临床检验的量值溯源问题 （转帖）

武*

【摘要】　

目的　介绍溯源性基本概念、溯源链工作原理、临床检验参考系统现状及建立溯源性中的若干问题。

方法　对近年有关临床检验量值溯源的国际法规、标准和科技文献进行综述和分析。

结果　溯源性是指测量结果能与一公认的标准相联系的属性,它通过一系列对比测量而建立,对比测量中的测量过程和校准物有不同的计量学等级,较高等级的称参考测量过程和参考物质,可统称参考系统,是量值溯源的基础。临床检验的样品高度复杂,目前只有少数检验项目有较完整的参考系统。经常出现的常规测量过程的特异性问题和参考物质的基质效应,也增加了临床检验量值溯源的复杂性。尽管如此,利用参考系统开展一些重要检验项目的标准化工作已有多年的历史,取得明显成效。随着人们质量意识的不断提高,参考系统将在临床检验中发挥越来越重要的作用。

结论　量值溯源作为临床检验标准化的最重要的手段,已被广泛接受。我国临床检验量值溯源基础结构建设处于初始阶段,根据临床需要,建立必要的参考系统,应成为我国临床化学和计量学工作者的重要课题。临床实验室工作人员和检验器具生产厂家也应逐渐增加量值溯源意识。

【关键词】　溯源性　检验医学

Measurement traceability in laboratory medicine


【Abstract】　

Objective 　Measurement traceability in laboratory medicine is drawing considerable attention worldwide. The present review introduces and discusses the concept of measurement traceability , principles of traceability chain , current reference systems for clinical chemistry and issues in establishing traceability.

Methods  Recent international regulations and standards and scientific literature on measurement traceability in laboratory medicine and the history of clinical chemistry standardization were reviewed and **yzed.

Results 　Traceability is the property of a result through which the result is related to national and international standards. It is established through a series of comparative measurements using a hierarchy of measurement procedures and calibrators.Reference systems (higher order procedures and calibrators in the hierarchy) are essential for the establishment of traceability. Clinical specimens are of high complexity. Only limited number of measurands now have reference systems and the specificity of field methods and the commutability of reference materials are the important issues in establishing traceability. Nevertheless , reference systems have played successful roles in the standardization of some clinical laboratory tests and wider implementation of reference systems is expected as the demand for standardization is rising.

Conclusion 　More people have realized and accepted that ensuring traceability is the most important approach to realize standardization in laboratory medicine. The infrastructure for establishing traceability in our country is basically lacking. Clinical chemists and metrologists need to face the challenge of developing necessary reference systems. Clinical laboratorians and manufacturers will also need to be aware of measurement traceability in their use and production of clinical laboratory testing devices.

【Key words】　Measurement traceability 　Laboratory medicine
　

     近年来,临床检验量值的溯源性(traceability) 问题在国际上受到广泛重视。欧洲议会和理事会1998年10月签署一项将于2003年12月生效的关于体外诊断器具的指令(Directive 98/ 79/ EC) [1] ,该指令的一项关键内容是要求体外诊断器具的校准物质和/ 或质控物质定值的溯源性必须通过已有的高一级的参考方法和/ 或参考物质予以保证。欧洲指令是法律文件,生效后有关各方必须执行。为配合该欧洲指令的实施,国际标准化组织(ISO) 于1999年起草了5个相关标准,其中与生产厂家关系比较密切的是ISO/ DIS 17511“校准物质和质控物质定值的计量学溯源性”[2]和ISO/ DIS 18153“酶催化浓度校准物质和质控物质定值的计量学溯源性”[3] 。以上指令和标准主要针对诊断试剂的生产。对临床实验室来说, 作为国际实验室认可依据的ISO/IEC17025“检测和校准实验室能力的通用要求”[4] (我国国家标准GB/ T 15481-2000 和国家实验室认可委员会CNACL 201-2001“实验室认可准则”等同采用ISO/ IEC 17025) 和ISO/ FDIS 15189“医学实验室质量管理”[5] 也都对临床检验结果的溯源性作出明确要求。

