1 UVOD Merjeni fizikalni veličini nikoli ni mogoče enolično pripisati prave vrednosti. Zato uporabljamo koncept me- rilne negotovosti. Merilna negotovost je tisti podatek, ki nam poleg številske vrednosti merilnega rezultata pove, kako kakovostno smo ta rezultat izmerili. Merilna negotovost opisuje raztros izmerjenih vrednosti, ki jih lahko z določeno verjetnostjo pripišemo merjeni veličini. Kadar želimo izračunati merilno negotovost, moramo najprej poiskati vire negotovosti in nato oceniti vrednost posameznih vplivnih veličin, ki prispevajo k skupni ne- gotovosti. Vrednotenje merilne negotovosti pri meritvah zahteva dobro poznavanje merilne opreme in postopka Prejet 7. julij, 2013 Odobren 30. avgust, 2013 merjenja. Posamezni prispevki k merilni negotovosti morajo biti izraženi v enaki obliki, imeti morajo enake enote in enako stopnjo zaupanja [1]. Pri fizioloških meritvah ima vlogo merjenca človek, merjene spremenljivke pa so npr. krvni tlak, srčni utrip, spremenljivost frekvence srčnega utripa, temperatura in električna prevodnost kože, frekvenca dihanja ipd. Za merjenje navedenih fizioloških spremenljivk upora- bljamo biomedicinsko merilno instrumentacijo. V tem primeru na izmerjene vrednosti fizioloških spremenljivk lahko vpliva več dejavnikov, zaradi katerih meritve niso točne, njihov vpliv na izmerjeni rezultat pa je lahko različno velik ali pa ga ni. V praksi meritve niso izvedene v idealnih pogojih, zato nastopijo pogreški in negotovost (slika 1). 2 NAMEN DOLOČANJA MERILNE NEGOTOVOSTI V PSIHOFIZIOLOŠKIH MERITVAH Pravilno ovrednotenje izvedene meritve je mogoče le z natančno analizo vseh negotovosti, ki nastanejo pri merilnem procesu, in analizo uporabljene opreme [1]. Namen določanja merilne negotovosti izmerjene vredno- sti je omogočiti veljavnejše nadaljnje odločanje uporab- nika meritev. V odvisnosti od izmerjene vrednosti se uporabnik meritve (kadar govorimo o psihofizioloških meritvah je to po navadi zdravnik) odloči za nadaljnje korake diagnosticiranja bolezni in zdravljenja. OVREDNOTENJE MERILNE NEGOTOVOSTI V PSIHOFIZIOLOŠKIH MERITVAH 99 Slika 1: Osnovni parametri v procesu merjenja. Merilna nego- tovost meritve je sestavljena iz številnih prispevkov, ne samo iz ponovljivosti merjenja, ampak tudi iz naključnih pogreškov, korekcij in podobnega [2]. Izmerjene vrednosti psihofizioloških spremenljivk se kljub enakim merilnim pogojem razlikujejo med po- sameznimi udeleženci. S pravilnim ovrednotenjem in upoštevanjem merilnih negotovosti pri psihofizioloških meritvah lahko pridemo do koncepta personalizirane medicinske instrumentacije. V primerjavi s klasičnim merjenjem je taka instrumentacija merilni sistem, ki pri merjenju upošteva predhodno in trenutno fiziološko in psihološko stanje merjene osebe in zato omogoča zanesljivejše, natančnejše in veljavnejše rezultate psiho- fizioloških meritev. 3 PRISPEVKI K MERILNI NEGOTOVOSTI MERILNEGA REZULTATA Merilna negotovost izmerjene vrednosti fizioloških in psiholoških spremenljivk je sestavljena iz več prispev- kov: (i) določen del merilne napake je lahko posle- dica netočnosti in nenatančnosti merilnega instrumenta, staranja, obrabe, v nekaterih primerih problematičnega odčitavanja, ali je instrument vzdrževan (ali pri nein- vazivnem merilniku krvnega tlaka pnevmatični sistemi puščajo, ali so elektrode merilnika prevodnosti kože čiste), kalibriran (ali je skala merilnika točna), pravilno uporabljen (ali meritev temperature kože izvajamo na ustreznem