欢迎访问中南医学期刊社系列期刊网站!

首页 在线期刊 2023年 第36卷,第5期 详情

医学实验室运用室内质控与能力验证数据程序化评定测量不确定度

发表时间:2023年06月05日阅读:1195次 下载:386次 下载 手机版

作者: 丁海峰 1, 2 张琪 1 魏鹏飞 3 周剑涛 1, 2

作者单位: 1. 武汉千麦医学检验实验室(武汉 430010) 2. 黄冈职业技术学院医药学院医学检验教研室(湖北黄冈 438021) 3. 郑州千麦贝康医学检验实验室(郑州 450066)

关键词: 测量不确定度 医学实验室 Excel软件 室内质量控制 能力验证

DOI: 10.12173/j.issn.1004-4337.202303086

基金项目: 湖北省教育厅“百校联百县”专项项目(BXLBX1265)

引用格式: 丁海峰, 张琪, 魏鹏飞, 周剑涛. 医学实验室运用室内质控与能力验证数据程序化评定测量不确定度[J]. 数理医药学杂志, 2023, 36(5): 346-351. DOI:10.12173/j.issn.1004-4337.202303086

Ding HF, Zhang Q, We PF, Zhou JT. Programmatic evaluation of measurement uncertainty using IQC and PT data in medical laboratory[J]. Journal of Mathematical Medicine, 2023, 36(5): 346-351. DOI:10.12173/j.issn.1004-4337.202303086[Article in Chinese]

摘要| Abstract

目的  在Excel软件上建立测量不确定度的评定程序,促进医学实验室推广应用测量不确定度。

方法  采用自上而下(top-down)方法,利用实验室室内质量控制(internal quality control,IQC)数据和能力验证(proficiency testing,PT)数据,在Excel软件上分别计算由实验室室内测量数据的重复性和由误差引入的测量不确定度,再合成为标准测量不确定度,评价实验室测量值是否达到应用要求。

结果  实验室运用IQC与PT数据程序化评定检测项目的测量不确定度,满足ISO15189认可标准要求。

结论  选择top-down法,运用IQC与PT数据评定分析测量阶段的测量不确定度是可行的,且在Excel软件上能便捷地计算出结果,适合医学检验实验室普及应用测量不确定度。

全文| Full-text

测量不确定度作为医学实验室各种测量结果的一部分,合理表征了被测量量值的分散性,对测量结果的可信性、可比性和可接受性有重要影响,是评价测量活动质量的重要指标[1-2]。ISO/IEC 17025: 2017[3]和ISO 15189: 2012[4]等国际认可标准要求实验室有计算报告结果测量不确定度的程序。CLSI EP29[5]、Nordtest 537[6]和ISO 20914: 2019[7]等指南性文件都提出了评定测量不确定度的指导方法。虽然中国合格评定国家认可委员会(China National Accreditation Service for Conformity Assessment,CNAS)对ISO 15189认可(CNAS-CL02认可)实验室提出明确要求“合格评定机构应评定和应用测量不确定度,并建立维护测量不确定度有效性的机制”[8-9],但是由于测量不确定度的概念不易理解,计算过程相对复杂,绝大部分检验人员不知如何处理,且对其重要意义认识不到位,致使许多医学实验室未能将其用于评价测量活动的质量[10-11]。为了解我省医学实验室实施评估测量不确定度的状况,本课题组于2022年12月对鄂东地区(黄冈市、黄石市、鄂州市和武汉市新洲区)二级以上医院检验科进行了一次问卷调查。调查医院73家,其中三级医院11家(15.1%,11/73)、二级医院62家(84.9%,62/73),调查结果显示检验科开展了评估测量不确定度的医院为0,这种状况与国外报道一致[10-11]。在实施计量溯源、倡导医学检验结果的等效性与可比性的时代,鄂东地区医学实验室开展评估测量不确定度为0的状况凸显出普及推广测量不确定度知识的重要性与必要性。本实验室作为ISO 15189认可(CNAS-CL02认可)实验室,自2017年以来,一直运用Excel电子表格程序化评定测量不确定度,运算过程简便、快捷。本文对医学实验室评定测量不确定度的过程进行报告,以为检验相关工作提供参考。

