“自上而下”方法评估测量不确定度20141029

“自上而下”方法评估测量不确定度北京航天总医院刘春龙2014.10.29目录MUMU相关概念回顾参考文件简介“自上而下”方法评估MU有待讨论的问题小结测量不确定度（MU）测量不确定度计量领域已颇有研究。但是，在检验医学领域，测量不确定度最先由杨振华老师引入，近年来，测量不确定度是检验医学领域一个热门的话题，关于测量不确定度的评估方式和理解也呈现出“百家争鸣”的局势。测量不确定度measurementuncertainty，uncertaintyofmeasurement简称不确定度（uncertainty）【VIM2.26】根据所用到的信息，表征赋予被测量量值分散性的非负参数。

MU相关概念回顾

MU相关概念回顾

标准不确定度standarduncertainty【VIM2.30】全称标准测量不确定度（standardmeasurementuncertainty，standarduncertaintyofmeasurement）以标准偏差表示的测量不确定度。

MU相关概念回顾

合成标准不确定度combinedstandarduncertainty【VIM2.31】全称合成标准测量不确定度（combinedstandardmeasurementuncertainty）由在一个测量模型中各输入量的标准测量不确定度获得的输出量的标准测量不确定度。

MU相关概念回顾

扩展不确定度expandeduncertainty【VIM2.35】全称扩展测量不确定度（expandedmeasurementuncertainty）合成标准不确定度与一个大于1的数字因子的乘积。

MU相关概念回顾

输出量(outputquantity)亦称被测量（measurand）输入量（inputquantities)输入量和输出量（InputandOutputQuantities）【GUM】

通常最终结果并非直接测量，而是由其他测量量通过一个函数关系计算得来。这个函数关系，通常称为“测量模型”。

按“GUM”中的公式简单表示为：测量模型

MU相关概念回顾

【GUM】输入和输出评估

当进行测量时，对于输入量获得评估值这些评估值被称为“输入评估”(inputestimate)。当将输入评估值代入测量模型，计算输出量的评估值，这类计算评估被称为“输出评估”(outputestimate)。

MU相关概念回顾

【GUM】不确定度的传递

当测量模型用来评估被测量的值，输出评估（outputestimate）的不确定度通常由输入评估（inputestimate）的不确定度计算合成后获得。

该计算合成过程，称为不确定度的传递。

MU相关概念回顾

【GUM】“自上而下”方法英国分析方法委员会（analyticalmethodscommittee,AMC）于1995年提出“自上而下”方法评估MU。

在不需要了解每个测量不确定度来源情况下，利用实验室数据评定测量不确定度。

MU来源正确度/偏移

（u

bias

）

不精密度/实验室内复现性（S

Rw）

MU相关概念回顾

个人理解：

“自上而下”：从最终测量结果入手，如临床化学实验室，影响实验室测量结果质量的因素可分为：偏移+不精密度（output）。

“自下而上”：从影响测量的主要因素人、机、料、法、环等入手，每个测量不确定度分量（input）逐步合成，直至测量结果输出。

“自上而下”是以output的方式进行MU评估。“自下而上”是以input的方式进行MU评估。

MU相关概念回顾

注：国外大多数文献提示：化学测量中“自下而上”方法常常由于因素未找全，而致评估的MU偏低！本次报告结合了2012年英国LGC颁布一个标准ReportnoLGC/R/2010/17：Evaluatingmeasurementuncertaintyinclinicalchemistry该英国标准主要介绍：“自上而下”方法评估测量不确定度。特点：

范围较小-仅涉及临床化学容易理解-无较多的公式清晰扼要-思路严谨，逻辑性强

参考文件简介

参考文件简介

参考文件简介

NordtestReportTR537EurolabTechnicalReportISO/DTS21748FASFCReportEURACHEM/CITAC-GuideMU评估：不精密度+偏移

