分除去源自过分除去离离群值群值或者过分清理资料。或者过分清理资料。依据质控品、试剂或其它测量条件出现依据质控品、试剂或其它测量条件出现重重大大改变，将改变，将IQC数据分为亚组：然后合併数据分为亚组：然后合併计计算算有可能减小过高和过底评估不确定度有可能减小过高和过底评估不确定度的的危险。

11、危险。如每个批次测量多次质控品，则可按EP 5-A2方法评定由于减少了由于减少了批间批间变异组分，变异组分，可引起低估测量不确定度可引起低估测量不确定度 。小结这是一个既方便、又实用、比较可靠评定uimp办法。要点 ：尽可能维持稳定的测量、环境条件。以求得稳定uimp 。按试剂校准品批号不同分组评定uimp和MU，可能是一个可行途径。绝不能只在认可时绝不能只在认可时评定评定MU!5.2估算bias的标准不确定度,ubias5.2.1 通过测量参考物质RM,CRM 5.2.2 从PT数据估算5.2.1 通过多次多次测量参考物质此时与偏移偏移有关有关的的不确定度不确定度（ubias）往往由3个组分

12、合成：- 实测偏移（b）；- 测量参考物质产生所得均值均值的的测量测量不确定不确定度度（s/n） 测量均值的标准偏差，标准误 ，n为测量次数；s为多次测量的标准偏。- 参考物质赋值的不确定度（uref）。以以通通式表示：式表示：ubias2=b2+ uref2+ s2/nubias=b2+ uref2+ s2/n估算ubias的二种情况 a) 修正偏移 b)不修正偏移：a)修正偏移如被测量可溯源到参考体系ISO 17511中前三种情况 ，并能得到公认互通性CRM ；或能与参考方法進行比较;或参加了正确性PT。并根据上述实验结果，对本实验室结果的偏移進行修正，可使用下公式： ubias2=s2/

13、n+uref2 ubias=uref2+ s2/nb)不修正偏移医学实验室在如下情况：-不少测量ISO 17511第4 、 5項，目前暂无可靠溯源体系，暂无公认一致结果，不能纠正所谓的“偏移” ；-偏移小，无显著意义；-其它原因，不考虑修正偏差。公式为：ubias2=s2/n+uref2 +b2ubias=b2+ uref2+ s2/n最理想验证正确度的实验是能将测量系统的校准品溯源到高级別的有证参考物质，CRM。怎么知道公认怎么知道公认的的CRM ？-JCTLM网站的参考物质表；-中国NIM网站；-卫生部或上海市参考卫生部或上海市参考实验室实验室网络网络供应的RM-参加卫生部或上海市临检中心

14、卫生部或上海市临检中心正确度PT评定ubias的步骤步骤1-估算b(偏移偏移,bias)步骤2-估算多次测量参考物质产生的标准不确定度（s/n）步骤3-查出参考物质赋值的标准不确定度（uref）步骤4-将上述各分量合成为ubias步骤1-估算b(偏移偏移,bias)可可将将CRM赋值做为赋值做为参考参考值。将重复测量值。将重复测量CRM所得的均值与所得的均值与CRM的赋值比较的赋值比较，得出得出bias 。 b=-xCRM式中式中： 为重复测量CRM的均值xCRM 为CRM的赋值在检验医学中，由于被测样本是来自生物，在检验医学中，由于被测样本是来自生物，不可避免存在生物样本中除被测物以外物不可

15、避免存在生物样本中除被测物以外物质对测量的影响质对测量的影响，即，即基体质效应基体质效应。在在用用CRM评估正确度评估正确度时时，常，常先先要要检查检查CRM的互換性。的互換性。常常以以自然的、未经人工处理的生物标本常自然的、未经人工处理的生物标本常作为判断正确性的标准作为判断正确性的标准这正是临检中心这正是临检中心在做工作在做工作。步骤2-估算多次测量参考物质产生的不确定度（s/n）要要考虑因重复考虑因重复测量测量CRM引起引起的的不确定度不确定度即即测量均值的分布函数测量均值的分布函数均值的标准偏差，均值的标准偏差，所谓的标准误所谓的标准误 ，估算式，估算式为为 s/n式中s为多次重复测量

16、CRM所得不精密度 。n为测量次数步骤3-查出参考物质赋值的标准不确定度（uref）所溯源所溯源CRM有其特定的测量有其特定的测量不确定度不确定度uref，按溯源原则，下一个按溯源原则，下一个层次应层次应包括上一包括上一层层次次CRM的测量的测量不确定度不确定度uref。見下列溯源見下列溯源/传传递图：递图：步骤4-将上述各分量合成为ubias按平方和开方原则合成ubias2=b2+ uref2+ s2/nubias=b2+ uref2+ s2/n例例1 用用CRMs评定评定ubias要评估某一方法的偏移要评估某一方法的偏移,实验室可以重复测实验室可以重复测量一量一个个互互通性通性参考物质参考

