Ermittlung der Messunsicherheit im klinischen Labor Joachim Pum* Hintergrund Die internationale Norm ISO 15189, wird in Deutschland als Grundlage zur Akkreditierung von medizinischen Laboratorien herangezogen. In der aktuellen Version wird, analog zur internationalen Norm ISO/IEC 17025 (Allgemeine Anforderungen an die Kompetenz von Prüf- und Kalibrierlaboratorien), die Ermittlung und Angabe der Messunsicherheit für alle Messverfahren gefordert. Konkret heißt es in Abschnitt 5.5.1.4 „Messunsicherheit von gemessenen Größenwerten“: „Das Laboratorium muss die Messunsicherheit für jedes Messverfahren der Untersuchungsphase, das benutzt wird, um gemessene Größenwerte von Patientenproben anzugeben, festlegen. Das Laboratorium muss die Leistungsanforderungen für die Messunsicherheit jedes Messverfahrens definieren und die Schätzungen der Messunsicherheit regelmäßigen überprüfen.“ In ANMERKUNG 2 dieses Abschnittes heißt es weiter: „Messunsicherheiten können unter Verwendung von Größenwerten, die durch Messung von Kontrollmaterialien unter intermediären Präzisionsbedingungen […], erhalten wurden, berechnet werden. Wieso muss die Messunsicherheit überhaupt ermittelt werden? Ein Messergebnis repräsentiert immer eine Verteilung von Werten, die der bestimmten Messgröße zugeordnet werden können. Diese Werteverteilung erfolgt wegen der Vielfältigkeit an Faktoren, die das Messergebnis beeinflussen können und wird durch die Messunsicherheit charakterisiert. Diese fasst die Hauptfaktoren zusammen, die das Ergebnis beeinflussen und definiert ein Intervall, in dem der Wert der Messgröße mit hoher Wahrscheinlichkeit liegt. Nehmen wir z.B. einen Cholesterin Wert von 150 mg/dl und eine Messunsicherheit von 5%, ermittelt mit einem Konfidenzniveau von 95%. Konkret würde das bedeuten, dass der wahre Cholesterin *Dr. med. Joachim Pum, MMed (Univ. Pretoria) LABanalytics GmbH Anton-Bruckner-Weg 22 07743 Jena KONTAKT: [email protected] INTERNET: www.labanalytics.de Wert mit einer Wahrscheinlichkeit von 95% zwischen 150 - 5% (=150 – 7,5) mg/dl und 150 + 5% (=150 + 7,5) mg/dl, also zwischen 142,5 und 157,5 mg/dl liegt. Somit stellen Messunsicherheitsschätzungen ein quantitatives Maß an Zuversicht dar, das ein Labor in der Bestimmung seiner Messungen hat und sind damit ein integraler Teil eines quantitativen Qualitätssytems im klinischen Labor. Wie wird die Messunsicherheit im Labor ermittelt? Die Grundlagen hierzu werden in dem Dokument „Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement“ (GUM), aus dem sich sowohl der EURACHEM/CITAC Leitfaden für chemische und der Nordtest Technical Report für umweltanalytische Verfahren, als auch die ISO 15189 und ISO 17025 Normen für klinische, Prüf- und Kalibrierlaboratorien ableiten, sehr ausführlich beschrieben. Diese Dokumente beschreiben zwar unterschiedliche Verfahren zur Ermittlung der Messunsicherheit, beruhen aber alle letztlich darauf, dass Komponenten der Messunsicherheit bestimmt oder geschätzt und anschließend nach dem Fehlerfortpflanzungsgesetz zur Gesamtmessunsicherheit addiert werden. Die zwei beschriebenen Ansätze sind die „Bottom-up Methode“ – hier werden alle