1 医学实验室评定测量不确定度的策略

ISO 15189将医学实验室检测过程分为测量前、测量中和测量后三阶段。按照JCGM 100: 2008《测量不确定度表达指南》(Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement,GUM)[12],检测实验室应分析一个完整的测量过程每一项测量不确定度分量对测量结果测量不确定度的贡献。然而,由于医学检验的特殊性,GUM尚不适用于直接评定医学实验室测量不确定度[13]。

评定测量不确定度通常采用自下而上(bottom-up)和自上而下(top-down)两种方法。Bottom-up评定方法常特指GUM方法。GUM法基于对测量的全面、系统分析后,识别出每个可能的不确定度来源并加以评定,然后将识別的不确定度用方差方法合并成测量结果的测量不确定度[14]。Top-down评定方法是在控制不确定度来源或程序的前提下,基于正确度(系统误差)和实验室内测量复现性(随机误差)评定测量不确定度的方法[15]。实践表明,对于常规医学实验室,top-down方法评定测量不确定度经济实用,是可接受的方法[16]。现在,ISO/TS 20914正式批准top-down方法,并将其作为医学实验室评定测量不确定度的实用指南[7]。

医学检验结果的准确度包含检测前和生物学变异的影响,本实验室采用top-down方法,不涉及检测前和生物学变异等对测量结果分散性的影响因素,选取常规检验工作中室内质量控制(internal quality control,IQC)和参加能力验证(proficiency testing,PT)活动的数据,以评定检测过程有关医学检验结果的测量不确定度。

2 运用Excel软件运算测量不确定度评定程序

2.1 评定实验室内测量复现性引入的相对测量不确定度(urel(RW))

2.1.1 评定urel(RW)的计算公式

选取实验室某年度常规用于IQC的高值(或低值)质控品2个月(或2个月以上)的检测数据,计算平均值、标准差(sd)和变异系数(CV)。其中,sd与实验室内测量复现性引入的测量不确定度(u(RW))和CV与urel(RW)的数值相等。计算公式分别为:

式中为平均值,xi为单个测量值,n为测量次数。

式中s(Rw)为实验室内测量复现性。

式中RSD(Rw)为相对实验室内测量复现性。

2.1.2 Excel电子表格上计算urel(RW)的程序

取某年2个月(或2个月以上)常规用于IQC的高值(或低值)质控品的所有检测数据录入Excel表格,分别计算测量、实验室内测量复现性引入的测量sd和CV,数值上sd等于u(Rw),CV等于urel(RW)。

2.2 评定偏移引入的测量不确定度(ucrel(bias))

实验室从某年度PT组织者提供的两次室间质评活动结果中取若干份数据,每份数据包括四项指标:PT同质组公认值(Ccons,i)、实验室测量值(xi)、PT同质组标准差(sd)和PT同质组实验室数(m),用来评定ucrel(bias)。

2.2.1 评定偏移引入ucrel(bias)的计算公式

根据每个xi和 PT 组织者提供PT同质组公认值(Ccons,i),按公式4和公式5计算单次PT的偏移量值(bi)和相对偏移量值(brel,i):

按公式6计算单次PT公认值的测量复现性引入的相对测量不确定度(urei(cons,i)):

式中RSDR,i为单次PT的相对测量复现性。

按公式7计算相对的方法和实验室偏移(RMSrel(bias)):

式中n为PT次数。

按公式8计算多次PT公认值的测量复现性引入的相对测量不确定度(urel(Cref)):

式中urel(cons,i)为单次PT公认值的测量复现性引入的相对测量不确定度。

按公式9计算偏移引入的ucrel(bias):

2.2.2 Excel电子表格上计算ucrel(bias)的程序

2.2.2.1 计算单次PT公认值相对测量不确定度

取某年度(与IQC取值年份相同)室间质评组织者(国家卫生健康委员会临床检验中心或CNAS认可的其他机构)组织的第一次和第二次室间质评活动的7份结果,将每次PT相关原始数据PT公认值(Ccons,i)、测量值(Xi)、PT同质组标准差、PT同质组实验室数(m)填写到Excel表格,Excel表格自动完成偏移值(bi)、相对偏移值(brel,i)、相对偏移值平方(b2rel,i)、PT同质组变异系数(RSDR)、单次PT公认值相对测量不确定度(RSDR,i/√m)(%)的计算。

