測量不確定度
(measurement of uncertainty, 簡稱不確定度),是指根據所用到的信息, 表征賦予被測量量值分散性的非負參數[
1]。美國標準局的Eisenhart于1963年首次提出不確定度,
引起了學者們廣泛重視及對不確定度評定方法的探索。為了指導和規范不確定度的評定方法,
1993年ISO等7個國際組織聯合發表了不確定度評定方法的文件《測量不確定度的評定指南》[ 2](guide to the expression
of uncertainty in measurement, GUM),而歐洲化學分析中心 (EURACHEM)
于1995年發布指南文件《測量不確定度的量化》[ 3](quantifying uncertainty in analytical
measurement, QUAM),對化學領域不確定度的評定進行了詳細介紹。這些文件講述了測量過程中不確定度分量細化, 結果較精確,
但評定過程較為繁瑣, 計算的工作量較大[ 4],而對常規化學實驗室和醫學實驗室來說, 有些不確定度的分量不易確認或沒有必要進一步細化。因此,
需要進一步完善GUM和QUAM介紹的評定方法。
一、自上而下評定不確定度方法的提出和應用過程
1995年英國皇家化學學會名下的分析方法委員會
(analytical methods committee, AMC)[ 5]提出自上而下 (Top-down)
評定方法。AMC認為對化學實驗室來說不需要分析每個測量程序的細節, 可用統一的公式計算合成不確定度,
即μc=sε2+σrun2+σlab2+ub2,式中sε為不精密度、σrun為批間偏移、σlab為實驗室偏移、ub為方法學偏移。1999年Maroto等[
6]認為在較高的計量學水平下實驗室偏移和批間精密度是隨機誤差, 方法學偏移是系統誤差。
此后越來越多的學者重視應用自上而下方法評定不確定度。2001年Kristiansen[
7]認為不確定度應包含來自采樣、制造商校準品和其他形式的偏移以及不精密度, 并提出可應用來自方法確認數據、室內質量控制 (internal
quality control, IQC) 數據、室間質量評價 (external quality assessment, EQA)
數據。2002年linko等[ 8]應用Workbench軟件評定血鈣和血糖的不確定度, 認為IQC數據可用于不確定度的評定, 因統計學和計量學的限制EQA數據不宜用于不確定度的分析。
2003年的一場有關GUM是否適用于醫學實驗室的辯論[
9, 10],自上而下方法再次引起了人們的重視。2004年Patriarca等[ 11]以重復性和期間精密度評定不精密度, 結合有證參考物質
(certificated reference material, CRM) 、回收實驗和EQA靶值分析偏移,
從而評定血鉛不確定度。同年White等[ 12]代表澳大利亞臨床生物化學委員會 (australasian association of
clinical biochemists, AACB) 提出至少需6個月的IQC數據評定不精密度, 當時北歐創新中心 (nordic
innovation center, Nordtest)[ 13]系統地提出了適用于環境實驗室的自上而下評定不確定度指南,
明確提出了從不精密度和偏移2個方面評定不確定度。這種對不確定度分量的處理方式逐步被大多數學者和學術機構所接受。如2006年Dimech等[
14]應用IQC與EQA數據進行評定, 同年Eurolab[ 15,
16]發表的技術報告建議以實驗室確認數據、IQC數據和EQA數據為評定對象。2008年White[ 17]以及比利時聯邦食品鏈安全局
(federal agency for the safety of the food chain, FASFC)[
18]都采用類似的評定方法。2010年Westgard[ 19]認為自上而下方法是醫學實驗室評定不確定度的實用方法。2012年CLSI[
20]發表了適用于醫學實驗室的評定不確定度指南, 分別介紹了自上而下和自下而上2種評定方法。
2005年國內學者王治國等[ 21]首次介紹了自上而下評定不確定度的方法, 中國合格評定國家認可委員會 (china national accreditation service for conformity assessment, CNAS)[ 22]于2012年發表了以自上而下方法評定醫學實驗室不確定度的技術報告。
如何更準確地利用不精密度和偏移的數據評定不確定度, 下面將分別進一步闡述。
二、 不精密度的不確定度評定方法
不精密度的評定有以下幾種方法:(1) 利用IQC數據計算期間不精密度[ 13, 18, 23];(2) 計算2個時間段的期間不精密度, 然后再合并[ 11];(3) 分別計算批內和批間不精密度, 再計算總不精密度[ 5, 21]。
方法
(1) 是目前臨床實驗室最常用的方法, 也是最方便的方法,
只要開展IQC的項目都可用此方法評定不精密度。一般建議用3個濃度的質控品進行精密度實驗[ 11]。不同質控品的濃度水平最好與醫學決定水平相一致,
可能時最好與評定偏移時所用的參考物質或相應標本的水平相近。因短時間內的IQC數據不能準確反映一些引起不精密度的因素,
如不同人員的操作、試劑批號的更換等, AACB推薦的標準提出精密度實驗的時間至少為6個月, Patriarca推薦為16個月,
亦有作者僅有1個月或20 d, 不同作者間的差別特別大。究竟多長期間最合適, 我們的資料表明, 無論是一級、二級或三級醫院,
其精密度10個月以上才較穩定。因此, 如果每年評定1次的話, 應用上一年全年的不精密度數據較為合適。如果實驗室條件發生了重大變化,
如改變了測量系統或方法學, 則應重新進行評定, 可先采用1個月的不精密度數據, 作為暫定結果, 待6個月或1年后再進行評定。
方法 (2) 中, 如果在精密度評定期間使用了2個批號的質控品, 可計算平均變異系數(CV),推薦的平均CV計算公式為:
CV平均=∑mi (ni-1) ×CVi2∑mini-m[ 20]
式中n為每個批次對應的實驗室數目,m為批次數。亦有文獻用CV平均=(CV1+CV2)/2[ 24]的方法計算, 但目前已很少有人使用。一般實驗室每月計算1次IQC數據的CV。如計算1年的CV,原則上應將1年的全部數據重新計算CV。
方法
(3) 通過合并批內精密度與批間精密度計算總不精密度, 也稱實驗室內不精密度[ 25],CLSI EP5-A2和CLSI
EP15-A2均用該法評定不精密度。是否需在精密度評定中包含有重復性精密度
(批內精密度),目前尚無定論。大部分作者認為只要評定期間精密度就可以了。其原因可能為:(1) 在實驗室的常規測量中一般不進行重復測量,
計算批內精密度不能反映實際情況[ 15];(2) 較長期間的不精密度包含了批內精密度[ 26],如同時再計算批內精密度, 可高估不精密度。
楊志釗等[
27]在進行室內質量控制時, 將質控品重復測量2~3次, 通過計算方差的方法, 得到批內和批間不精密度后, 再計算總不精密度,
這樣也有可能高估不精密度。一般認為此時可計算2~3次測量結果的均值,
用該均值計算CV。如果同一質控品在一批標本的分析前、分析中和分析后分別被測定, 應將該2~3次的測量結果分別單獨作為一個批次進行計算,
而不是計算他們的批內不精密度或合并計算均值。