量值溯源和不确定度.docx
《量值溯源和不确定度.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《量值溯源和不确定度.docx（39页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
量值溯源和不确定度
第二节量值溯源
临床实验室通过校准为其检测系统确定标准值。
为保证检测结果的准确性和一致性，必须保证参考物设定值可溯源到可能的参考方法和/或可能的高一级参考物质，以使常规的检测系统对患者样本的检测，在计量单位一致的前提下，得到和参考系列相同的检测量值。
一、量值溯源的概念
通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链，使测定结果或标准值能够与规定的参考标准（通常是国家标准或国际标准）联系起来的特性，称为量值的溯源性（traceability）。
溯源顺序通常采用溯源等级图来描述。
要求校正常规方法的参考物必须溯源到国家或国际规定的参考方法上，最好是溯源到SI（国际单位制），SI单位表示了该物质量值的准确性达到计量基准，它具有非常小的不确定度。
除了保证参考物的溯源性外，临床实验室和生产厂商必须对检测系统各组分（仪器、试剂、参考物、和操作程序）实行严格的标准化程序，才能实现患者检验结果的溯源性。
二、量值溯源的意义
临床医生通常将实验室检验结果与参考区间和医学决定水平进行比较，结合患者其它医学信息做出临床判断。
但如果实验室间的检验结果一致性不好，使参考区间和医学决定水平有差异，将混淆临床医生的医学判断，并可能导致错误的医学决策。
特别对于由科学家或专业协会建议和提倡运用共同判断标准对治疗进行干预，例如在高胆固醇血症和糖尿病的治疗指南中，提出根据检验结果的临床诊断值、干预值和目标值等。
实验室间的检验结果一致性不好，可能导致对检验结果的错误解释和对疾病的错误干预。
因此，有必要开展量值溯源和检测系统的标准化，以实现各实验室测定结果的一致性或不同医院的实验室检验结果的互认性，也即改进试验结果在空间和时间上的可比性。
三、参考物的量值溯源
在临床实验室的定量分析中，通过不同级别的测量程序、参考物和校正物，
实现连续测量。
用一个测量程序为某种物质定值，该物质用作下一级测量程序的校正物。
依此类推，形成了一条不间断的比较链，也称溯源链。
（一）参考物量值溯源的意义
使用公认的参考方法来标化测定参考物，通过严密的测定程序，所得到的参考物的测定值是可靠的，该参考物的量值可溯源到上级参考方法和/或参考物质。
在常规临床实验室，用该参考物去校准常规的检测系统。
经过一系列的检测过程，得到患者样本的分析物含量。
该样本的分析物含量接近使用参参考方法测定所获得的结果。
因此，通过溯源的参考物校准常规方法，测定患者样本所得结果的准确性可源溯到参考方法。
常因为参考物是处理过的样本，它和新鲜患者样本的基质有差异，使参考方法的准确度不能完全通过参考物传递给患者样本，所以对参考物的量值可能有一定的调整。
常规测定方法中量值溯源参考物使用的目的是，被测定物的测定结果要求接近通过参参考方法所获得的结果。
因此，通过溯源的参考物来校准常规测定方法得到的结果的真实性就可追溯到参考方法。
（二）参考物的量值溯源程序
1．溯源链和校准层次根据溯源的定义，一条连续的、可溯源的、分层次的比较链，每条链有已知的测定不确定度，使参考物的值或患者样本测定结果可溯源到国家或国际规定的参考方法，如图3-3所示。
图3-3参考物的量值溯源等级图
图3-3描述了多层次多水平相互交错的测定方法和校准物质，箭头方向表示相互的关系。
在每一级水平，图左边的参考物用作校准右边的测定方法，后者可为下一级参考物定值。