Unsicherheitskomponenten einzeln ermittelt – und die „Top-down Methode“, bei der mehrere Unsicherheitskomponenten mittels statistischer Verfahren gemeinsam bestimmt werden. Angesichts der Tatsache, dass bei bioanalytischen Methoden die Richtigkeit und die Präzision den mit Abstand größten Beitrag zur Gesamtmessunsicherheit liefern, wird im klinischen Labor die „Top-down“ Methode angewendet. Zur Schätzung der Messunsicherheit anhand dieses Modells werden zuerst die Präzisionskomponente und die Richtigkeitskomponente des Verfahrens ermittelt und danach zu einer Gesamtmessunsicherheit kombiniert. Präzisionskomponente der Messunsicherheit Für die Berechnung der Präzisionskomponente werden idealerweise Qualitätskontrollwerte der letzten 6 Monate herangezogen. Der Zeitraum ist wichtig, damit auch Variationen, die sich aus ver schiedenen Anwendern, Reagenzien- und Chargenwechseln, Kalibrationen und Gerätewartungen ergeben, in das Ergebnis einfließen können. Richtigkeitskomponente der Messunsicherheit Die Richtigkeitskomponente muss mit Hilfe geeigneter Referenzproben, Kontrollproben oder durch Ringversuche ermittelt werden. Wichtig ist es auch hier, darauf zu achten, einen ausreichend großen Zeitraum (z.B. 6 Monate) zu wählen, um verschiedene Einflussgrößen hinreichend berücksichtigen zu können. Von der Messunsicherheit zur erweiterten Messunsicherheit Die erweiterte Messunsicherheit beschreibt den Bereich, in dem der Messwert mit vorgegebener Sicherheit liegt und errechnet sich durch die Multiplikation der Messunsicherheit mit einem Erweiterungsfaktor. Meistens wird hierfür der Wert 2 (oder genauer: der Wert 1,96) eingesetzt, um ein Konfidenzniveau von 95% zu erhalten. Die erweiterte Messunsicherheit beschreibt dann den Bereich, innerhalb welchem sich der wahre Messwert mit einer Wahrscheinlichkeit von 95% befindet. Definition der Leistungsanforderungen Um die Messunsicherheit eines Verfahrens bewerten zu können, müssen bereits im Vorfeld Leistungsanforderungen für das Verfahren definiert werden. Gemäß GUM ("Guidance to Uncertainty of Measurement") sollte ein bedeutendes Maß an Unrichtigkeit "eliminiert", "korrigiert" oder "ignoriert" werden und demzufolge trägt nur die Messpräzision zur Messunsicherheit bei. Es ist daher durchaus zulässig, die Präzisionsanforderung des Verfahrens auch für die Messunsicherheit einzusetzen. Alternativ können aber auch die Anforderungen für Präzision und Richtigkeit kombiniert werden um so eine Gesamtfehleranforderung zu ermitteln, welche ebenfalls als Grenzwert für die maximal zulässige Messunsicherheit eingesetzt werden kann. Empfehlungen Die Berechnungen müssen für den jeweiligen Parameter für alle Qualitätskontrollbereiche ermittelt und in regelmäßigen Abständen über- Joachim Pum – Ermittlung der Messunsicherheit im klinischen Labor prüft werden. Für die Berechnung der erweiterten Messunsicherheit sollten Werte über mindestens 6 Monate aus der internen Qualitätskontrolle verwendet werden. Für neue Tests können vorläufig Präzisions- und Richtigkeitskomponenten aus der Methodenvalidierung verwendet werden. Sobald eine ausreichende Anzahl an Qualitätskontrolldaten vorhanden ist, soll