    鉴于量值的溯源性将可能成为体外诊断试剂生产和使用中的重要质量指标,而我国试剂生产者和临床检验工作者对此计量学概念尚不熟悉,以下介绍临床检验量值溯源的基本概念、现状及有关问题。

    量值的溯源性及溯源链的结构和工作原理

    ISO 对溯源性的定义如下:测量结果或标准量值的属性,它使测量结果或标准量值通过连续的比较链与给定的标准联系起来,给定的标准通常是国家或国际标准,比较链中的每一步比较都有给定的不确定度。不确定度( uncertainty) 是另一个计量学术语, ISO 对它的定义为:与测量结果相关的参数,代表测量结果的分散性,很可能是被测量值的一部分。不确定度包括A、B 两类,A 类不确定度通过对测量结果进行统计计算而得,B 类则基于经验或其他信息的概率分布进行估计, A 类和B 类合成为标准不确定度。
   临床检验的量值溯源可以有不同模式,但其中心内容是使各测量方法的测量值与一公认的标准发生联系。图1 为根据ISO/ CD 17511[2 ]而简化的量值溯源图。一个样品或参考物质的测量结果的溯源性通过一系列对比测量而建立,对比测量中的测量过程和校准物质的计量学等级由低到高组成一条连续的链(溯源链) 。链的顶端是国际单位制(SI) 单位(基本或导出单位) ,SI 单位国际通用,不随时间和空间的变化而变化,因此它们是溯源链的最高等级。一级参考测量过程是具有最高计量学特性的参考测量过程,须基于特异、无需同量校准而能溯源至SI单位、低不确定度的测量原理,目前认为可用于一级参考测量过程的测量原理仅限于同位素稀释/ 质谱( ID/MS) 、库仑法、重量法、滴定法和依数性(如凝固点降低) 测量等。一级参考物质是测量单位的体现体,具有最可能小的测量不确定度,它可由一级参考测量过程直接定值,也可通过可靠的杂质分析间接定值,一级参考物质一般是高度纯化的被测物质。二级参考测量过程是经充分论证,其不确定度能满足特定要求,能用于低一级测量过程评价和参考物质鉴定的测量过程,二级参考测量过程用一级参考物质校准。二级参考物质用一种或多种二级参考测量过程定值,一般具有与实际样品相同或相似的基质,主要用于量值传播。一级和二级参考测量过程的建立和维持及一级和二级参考物质的制备有高度的知识、技术和设备要求,故一般由国际或国家计量机构及经认证的参考实验室完成。一级和二级参考物质一般是经计量权威机构或行政机构认证的有证参考物质(CRM) 。上述一级和二级参考测量过程和参考物质称参考系统,有时参考系统也包括从事参考测量的实验室。图1 中其他环节的工作原理与上述原理类似,只是计量学等级较低,也较灵活,可依各厂家或实验室的不同情况而异。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,因此量值溯源过程应尽量减少中间环节。从计量学角度讲,理想的情况是用一级参考测量过程直接测量样品,省去所有中间环节,这在临床检验中显然是不可能的。






　  美国标准与技术研究所(NIST) 对上述溯源原理的描述见图2。用词和溯源链结构与ISO/ DIS 17511有些差异,但基本原理是一致的。值得指出的是,图2 中的决定性方法和参考方法应相当于ISO/ DIS17511 中的二级标准测量过程。如前述,ISO/ DIS 17511中的一级参考测量过程是具有最高计量学特性的测量过程,但它在不少情况下仅限于