SI单位溯源链开始于被测物顶端（检测系统、分析物、测定值的种类），遵循SI单位的溯源路径（通过一级参考测定方法和一级参考物），溯源链结束于测定患者样本的终端用户常规测定方法。
溯源链自上而下各环节的溯源性逐渐降低，而不确定度则逐渐增加。
国际计量局、国家计量局、被认可的参考实验室可为二级参考物定值；厂家为终端用户提供常规测定方法的溯源文件。
2．参考物传递方案
（1）SI单位溯源链：
理想的溯源链终点是SI，传递如图3-3。
但一些分析物无公认的参考物质或参考方法，就不能提供其溯源路径。
例如，镁在血浆中以与蛋白结合、离子形式和复合物形式存在，镁的测定表达为总的离子浓度形式和复合物形式。
由于有不同的量值，其参考物需要追踪各自的溯源路径，某些溯源路径不能提供或从技术方面还得不到某些分析物的超纯物质（一级参考物），使得不能实现溯源。
因此，在生物样本中，根据其病理生理特点，用SI单位表示的分析物实际上是一个种类或一组物质而不是单一物质。
如某分析物在血清中，可能以完整的形式、降解产物或复合物形式存在；也可能因不同的异构体或糖基化的不同而具有不均匀性。
另外，对于SI单位标识的分析物，用不同的测定方法测定（主要是免疫方法），因使用的抗体所作用抗原表位的不同，可能显示不同的分析特性。
如人绒毛膜促性腺激素（HCG）以不同的分子形式存在于血清中，一些形式表达在妇女的妊娠期间，另一些形式表达在某些肿瘤疾病中。
因此，测定不同的表达形式，用于不同的诊断目的。
（2）其它参考物溯源方案：
对没有SI单位的分析物，可溯源到“国际惯例”表示的参考物质和参考测定方法。
国际惯例的参考物质和参考测定方法不等同于SI单位溯源链中的一级参考物和一级参考方法，是国际惯例使用的替代品和替代方法。
对于不能溯源到SI单位的物质的溯源问题分四种情况，如图3-4、3-5、3-6、3-7所示。
图3-4-a表示有参考测量程序和参考物的分析项目的溯源，如皮质醇激素（图3-4-b）、HbA1c、某些酶活性。
由IFCC工作组/分委员会提供参考测量程序（RMP）和参考物（RM）；图3-5表示有参考测量程序而没有参考物的分析项目的溯源，该类项目以凝血因子的测定为多。
凝血因子具有一定的生物学活性，常采用以“正常血浆”作为参考物的凝固试验（生物学效应）。
该试验被WHO承认，这类项目大约有30项；图3-6表示有参考物而无参考测量程序的分析项目的溯源，这类项目大约有300项,如血浆蛋白类；图3-7表示既无参考测量程序（RMP）又无参考物（RM）的分析项目的溯源,如肿瘤标志物、某些酶类，可溯源到厂家设定的参考方法。
表3-2列举了一些临床常规检测项目的上级参考方法或参考物。
常规实验室了解各溯源方式，为获得其分析测定项目的溯源依据提供路径。
图3-4-a具有参考测量程序和参考物的量值溯源等级图
图3-4-b皮质醇激素测定溯源到SI单位的量值溯源等级图
图3-5具有参考测量程序而没有参考物的量值溯源等级图
-
图3-6具有参考物而无参考测量程序的量值溯源等级图
图3-7无参考测量程序和参考物的量值溯源等级图
表3-2常规检测项目的溯源性示例
常规项目（常规方法）
参考方法或参考物
酸性磷酸酶（萘酚磷酸）
厂家指定的参考方法
前列腺酸性磷酸酶（萘酚磷酸）
厂家指定的参考方法
白蛋白（plus）
CRM470
白蛋白（BCG）
CRM470
α-1-抗胰蛋白酶（免疫透射比浊）
CRM470
碱性磷酸酶（IFCC）
IFCC催化活性浓度测定的参考方法
ALT/ALAT（IFCC有/无PYP）
IFCC催化活性浓度测定的参考方法
总淀粉酶（IFCC）
IFCC催化活性浓度测定的参考方法
载脂蛋白A-1（免疫透射比浊）
WHO国际参考品SP1-01
载脂蛋白B（免疫透射比浊）
WHO国际参考品SP3-07
