醫學實驗室運用室內質控與能力驗證數據程序化評定測量不確定度

丁海峰，張 琪，魏鵬飛，周劍濤

1.武漢千麥醫學檢驗實驗室（武漢 430010）

2.黃岡職業技術學院醫藥學院醫學檢驗教研室（湖北黃岡 438021）

3.鄭州千麥貝康醫學檢驗實驗室（鄭州 450066）

測量不確定度作為醫學實驗室各種測量結果的一部分，合理表征了被測量量值的分散性，對測量結果的可信性、可比性和可接受性有重要影響，是評價測量活動質量的重要指標[1-2]。ISO/IEC 17025: 2017[3]和ISO 15189: 2012[4]等國際認可標準要求實驗室有計算報告結果測量不確定度的程序。CLSI EP29[5]、Nordtest 537[6]和ISO 20914:2019[7]等指南性文件都提出了評定測量不確定度的指導方法。雖然中國合格評定國家認可委員會（China National Accreditation Service for Conformity Assessment，CNAS）對ISO 15189認可（CNAS-CL02認可）實驗室提出明確要求“合格評定機構應評定和應用測量不確定度，并建立維護測量不確定度有效性的機制”[8-9]，但是由于測量不確定度的概念不易理解，計算過程相對復雜，絕大部分檢驗人員不知如何處理，且對其重要意義認識不到位，致使許多醫學實驗室未能將其用于評價測量活動的質量[10-11]。為了解我省醫學實驗室實施評估測量不確定度的狀況，本課題組于2022年12月對鄂東地區（黃岡市、黃石市、鄂州市和武漢市新洲區）二級以上醫院檢驗科進行了一次問卷調查。調查醫院73家，其中三級醫院11家（15.1%，11/73）、二級醫院62 家（84.9%，62/73），調查結果顯示檢驗科開展了評估測量不確定度的醫院為0，這種狀況與國外報道一致[10-11]。在實施計量溯源、倡導醫學檢驗結果的等效性與可比性的時代，鄂東地區醫學實驗室開展評估測量不確定度為0 的狀況凸顯出普及推廣測量不確定度知識的重要性與必要性。本實驗室作為ISO 15189認可（CNAS-CL02 認可）實驗室，自2017年以來，一直運用Excel 電子表格程序化評定測量不確定度，運算過程簡便、快捷。本文對醫學實驗室評定測量不確定度的過程進行報告，以為檢驗相關工作提供參考。

1 醫學實驗室評定測量不確定度的策略

ISO 15189 將醫學實驗室檢測過程分為測量前、測量中和測量后三階段。按照JCGM 100:2008《測量不確定度表達指南》（Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement，GUM）[12]，檢測實驗室應分析一個完整的測量過程每一項測量不確定度分量對測量結果測量不確定度的貢獻。然而，由于醫學檢驗的特殊性，GUM 尚不適用于直接評定醫學實驗室測量不確定度[13]。

評定測量不確定度通常采用自下而上（bottom-up）和自上而下（top-down）兩種方法。Bottom-up 評定方法常特指GUM 方法。GUM法基于對測量的全面、系統分析后，識別出每個可能的不確定度來源并加以評定，然后將識別的不確定度用方差方法合并成測量結果的測量不確定度[14]。Top-down 評定方法是在控制不確定度來源或程序的前提下，基于正確度（系統誤差）和實驗室內測量復現性（隨機誤差）評定測量不確定度的方法[15]。實踐表明，對于常規醫學實驗室，top-down 方法評定測量不確定度經濟實用，是可接受的方法[16]。現在，ISO/TS 20914 正式批準top-down 方法，并將其作為醫學實驗室評定測量不確定度的實用指南[7]。

醫學檢驗結果的準確度包含檢測前和生物學變異的影響，本實驗室采用top-down 方法，不涉及檢測前和生物學變異等對測量結果分散性的影響因素，選取常規檢驗工作中室內質量控制（internal quality control，IQC）和參加能力驗證（proficiency testing，PT）活動的數據，以評定檢測過程有關醫學檢驗結果的測量不確定度。

2 運用Excel軟件運算測量不確定度評定程序

2.1 評定實驗室內測量復現性引入的相對測量不確定度（urel(RW)）

2.1.1 評定urel(RW)的計算公式

選取實驗室某年度常規用于IQC 的高值（或低值）質控品2 個月（或2 個月以上）的檢測數據，計算平均值（）、標準差（sd）和變異系數（CV）。其中，sd 與實驗室內測量復現性引入的測量不確定度（u(RW)）和CV 與urel(RW)的數值相等。計算公式分別為：

