Невизначеність вимірювання в медичній лабораторії: практичний підхід
Серія статей з ISO 15189:2022
Невизначеність вимірювання — одна з тем, яка викликає найбільше запитань при впровадженні ISO 15189:2022. Поняття звучить абстрактно, формули — лякають, а практична користь не очевидна. Проте підхід, описаний в ISO/TS 20914:2019 «Medical laboratories — Practical guidance for the estimation of measurement uncertainty», робить оцінку невизначеності цілком реалістичною задачею: він базується на даних, які лабораторія вже збирає — результатах внутрішнього контролю якості (IQC) та зовнішньої оцінки якості (EQA).
Що таке невизначеність вимірювання і навіщо вона лабораторії
Кожен результат лабораторного дослідження містить певну частку невизначеності. Це не помилка і не дефект — це фундаментальна властивість будь-якого вимірювання. Невизначеність вимірювання (Measurement Uncertainty, MU) — це кількісна характеристика цього діапазону невизначеності, виражена числом.
Креатинін = 112 мкмоль/л
Клініцист бачить: одне число.
Питання: це точно 112? Чи може бути 105 або 119?
Відповіді немає
Креатинін = 112 ± 8 мкмоль/л U, k=2, 95%
Клініцист розуміє: справжнє значення, найімовірніше, знаходиться між 104 та 120 мкмоль/л.
Це змінює інтерпретацію при пороговому значенні (наприклад, стадіювання ХХН).
Коли невизначеність має клінічне значення
Не кожен результат потребує аналізу з урахуванням MU. Але є ситуації, де вона критична:
| Ситуація | Приклад | Значення MU |
|---|---|---|
| Результат біля порогу клінічного рішення | Глюкоза 6,9 при діагностичному критерії ≥7,0 ммоль/л | MU показує, чи можна виключити значення ≥7,0 |
| Оцінка динаміки (зміна між двома результатами) | Тропонін зріс з 14 до 20 нг/л, поріг 14 | Reference Change Value (RCV) включає MU |
| Порівняння результатів різних лабораторій | Пацієнт переведений з іншої лікарні | Без MU обох лабораторій порівняння некоректне |
| Допінговий контроль, токсикологія | Результат біля cut-off | MU визначає, чи є порушення |
| Оцінка результату EQA | Відхилення від цільового значення | Чи входить цільове значення в діапазон MU? |
ISO/TS 20914: підхід «зверху вниз»
ISO/TS 20914:2019 — це технічна специфікація, розроблена спеціально для медичних лабораторій. Її ключова перевага: вона використовує дані, які лабораторія вже збирає в рамках рутинного контролю якості, і не вимагає складного моделювання джерел невизначеності.
Два компоненти невизначеності
Невизначеність вимірювання складається з двох компонентів:
u(c) = √( u(Rw)² + u(bias)² )
Джерело даних: результати IQC
Джерело даних: результати EQA або CRM
U = k × u(c), де k = 2 для рівня довіри ~95%
Це і є суть підходу: прецизійність оцінюється з IQC, зміщення — з EQA, обидва компоненти комбінуються математично.
Крок 1. Оцінка випадкової складової u(Rw) з даних IQC
Внутрішній контроль якості — це вимірювання контрольних зразків з відомим значенням, які лабораторія виконує регулярно (щодня або з кожною серією). Стандартне відхилення (SD) цих вимірювань за тривалий період відображає внутрішньолабораторну прецизійність — і це саме те, що потрібно для оцінки u(Rw).
Що використовувати
- Мінімум: 6 місяців (краще 12 місяців)
- Включає: різні оператори, різні дні, різні LOT реагентів (бажано), різні калібрування
- Саме це забезпечує «внутрішньолабораторну» прецизійність, а не лише збіжність одного дня
- Окремий розрахунок для кожного рівня контролю (MU залежить від концентрації)
- Мінімум 2 рівні: нормальний + патологічний
- Ідеально: 3 рівні (низький, нормальний, високий)
- Усі валідні результати IQC за період
- НЕ видаляти «викиди» довільно (лише якщо доведено, що причина виключна та задокументована)
- Якщо змінився LOT контролю — можна об'єднати дані, якщо цільове значення змінено відповідно
SD(IQC) за весь період = u(Rw)
CV%(IQC) = SD / Середнє × 100%
Приклад розрахунку
Дані IQC за 6 місяців (124 результати):
Середнє: 5,52 ммоль/л SD: 0,14 ммоль/л CV%: 2,5%
u(Rw) = SD(IQC) = 0,14 ммоль/л
Або у відносній формі: u(Rw) відносна = CV% = 2,5%
Особливості для різних ситуацій
| Ситуація | Як вчинити |
|---|---|
| Зміна LOT контролю в середині періоду | Перерахувати: привести до єдиного цільового значення або розрахувати CV% окремо та об’єднати |
| Зміна калібратора | Включити в дані — це реальне джерело варіації |
| Зміна аналізатора | Розрахувати окремо для кожного аналізатора |
| Недостатньо даних (< 30 точок) | Збільшити період збору або тимчасово використати дані виробника |
| Два рівні контролю дають суттєво різний CV% | MU залежить від концентрації — вказати окремо |
Крок 2. Оцінка систематичної складової u(bias)
Систематичне зміщення (bias) — це постійне відхилення результатів лабораторії від «істинного» значення. Його оцінка складніша за прецизійність і є предметом дискусій у метрологічній спільноті.
