临床检验量值溯源中的重要术语与概念及有关问题.pdf

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1、作者单位:100730卫生部北京医院,卫生部临床检验中心专论临床检验量值溯源中的重要术语与概念及有关问题陈文祥 申子瑜 郭健 杨振华 临床检验已成为疾病诊断、危险分析、治疗效果评价和健康状况监测的重要手段。检验结果准确,具有跨时空的可比性,是防病治病和提高人类健康水平的基本需要,也一直是检验医学工作者的工作目标。目前认为实现这一目标的最有效的手段是建立和保证检验结果的溯源性。2003年底生效的关于体外诊断器具的欧洲指令(Directive 98/79/EC)要求体外诊断器具的校准物质和(或)质控物质定值的应保证其溯源性。作为国际实验室认可依据的国际标准化组织(ISO)标准ISO 17025(1

2、999)“检测和校准实验室的通用要求”我国已等同采用,GB/T 15481(2000)和ISO 15189(2003)“医学实验室 质量和能力的具体要求”(我国即将等同采用)也对临床检验结果的溯源性作出明确要求。为方便和规范检验医学领域溯源性的建立,ISO于2003年出版了5个相关标准:ISO 17511“体外诊断医学器具 生物样本中量的测量 校准物质和质控物质定值的计量学溯源”,ISO 18153“体外诊断医学器具 生物样本中量的测量 酶催化浓度校准物质和质控物质定值的计量学溯源”,ISO 15193“体外诊断医学器具 生物样本中量的测量 参考测量程序的表述”,ISO 15194“体外诊断医

3、学器具 生物样本中量的测量 参考物质的描述”和ISO 15195“临床检验医学 2参考测量实验室要求”。我国全国卫生标准委员会正进行这些标准的转化工作。上述标准对于临床检验量值溯源有指导意义,但这些标准中的若干术语和概念,有些是新出现的,有些是临床检验工作过去不常使用的计量学术语和概念。这些术语和概念不仅在上述标准中,而且在近年的有关科技文献中也经常出现。为便于临床检验工作者阅读和理解有关文件及开展量值溯源工作,本文对这些术语与概念按意义关联性作分组介绍,并讨论有关问题。一、检验标度、特性和量、检验和测量临床检验绝大多数是定量检验,检验结果用数字和单位表示,如某份血清样品的总胆固醇浓度5112

4、mmol/L;有的是半定量检验,如用“+”数表示的尿蛋白浓度;还有的是分类检验,如ABO血型。描述上述检验结果类型的术语为标度或量度(scale),其中最简单的标度是标称标度或名义标度(nominal scale),如上述分类检验的结果类型,这种标度的数据只是为了一种结果与另一种结果相区别,无大小或先后的含义,也不能求其均值。第二种标度为序次标度或顺序标度(ordinal scale),如上述半定量结果类型,这类结果可以分出大小,但不知道具体大多少或小多少,只供排序。定量检验结果有两种情况,一种是结果有正有负,其零点在某种意义上是人为规定的,如剩余碱测定结果可以是-012、0、012 mmol

5、/L等,这类结果不仅可表示差别,还可以计算差别的大小,但不能计算比例,这种结果类型称差示标度或区间标度(difference scale or intervalscale);另一种情况是结果有自然零点或绝对零点,其零点意为“无”,这类结果即可计算差值,也可计算比例,如甲、乙、丙三者的血清胆固醇浓度分别为0(假设)、2156、5112 mmol/L,代表甲的血清中“不含”胆固醇,乙和丙的血清胆固醇相差2156 mmol/L,丙的血清胆固醇是乙的2倍,这类结果类型称比例标度(ratioscale)。临床检验量值溯源主要针对的是以比例标度和差示标度表示的结果,但其原理也适用以标称标度和序次标度表示的

6、结果。上述各种类型(标度)的样品属性可统称为特性(property),特性的确定过程称为检验(examination),而用比例标度和差示标度表示的特性一般称为量(quantity),量的确定过程称测量(measurement)。特性和检验是更宽泛的概念,而量和测量则主要针对定量检验。因此,在讨论临床实验室质量和能力的标准ISO15189中大量使用“检验”一词,而在讨论溯源性的ISO 17511、18153、15193、15194和15195中则多使用“测241中华检验医学杂志2005年2月第28卷第2期 Chin J LabMed,February 2005,Vol 28,No12 1995