式中s(Rw)為實驗室內測量復現性。

式中RSD(Rw)為相對實驗室內測量復現性。

2.1.2 Excel電子表格上計算urel(RW)的程序

取某年2 個月（或2 個月以上）常規用于IQC 的高值（或低值）質控品的所有檢測數據錄入Excel 表格，分別計算測量、實驗室內測量復現性引入的測量sd 和CV，數值上sd 等于u(Rw)，CV 等于urel(RW)。

2.2 評定偏移引入的測量不確定度（ucrel(bias)）

實驗室從某年度PT 組織者提供的兩次室間質評活動結果中取若干份數據，每份數據包括四項指標：PT 同質組公認值（Ccons,i）、實驗室測量值（xi）、PT 同質組標準差（sd）和PT 同質組實驗室數（m），用來評定ucrel(bias)。

2.2.1 評定偏移引入ucrel(bias)的計算公式根據每個xi和 PT 組織者提供PT 同質組公認值（Ccons,i），按公式4 和公式5 計算單次PT的偏移量值（bi）和相對偏移量值（brel,i）：

按公式6 計算單次PT 公認值的測量復現性引入的相對測量不確定度（urei(cons,i)）：

式中RSDR,i為單次PT 的相對測量復現性。按公式7 計算相對的方法和實驗室偏移（RMSrel(bias)）：

式中n 為PT 次數。

按公式8 計算多次PT 公認值的測量復現性引入的相對測量不確定度（urel(Cref)）：

式中urel(cons,i)為單次PT 公認值的測量復現性引入的相對測量不確定度。

按公式9 計算偏移引入的ucrel(bias)：

2.2.2 Excel電子表格上計算ucrel(bias)的程序

2.2.2.1 計算單次PT公認值相對測量不確定度

取某年度（與IQC 取值年份相同）室間質評組織者（國家衛生健康委員會臨床檢驗中心或CNAS 認可的其他機構）組織的第一次和第二次室間質評活動的7 份結果，將每次PT 相關原始數據PT 公認值（Ccons,i）、測量值（Xi）、PT 同質組標準差、PT 同質組實驗室數（m）填寫到Excel 表格，Excel 表格自動完成偏移值（bi）、相對偏移值（brel,i）、相對偏移值平方（b2rel,i）、PT 同質組變異系數（RSDR）、單次PT 公認值相對測量不確定度（RSDR，i/√m）（%）的計算。

2.2.2.2 計算相對的方法和實驗室偏移

引用公式7 編程計算相對的方法和實驗室偏移RMSrel(bias)值。

2.2.2.3 計算多次PT公認值的測量復現性引入的相對測量不確定度

引用公式8 編程計算多次PT 公認值的相對測量不確定度urel(Cref )值。

2.2.2.4 計算由偏移引入的相對測量不確定度

引用公式9 編程計算偏移引入的相對測量不確定度ucrel(bias)值。

2.3 評定相對合成標準不確定度（ucrel）、相對擴展不確定度（urel）和擴展不確定度（U）

2.3.1 評定ucrel的計算公式

2.3.2 評定urel的計算公式

式中k 為包含因子。對于正態分布，k=2 和3時，包含概率p 分別是 95.45%和 99.73%；實驗室通常采用k=2。

2.3.3 評定U的計算公式

2.3.4 Excel電子表格上計算ucrel、urel和U的程序

2.3.4.1 計算相對合成測量不確定度

引用公式10 編程計算相對合成標準不確定度ucrel值。

2.3.4.2 計算相對擴展不確定度

引用公式11 編程計算相對擴展不確定度Urel值。

2.3.4.3 計算擴展不確定度

引用公式12 編程計算擴展不確定度（U）值。

3 測量不確定度的報告與評價

3.1 測量不確定度報告方式

醫學實驗室選擇擴展不確定度報告被測量的測量值。報告方式：測量值（Y），擴展不確定度（U）（k=2）。例如，生化項目ALT，當ALT高值質控品測量結果（取均值）=106.22 U/L，Urel=3.46%，k=2 時，報告方式為：ALT 106.22 U/L，U=3.68 U/L（k=2）。注意報告中有效數字位數，一般根據不確定度保留小數點后兩位（或一位）[1-2]。