参考文件简介

《Medicallaboratories-Calculationandexpressionofmeasurementuncertainty》参考文件简介

2011年左右不再采用ISO/PDTS25680.9文件来评估医学实验室测量不确定度。原因之一为该文件缺乏充足的计量学依据。

评估流程：被测量的清晰描述研究优化测量程序，识别可能的MU来源获得测量程序的精密度评估数据获得测量偏移的评估数据及与偏移评估相关的MU评估精密度和偏移未覆盖的附加MU来源合成不确定度扩展不确定度

“自上而下”方法评估MU规定被测量：被测量（measurand）与分析物（analyte）的区别：不要用分析物取代被测量,因为分析物不是一个量,分析物只是被测量的一个部份。

被测量应包括：

被测量的测量量(例如物质浓度的量),分析物(例如铅)以及所测分析物所在组织(如血液)。某些情况下，被测量还需包括其它信息。例如被测量只能参照到一个公认的标准测量程序，则应包括测量程序。同样重要的是要说明被测量是否与实验室接受的样本相关，还是与患者相关。如是后者,则采样、样本贮存和运送等的分析前步骤对不确定度会有贡献。

“自上而下”方法评估MU规定被测量：

被测量（measurand）：拟被测量的量。

量（quantity）：现象、物体或物质的具有大小的特性，其大小能用一个数和一个参照对象表示。包括质量、体积、长度和特定量的物质和特定范畴物质浓度的量。[VIM]分析物（analyte）：常用于分析学科,叙述用特定测量程序测定的元素/化合物。

“自上而下”方法评估MU

“自上而下”方法评估MU不确定度的来源-GUM在实际工作中结果的不确定度可能有许多可能的源头，包括：-不完全的定义-采样-基质效应和干扰-环境条件-质量体积设备的不确定度-参考值-在测量方法和程序中的近似和假设-随机变异不确定度的来源-举例

分析前个体内/间生物学变异；采样和采样技术；样本运输、处理等

分析后异常值剔除、数值修约等

分析中校准、测量重复性、试剂、仪器以及环境等

“自上而下”方法评估MU复溶质控和校准品的前处理试剂仪器方法学校准质控(测量变异)测量结果分装保存再复融保存使用维护使用测量原理测量参数数据处理瓶间差其他校准周期校准模式合格标准质控模式合格标准吸光度温度体积摩尔消光系数。。。。。。

“自上而下”方法评估MU初步因果图复溶质控和校准品的前处理试剂仪器方法学校准测量结果分装保存再复融保存使用维护使用测量原理测量参数数据处理瓶间差其他校准精密度精密度精密度精密度精密度校准精密度校准精密度校准精密度校准精密度校准质控(测量变异)精密度校准精密度校准精密度校准

“自上而下”方法评估MU修正因果图：测量结果随机效应导致的分量（精密度）系统效应导致的分量（正确度）质控品和校准品的复溶校准品的复溶质控品和校准品的瓶间变异质控品和校准品的分装、保存和再复融试剂的保存和使用试剂的保存和使用仪器的维护和使用仪器的维护和使用校准变异校准方法学方法学其他其他吸光度变化温度变化体积变化。。。。。。吸光度摩尔消光系数温度体积。。。。。。

“自上而下”方法评估MU按属性分类：测量精密度的评定：用“自上而下”方法评估测量不确定度，需要很好地评定测量过程的精密度。精密度定义为“在规定条件下，对同一个或类似的被测对象重复测量所得的示值或测得的量值间的一致程度”

“自上而下”方法评估MU

一般以测量不精密度的数值，如标准偏差或相对标准偏差（变异系数）来表达精密度。测量过程中每一步骤的随机变异都可引起测量结果的分散性。当评估测量不确定度时，其目的要得到尽可能多与测量过程相关的不确定度来源。

评定不确定度时，希望有1个不需要进一步研究就可以代表评定精密度的的参数。

一般应用下列2个精密度来源数据来评定方法的不确定度：

来自分析质控品数据（IQC数据）来自方法确认研究的数据

“自上而下”方法评估MU

“自上而下”方法评估MU测量结果不同浓度与不确定度关系：精密度要在适当浓度进行研究。需要得到不同分析浓度的数据。如果得到了不同浓度的数据，则要决定,怎样才能最好表达方法的精密度。