AST/ASAT（IFCC有/无PYP）
IFCC催化活性浓度测定的参考方法
碳酸氢盐
新标准（纯物质称量）
总胆红素（DPD）
acc.toDoumas
总胆红素（J-G法，M-E法）
acc.toDoumas
直接胆红素（J-G法，M-E法）
厂家指定的参考方法
C3-c补体（免疫透射比浊）
CRM470
C4补体（免疫透射比浊）
CRM470
钙（邻甲酚酞络合酮，O-CPC）
原子吸收
氯（ISE）
电量滴定
胆固醇（CHOP-PAP）
a）ID-MS法
b）Abell-Kendall法
胆碱酯酶（丁基硫代胆碱）
厂家指定的参考方法
铜蓝蛋白（免疫透射比浊）
CRM470
肌酸激酶/CK（IFCC，DGKC）
IFCC催化活性浓度测定的参考方法
肌酸激酶MB/CK-MB（IFCC改良）
IFCC催化活性浓度测定的参考方法
肌酐（酶比色法plus）
ID-MS
肌酐（Jaffe）
ID-MS
CRPC反应蛋白（免疫透射比浊）
CRM470
CRPC反应蛋白
（颗粒增强，免疫透射比浊）
CRM470
果糖胺（NBT）
厂家指定的参考方法
GGT（IFCC）
IFCC催化活性浓度测定的参考方法
GLDH（DGKC1972）
厂家指定的参考方法
葡萄糖（GOD-PAP,HK）
ID-MS
HBDH（DGKC1972）
厂家指定的参考方法
HDL-胆固醇
CDC〔用葡聚糖硫酸盐沉淀和AbellKendall〕
结合珠蛋白（免疫透射比浊）
CRM470
Kappa（免疫透射比浊）
CRM470（通过IgG、IgA、IgM）
免疫球蛋白G（免疫透射比浊）
CRM470
免疫球蛋白A（免疫透射比浊）
CRM470
免疫球蛋白M（免疫透射比浊）
CRM470
铁（ferrozine）
一级参考物（纯物质称量）
乳酸（酶比色法）
一级参考物（纯物质称量）
Lambda（免疫透射比浊）
CRM470（通过IgG、IgA、IgM）
LDHL-P（IFCC）
IFCC催化活性浓度测定的参考方法
LDL-胆固醇
CDC〔用肝素/镁（超离心）和Abell-Kendall〕
脂肪酶（比色法）
厂家指定的参考方法
镁（xylidylblue）
原子吸收
前白蛋白（免疫透射比浊）
CRM470
无机磷（磷钼酸UV）
一级参考物（NERL）
（纯物质称量）
钾（ISE）
火焰光度法
总蛋白（双缩脲）
SRM927c
水杨酸（比色法）
一级参考物（纯物质称量）
钠（ISE）
火焰光度法
转铁蛋白（免疫透射比浊）
CRM470
甘油三酯（GPO-PAP）
ID-MS,以一级参考物校准
甘油三酯（去除甘油空白）
SRM909b
尿素/BUN（脲酶UV）
SRM909b
尿酸（酶比色法plus）
ID-MS
注：
1．CRM（certifiedreferencematerial）＝欧洲共同体认可的参考物，
2．SRM（standardreferencematerial）＝美国标准参考物
3．ID-MS（isotope-dilutionmassspectrometry）＝同位素稀释－质谱分析
4．CDC（Centersfordiseasecontrol）=美国疾病控制中心
3．测量不确定度的表达测量不确定度是量值溯源过程中不可避免的，被测物的不确定度贯穿整个量值溯源链，开始于一级参考物提供者，延伸到体外诊断试剂生产厂家，以及为参考物定值的过程。
4．校准溯源的验证校准溯源验证的目的是确定终端用户获得的结果与贯穿于量值溯源链的参考测定方法和/或参考物质的一致性。
验证过程有三个要素：
①由体外诊断试剂生产厂家测定的值应与用参考方法测定的数值相同；②由体外诊断试剂生产厂家用参考方法测定结果在数学上相等的评估，即线性回归方程斜率=1、截距为零；③要求厂家参考物测定结果有互通性。