3.2 測量不確定度的評價

根據目標不確定度評價測量結果的測量值是否達到臨床應用的要求。本實驗室選擇國家衛生健康委員會臨床檢驗中心室間質量評價標準作為目標不確定度[17]，項目Urel小于目標不確定度認為合格。例如，ALT 目標不確定度為靶值±16%，故上例評價結論為：Urel（3.46%）小于國家衛生健康委員會臨床檢驗中心室間質量評價標準（靶值±16%），測量結果符合臨床檢測要求。

4 討論

本實驗室采用內部IQC 數據評定實驗室內測量復現性，所選數據應盡可能反映檢測系統的真實狀態，要有足夠長時間的數據積累（兩個月甚至更長時間），以保證數據的統計控制狀態，如數據取值期間，檢測系統經歷過多次校準、不同批號試劑、校準品批號更換、常規儀器維護，以及不同操作者等[18]。另外，注意質控品與患者樣本間存在的差異，需要時應評估這種差異。

測量不確定度與被測量物的濃度有關，采用同一測量程序測量不同濃度的樣本，難以得到相同的測量不確定度[15]。用于評定實驗室內復現性標準不確定度（u(Rw)）的IQC 分析物濃度水平應接近醫學決定水平，或至少接近所采用的參考限。這一點很重要，因為對于大多數實驗室測試來說，測量不確定度隨分析物濃度的變化而變化，通常隨濃度的增加而減小[19]。在報告測量不確定度時最好界定被測量物的濃度水平。

本實驗室參照被測量物的參考范圍與醫學決定水平選擇IQC 質控品濃度，從臨床應用考慮，盡量選取接近醫學決定水平的質控品濃度。如果參考范圍上下限都有臨床診斷意義，建議評定高/低值兩種濃度水平的測量不確定度。

通過分析有互通性的有證參考物質（certified reference material，CRM）或者參加正確性能力比對計劃是判定偏移引入的測量不確定度較好的方法[15]。但是，現階段對醫學實驗室可行的方法還是從PT 數據推導出與偏移有關的測量不確定度，并將PT 樣本測量的“公認值”（consensus）考慮為“正確值”。選擇的PT 數據應該來源于CNAS 認可的能力驗證提供者的PT 計劃[20]。實驗室要有足夠次數的PT 結果，根據北歐測試合作組織NORDTEST 的建議，以 6 次 PT 結果數據作為評定測量不確定度的依據，從而得到一個具有足夠可信限的與偏移相關的不確定度[6]。本實驗室結合PT 計劃的實際，選擇7 次PT 結果數據用于評定測量不確定度。同時還要考慮實驗室檢測系統與PT 同質組條件的一致性，如果彼此之間測量水平相差懸殊，會影響評定結果的可靠性。

ISO/TS 20914 明確指出，測量不確定度的大小應該適用于醫療決策的結果[7]。目標不確定度是根據測量結果的預期用途，規定作為上限的測量不確定度[15]。根據應用要求，基于生物變異、國內外專家組的建議、管理準則或當地醫學界的判斷，對不同水平的測量結果可以確定一個或多個目標不確定度[15]。例如，WS/T403-2012《臨床生物化學檢驗常規項目分析質量指標》中，條目4.3 評定檢驗結果不確定的實驗室可將本標準總誤差指標作目標擴展不確定度；條目4.4 臨床檢驗參考測量可將總誤差指標的四分之一作目標不確定度[21]。本實驗室依據取用PT 結果數據的來源，選定國家衛生健康委員會臨床檢驗中心室間質量評價標準作為目標不確定度，只要檢測項目的Urel小于目標不確定度就認為符合臨床檢測要求。這種選擇是否符合臨床診斷要求尚待臨床驗證，需要臨床與實驗室共同去進一步的研究。

測量不確定度是檢測系統檢驗性能的反映，基礎是測量程序受控，選取的數據有代表性，如果檢測系統發生了明顯的變化，例如，變更了試劑的生產廠家、更換了試劑或校準品批號、儀器更換了重要部件等，測量不確定度的分量來源也會出現顯著性變化。另外，PT 組織者制訂的質量評價標準，每年也會有一定的調整。所以，測量不確定度需要進行年度審核，條件發生改變時要重新評定。測量不確定度表達了測量值的準確性。評定測量不確定度是醫學檢驗定量檢測項目必需的工作，也是ISO15189（CNAS-CL02）認可實驗室必備的能力條件[4]。雖然，傳統的GUM 方法用于醫學實驗室尚有困難，但是，采用top-down法評定測量不確定度簡便、可行，適合大部分醫學檢驗實驗室普及應用。