die Messunsicherheit jedoch neu berechnet werden. Wenn eine ausreichende Anzahl an Qualitätskontrolldaten aus praktischen oder Kostengründen nicht gesammelt werden kann (seltene oder sehr teure Tests), können auch die Präzisionsund Unrichtigkeitsdaten des Herstellers verwendet werden. Da sich die Präzision über Zeit ändern kann, muss diese regelmäßig kontrolliert werden um die Notwendigkeit einer erneuten Berechnung der Messunsicherheit zu ermitteln. Um dies zu minimieren wird empfohlen, Ergebnisse für die Messunsicherheit zu runden (z.B. eine Messunsicherheit von ±7,55% kann als Messunsicherheit < ±10% angegeben werden). Mit Abacus 2.0 von LABanalytics die Messunsicherheit in nur drei Schritten berechnen und bewerten Abacus 2.0 Abacus ist ein Add-in für Microsoft Excel®, welches auf ganz unkomplizierte Weise die Durchführung und Auswertung komplexer statistischer Berechnungen und Methodenvalidierungsprotokolle im klinischen Labor ermöglicht. Bestehend aus drei Teilen (Methodenvalidierung, laborrelevante parametrische und nicht-parametrische Statistikfunktionen und Qualitätskontrolle), lässt sich die Messunsicherheit einfach und schnell damit berechnen. Hierzu werden die Kontrollergebnisse in Excel eingegeben oder importiert und danach mit wenigen Klicks normgerecht ausgewertet. Die Leistungsanforderungen können manuell eingegeben, direkt aus der in dem Programm enthaltenen Datenbank eingefügt oder automatisch berechnet werden. Für die notwendigen regelmäßigen Überprüfungen der Ergebnisse können Berichte einfach per Knopfdruck mit neuen Daten aktualisiert werden. 2 Schritt 1: Daten in Excel eingeben oder importieren Schritt 2: Test im Abacus Testmenü auswählen und Spezifikationen in Eingabemaske eingeben Joachim Pum – Ermittlung der Messunsicherheit im klinischen Labor 3 Schritt 3: Bericht erstellen Joachim Pum – Ermittlung der Messunsicherheit im klinischen Labor 4 QUELLEN 1. ISO/IEC Guide 98:1995. Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM). International Organization for Standardization: Geneva, 1995 2. National Institute of Standards and Technology, Background to Uncertainty of Measurement; www.physics.nist.gov 3. White GH. Basics of estimating measurement uncertainty. Clin Biochem Rev 2008;29:S53-S60 4. CLSI C51-A. Expression of Measurement Uncertainty in Laboratory Medicine. CLSI, Wayne, PA 5. Requirements for the estimation of measurement uncertainty. National Pathology Accreditation Advisory Council, Australian Government 6. Department of Health and Aging, 2007. www.health.gov.au 7. G.H. White, I. Farrance on behalf of the AACB Uncertainty of Measurement Working Group. Uncertainty of Measurement in Quantitative Medical Testing - A Laboratory Implementation Guide. Clin Biochem Rev 2004;25 Suppl (ii) 8. Kristiansen J. Counterpoint. The Guide to Expression of Uncertainty in Measurement Approach for Estimating Uncertainty: An Appraisal. Clin Chem 2003;49:1822-9 9. Fraser CG. Biological Variation: From principles to practice. 