2.2.2.2 计算相对的方法和实验室偏移

引用公式7编程计算相对的方法和实验室偏移RMSrel(bias)值。

2.2.2.3 计算多次PT公认值的测量复现性引入的相对测量不确定度

引用公式8编程计算多次PT公认值的相对测量不确定度urel(Cref )值。

2.2.2.4 计算由偏移引入的相对测量不确定度

引用公式9编程计算偏移引入的相对测量不确定度ucrel(bias)值。

2.3 评定相对合成标准不确定度(ucrel)、相对扩展不确定度(urel)和扩展不确定度(U)

2.3.1 评定ucrel的计算公式

2.3.2 评定urel的计算公式

式中k为包含因子。对于正态分布,k=2和3时,包含概率p分别是 95.45%和 99.73%;实验室通常采用k=2。

2.3.3 评定U的计算公式

扩展不确定度(U)= 测量值(Y)× 相对扩展不确定度(Urel)(公式12)

式中Y值取IQC数据计算得到的均值。

2.3.4 Excel电子表格上计算ucrel、urel和U的程序

2.3.4.1 计算相对合成测量不确定度

引用公式10编程计算相对合成标准不确定度ucrel值。

2.3.4.2 计算相对扩展不确定度

引用公式11编程计算相对扩展不确定度Urel值。

2.3.4.3 计算扩展不确定度

引用公式12编程计算扩展不确定度(U)值。

3 测量不确定度的报告与评价

3.1 测量不确定度报告方式

医学实验室选择扩展不确定度报告被测量的测量值。报告方式:测量值(Y),扩展不确定度(U)(k=2)。例如,生化项目ALT,当ALT高值质控品测量结果(取均值)=106.22 U/L,Urel=3.46%,k=2时,报告方式为:ALT 106.22 U/L,U=3.68 U/L(k=2)。注意报告中有效数字位数,一般根据不确定度保留小数点后两位(或一位)[1-2]。

3.2 测量不确定度的评价

根据目标不确定度评价测量结果的测量值是否达到临床应用的要求。本实验室选择国家卫生健康委员会临床检验中心室间质量评价标准作为目标不确定度[17],项目Urel小于目标不确定度认为合格。例如,ALT目标不确定度为靶值±16%,故上例评价结论为:Urel(3.46%)小于国家卫生健康委员会临床检验中心室间质量评价标准(靶值±16%),测量结果符合临床检测要求。

4 讨论

本实验室采用内部IQC数据评定实验室内测量复现性,所选数据应尽可能反映检测系统的真实状态,要有足够长时间的数据积累(两个月甚至更长时间),以保证数据的统计控制状态,如数据取值期间,检测系统经历过多次校准、不同批号试剂、校准品批号更换、常规仪器维护,以及不同操作者等[18]。另外,注意质控品与患者样本间存在的差异,需要时应评估这种差异。

测量不确定度与被测量物的浓度有关,采用同一测量程序测量不同浓度的样本,难以得到相同的测量不确定度[15]。用于评定实验室内复现性标准不确定度(u(Rw))的IQC分析物浓度水平应接近医学决定水平,或至少接近所采用的参考限。这一点很重要,因为对于大多数实验室测试来说,测量不确定度随分析物浓度的变化而变化,通常随浓度的增加而减小[19]。在报告测量不确定度时最好界定被测量物的浓度水平。

本实验室参照被测量物的参考范围与医学决定水平选择IQC质控品浓度,从临床应用考虑,尽量选取接近医学决定水平的质控品浓度。如果参考范围上下限都有临床诊断意义,建议评定高/低值两种浓度水平的测量不确定度。

通过分析有互通性的有证参考物质(certified reference material,CRM)或者参加正确性能力比对计划是判定偏移引入的测量不确定度较好的方法[15]。但是,现阶段对医学实验室可行的方法还是从PT数据推导出与偏移有关的测量不确定度,并将PT样本测量的“公认值”(consensus)考虑为“正确值”。选择的PT数据应该来源于CNAS认可的能力验证提供者的PT计划[20]。实验室要有足够次数的PT结果,根据北欧测试合作组织NORDTEST 的建议,以 6 次 PT结果数据作为评定测量不确定度的依据,从而得到一个具有足够可信限的与偏移相关的不确定度[6]。本实验室结合PT计划的实际,选择7次PT结果数据用于评定测量不确定度。同时还要考虑实验室检测系统与PT同质组条件的一致性,如果彼此之间测量水平相差悬殊,会影响评定结果的可靠性。