17、物质, 其其赋赋值值为为6.30.1unit/lk=2 ，uref为0.05unit/l 。测量测量6个批次个批次*,并重复测量并重复测量2次次或或4个批个批次，每次次，每次测测3次次 。这是为这是为避免如避免如试剂和试剂和环境条件环境条件等等变化的影响变化的影响，最好最好每每批次都重批次都重新溶解新溶解CRM。 *应应進行多批次，而進行多批次，而非非1个批次测量。个批次测量。因为因为1个批次测量结果可信度不高，不与实际个批次测量结果可信度不高，不与实际测测量量时的条件以及环境条件变异相匹配时的条件以及环境条件变异相匹配。3下表下表列举了列举了12个测量量值，个测量量值，xij，i代表代表批次

18、，批次，j代表重复测量。代表重复测量。Measurement RunsReplicate 1Replicate 216.06.126.16.335.96.046.05.955.86.166.06.312次测量均值次测量均值, , 是是 6.04 units/L，b(偏移偏移)为：为：6.3-6.04=0.26 units/L按按EP 5-A2估算出估算出6个批次个批次12个个测量测量的的s为为0.156unit/l，均值均值的标准的标准不确定度不确定度s/n是是0.045unit/l：26036046CRM.xxb如已纠正偏移，如已纠正偏移，则则ubias的的合成合成标准不确定度是标准不确定度

19、是： ubias= (sRw/n)k+uref2= 0.0452+ 0.052=0.06unit/l如果如果实验室不修正实验室不修正偏移偏移，应应按下按下式式估算估算偏移偏移的的合成标准不确定度合成标准不确定度： ubias=sRw2/n+uref2+b2= 0.0452+ 0.052+0.0262=0.065unit/l 5.2.2 从PT数据估算如果得不到可通性如果得不到可通性CRM或暂无公认的参考或暂无公认的参考方法，此可見于大多数利用抗原抗体反应方法，此可見于大多数利用抗原抗体反应原理建立的检测方法原理建立的检测方法。从从PT数据来评估偏移相关标准测量不确定数据来评估偏移相关标准测量不

20、确定度度ubias办法有多种。但应用最多并得到公认办法有多种。但应用最多并得到公认是是Nortest TR 537标准中应用的办法。标准中应用的办法。Nordtest办法特点不是从一次PT结果，这是为了避免单次PT可能产生的偏差。该导则建议以6 m次次PT提供数据作为估算与偏移有关标准测量不确定度的依据。特点1：与测量CRM的区別计算公式差异不将PT公认均值(Ccons)看成为可靠的“参考值”,不进行不进行修正修正。必須考虑。必須考虑偏移偏移b根据定义,公认均值(Ccons)的标准测量不确定度u (Ccons) 为sR/n。通式原为：ubias=b2+ uref2+ s2/n现改为现改为： u

21、bias=b2+ uCcons2 ubias=b2+ sR2/n特点2必須取相对值相对不确定度,因为各次PT的公认均值Ccons大小不一,故一律改用相对值计算,公式由： ubias=b2+ sR2/n改为改为 %ubias=%b2+% sR2/n進一步進一步改为改为 %ubias=%b2+% RSDRCV2/n特点3：取6次PT的相对均值多次多次PT的的相对相对偏移的偏移的均值均值 (%(%b)b)2 2/m/m多次PT公认均值相对标准不确定度的均值 %RSD(CV)/%RSD(CV)/n n 6(m) 6(m) m m为为PTPT次数次数%ubias= % (%(%b)b)2 2/m/m +

22、%u(Ccons) 2/6 (m) = % (%(%b)b)2 2/m/m +%RSD2/n/6(m),步骤1 估算6次PT相对相对偏移的均值偏移的均值，1.计算本实验室每次PT结果的相对偏移 b=x-Ccons2.多个多个PT的的 偏移的偏移的相对相对均值均值, (%b)(%b)2 2/n/n为什么不直接相加而用平方和的开方？因为6次偏移可能同时有正值和負值！例：某实验室参加例：某实验室参加7次次PT，数据見下表。，数据見下表。Ccons是是PT组织组织者在回報中给出的共认者在回報中给出的共认均均值，值，x为该实验室测量值。为该实验室测量值。平方和均值 (%b)(%b)2 2/n/n = 64.89/7=9.27第2步骤：估算6（m）次PT公认均值相对标准不确定度的均值计算每次PT公认均值的的标准测量不确定,度,sR ；換算为相对公认均值的的标准测量不确定,度,sR/Ccons ；或RSDR(CV)CV)计算计算每次每次PTPT公认均值相对标准公认均值相对标准不确定不确定, , RSD RSDR R/ /n n 最终计算最终计算6(m)次次PT均值均值 RSD(CV)/ RSD(CV)/n n 6(m) 6(m)估算估