理想的是：评定的一个不确定度可用于落在方法范围内的所有测试样本。

需考虑三种情况：a.精密度与浓度无关；

b.精密度与浓度呈比例变化；c.精密度与浓度没有简单关系。

（临床化学常见）

下面对三种情况进行解释a)精密度与浓度无关。在不同分析浓度，从所得数据计算的标准偏差没有显著差异。在此情况，精密度可以一个标准偏差表示。b)精密度与浓度呈比例变化。在不同分析浓度，从所得数据计算的相对标准偏差没有显著差异。在此情况，精密度可以相对标准偏差(CV)表示。c)精密度与浓度没有简单关系。某些方法，特别是测量浓度范围很大时，精密度和不同浓度之间，不存在直线关系，在此情况，需要用不同精密度（当然还有不确定度）覆盖不同分析浓度。

Eurachem/CITAC导则讨论了与浓度相关的内容。

“自上而下”方法评估MU

“自上而下”方法评估MUCLSI的EP29还提出另外一种可能性，见下图:血浆肌钙蛋白测量不确定度的分布低浓度时不确定度的绝对值变化较小；高浓度时不确定度的相对值变化较小；该标准提出，确认测量程序的实验室应进行研究，作出上述的图。使用IQC数据评估精密度：对于实验室己建立得很好的测量程序，分析质控品数据可对测量程序提供一个有价值的来源。应收集跨越一定数量月份的数据，这样可经历，例如试剂/校准品批号、操作者和仪器条件（维护状态）的变化。对于己很好建立，正常使用的测量程序，AACB（澳大利亚临床化学家协会）文件推荐至少使用6个月的数据。

“自上而下”方法评估MU注：检验医学2014年1月第29卷第1期，《自上而下方法评定测量不确定度的简介》如能正确执行测量程序，可期望评定的测量不确定度能预示一系列对被测量有贡献的量值。所评定的测量不确定度不应包括粗大误差（例如仪器故障，偏离SOP的操作，书写/计算错误等）。必须小心检查，以决定哪些IQC数据用于评定不确定度。实际工作一长，就可能质控失控（用Westgard规则查出）。如质控失控,则要舍弃测试结果,重新分析样本。所以评估不确定度所用的精密度的质控数据,应该基于测量程序是处于统计学可控状态！注：可参考临床检验杂志2011年第9期，《利用代表样品评定常规检验结果的不确定度》。

“自上而下”方法评估MU

如果在1个批次重复质控测量。进行多个批次。则可使用方差分析（ANOVA）计算结果的批内和批间变异。

使用IQC数据的前提是假设在测量过程使用的质控物质与测试的样本相类似。假如在测量程序中有任何阶段未使用质控物质，则需要单独评定与这些阶段相关的不确定度。

“自上而下”方法评估MU

使用方法确认的数据评估精密度：如果要求评定一个新方法的测量不确定度，没有或只有有限的质控数据，无法使用上述办法，需要一个评定精密度的替代办法。

这可从方法确认/验证的研究中得到。确认的目的是将新程序用于常规前,得到类似精密度的指标。所以确认研究时,除批内精密度外，还要考虑批间变异。

eg:Khatami等叙述了一个在测量验证时，评估精密度的方案。

“自上而下”方法评估MU方案内容：

方案推荐每日在1个批次中,分析一系列样本，至少5日。一系列样本应包括2个或更多浓度样本，每个浓度样本至少5个，重复测量2次。

精密度研究所用的物质可以是参考物质（如IQC质控品）或者从患者样本库制备。为模拟正常操作条件，每个批次的操作者和试剂/校准品批号等因素最好有所不同。精密度实验过程的很多参数应有所变化。ANOVA可用于评估批内和批间变异。