Три підходи до оцінки bias
Джерело: результати участі в програмі зовнішньої оцінки якості (EQA / proficiency testing)
Bias = середнє відхилення результатів лабораторії від цільового значення EQA за період
Цільове значення: консенсусне середнє однорангової групи (peer group mean) або присвоєне значення
Період: мінімум 6 циклів EQA (краще 12)
Перевага: реальна зовнішня оцінка
Обмеження: комутативність матеріалів EQA, кількість циклів на рік може бути малою
Джерело: аналіз CRM із сертифікованим значенням
Bias = Середнє лабораторії − Сертифіковане значення
Перевага: найвища метрологічна достовірність
Обмеження: CRM дорогі, доступні не для всіх аналітів, один концентраційний рівень
Застосування: переважно для референтних лабораторій
Джерело: систематичне порівняння з лабораторією вищого метрологічного рівня
Bias = Середня різниця між лабораторіями
Обмеження: потребує регулярних порівнянь
Застосування: коли EQA недоступне або недостатнє
Розрахунок u(bias) з даних EQA
| Цикл | Результат лаборат. | Цільове значення | Відхилення (Di) |
|---|---|---|---|
| EQA-1 | 5,61 | 5,50 | +0,11 |
| EQA-2 | 5,44 | 5,38 | +0,06 |
| EQA-3 | 8,82 | 8,70 | +0,12 |
| EQA-4 | 3,18 | 3,10 | +0,08 |
| EQA-5 | 6,73 | 6,60 | +0,13 |
| EQA-6 | 4,29 | 4,25 | +0,04 |
| EQA-7 | 7,16 | 7,05 | +0,11 |
| EQA-8 | 5,93 | 5,80 | +0,13 |
bias = Середнє(Di) = (0,11+0,06+...+0,13) / 8
bias = +0,098 ммоль/л
SD(bias) = SD(Di) = 0,032 ммоль/л
Варіант 1 (якщо bias статистично значущий):
u(bias) = √(bias² + SD(bias)²/n) = √(0,098² + 0,032²/8) = √(0,009604 + 0,000128) = √0,009732 = 0,099 ммоль/л
Варіант 2 (спрощений, рекомендований ISO/TS 20914):
u(bias) = √(bias² / 3 + SD(bias)²) — якщо bias не коригується
АБО
u(bias) = RMS(bias) = √(Σ Di² / n) — Root Mean Square
= √((0,11²+0,06²+...+0,13²) / 8) = 0,101 ммоль/л
Дискусія: чи потрібно коригувати bias
Це найбільш суперечливе питання в оцінці MU. ISO/TS 20914 пропонує два шляхи:
Лабораторія усуває систематичне зміщення (наприклад, рекалібруванням)
u(bias) = SD(bias) / √n (невизначеність лише від неповної корекції)
MU буде меншою
На практиці: рідко можливо в рутинній лабораторії, оскільки bias може змінюватися з LOT, часом тощо
Найпоширеніший
Лабораторія визнає наявність bias і включає його в MU
u(bias) включає і сам bias, і варіацію bias
MU буде більшою, але реалістичнішою
ISO/TS 20914 рекомендує цей підхід для більшості ситуацій у клінічних лабораторіях
Якщо bias не коригується (типова ситуація):
u(bias) = RMS(bias) = √(Σ Di² / n)
Це найпростіший і найконсервативніший підхід.
Крок 3. Комбінування та розширення
Два компоненти комбінуються за квадратичним правилом.