mestu, ali je bila za meritev krvnega tlaka uporabljena manšeta primerne velikosti) ipd.; (ii) ne- gotovost zaradi metode merjenja, vplivov okolice in pravilne uporabe instrumenta - ali je bila manšeta nameščena na primernem mestu, ali je položaj opa- zovane osebe primeren (manšeta v hidrostatični višini srca), ali sta bili temperatura in relativna vlaga okolice primerni, ali so prisotne mehanske vibracije zanemar- ljive ipd.; (iii) odkloni od pravega rezultata lahko nasta- nejo tudi zaradi fizikalnih vzrokov (npr. pri merjenju krvnega tlaka lahko merilnik z zažemanjem manšete vpliva na krvožilje osebe v smislu sprememb v dina- miki fluidov (krvi) in posledično povzroči spremembo arterijskega krvnega tlaka); (iv) odkloni lahko pome- nijo naravno variabilnost fizioloških spremenljivk (npr. temperatura telesa se v času spreminja); (v) rezultat meritve je odvisen od trenutnega psihofizičnega stanja udeleženca (ali je bil pred meritvijo fizično aktiven) in njegovih psiholoških značilnosti (kakšna je njegova an- ksioznost kot osebnostna poteza); (vi) nenazadnje pa je lahko odklon od pravega rezultata pogojen tudi z merilno anksioznostjo udeleženca, ki se zaveda, da je merjen (npr., ali je udeleženec zaradi vnaprejšnjih pričakovanj, morebitnih poznejših posledic rezultata/izmerjene vre- dnosti ali nagnjenosti k želenim vrednostim psihično napet, anksiozen) [3]. Slika 2: Vplivi in viri merilne negotovosti pri psihofiziološki meritvi. Vplivi in viri merilne negotovosti pri psihofiziološki meritvi so prikazani na sliki 2. Puščice s prekinjeno črto prikazujejo dejavnike, ki vplivajo na psihofiziološko meritev, kot so: (a) vpliv nameščanja merilne instrumentacije, vrstni red meritev, (b) vpliv premikanja med meritvijo, (c) vpliv trenutnega psihološkega stanja merjene osebe (npr. osebnostne lastnosti udeleženca, doživljanje meritve in okolice, doživljanje psiholoških vprašalnikov in instrumentov), (d) vpliv okolice. Puščice s polno črto nakazujejo vire merilne negoto- vosti, ki so posledica zgoraj navedenih vplivov: 1) negotovost merilnih instrumentov; fiziološke in psi- hološke merilne instrumentacije, 2) negotovost merilne metode, 3) negotovost zaradi vpliva okolice, 4) negotovost zaradi merilne anksioznosti, 5) negotovost zaradi psihofiziološkega stanja merjene osebe, 6) negotovost zaradi naravne variabilnosti psihofizi- oloških spremenljivk. 100 GRŽINIČ, GERŠAK Za oceno negotovosti pri uporabi psiholoških merilnih instrumentov uporabljamo merske lastnosti psihome- tričnih metod, ki določajo kakovost merilne metode [4]; • objektivnost; ko je dobljeni rezultat odvisen samo od reakcije udeleženca (napaka zaradi izvajalca meritev), • občutljivost; razlikovanje sistematične spremembe merjene lastnosti in zaznava razlike v odgovorih na različne dražljaje (občutljivost meritve je definirana z občutljivostnim (korelacijskim) koeficientom med izmerjeno veličino in vplivno veličino), • zanesljivost; podobnost dobljenih rezultatov pri za- porednih meritvah iste lastnosti, ki v času ni spre- menljiva (natančnost meritve - dobimo jo s pono- vljivostjo meritve in standardni odklon izmerjenih vrednosti), • veljavnost; dejansko merjenje želenega konstrukta, rezultati, na podlagi katerih lahko primerno skle- pamo o merjeni veličini (točnost meritve). 4 OVREDNOTENJE MERILNE NEGOTOVOSTI NA KONKRETNIH PRIMERIH Ovrednotenje merilne negotovosti pri psihofizioloških meritvah zahteva dobro poznavanje uporabljene bio- medicinske instrumentacije, protokolov meritev v fizi- ološkem in psihološkem delu ter procesa merjenja. 