鉴定一级参考物质(高度纯化的被测物) ,不适合分析生物样品,而二级参考测量过程则是高度特异的、适合于复杂基质样品分析的测量过程。二级参考测量过程可利用多种可靠的分析原理,其中利用ID/MS 原理的测量过程多称为一级测量方法或决定性方法。各种二级标准测量过程是临床检验量值溯源和其他质量保证工作中的主要角色。

临床检验参考系统现状

    如上所述,参考系统是量值溯源的基础。临床检验样品是生物样品,有高度复杂性。图1 和图2是理想的溯源链,即溯源终点是SI 单位。溯源至SI单位的前提是必须有一级参考测量过程、一级参考物质和二级参考测量过程。目前国际上临床检验项目大约有400 ～600 个, 能溯源至SI 单位的只有25～30 个,它们主要是一些化学定义明确的小分子化合物,包括电解质类(如钾、钠、氯、镁、钙、锂离子等) 、代谢物类(如胆固醇、甘油三酯、葡萄糖、肌肝、尿酸、尿素等) 和某些甾体类激素及甲状腺激素[2] 。这些项目虽占的数目不大,却是临床检验常规项目的主要组成部分。

   除上述少量项目外,其余多数临床检验项目因被测物质(主要是生物大分子类物质) 的复杂性(如混合物、异构体等) ,其一级参考测量过程的建立和一级参考物质的制备非常困难,其量值溯源只能停止在较低水平。这类检验项目目前国际上有以下几种情况,一种是有国际参考测量过程(非一级参考测量过程) ,也有用此参考测量过程定值的国际参考物质,如糖化血红蛋白; 另一种是有国际参考测量过程,无国际参考物质,大约有30 个检验项目属于这种情况;第三种情况是有国际参考物质及定值方案,但无国际参考测量过程,属于这种情况的检验项目约有250 个;还有约300 个既无国际参考测量过程,也无国际参考物质[2 ] 。

   上述能溯源至SI 单位的检验项目的高级参考系统(一级和二级标准测量过程、一级标准物质和高准确度基质标准物质) 多数由美国NIST、德国临床化学会(DGKC) 和欧共体标准局(BCR) (现参考物质与测量研究所,IRMM) 建立和保持。也有一些大学、医院、研究机构和生产厂家的专业实验室建立了自己的参考测量过程,多年从事标准测量工作,达到了很高的计量学水平。不能溯源至SI 单位的检验项目的参考系统(主要是参考物质) 主要来自有关国际组织,如世界卫生组织(WHO) 、国际临床化学联合会( IFCC) 等。

    酶催化浓度测量是临床检验的特殊情况,它是活性测量,不是物质测量,测量结果依赖于测量过程,因此酶催化浓度不能单用数字和单位描述,还需指明测量过程。ISO/ CD 17511 的垂直标准ISO/ CD1 8153专门讨论酶催化浓度的量值溯源问题,规定SI导出单位“摩尔每秒立方米”[ (mol / s) / m3或kat/ m3 ]为溯源链的最高等级,要求一级参考测量过程的各步骤都有明确的定义和描述,能给出标准不确定度。一级参考物质用一级参考测量过程定值[3 ] 。近几年IFCC 组织多家国际实验室合作,对过去的IFCC 酶催化浓度测量过程进行了修改和优化包括丙氨酸氨基转移酶、天冬氨酸氨基转移酶、淀粉酶、肌酸激酶(γ-谷氨酰基转移酶、乳酸脱氢酶、脂肪酶、胆碱酯酶等) ,并对原参考物质重新定值,已取得令人满意的结果[6 ] 。这些测量过程和参考物质将很可能成为国际一级参考测量过程和一级参考物质。