Зручна для порівняння між аналітами
Повний приклад розрахунку
IQC за 12 місяців, рівень «нормальний»:
Середнє = 5,52 ммоль/л, SD = 0,14 ммоль/л, n = 248
EQA за 12 місяців (8 циклів):
RMS(bias) = 0,101 ммоль/л
u(Rw) = 0,14 ммоль/л
u(bias) = 0,101 ммоль/л
u(c) = √(0,14² + 0,101²) = √(0,0196 + 0,0102) = √0,0298 = 0,173 ммоль/л
U = 2 × 0,173 = 0,35 ммоль/л
Для глюкози на рівні ~5,5 ммоль/л: U = ±0,35 ммоль/л ±6,3%, k=2, 95%
Інтерпретація: Результат «Глюкоза = 5,5 ммоль/л» означає, що справжнє значення з імовірністю 95% знаходиться в інтервалі 5,15 — 5,85 ммоль/л
Таблиця розрахунку для кількох аналітів
| Аналіт | Рівень | u(Rw) CV% | u(bias) | u(c) | U (k=2) | U (відн.) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Глюкоза | 5,5 | 2,5% | 0,101 | 0,173 | 0,35 | 6,3% |
| Креатинін | 95 мкм/л | 3,1% | 2,8 мкм | 4,3 мкм | 8,6 мкм | 9,1% |
| Калій | 4,2 | 1,8% | 0,04 | 0,09 | 0,17 | 4,1% |
| Натрій | 140 | 0,9% | 0,8 | 1,5 | 3,0 | 2,1% |
| ЗХС | 5,1 | 2,8% | 0,09 | 0,18 | 0,36 | 7,1% |
| HbA1c | 6,5% | 2,2% | 0,12% | 0,19% | 0,38% | 5,8% |
Крок 4. Оцінка прийнятності MU
Розрахувати MU недостатньо — потрібно оцінити, чи є вона прийнятною для клінічного використання. ISO/TS 20914 рекомендує порівнювати MU з допустимою загальною похибкою (TEa).
U (розширена невизначеність) ≤ TEa (допустима загальна похибка)
- Ідентифікувати домінуючий компонент: u(Rw) чи u(bias)?
- Якщо домінує u(Rw) — покращити прецизійність: перевірити обладнання, ТО, умови середовища, стабільність реагентів
- Якщо домінує u(bias) — покращити правильність: рекалібрувати, перевірити калібратори, метод, звернутися до виробника
- Якщо покращення неможливе — задокументувати, повідомити клініцистів, розглянути зміну методу
U = 6,3%, TEa (за біол. варіацією) = 6,9%
6,3% < 6,9% — Прийнятна
U = 9,1%, TEa (за біол. варіацією) = 7,2%
9,1% > 7,2% — Потрібні дії
Джерела TEa для порівняння
| Джерело | Опис | Доступ |
|---|---|---|
| EFLM Biological Variation Database | Desirable TEa на основі біологічної варіації | biologicalvariation.eu (безкоштовно) |
| CLIA Requirements | Федеральні вимоги США (широко використовуються як орієнтир) | Відкритий доступ |
| RiliBÄK | Німецькі вимоги до якості | Bundesärztekammer |
| RCPA | Австралійські вимоги | rcpaqap.com.au |
| Рекомендації EQA-програм | Критерії прийнятності конкретної програми | Від провайдера EQA |
Особливі ситуації
MU для якісних методів
ISO/TS 20914 фокусується на кількісних методах. Для якісних (позитивний / негативний) класична MU в числовому вигляді не застосовується. Натомість оцінюють:
- невизначеність біля cut-off значення (зона «сірої зони»),
- діагностичну чутливість та специфічність з довірчими інтервалами,
- частоту невизначених / межових результатів.
MU при різних концентраціях
MU зазвичай залежить від рівня аналіту. Є два типових патерни:
Типовий для імунохімії
- Відносна MU (%) приблизно однакова на різних рівнях
- Абсолютна MU (одиниці) зростає з концентрацією
- Достатньо вказати один CV% (або діапазон)
Типовий для біохімії біля межі виявлення
- Відносна MU значно більша при низьких значеннях
- Потрібно вказати MU для різних рівнів
- Або: абсолютна MU + відносна MU (комбінований підхід)
Розраховувати MU щонайменше для 2 рівнів: нормальний та патологічний (або клінічно значущий поріг)
MU при двох аналізаторах
Якщо лабораторія використовує два ідентичних аналізатори для одного аналіту, MU оцінюється окремо для кожного. Якщо результати взаємозамінні (після гармонізації), можна розрахувати об’єднану MU — але вона буде більшою за індивідуальну.
Що робити з результатом: документація та комунікація
Документування
Для кожного аналіту / методу лабораторія повинна мати задокументовану оцінку MU:
Комунікація з клініцистами
ISO 15189:2022 вимагає, щоб лабораторія надавала інформацію про MU на запит. На практиці:
| Що | Кому | Як |
|---|---|---|
| Зведена таблиця MU для всіх аналітів | Клініцистам на запит | Довідник, інтранет, або за запитом |
| MU для конкретного результату | Клініцисту при інтерпретації | Консультація |
| MU в контексті клінічного рішення | Клініцисту при результаті біля порогу | Інтерпретаційний коментар у звіті |
| Загальна інформація про MU | Лабораторному персоналу | Навчання |
Стандарт НЕ вимагає зазначати MU в кожному звіті. Але лабораторія повинна мати цю інформацію доступною та знати, коли її використовувати.