4.1 Negotovost uporabljenih merilnih instrumentov (uinst) Podatke o negotovosti merilnih instrumentov za mer- jenje fizioloških spremenljivk navadno dobimo s kalibra- cijo in ovrednotenjem fiziološke merilne instrumentacije, v nekaterih primerih pa so lahko navedeni v specifikaciji instrumenta. Negotovost psihološke merilne instrumen- tacije določa zanesljivost merilnega instrumenta. Kot primer lahko vzamemo merjenje prevodnosti kože z merilnim sistemom Biopac MP150. Prevo- dnost kože na blazinicah prstov se lahko zaradi psi- hološkega vpliva spremeni tudi za 2 µS (slika 3). Me- rilna negotovost merilnika, ki jo dobimo s kalibracijo z referenčnim multimetrom in posledično navezavo sle- dljivosti na etalone višjega reda, znaša 0,006 µS in je posledično ustrezna za opazovanje sprememb velikosti 2 µS [5]. Pri psihofizioloških merilnih procesih so pogosto upo- rabljeni tudi psihološki merilni instrumenti v obliki vprašalnikov, anket, intervjujev ipd. V teh primerih je treba upoštevati tudi podatke o njihovi veljavnosti. Če so uporabljeni strokovno validirani psihološki instru- menti, imajo ti večjo veljavnost oziroma manjšo merilno negotovost kot vprašalniki, ki jih priredimo sami za konkretno raziskavo in niso strokovno validirani. Slika 3: Merjenje prevodnosti kože ob proženju nenadne psihološke obremenitve. 4.2 Negotovost merilne metode (umet) Ocene negotovosti, ki izhajajo iz merilne metode, po navadi pridobimo na podlagi podatkov iz objavljenih virov ali izkustveno. Viri merilne negotovosti so pred- vsem nepravilna sočasna uporaba več senzorjev biome- dicinske instrumentacije, nepravilno nameščeni senzorji (npr. referenčna višina manšete, pozicija elektrod itd.), nepravilen položaj merjene osebe (prekrižane noge, ne- vzravnano sedenje itd.). Na primer, če med merjenjem krvnega tlaka merjena oseba ni v ustreznem položaju, se lahko vrednost krvnega tlaka spremeni za 5 do 10 mmHg [6], kar doprinese k merilni negotovosti zaradi merilne metode. Spremembe vrednosti izmerjenih fizioloških spremen- ljivk so lahko tudi posledica mehanskega ali elektroma- gnetnega vpliva merilnika na drug merilnik, ki je med meritvijo vključen v merilni proces. Za določanje me- hanskih vplivov je treba prej narediti kontrolno meritev. K negotovosti merilne metode pripomore tudi izbira mesta merjenja. Kot primer je na sliki 4 predstavljena meritev prevodnosti kože na prstih roke in na nadlakti. Spremembe vrednosti prevodnosti kože se sicer kažejo v istih trenutkih, napake pa nastanejo v amplitudi in tudi v absolutni izmerjeni vrednosti, ki je tedaj, ko merimo prevodnost kože na nadlakti, za 0,5 µS nižja kot če prevodnost kože merimo na prstih ene roke. Slika 4: Merjenje prevodnosti kože na dveh različnih mestih - prstih leve roke (zgoraj) in na nadlakti leve roke (spodaj). OVREDNOTENJE MERILNE NEGOTOVOSTI V PSIHOFIZIOLOŠKIH MERITVAH 101 Kadar v merilnem procesu uporabljamo še psihološke merilne metode, je pomemben tudi vrstni red meritev oziroma oblika protokola zaporedja različnih faz me- ritev. Negotovost v tem primeru opisuje objektivnost psihofizikalne metode. 