2001; AACC Press, Washington DC 10. Westgard JO. Update on Measurement Uncertainty: New CLSI C51A Guidance. http://www.westgard.com/clsi-c51;2012 ANHANG Berechnung der Messunsicherheit / erweiterten Messunsicherheit 1. UNRICHTIGKEIT IST VERNACHLÄSSIGBAR Dies trifft in mehr als 90% der Fälle zu. Arbiträr kann Unrichtigkeit im klinischen Labor vernachlässigt werden wenn diese < 30% des VK(%) der internen Qualitätskontrollen beträgt. Die erweiterte Messunsicherheit 𝜇𝑒 wird dann wie folgt berechnet: 𝜇𝑒 = 𝑁(𝛼) × 𝑉𝐾(%) 2 𝑉𝐾(%) : : 𝑁(𝛼) 2 [1] Variationskoeffizient der Qualitätskontrollen [1-(α/2)]-Quantil der Standard Normalverteilung (1,96 bei α = 0,05) Die Messunsicherheit wird dann als Zielwert ± (𝜇𝑒 × 𝑍𝑖𝑒𝑙𝑤𝑒𝑟𝑡/100) oder als ± 𝜇𝑒 % angegeben. 2. UNRICHTIGKEIT IST NICHT VERNACHLÄSSIGBAR Dieser Fall tritt nur selten ein. Die Unrichtigkeit beträgt in diesen Fällen > 30% des VK(%) der internen Qualitätskontrollen. Die erweiterte Messunsicherheit 𝜇𝑒 wird danach wie folgt berechnet: 𝜇𝑒 = 𝑁(𝛼) × √𝑆𝑄𝐾 2 + (𝑥̅𝑄𝐾 − 𝑍𝑊)2 [2] 2 𝑆𝑄𝐾 : Standardabweichung der internen Qualitätskontrollen 𝑥̅𝑄𝐾 𝑁(𝛼) : : Mittelwert der internen Qualitätskontrollmessungen [1-(α/2)]-Quantil der Standard Normalverteilung (1,96 bei α = 0,05) 2 Wenn nur Werte für 𝑉𝐾(%) vorhanden sind, wird die Standardabweichung (𝑆) durch Multiplikation des Variationskoeffizienten (𝑉𝐾(%)) mit dem Mittelwert (𝑥̅ ) und Division durch 100 wie folgt berechnet: 𝑆= 𝑉𝐾(%) × 𝑥̅ 100 [3] Die Messunsicherheit wird dann als Zielwert ± 𝜇𝑒 oder als ± [(𝜇𝑒 /𝑍𝑖𝑒𝑙𝑤𝑒𝑟𝑡) × 100] % angegeben. Joachim Pum – Ermittlung der Messunsicherheit im klinischen Labor 6 3. BERECHNETE MESSGRÖßEN Für berechnete Messgrößen (z.B. Anionenspalt, Creatininclearance) wird die kombinierte Messunsicherheit der einzelnen Komponenten der Berechnung ermittelt und mit 2 multipliziert um die erweiterte Messunsicherheit zu erhalten. Je nachdem, ob die Berechnung Additionen/Subtraktionen oder Mutliplikationen/Divisionen enthält, müssen hierfür Werte für Standardabweichung (S), bzw. Variationskoeffizient (VK(%)) verwendet werden. A. BERECHNUNGEN ENTHALTEN ADDITIONEN / SUBTRAKTIONEN Beispiel: Anionenspalt AS = (Na+ + K+) – (Cl- + HCO3-) Zur Berechnung der erweiterten Messunsicherheit werden die quadrierten Standardabweichungen der internen Qualitätskontrollen für die einzelnen Parameter addiert und mit dem Erweiterungsfaktor (2) multipliziert: 2 𝜇𝑒 = 𝑁(𝛼) × √(𝑆𝑁𝑎+ )2 + (𝑆𝐾+ )2 + (𝑆𝐶𝑙− )2 + (𝑆𝐻𝐶𝑂3− ) [4] 2 Die Messunsicherheit wird dann als Zielwert ± 𝜇𝑒 oder als ± [(𝜇𝑒 /𝑍𝑖𝑒𝑙𝑤𝑒𝑟𝑡) × 100] % angegeben. B. BERECHNUNGEN ENTHALTEN MULTIPLIKATIONEN / DIVISIONEN Beispiel: Creatininclearance ClearanceCrea = (U-Crea/S-Crea) x (Volumen/Sammelzeit) Für Volumen wird arbiträr VK(%) = 10% angenommen Für Sammelzeit wird arbiträr VK(%) = 0 angenommen Zur Berechnung der erweiterten Messunsicherheit werden die Variationskoeffizienten (VK(%)) der internen Qualitätskontrollen für die einzelnen Parameter addiert und mit dem Erweiterungsfaktor (2) multipliziert: 𝜇𝑒 = 𝑁(𝛼) × √(𝑉𝐾(%)𝑈−𝐶𝑟𝑒𝑎 )2 + (𝑉𝐾(%)𝑆−𝐶𝑟𝑒𝑎 )2 +(𝑉𝐾(%)𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 )2 2 [5] Die Messunsicherheit wird dann als Zielwert ± (𝜇𝑒 × 𝑍𝑖𝑒𝑙𝑤𝑒𝑟𝑡/100) oder als ± 𝜇𝑒 % angegeben. Joachim Pum – Ermittlung der Messunsicherheit im klinischen Labor 7
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