Періодичність перегляду
MU — не статична величина. Вона змінюється з часом: при зміні реагентів, обладнання, персоналу, методів. ISO/TS 20914 рекомендує переглядати оцінку MU регулярно.
- Щорічно (мінімум)
- Використати накопичені дані IQC та EQA за новий період
- Порівняти з попередньою оцінкою: чи є тренд?
- Зміна аналізатора
- Зміна методу або реагентної системи
- Суттєва зміна прецизійності (тренд IQC)
- Незадовільний результат EQA
- Рекалібрування з суттєвою зміною рівня
- Скарга або клінічний інцидент, пов'язаний з якістю результату
- Щомісячний аналіз CV% IQC — чи змінюється?
- Аналіз кожного результату EQA — bias стабільний?
- Якщо CV% або bias зростає — причина — дія — перерахунок MU
Покрокова інструкція: від нуля до готової оцінки MU
IQC: експортувати результати за 6-12 місяців з ЛІС (для кожного аналіту, кожного рівня, кожного аналізатора)
EQA: зібрати звіти за 6-12 місяців (результат лабораторії + цільове значення)
SD та CV% для кожного рівня IQC
Перевірити: чи включає період різних операторів, LOT, дні
Для кожного циклу EQA: Di = результат - цільове
RMS(bias) = √(Σ Di² / n)
Якщо дані EQA недостатні — використати CRM або дані порівняння методів
u(c) = √(u(Rw)² + u(bias)²)
U = 2 × u(c)
Визначити TEa (EFLM BV Database, CLIA, RiliBÄK)
Порівняти: U ≤ TEa?
Якщо ні — ідентифікувати проблему, вжити заходів
Заповнити таблицю для кожного аналіту
Підписати, встановити дату перегляду
Зробити доступною для персоналу та клініцистів
Інструменти для розрахунку
Лабораторії не потрібно виконувати розрахунки вручну. Доступні інструменти:
| Інструмент | Тип | Примітка |
|---|---|---|
| Excel / Google Sheets | Власна таблиця | Найпоширеніший варіант; шаблон легко побудувати |
| ЛІС з модулем QC | Автоматичний | Деякі ЛІС розраховують SD, CV% автоматично |
| Програми EQA-провайдерів | Напівавтоматичний | Дані про bias доступні в звітах EQA |
| MUkit (FINAS / Nordtest) | Безкоштовне ПЗ | Фінська розробка, реалізує Nordtest TR 537 (аналогічний підхід) |
| Acusera 24/7, Unity (Bio-Rad) | Хмарне рішення | Інтегрований аналіз IQC + peer group |
Практична порада: найпростіший старт — таблиця Excel з формулами. Один аркуш на аналіт: стовпці з даними IQC, стовпці з даними EQA, автоматичний розрахунок u(Rw), u(bias), u(c), U. Після першого налаштування оновлення займає хвилини.
Чеклист: невизначеність вимірювання
- IQC-дані доступні за ≥ 6 місяців для кожного аналіту
- EQA-дані зібрані за ≥ 6 циклів
- Дані охоплюють щонайменше 2 рівні концентрації
- Дані включають різних операторів та LOT
- u(Rw) розрахована з довгострокових даних IQC (SD)
- u(bias) розрахована з даних EQA (RMS або bias + SD)
- Комбінована u(c) та розширена U обчислені
- Використано k=2 для рівня довіри ~95%
- TEa визначено для кожного аналіту (джерело задокументовано)
- U порівняно з TEa
- Для аналітів з U > TEa визначені дії
- MU оцінена для клінічно значущих рівнів (не лише для рівня IQC)
- Документ оцінки MU існує для кожного аналіту
- Зведена таблиця MU доступна
- Визначена дата наступного перегляду
- Лабораторія готова надати MU на запит клініциста
- Щорічний перегляд заплановано
- Тригери позапланового перегляду визначені
- Тренди u(Rw) та u(bias) моніторяться
Підсумок
Оцінка невизначеності вимірювання за ISO/TS 20914 — це не теоретична вправа, а практичний інструмент, побудований на даних, які лабораторія вже збирає. Два компоненти (прецизійність з IQC + зміщення з EQA), одна формула комбінування, порівняння з TEa — і лабораторія має кількісну оцінку якості кожного методу.
Почніть з аналітів, де MU має найбільше клінічне значення: глюкоза (діагностичний поріг діабету), HbA1c (моніторинг діабету), креатинін (стадіювання ХХН), тропонін (діагностика інфаркту). Для цих аналітів різниця між U та TEa — це різниця між надійним та ненадійним клінічним рішенням.
Ця стаття — частина серії публікацій про впровадження ISO 15189:2022 у медичних лабораторіях. Потрібна допомога з оцінкою невизначеності вимірювання або підготовкою до акредитації? [Контакт / CTA]