4.2.1 Kontrolne meritve: Pred ovrednotenjem nego- tovosti merilne metode je treba preveriti, ali je ocena negotovosti dejansko posledica predvidenega vpliva. Primer 1: Vzrok za naglo povišanje vrednosti fi- ziološke spremenljivke, npr. prevodnosti kože ob na- pihovanju manšete merilnika krvnega tlaka, je lahko tudi medsebojni mehanski vpliv merilnikov zaradi spre- membe v dinamiki krvnega obtoka. V takih primerih, ko ne poznamo dejanskega vzroka, je treba ta vpliv potrditi oziroma ovreči. Tako meritev opravimo na psihološko čim manj obre- menjeni osebi. Meritev izvedemo tako, da najprej ne- kaj časa spremljamo vrednost prevodnosti kože, vmes s fizičnim naporom preverimo odzivnost prevodnosti kože, nato pa v izbranem daljšem obdobju upadanja te vrednosti napovedano sprožimo meritev krvnega tlaka (torej napihovanje manšete, ki pomeni motnjo oziroma psihološko obremenitev in lahko povzroča psihološki odziv opazovane osebe) (slika 5). Slika 5: Kontrola mehanskega vpliva na vrednost prevodnosti kože ob napihovanju manšete za merjenje krvnega tlaka. Pri meritvi na sliki 5 je bila merjena oseba prej seznanjena z začetkom meritve krvnega tlaka. Tudi anksioznost zaradi meritve je lahko s tem izločena, saj je bila za to meritev izbrana oseba, ki je merjenja krvnega tlaka vajena. Kot je razvidno iz slike 5, v času napihovanja manšete vrednost prevodnosti kože še vedno upada oz. ne naraste, kot bi bilo pričakovano v primeru mehanskega vpliva. Zato lahko sklepamo, da dvig vrednosti prevodnosti kože v eksperimentu ni posledica mehanskega vpliva, saj bi se tako morala vrednost dvigniti tudi v tem primeru. Primer 2: Preverimo lahko na primer tudi, ali bi v primerih dviga vrednosti prevodnosti kože šlo za posledico premika roke med merjenjem krvnega tlaka. To lahko preverimno z merjenjem prevodnosti kože ob izvajanju premikov roke različnih amplitud. Pri simu- laciji premikov, podobnih premikom, ko merjena oseba zazna meritev krvnega tlaka, so spremembe vrednosti v intervalu± 0,04 µS, medtem ko so spremembe vrednosti prevodnosti kože v času napihovanja manšete v 10-krat večjem velikostnem razredu, okoli 0,3 µS. Iz tega lahko sklepamo, da so spremembe vrednosti zaradi premikov zanemarljive. Slika 6: Kontrolna meritev premika roke, na kateri so nameščene elektrode za merjenje prevodnosti kože: 1) pre- mik roke, 2) striženje s prsti, na katerih so bile nameščene elektrode, 3) trzljaj z dvigom roke, 4) majhen trzljaj roke. 4.3 Negotovost zaradi vpliva okolice (uokol) K merilni negotovosti pripomorejo tudi dejavniki iz okolice, ki vplivajo na merilno instrumentacijo (me- rilni pogrešek zaradi spremembe okoljskih pogojev, npr. temperature v prostoru, kjer se izvajajo meritve, ravno tako ob spremembi vlage ali zračnega tlaka v okolju) in merjeno osebo (na merjeno osebo lahko vplivajo hrup, vonj, tresljaji in podobni dejavniki, ki vplivajo na čutila, prisotnost drugih oseb v prostoru in podobno). Temperatura okolja vpliva na fiziologijo merjene osebe; zaradi nižje temperature v prostoru se na primer vrednost krvnega tlaka merjene osebe lahko zviša za 1,3 mmHg za sistolično in 0,6 mmHg za diastolično vrednost [7], [8]. Merilno negotovost zaradi vpliva okolice ocenjujemo z meritvijo, to je s parametrizacijo pogojev (npr. z izva- janjem enakih eksperimentov pri različnih temperaturah okolice), z znanjem iz izkušenj s podobnimi predho- dnimi meritvam in s pomočjo psihometričnih metod (uporabimo vprašalnike in ustrezne postavke, ki merijo psihološki vpliv dejavnikov okolice) [9], [10]. 