“自上而下”方法评估MU评定测量偏移和其不确定度：1）分析有证参考物质(CRM)。2）分析1个自制的参考物质(例如在适当样本基体中加入标准品)。3）从参加的EQA计划所得EQA结果。

与精密度研究一样，评估测量偏移,要评估测量程序确认范围内有代表性浓度的样本。需要评价所有得到的偏移结果，以决定是否一个数值可以用于所有样本，还是需要分开评估偏移（当然也要分开评估不确定度）。认清所评定的偏移覆盖了测量过程哪些阶段同样很重要。对未涵盖的任何步骤,需要分开评估其偏移与相应的不确定度。

“自上而下”方法评估MU使用有证参考物质（CRM）评定偏移：有证参考物质提供可溯源的参考值。在评价偏移时，应首选这样的参考物质,应有与测试样本相似的组成和分析物浓度。

现有国际认可的CRM数量，与实验室广泛的样本/浓度多种多样的组合相比,是很少的。

COMAR数据库包含了整个测量领域参考物质的信息。检验医学溯源联合委员会（JCTLM）维持了一个高级别参考物质的数据库。JCTLM数据库中参考物质的量值可溯源到SI单位（如电解质、药物、代谢物和非多肽激素）或者溯源到国际公认的方案（如血型、凝固因子和核酸）。”

“自上而下”方法评估MU参考：ISO17511溯源图分析加标样本（spikedsample）评定偏移在此情况，实验室通过添加一定量的分析物到已分析过的基体来制备自制的参考物。计算此加标样本的分析物浓度，作为偏移研究中的参考值。加标物质并不总是具有像测试物质对测量程序相似的一样反应。必须小心保证所加分析物在进行分析前有时间与基体平衡。

互换性定义为“由两个给定测量程序对于给定参考物质的规定量所得测量结果之间关系与另一些指定物质所得测量结果之间关系的一致程度表示的参考物质特性。”

“自上而下”方法评估MU需评估加标样本的互换性！使用EQA数据评估偏移：对已建立很好的方法，有可能通过参加EQA的结果来评估测量不确定度。EQA的关键特点为“EQA物质的靶值或赋值”。

参加者结果要与此靶值或赋值比对，所以可考虑也是一种特殊类型的所谓参考值。但是，当通过与EQA赋值比对来评定偏移时需要小心。EQA计划组织者设置的靶值在很多情况是基于参加者结果的公认值（经过对数据的处理以减小极端值的影响）。

“自上而下”方法评估MU

当偏移是用EQA计划的公认值计算得出，其结果的偏移是不可溯源到“真值”，而只是相对于其它参加者的结果。对已建立很好的测量程序，所得到的公认值常可看成对“真值”较好的评估。但并不是所有测量程序都是这样。再加上EQA数据是在方法-方法基础上进行处理，对不同方法学，常给以不同靶值。

EQA只能在使用相同类型方法时,评定结果的偏移。

但是,只要使用者知道EQA数据的局限性，它仍不失为测量偏移有用的指标。对很多实验室而言，EQA数据是唯一可得到的信息。一系列文章和导则都讨论了用EQA数据评定偏移。

“自上而下”方法评估MU评定与测定偏移相关的不确定度：偏移是实验室观察到的均值()和参考值(x0)之间的简单差值。

和x0都有与其相关联的不确定度,所以评定的偏移必定也有与其相关的不确定度.如果u()和u(x0)分别是和x0的标准不确定度,则与偏移相关的不确定度u(bias)是

“自上而下”方法评估MU

如果是测量CRM获得偏移,一般来说,u()是重复测量CRM所得均值的标准偏差；u(x0)则是CRM赋值的标准不确定度,可在CRM证书上找到。

使用加标样本时,一般来说,u()也是重复测量加标样本所得均值的标准偏差,u(x0)则从制备加标样本相关的信息计算得到。

“自上而下”方法评估MU

如果是基于参与EQA的结果所得偏移来评估与偏移相关的不确定度,则有些复杂。对每一次室间质评,用于计算偏移的参考值是该次发送样本的指定值(x0)。一个批次EQA中参加实验室所得信息有限,因为大多数EQA计划只允许测量样本1次。但是,如果通过多个批次EQA,有可能评定偏移。