ISO/TS 20914明确指出,测量不确定度的大小应该适用于医疗决策的结果[7]。目标不确定度是根据测量结果的预期用途,规定作为上限的测量不确定度[15]。根据应用要求,基于生物变异、国内外专家组的建议、管理准则或当地医学界的判断,对不同水平的测量结果可以确定一个或多个目标不确定度[15]。例如,WS/T403-2012《临床生物化学检验常规项目分析质量指标》中,条目4.3评定检验结果不确定的实验室可将本标准总误差指标作目标扩展不确定度;条目4.4临床检验参考测量可将总误差指标的四分之一作目标不确定度[21]。本实验室依据取用PT结果数据的来源,选定国家卫生健康委员会临床检验中心室间质量评价标准作为目标不确定度,只要检测项目的Urel小于目标不确定度就认为符合临床检测要求。这种选择是否符合临床诊断要求尚待临床验证,需要临床与实验室共同去进一步的研究。

测量不确定度是检测系统检验性能的反映,基础是测量程序受控,选取的数据有代表性,如果检测系统发生了明显的变化,例如,变更了试剂的生产厂家、更换了试剂或校准品批号、仪器更换了重要部件等,测量不确定度的分量来源也会出现显著性变化。另外,PT组织者制订的质量评价标准,每年也会有一定的调整。所以,测量不确定度需要进行年度审核,条件发生改变时要重新评定。测量不确定度表达了测量值的准确性。评定测量不确定度是医学检验定量检测项目必需的工作,也是ISO15189(CNAS-CL02)认可实验室必备的能力条件[4]。虽然,传统的GUM方法用于医学实验室尚有困难,但是,采用top-down法评定测量不确定度简便、可行,适合大部分医学检验实验室普及应用。

参考文献| References

1.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. GB/T27418-201, 测量不确定度评定和表示[S]. (2017-12-29) [2022-09-16]. [General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People's Republic of China, Standardization Administration of China. GB/T27418-2017, Guide to the evaluation and expression of uncertainty in measurement[S]. (2017-12-29) [2022-09-16].] https://openstd.samr.gov.cn/bzgk/gb/newGbInfo?hcno=4BAEA7D58DD78FD31710D69E0F9CDCF7.

2.中国合格评定国家认可委员会. CNAS-CL01-G003,测量不确定度的要求[S]. (2021-01-09) [2022-09-16]. [China National Accreditation Service for Conformity Assessment. CNAS-CL01-G003, Requirements for measurement uncertainty[S]. (2021-01-09) [2022-09-16].] https://www.cnas.org.cn/zxtz/910514.shtml.

3.ISO. ISO/IEC 17025. Testing and calibration laboratories[S]. (2017) [2022-09-16]. https://www.iso.org/ISO-IEC-17025-testing-and-calibration-laboratories.html.

4.ISO. ISO 15189: 2012. Medical laboratories—requirements for quality and competence[S]. (2012-11) [2022-09-16]. https://www.iso.org/standard/56115.html.

5.CLSI. EP29. Expression of measurement uncertainty in laboratory medicine, 1st edition[S]. (2012) [2022-09-16]. https://www.clsi.org/standards/products/method-evaluation/documents/ep29/.

6.Magnusson B, Näykki T, Hovind H. et al. Handbook for calculation of measurement uncertainty in envi-ronmental laboratories (NT TR 537–Edition 4)[M]. Denmark: Nordtest. 2017. https://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=1c160ec0jr5g0p70gj0h02a09v781973&site=xueshu_se.

7.ISO. ISO/TS 20914:2019. Medical laboratories—practical guidance for the estimation ofmeasurement uncertainty[S].(2019) [2022-09-22]. https://www.iso.org/standard/69445.html.

8.中国合格评定国家认可委员会. CNAS-CL02, 医学实验室质量和能力认可准则[S]. (2013-11-22) [2022-09-22]. [China National Accreditation Service for Conformity Assessment. CNAS-CL02, Accreditation criteria for the quality and competence of medical laboratories[S]. (2013-11-22) [2022-09-22].] https://www.cnas.org.cn/rkgf/sysrk/jbzz/2019/02/895562.shtml.