4.4 Negotovost zaradi fizikalnih vzrokov (ufiz) Kadar je v meritev vključen človek, se vpliv merilnega procesa lahko prenese tudi na fiziološke procese pri posamezniku, ki ima za posledico spremembo vrednosti fizioloških spremenljivk. Kot primer lahko vzamemo stisk manšete merilnika krvnega tlaka. Ta lahko vpliva na vrednost krvnega tlaka samega ali pa tudi na vrednosti drugih v istem merilnem procesu merjenih fizioloških spremenljivk. Na sliki 7 je prikazan primer vpliva merjenja krvnega tlaka na vrednost temperature kože. 102 GRŽINIČ, GERŠAK Slika 7: Temperatura kože na prstih roke med neinvazivnim merjenjem krvnega tlaka. V času zažemanja manšete na enem od prstov (na grafu je vrednost te temperature označena z odebeljeno črto) ima za posledico znižanje temperature [11]. 4.5 Negotovost zaradi naravne variabilnosti psiho- fizioloških spremenljivk (unvb) Rezultat meritve psihofiziološke spremenljivke je za- radi naravne variabilnosti merjene osebe v različnih trenutkih merjenja pri enakih pogojih različen (slika 8). Slika 8: Naravna variabilnost prevodnosti kože. Negotovost zaradi naravne variabilnosti v takem primeru doseže vrednosti do 1 µS. Negotovost merilnega rezultata v tem primeru izračunamo s standardnim odklonom po enačbi urepeatability(Gx) = s(Gx)√ N , (1) pri čemer je Gx merjena veličina, s(Gx) standardni odklon in N število meritev ob predpostavki normalne porazdelitve. 5 NEGOTOVOST ZARADI BAZIČNEGA PSIHOFIZOLOŠKEGA STANJA MERJENE OSEBE (upsih) Vrednosti psihofizioloških spremenljivk merjene osebe ob njenem odzivu na merilno situacijo so odvisne tudi od bazične ravni psihofizioloških spremenljivk (tj. od stanja pred začetkom meritve; angl. base line vrednosti) pri tej osebi. Zato so pomembni podatki za ustrezno ovredno- tenje rezultata take meritve tudi podatki o osebnostnih lastnostih (npr. anksioznosti kot osebnostni potezi) in podatki o vseh predhodnih dejavnostih merjene osebe (npr., ali je dovolj naspana in spočita, ali je bila pred meritvami fizično neaktivna ipd.). Nekaj raziskav poroča o psihološkem vplivu na spre- membe različnih fizioloških spremenljivk, npr. srčni utrip, prevodnost in temperatura kože, krvni tlak itd., pri čemer so te raziskave usmerjene predvsem v spremljanje sprememb ob različnih miselnih nalogah, matematičnih testih ipd. [12], [13], [14]. Na merilni rezultat vplivajo tudi prisotnost drugih oseb v merilnem okolju, še naj- pogosteje se to odraža, kadar je meritev izvedena ob prisotnosti zdravnika. Številne raziskave so ugotovile, da se raven vzburjenosti pri posameznikih zaradi prisotnosti zdravnika zviša, kar se odraža v zvišanem krvnem tlaku [15], [16], [17], [18]. Pri merjenju krvnega tlaka je bilo npr. ugotovljeno, da lahko učinek bele halje vpliva na zvišanje krvnega tlaka tudi do 15 mmHg [19]. To pomeni, da pri poskusu, kjer nastopa tudi zdravnik, upoštevamo dodaten prispevek negotovosti zaradi strahu, v višini 15 mmHg/ √ 3 če predpostavimo, da gre za negotovost tipa B oziroma predpostavimo pravokotno porazdelitev verjetnosti. 5.1 Negotovost zaradi merilne anksioznosti merjene osebe (uanx) Anksioznost je odziv, ki organizem pripravi na spopri- jemanje s prihodnjimi negativnimi dogodki. Anksioznost udeleženca meritve zaradi merjenja pa je stanje psihične napetosti zaradi izvajanja meritev oziroma sodelovanja v merilnem procesu, zaradi česar se lahko spremeni merilni rezultat [20]. Ocenjevanje psihološkega vpliva merilne naprave ozi- roma zavedanja postopka merjenja (slika 4) (ali merjeno osebo zvok zračne črpalke moti, ali jo moti dolžina merjenja, ali je udobno nameščena med meritvijo, ali je sproščena itd.) poteka z uporabo različnih psiholoških testov, ki merijo