7、-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.量”。二、量、广义量和特定量、可测量的量、系统和组分、被测量和被分析物临床检验领域一直很少使用“量”(quantity)这一词汇,但它却是一个重要的计量学概念。它的定义为现象、物体或物质可定性区别和定量确定的属性。量可分为广义量(quantity in a general sense)和特定量(particular quantity)。广义量在化学(包括临床化学)界常称量类(kind2of2quantity),未规定条件的量类只是量的种类,是不可测量的,如质量、物质

8、量、体积分数等。而规定了一定条件的量类称为特定量,是可以测量的,故又称可测量的量(measurable quantity),很多情况下简称为量。特定量(可测量的量)的描述原则上需要三要素,即系统(system)、组分(component)和量类。“系统”在计量学上的定义很广泛,在临床检验领域可简单地理解为样品物质,如血液、血清、尿液等;这里的组分指样品中的被测物质成分。如“24 h尿液(系统)中葡萄糖(组分)的物质量(量类)”是一个特定量。待测的特定量称为被测量(被测量的量)(measurand),被测量中的组分称被分析物(analyte),如上例中的整个短语为一被测量,其中的葡萄糖为被分析物

9、。值得指出的是上述物质量(amount of substance)是一个重要的基本量类国际单位制(SI)7个基本量中的一个,其单位是mol,目前凡是化学定义明确的物质的多少都建议用物质量这一基本量类表示,因此许多小分子临床检验项目都用mol/L或其十进分数单位(如mmol/L)表示其结果。以mol/L或其十进分数单位表示的量称物质量浓度(amount2of2substance concentration),在不致造成混淆时可简化为物质浓度或浓度。三、测量方法和测量程序方法一词人们都非常熟悉,而程序则是一个较新的概念,两者有一定区别。在上述ISO标准中主要使用“测量程序”一词。测量方法(meth

10、od of measurement)是一般描述的测量操作逻辑次序,测量程序(measurement procedure)则是用于特定测量的、根据给定的测量方法具体描述的一组操作。一般一个测量程序可使操作者直接进行相应特定量的测量,无须提供另外的说明,测量方法则不能。测量方法,由于它是一般描述的,不具备具体的性能参数;而测量程序则对测量操作的每一个细节进行了规定,因此它有相对固定的性能指标。一个测量程序一般只是在一种情况下,针对一个特定量,而一个测量方法则可以产生出多个测量程序,每个测量程序的性能也可能有所不同。测量程序有时也称为分析方案(analytical protocol)或标准操作程序(

11、standard operating procedure,SOP)。四、结果、值、量值、真值、约定真值、参考值这是一组和测量结果有关的术语。量值(value of a quantity)是指一般由一个数乘以测量单位表示的特定量的大小,量值常可简称为值(value)。测量结果(result of a measurement)是通过测量得到的赋予被测量的值。真值(true value)的定义是与给定的特定量的定义一致的值。对真值定义的注释主要有以下几种:真值只有通过完美的测量才能获得,按其本性是不确定的,可以有多个。总之真值是一个比较抽象的概念,现实中很难获得(理论值除外)。在实际工作中经常使用的

12、是约定真值(conventional true value),它是一个特定量的赋予值,对于给定的目的具有适当的不确定度,因而被接受为“真值”,有时是通过约定而被接受。通常约定真值是用不确定度符合要求的测量程序多次测量的平均值。约定真值有时也称为定值(assignedvalue)、最佳估计值(best estimate of the value)、约定值(conventional value)或参考值(reference value)。五、标准、参考、文字标准和测量标准标准(standard)有时指书面标准或标准文件,有时指测量标准,需注意区别。书面标准(written standard)是通过