    我国临床检验量值溯源基础结构建设处于初始阶段。目前惟一具有比较完整参考系统的检验项目是胆固醇,该参考系统由卫计委北京老年医学研究所和国家标准物质研究中心制备的纯度标准物质(GBW 09203a 和GBW 09203b) (一级参考物质) 、卫计委北京老年医学研究所建立的参考方法和该研究所制备的血清标准物质( GBW 09138) (二级参考物质) 组成。我国还有20 余项与临床检验有关的国家一级标准物质,其中包括国家标准物质研究中心制备的尿素(GBW 09201) 和尿酸(GBW 09202) 纯度标准物质( ISO/ CD 17511 定义中的一级标准物质) ,其余则主要是生物样品中无机成分标准物质。目前国内有关学者正在研究甘油三酯、高密度脂蛋白和低密度脂蛋白胆固醇、酶催化浓度、血栓与止血指标等的标准化问题。

常规测量过程的特异性和参考物质的互通性问题

    常规测量过程的特异性及其校准物质,或用于常规测量过程校准及质量控制的参考物质的互通性,是临床检验量值溯源的两个重要问题。常规测量过程特异,测量量与参考测量过程测量量完全一致,是量值溯源的前提[2 ] 。然而,由于临床检验被测物质的复杂性,许多常规测量过程,尤其是利用免疫学原理的测量过程,做到真正意义上的特异非常困难(如不同测量过程作用于同一被测物质的不同抗原决定簇,可能给出不同测量结果) 。还有些常规测量过程甚至还作用于被测物质以外的其他物质,其特异性问题则更为严重。因此,仅通过不同校准物质或参考物质逐级溯源显然不能提高测量的准确性。

     临床检验参考物质或校准物质的互通性(commutability) ,指用不同测量过程测量该物质时,各测量过程测量结果之间的数字关系,与用这些测量过程测量实际临床样品时测量结果的数字关系的一致程度,亦即该物质理化性质与实际临床样品的接近程度。参考物质,虽然一般采用与实际样品相同的物质作原料,但出于对被测物浓度的要求、贮存、运输等方面的原因,往往需对原料成分进行调整并作处理(如冻干、冰冻等) 。这些经加工的材料在某些测量过程中的行为有时会不同于实际临床样品, 这种差异可称为基质效应(matrix effect) (“基质效应”一词在某些国家一直用于描述上述经处理样品与新鲜样品的差异,但近年ISO 标准中对该词有不同定义,指被测物外其他样品组分对测量的影响,而用“缺乏互通性”描述本文所指的基质效应) 。基质效应是各种临床检验质量保证中的常见问题。在量值溯源中,它限制了某些参考物质的直接使用;在室间质评计划中,它是用同方法组均值评价检验质量原因之一,而这种评价方式在不少情况下不能反应真正的检验质量,允许了错误的存在。值得指出的是,基质效应的存在,不应是参考物质单方面的原因,认识和解决基质效应问题需从参考物质和测量过程两方面入手。使参考物质与实际样品尽量接近是必要的,但对基质过分敏感的测量过程一般不是好的测量过程,尤其是对于小分子化合物的分析。然而,某些参考物质对某些常规测量过程表现基质效应,目前仍然是客观存在,在利用参考物质进行量值溯源时需首先鉴定参考物质和常规测量过程之间有无基质效应,鉴定的方法一般是用参考方法和常规方法同时分析参考物质和实际新鲜样品。若有基质效应,需进行修正,或改用无基质效应的参考物质。

     鉴于上述特异性和基质效应问题及其他质量问题(线性、灵敏度等) 的可能存在,临床检验量值溯源均需最后验证其有效性[2 ] 。验证方法是用参考测量过程和常规测量过程同时分析足够数量的、有代表性的、分别取自不同个体的实际新鲜样品。

量值溯源在临床检验质量保证中的作用及其发展

   近年来人们对量值溯源问题的重视是临床检验质量保证工作发展的结果。临床检验的外部质量保证一直有两种主要方式,一是一些重要检验项目的标准化计划,二是室间质评计划。回顾这些计划的历史,参考系统一直在临床检验质量保证中发挥着越来越重要的作用。国际上最早建立、最完善、成效最显著的临床检验参考系统当属美国的胆固醇参考系统[7]。美国自50 年代研究胆固醇测定的标准化问题,发展至今,其胆固醇参考系统如图3 所示。