5．量值溯源的长期评估为确保在任何时候量值可溯源，要求有一套系统程序来评估参考物的后期性能和进行必要的纠正，室间质量评价（externalqualityassessment,EQA）是最易实现的量值溯源的长期评估方法。
四、测量不确定度
1．基本概念不确定度是指由于测量误差的存在，而对被测量值不能肯定的程度，它表征被测量的真值所处的量值范围。
实验结果不仅要给出测量值
，同时还要标出测量的总不确定度
，即实验结果为
。
表示测量值在
的范围之外的可能性（或概率）很小。
不确定度的相对值
。
显然，测量不确定度的范围越窄，测量结果就越可靠。
2．不确定度的计算由于误差的复杂性，准确计算不确定度已经超出了本课程的范围。
本节介绍不确定度的似性估算方法。
不确定度按其数值的评定方法可归并为两类分量：
即多次测量用统计方法评定的A类分量
；用其它非统计方法评定的B类分量
。
总不确定度由A类分量和B类分量合成，即
（1）A类不确定度的估算：
在只进行有限次测量时，随机误差不完全服从正态分布规律，而是服从
分布（又称学生分布）规律。
此时对随机误差的估计，要在贝塞尔公式的基础上乘上一个因子。
在相同条件下对同一被测量作
次测量，不确定度的A类分量等于测量值的标准偏差
乘以因子
，即
式中
是与测量次数
、置信概率
有关的量。
当已知置信概率
及测量次数
后，可从专门的数据表中查得
。
在
时，
的部分数据可以从表3-3中查得。
表3-3
查询表（
）
测量次数
2
3
4
5
6
7
8
9
10
8.98
2.48
1.59
1.24
1.05
0.93
0.84
0.77
0.72
（2）B类不确定度的估算：
通常考虑仪器误差所带来的B类不确定度。
仪器误差指在正确使用仪器的条件下，测量结果与真值之间可能产生的最大误差，用
表示。
仪器误差产生的原因和具体误差分量的分析计算已超出了本课程的要求范围。
多数情况下简单地把仪器误差
直接当作总不确定度中用非统计方法估计的B类分量
，即
各种仪器误差可查阅相关工具书，如：
某读数显微镜的仪器误差为
，某
量程的物理天平仪器误差为
。
（3）总不确定度的合成
在临床实验室，A类不确定度占主导，B类不确定度可以忽略不计。
实验室可以根据批内、批间的重复性试验分别得到批内和批间变异；根据能力验证（PT）的结果得到系统的偏倚，从而计算得到总不确定度。
实际上，影响临床实验室检验结果不确定度的因素还包括分析前因素、离心条件、试剂和样本储藏条件等的影响。
第三节方法学评价
一、方法学评价的意义和内容
方法学评价（evaluationofmethodology），是通过实验途径测定分析方法的技术性能，并评价其是否能接受。
任何分析方法都存在一定的误差，为保证高质量的临床实验室服务，在选定的方法经过初步试验之后，用于临床实践之前或对已用方法进行了修改，实验室须对方法进行严格、系统的技术性能评价或对厂家所提供的技术性能指标进行验证。
这里所指的方法包括方法学和仪器，以及与分析相关的校正、质控、操作规程、分析人员、分析环境等所组成的分析系统。
通常的方法技术性能指标有准确度（accuracy）、灵敏度（sensitivity）、特异度（specificity）、分析测量范围（analyticalmeasurerange,AMR）等。
二、方法学评价的基本步骤
1．确定某方法的质量目标，即可允许误差，常用允许总误差（allowabletatalerror，TEa）来表示。
2．选定及进行适当的揭示分析误差类型的实验，如批内和日内重复性试验、
日间重复性试验、回收试验、干扰试验、方法比较试验等。
3．收集试验数据，进行统计学分析，以评估分析误差的大小。
4．将测定的误差与选定的可允许误差进行比较，判断方法的可接受性。
三、误差的分类和表示