13、公议而建立、由特定机构批准的文件,它提供以达到规定情况下的理想秩序为目的、供经常和重复使用的关于活动或其结果的规则、指南或特征。书面标准的例子有ISO标准、欧洲标准、我国的国家和行业标准等。测量标准(measurement standard)是为了定义、实现、保存或复现量的单位或一个或多个量值,用作参考的实物量具、测量仪器、参考物质或测量系统。测量标准分一级测量标准(primary measurement standard)和二级测量标准(secondary measurement standard),一级测量标准在我国又称原级测量标准或测量基准,是指定的或公认具有最高计量学特性的测量标准,其

14、值不用参考相同量的其他标准而被承认。二级测量标准又称次级测量标准,其值是通过与相同量的一级测量标准相比较而确定的测量标准。对于检验医学领域的定341中华检验医学杂志2005年2月第28卷第2期 Chin J LabMed,February 2005,Vol 28,No12 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.量检验,测量标准在多数情况下是指较高级别的参考物质。“参考”(reference)一词在临床检验标准化或量值溯源中使用频率很高,如上文中的测量标准是一种参考,还有参考物质、参考方法等,其意

15、义应理解为参比、比照或参考标准等,通过与之比较,而达到校准或验证准确性的目的,故我国也经常将reference一词译作标准,如我国有标准物质、标准方法、标准样品等称谓。六、溯源性和不确定度溯源性(traceability)的定义是,测量结果或标准的值通过连续的比较链与一定的参考标准相联系的属性,参考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。首先,溯源性是测量结果(标准的值一般也是测量结果)的属性,不宜用于描述测量、测量方法或测量程序,虽然ISO/IEC 17025(1999)中有“保证实验室所进行的校准和测量可溯源至”(516121111),ISO 15189(2000

16、 FD IS)中有“保证测量可溯源至”(51613)等描述,但已有人意识到这些描述不够严谨,ISO 15189正式标准(2003)已做改正,估计正在进行的对ISO/IEC 17025的修订也将会对上述不恰当的描述进行改正。“连续的比较链”可能在物理测量工作中较易理解,在检验医学等化学测量中,它是指计量学级别由低到高的、交替出现的测量程序和校准物,如厂家提供给临床实验室的常规测量程序由同时提供的产品校准物校准,产品校准物由高一级的测量程序定值,此高一级的测量程序又由更高一级的校准物校准,依此类推。比较链又称溯源链。“一定的参考标准”在检验医学领域可简单理解为参考物质或参考测量程序(见下文),与参

17、考标准的联系可以是直接的,也可以通过中间测量程序和校准物间接进行,即溯源链可长可短,但理论上应使溯源链尽可能短。溯源链的理想终点(即定义中的“参考标准”)是国际单位制(SI)单位的定义,但目前只有少部分检验项目可以溯源至SI单位,而多数项目只能溯源至国际约定校准物质或国际约定参考测量程序,甚至是厂家校准物和(或)测量程序。不确定度(uncertainty)的定义是,与测量结果相关的参数,表征可合理地赋予被测量的值的分散性。“可合理地赋予被测量的值”实际上就是测量结果,“分散性”这里有更广泛的意义。描述测量结果的分散性过去一直用一组重复测量结果的标准差或变异系数,但这只是结果的不确定性的一部分,

18、只反映所使用的测量程序在规定条件下的随机不确定性,在不确定度的评定中,这类不确定性的评定称不确定度的A类评定。还有另外一些因素造成结果的不确定性。以沉淀法测定血清高密度脂蛋白胆固醇为例,在取血后、分析前的血清分离和贮存过程中高密度脂蛋白胆固醇可能会发生变化,取血清样品和加沉淀剂的移液器具可能会有“系统误差”(致使稀释系数出现“误差”),沉淀剂有特异性问题,上清液中胆固醇测定受血清胆红素影响,所采用的分析系统的校准有“系统误差”等。所有这些因素造成的不确定性,是重复测量结果的标准差或变异系数所无法反映的,只能根据稳定性试验结果、容量器具校准结果或供应商提供的技术指标、特异性试验结果、干扰因素试验