习惯上以计算多次EQA的平均偏移以及平均偏移的不确定度（评定平均偏移的标准偏差）。同时有可能得到每次EQA样本赋值评定的不确定度。

“自上而下”方法评估MUISO13528标准叙述了计算赋值不确定度的办法。所用办法与获得赋值办法相关。在临床化学的EQA计划中，决定赋值最常用的办法是用从参加者结果得到的公认值。典型的公认值是该次EQA参加者结果所得的稳健均值（robustaverage）。

常用的稳健均值,例如结果的中值，可减小极端值的影响。可按下式评定赋值的标准不确定度，u(X)。此处s是稳健标准偏差，p是参与计算赋值、稳健标准偏差实验室结果的数量。

“自上而下”方法评估MUS当用多个批次EQA来评估方法偏移，每个批次赋值以及和赋值相关不确定度都不同，此时Eurolab（欧洲常规实验室）技术报告推荐计算评定u（X）的平均值作为标准值。将不确定度的平均值表达为方差，其平方根可提供更严谨的统计学意义。评定平均值，将平均偏移中的不确定度和赋值的不确定度合并可得到评定平均偏移的不确定度。赋值的不确定度用“平方和的平方根”规则评定。

“自上而下”方法评估MU评定不确定度时,如何处理偏移以及与偏移相关的不确定度：一旦评估了偏移和其不确定度，进一步要考虑评定不确定度是否要容纳偏移。该问题取决于偏移是否显著。对于无偏移的方法，大量测定的平均偏移应等于零。在决定观察到的测量偏移是否与零有显著差异时，必须考虑与所评定偏移的不确定度。

为给出所需的置信水平，常将评定偏移的标准不确定度乘以包含因子2得到扩展不确定度U（bias）。置信水平约为95%。如果Bias±U（Bias）区间包括零，则偏移无统计学的显著差异。

“自上而下”方法评估MU

有3类情况要考虑：

1）偏移对零无显著差异；

2）偏移显著,己知偏移修正结果；

3）偏移显著，但因操作原因无法修正结果。

“自上而下”方法评估MU情况1：偏移对零无显著差异此时建议可将偏移设定为零,并有等于u（bias）的不确定度。评估测量结果不确定度时，要包括不确定度u（bias）。情况2：偏移显著，己知偏移修正结果，此时报告修正结果,并将已评定的与偏移相关不确定度，u（bias），包括入评定的测量结果不确定度内。这是GUM叙述的办法，它设定任何已知偏移都要修正，并将与修正有关不确定度包括到测量结果的不确定度内。此情况在化学测量中不常见--历史上,如有测量偏移，结果不修正（即情况3）。

“自上而下”方法评估MU情况3：偏移显著，但因操作原因无法修正结果，理想的测量方法应该移去偏移，但不是技术上都有可能的。当报告结果和相关的不确定度时，如果对已知显著差异未制定允许限，简单地只报告测量不确定度会误导使用者。

1）可接受的一个选择是：评估未修正结果的不确定度（排除了由于偏移引起的不确定度）；另外分开列出偏移和其不确定度。用此法不会误导使用者，如需要他们可以修正结果。

2）如果分开报告不可行，一些作者提出可以增加报告的不确定度以包括未修正结果。Eurolab导则也叙述一个办法通过计算“偏移平均值平方的开方根”将偏移包括到测量结果不确定度评定中。

“自上而下”方法评估MU评定不确定度附加来源：应该附加考虑将任何未被精密度或者偏移数据所覆盖,但却影响测量结果的因素。

这些附加的来源随方法不同而异,还与评估精密度和偏移的数据相关。所考虑的因素可能包括:

1）样本前处理步