根据误差的性质，可将其分为系统误差和随机误差两类。
1．系统误差
（1）定义：
系统误差（systematicerror，SE）是指测定值与真值存在的同一倾向的偏差。
系统误差或正或负，即具有单向性，一般由恒定的因素引起，并在一定条件下多次测定中重复出现。
（2）分类：
系统误差可分为恒定系统误差（constanterror，CE）和比例系统误差（proportionalerror，PE）。
恒定系统误差指测定值与真值之间存在恒定的误差，其大小与干扰物浓度相关，而与被测物浓度无关。
比例系统误差则与被测物浓度成正比。
恒定系统误差和比例系统误差可通过试验测定得到。
（3）来源：
系统误差的来源主要有：
①方法误差，由方法分析性能固有的缺陷所致，如方法特异度低、抗干扰能力差。
可通过改进方法或淘汰旧方法，建立新的有高特异度的方法来减小方法误差；②仪器误差，由仪器的技术性能不佳所产生的误差，常见于仪器波长不准、重量或体积量器不准、温度或pH测量不准等引起。
通过波长校准、计量器械的定期鉴定、仪器技术性能的认真考核等措施，可有效减小仪器误差；③试剂质量差、试验用水不合格、参考物不纯也会带来系统误差；④由于操作不规范，如反应的保温时间不足、加样不准等可引起操作误差。
2．随机误差
（1）定义：
随机误差（randomerror，RE）是指多次重复测定某一物质时出现的误差，误差无一定的大小和方向，数据呈正态分布。
（2）来源：
随机误差反映了分析方法的不精密度，由不可避免和难以预测的测定仪器、试剂、环境等实验条件的改变以及分析人员操作习惯等因素的变化而引起。
严格按照标准化的操作规程进行试验及严格控制试验条件可减少随机误差。
随机误差和系统误差是相对的，随机误差和系统误差在一定条件下能相互转化。
如图3-8可直观地表示出恒定系统误差、比例系统误差和随机误差。
图3-8误差类型示意图
四、准确度的评价
准确度（accuracy）是指测定值与真值接近的程度，一般用偏差（bias）和偏差系数（coefficientofbias）表示，即反映不准确度。
偏差为重复测定均值（
）与真值之差，偏差系数=|真值-
|×100/真值。
真值通常难以得到，实际使用相对真值，即在严格的实验条件下，使用准确和精密的方法（通常是参考方法），经过多次（至少20次以上）测定所得的平均值代表相对意义上的真值。
不准确度是测定结果中系统误差和随机误差的综合，但主要受系统误差的影响。
方法比较试验、回收试验和干扰试验是评价方法准确度的常用试验。
（一）方法比较试验
方法比较试验（comparisonofmethodsexperiment）是指将试验方法（待评价或待验证的方法）与比较方法（参考方法或准确度已知的方法）进行比较，用于评价试验方法的恒定和比例系统误差。
1.基本步骤用试验方法和比较方法同时测定一组患者的样本，分析二者测定结果的差异，可得到恒定或比例系统误差的信息。
2.试验要点
（1）比较方法的选择：
方法比较试验是用两种方法同时测定一批样本，计算出两方法间测定结果的差异，以此来估计试验方法在测定样本时可能引入的误差。
当选择已知准确度的常规方法作为比较方法时，部分误差来自于比较方法，其它部分误差则来自于试验方法；若选择准确度高的参考方法作为比较方法，可把方法间的任何分析误差都归于试验方法。
（2）试验样本：
最好选择常规应用的检测对象作为试验样本，如患者血清
样本、尿液样本。
样本数量至少40例，其浓度要尽可能覆盖整个“可报告范围”，即常规检验中可能遇到的整个分析范围。
样本的质量比样本数量更为重要，即选择的样本浓度范围广比样本数量多对于方法之间系统误差的分析更有价值。
增加样本数量可克服个别样本基质效应的差异对结果解释的影响，增大样本量（如100~200个）还可观察到试验方法与比较方法特异度的差异。