sproščenost, anksioznost, doživljanje in pričakovanja opazovane osebe. Psihološki testi sprožajo pri udeležencih različne odzive in lahko različno močno vplivajo na raven anksioznosti merjene osebe. Slika 9: Vpliv motnje (meritev oziroma vpliv sodelovanja v merilnem procesu) na vrednost krvnega tlaka in časovna odvi- snost zvezno merjenega krvnega tlaka merjene osebe (zgoraj zvezni arterijski tlak, na sredini sistolična vrednost in spodaj diastolična vrednost krvnega tlaka). V času nastopa motnje se je vrednost krvnega tlaka povečala za 15 mmHg za sistolično in za 8 mmHg za diastolično vrednost. OVREDNOTENJE MERILNE NEGOTOVOSTI V PSIHOFIZIOLOŠKIH MERITVAH 103 Prispevek k merilni negotovosti je v tem primeru odvi- sen od časa merjenja, od doživljanja v času nameščanja merilne instrumentacije in od števila sodelovanja pri meritvi. Treba je torej upoštevati in poskusiti oceniti vpliv zavedanja merjene osebe, da je merjena. 6 MERILNI REZULTAT PSIHOFIZIOLOŠKE MERITVE Popolni merilni rezultat izmerjene vrednosti psihofizi- ološke spremenljivke z je zx ± k u(zx) , (2) kjer je zx izmerjena vrednost psihofiziološke spremen- ljivke, k razširitveni faktor (ki je običajno 2, če pred- postavimo normalno porazdelitev meritev in je raven zaupanja 95-odstotna) in u(zx) merilna negotovost, s katero smo izmerili zx [1]. Celotno merilno negotovost izmerjene vrednosti u(zx) tako izračunamo po spodnji enačbi u(zx) = √ u2inst + u 2 met + u 2 okol + u 2 fiz + u 2 nvb + u 2 psih + u 2 anx . (3) Takšen izračun merilne negotovosti velja tedaj, ko so viri negotovosti med seboj neodvisni. Ker pa viri negotovosti pri psihofizioloških meritvah niso povsem neodvisni (po- memben je vrstni red nastopa posameznih delov meritev, način vključevanja psiholoških merilnih instrumentov, na ponovljivost rezultata vplivajo spremembe iz okolice ipd.), je v teh primerih treba upoštevati korelacijo med posameznimi prispevki: u(zx) = √∑N i=1 [ci u(xi)] 2 + 2 ∑N−1 j=1 ∑N j=i+1 ci cj r(xi, xj)u(xi)u(xj) , (4) pri čemer je relativna medsebojna odvisnost podana s koeficientom korelacije r (med -1 in +1), koeficiente občutljivosti ci pa lahko izračunamo: r = u(xi, xj) u(xi)u(xj) , c1 = ∂z ∂x1 . . . cN = ∂z ∂xN . (5) 7 ZAKLJUČEK Pri navadnih fizikalnih meritvah se poizkuša pri ovre- dnotenju merilnega rezultata pridobiti seznam vseh po- membnih vplivnih veličin in prispevkov negotovosti, ki vplivajo na meritev. Enako velja, kadar obravnavamo psihofiziološke meritve, le da moramo pri teh upoštevati tudi negotovosti, povezane s fiziologijo in psihologijo merjenj. Pomembno je, v kakšno merilno situacijo spravimo merjeno osebo, četudi sodeluje pri izvajanju povsem preprostih meritev. Namestitev aparatur biomedicinske instrumentacije lahko vpliva na doživljanje eksperimen- talne situacije in posledično na spremembe fizioloških procesov v telesu, ki niso zanemarljive. V prispevku so navedeni pomembnejši prispevki ne- gotovosti in praktični primeri posameznih prispevkov pri psihofiziološki meritvi. Zavedati se moramo vseh mogočih vplivov na meritev in znati oceniti njihovo velikost, da bi ugotovili, ali in katere lahko zanemarimo pri določanju končnega rezultata. Upoštevati moramo tudi vse mogoče kombinacije vplivov in jih ustrezno obravnavati pri končnem izračunu. Ob upoštevanju vseh naštetih postopkov lahko tako tudi pri psihofizioloških meritvah uporabljamo kon- cepte klasične metrologije in poleg izmerjene vrednosti določimo še merilno negotovost meritve.