9.中国合格评定国家认可委员会. CNAS-CL02-A001,医学实验室质量和能力认可准则的应用要求[S]. (2021-06-11) [2022-09-25]. [China National Accreditation Service for Conformity Assessment. CNAS-CL02-A001, Ap-plication requirements of accreditation criteria for the quality and competence of medical laboratories[S]. (2021-06-11) [2022-09-25].] https://www.cnas.org.cn/rkgf/sysrk/rkyyzz/2021/06/905785.shtml.

10.Westgard SA. Rhetoric versus reality? Laboratory surveys show actual practice differs considerably from proposed models and mandated calculations[J]. Clin Lab Med, 2017, 37(1): 35-45. DOI: 10.1016/j.cll.2016.09.004.

11.Coskun A, Theodorsson E, Oosterhuis WP, et al. Measurement uncertainty for practical use[J]. Clin Chim Acta, 2022, 531(1): 352-360. DOI: 10.1016/j.cca.2022.04.1003.

12.Joint Committee for Guides in Metrology. JCGM100:2008. Evaluation of measurement data — guide to the expression of uncertainty in measurement[S]. (2008) [2022-09-25]. https://www.iso.org/sites/JCGM/GUM/JCGM100/C045315e-html/C045315e.html?csnumber=50461.

13.Panteghini M. Application of traceability concepts to analytical quality control may reconcile total error with uncertainty of measurement[J]. Clin Chem Lab Med, 2010, 48(1): 7-10. DOI: 10.1515/CCLM.2010.020.

14.Rigo-Bonnin R, Blanco-Font A, Canalias F. Different top-down approaches to estimatemeasurement uncertainty of whole blood tacrolimus mass concentration values[J]. Clin Biochem, 2018, 57: 56-61. DOI: 10.1016/j.clinbiochem.2018.05.005.

15.中国合格评定国家认可委员会. CNAS-TRL-001:2012,医学实验室-测量不确定度的评定与表达[S]. (2012-11-08) [2022-09-25]. [China National Accreditation Service for Conformity Assessment. CNAS-TRL-001: 2012, Medical Laboratory–Evaluation and expression of measurement uncertainty[S]. (2012-11-08) [2022-09-25].] https://www.cnas.org.cn/zxtz/703169.shtml.

16.Martinello F, Snoj N, Skitek M, et al. The top-down approach to measurement uncertainty: which formula should we use in laboratory medicine?[J]. Biochem Med (Zagreb), 2020, 30(2): 020101. DOI: 10.11613/BM.2020.020101.

17.国家卫生健康委临床检验中心. 室间质量评价标准2022[S]. [National Center for Clinical Laboratories. Evaluation criteria of ex-ternal quality assessment(EQA)2022[S]. https://www.nccl.org.cn/showEqaPlanProDetail?id=363.

18.Braga F, Infusino I, Panteghini M. Performance criteria for combined uncertainty budget in the imple-mentation of metrological traceability[J]. Clin Chem Lab Med, 2015, 53(6): 905-912. DOI: 10.1515/cclm-2014-1240.

19.Panteghini M. The simple reproducibility of a measurement result does not equal its overall measurement uncertainty[J]. Clin Chem Lab Med, 2022, 60(10): e221-e222. DOI: 10.1515/cclm-2022-0618.

20.中国合格评定国家认可委员会. CNAS-RL02:2018《能力验证规则》[S]. (2018-03-01) [2022-09-25]. [China National Accreditation Service for Conformity Assessment. CNAS-RL02:2018, Rules for Proficiency Testing[S]. (2018-03-01) [2022-09-25].] https://www.cnas.org.cn/rkgf/sysrk/rkgz/2018/03/889058.shtml.

21.中华人民共和国卫生部. WS/T403-2012, 临床生物化学检验常规项目分析质量指标[S]. (2012-12-25) [2022-09-25]. [Ministry of Health of the People's Republic of China. WS/T403-2012, Analytical quality specifications for routine analytes in clinical biochemistry[S]. (2012-12-25) [2022-09-25].] http://www.nhc.gov.cn/wjw/s9492/201301/c8dd48222ab14387a6503667be78bec3.shtml.