（3）样本测定：
最好每个样本在不同的分析批测定2次，这样比单次测定更有助于发现样本错误，决定是否剔除某些极端值。
如单次测定，要特别注意测定数据无差错，对两方法测定结果差异大的样本要重新分析。
通常每一份样本在2小时内由试验和比较方法完成测定；若样本稳定性差，完成测定时间应该缩短。
必须避免由于样本处理不当引起测定结果间的差异。
（4）实验间隔：
每天8个样本在不同的分析批测定，连续测定5天；也可增加实验间隔为20天，每天测定2~3个样本。
在不同的时间、不同的批次测定可减少单批测定所引起的系统误差。
3.结果分析
（1）作图分析：
作图法是方法学比较最基本的分析技术，可以直观地初步判断数据的分布特点。
对于两方法测定结果差异大的样本要重新测定，以确认样本的正确性，有两种图示法帮助结果分析。
1）差异分析：
若希望两方法结果相对一致，可采用此图示法。
横坐标（X）
为比较方法的结果，纵坐标（Y）为两方法之间的差异，如图3-9。
理想情况是数据围绕中线（0线）上下均匀分布，若低浓度数据分布在中线之上，而高浓度数据分布在中线之下，提示有恒定或系统误差存在。
2）对比分析：
对于两方法结果可能不完全相对一致的，如不同条件的酶法分析，可采用此图示法。
横坐标（X）为比较方法的结果，纵坐标（Y）为试验方法的结果，如图3-10。
图3-9差异分析图
比较方法结果
图3-10对比分析图
（2）统计分析：
统计分析可提供两种方法间系统误差的大小及系统误差类型的客观数据。
常用的统计分析包括相关回归分析和配对t检验等。
1）相关回归分析:
对于分析浓度范围较宽的项目（如血糖、胆固醇等）
的比对研究可作相关回归分析。
该统计分析可在多个医学决定水平判断方法是否可接受，以及判断系统误差的类型，以帮助寻找误差的来源。
根据两法所测数据得回归方程Y=a+bX。
a为回归线截矩（a=
），反映恒定系统误差的大小。
a=0时，表示无恒定系统误差；b为回归线斜率，b=
，反映比例系统误差的大小。
b=1时，表示无比例系统误差。
通过回归方程可计算某医学决定水平（Xc）下相应的Y值（Yc），从而得到此医学决定水平的系统误差（SE）。
计算公式为：
Yc=a+bXc，SE=Yc–Xc。
如胆固醇比较试验的回归方程为：
Y=0.05+1.03X，可见回归线截矩a为0.05mmo/L，斜率b为1.03。
由此可计算在胆固醇医学决定水平5.2mmol/L时试验方法测定值为5.4mmol/L，可见在胆固醇医学决定水平5.2mmol/L，有0.2mmol/L的系统误差。
相关系数（r）可帮助判断测定的浓度范围对于斜率和截矩的评估是否合适，而不能用于判断方法是否可接受。
r≥0.975,应用回归方程计算可得到斜率和截矩的合理评估，如果r<0.975，应扩大样本的浓度范围之后再评估。
r=
2）配对t检验:
对于比对分析物质浓度范围窄的项目，如：
血钠、血钙,
或比对分析的相关系数r<0.975，最好用配对t检验进行统计学处理，其中两方法均值之差反应了方法间的偏差。
t值的计算公式为：
t=（bias/sdiff）N1/2
偏差
（bias）来自于系统误差，sdiff来自于随机误差。
可见t值不仅受到系统误差的影响，还受到随机误差和样本例数的影响。
两方法均值之差具有统计学意义，并非表明差异具有临床意义；反之无统计学意义，也并非表明差异无临床意义。
判断差异能否被接受，应与可允许误差比较。
3）性能判断:
任何常规分析方法都存在不同程度的系统误差（SE）和随机误差（RE），其总误差（TE）可计算如下：
TE=SE+RE
TE=bias
+3s
s
为重复测定计算得到的标准差，bias
为两方法的平均值之差。
当计算总误差（TEcalc）小于总允许误差
升级会员 