它的主要组成部分是NIST 的决定性方法和一级参考物质、疾病控制与预防中心(CDC) 的Abell-Kendall(A-K) 参考方法和二级参考物质及以此为基础的多种标准化计划。一种标准化计划是CDC/ 国家心肺血液研究所(NHLBI) 的血脂标准化计划,该计划考虑到冻干血清的基质效应问题,用冰冻血清作二级参考物质进行量值传递。鉴于有些检验分析系统甚至对冰冻血清也呈现基质效应,用新鲜血清进行量值传递是最有效的方式,CDC 又于20 世纪80 年代末建立胆固醇参考方法实验室网络(CRMLN) ,通过分析新鲜血清将常规方法与参考方法直接对比,以解决不同厂家产品和临床实验室血脂分析的量值溯源问题。应该说,上述血脂标准化计划为美国胆固醇分析不确定度由1969 年的18 %降至1994 年的5.5 %～7.5 %及国家胆固醇教育计划(NCEP) 的有效实施作出了突出贡献。

    室间质评计划是涉及项目更多、影响更大的临床检验质量保证计划。室间质评计划的中心目的是提高检验结果的室间可比性,但由于所用质评材料可能存在基质效应、常规方法日新月异、缺乏其他有效的评价方法等原因,室间质评计划曾普遍用同方法组均值评价检验质量,目前此法也仍是多数检验项目的质评方法。应该说此法在发现质量问题和提高检验质量方面一直发挥着重要作用。但这种方法的问题也是显而易见的,一个极端的例子是同方法组均值之间的差别达7 倍以上,这种情况下的质评显然不具任何科学意义。因此,室间质评计划组织者一直在寻求更有效的质评方法,用参考方法为质评材料定值,起码是对于某些小分子检验指标,逐渐成为上述问题的必然答案。即便由于基质效应,一时不宜直接实验参考方法定值进行质评,也可从中获得更多的质量信息。实际上,国际上现有参考系统正是在室间质评计划的促使下而逐步建立的。如美国病理学家协会(CAP) 于20 世纪60 年代初建立临床标准实验室,后来移至NIST ,目前CAP 仍有专职人员在NIST 协调CAP 质评材料定值工作[7 ] 。CAP 与CDC 在血脂项目上的合作也有多年历史。德国临床检验参考系统也是应其外部质评计划的需要而建立和发展的[6 ] 。目前室间质评计划中用参考方法定值评价检验质量正日趋广泛,尤其在欧洲。

    回顾国际临床检验量值溯源历史还可以发现,参考系统的建立及其应用成效大概有两个决定因素。首先是临床需要,它有两方面,一方面是检验项目的重要性。虽然所有项目都很重要,但其中有些项目关系到多发、危害大的疾病的诊断或危险分析,提高这些项目的检验质量显然对提高人类健康水平的意义最大。典型的例子是胆固醇等血脂指标的标准化工作历史最长、受重视程度最高,因它们与心脑血管疾病的防止有关,而心脑血管疾病在很多国家是第一位死因。临床需要的另一方面是检验项目的短期生物变异,再以血脂为例,胆固醇个体内短期生物变异平均约6 % ,而甘油三酯则高达20 %以上,除与疾病关系密切程度外,生物变异大本身就使得甘油三酯测定质量不如胆固醇重要。决定参考系统的建立及其应用成效的第二个因素是被测物(或量) 的性质及人们对它的理解程度,目前参考系统较完整的检验项目几乎都是一些小分子化合物,而许多生物大分子(或其复合物) ,有些临床上很重要,但由于定义不明确、结构或组成复杂、测定时影响因素多等原因,建立和应用参考系统都比较困难或繁琐,它们的量值溯源和测定质量往往处于较低水平。