19、结果、分析系统正确性(见下文)评价结果等进行估计,这类不确定性的估计称不确定度的B类评定。将A类和B类评定的不确定度合在一起,才能较全面地反映测量结果的不确定性,称合成不确定度,有时还需将合成不确定度乘以一定系数(包含因子),得出一定置信水平下的扩展不确定度。七、参考测量系统、参考物质、参考测量程序、参考测量实验室参考测量系统(reference measurement system),有时简称为参考系统(reference system),是由参考物质(reference material,RM)、参考测量程序(reference measurement procedure)和参考测量实验室

20、(referencemeasurement laboratory)组成的测量系统,是建立溯源性的基础。参考物质是一种材料或物质,其一种或多种特性值足够均匀并被良好确定,用于校准测量系统、评价测量程序或为材料赋值。参考物质包括校准物质(calibration material)和正确性质控物质(trueness controlmaterial)。校准物质又称校准物(calibrator),是在校准函数中其值被用作自变量的参考物质(校准测量系统或为材料赋值),正确性质控物质是用于评价一种测量系统的测量偏差的参考物质。可见参考物质有校准和评价测量系统两个主要功能。一种参考物质在一个测量程序或测量系统

21、中即可以用作校准物质,也可以用作正确性质控物质,但不可以同时用作校准物质和正确性质控物质。按定义,参考物质是一个较宽的概念,一级校准物(见下文)是参考物质,试剂盒中的校准物也是参考物质,但一般情况下参考物质是指较高级别的参考物质,它们多数是有证参考物质(certified reference441中华检验医学杂志2005年2月第28卷第2期 Chin J LabMed,February 2005,Vol 28,No12 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.material)。有证参考物质是附有

22、证书的参考物质,其一种或多种特性值用可建立溯源性的程序确定,使之可溯源至准确复现的表示该特性值的测量单位,每种确定的特性值都有给定置信水平的不确定度。可见有证参考物质和参考物质的区别是前者有明确的溯源性和不确定度要求。对于小分子检验项目(可溯源至SI单位的项目),较高级别的参考物质作为测量标准,可分为一级参考物质(primary reference material)(校准物)和二级参考物质(secondary reference material)(校准物)。一级参考物质是具有最高计量学特性的参考物质,其值由一级参考测量程序确定。一级参考物质是测量单位的具体体现,一般是高度纯化的被分析物,用

23、于校准二级参考测量程序。二级参考物质由一种或多种二级参考测量程序定值,一般是与实际临床样品基质相似的物质。显然,二级参考物质是临床检验试剂生产和使用中建立溯源性的主要角色,而一级参考物质则主要在参考实验室中使用。如上所述,一级和二级参考物质通常是有证参考物质。还有一类重要参考物质是国际约定校准物质(international conventional calibration material),它们的量值不能溯源至SI单位,但是国际约定的,因而也被广泛承认。参考测量程序,有时简称参考方法(但方法和程序有不同含义,见上文),是经过充分研究的测量程序,给出的值的测量不确定度适合其预期用途,尤其是评

24、价测量相同量的其他测量程序的正确性和鉴定参考物质方面的用途。参考测量程序可按其测量不确定度的大小分为不同级别,一级参考测量程序(pri maryreference measurement procedure)是具有最高计量学特性的参考测量程序,其操作可被完全描述和理解,所有的不确定度可用国际单位制(SI)单位表示,结果不用参考被测量的测量标准而被接受。一级参考测量程序须基于特异、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程序的测量原理有同位素稀释/质谱(I D/MS)、库仑法、重量法、滴定法和依数性(如凝固点降低)测量等,故这些测量原理也称为一级测量原理。

25、一级参考测量程序主要由国家计量机构和某些参考实验室建立和维持,在临床检验领域发挥主要作用的是参考二级测量程序(secondary reference measurement procedure),实际上一般提到的“参考方法”在多数情况下指的是二级参考测量程序。它们被称作“二级”,只是计量学上的分级,因需一级参考物质校准。“二级”并不意味着性能低于“一级”,相反它们是高度特异、精密,适合于复杂生物样品分析的方法,而一级参考测量程序在不少情况下只适合于一级参考物质(纯物质)的鉴定,不适合生物基质样品的分析。与参考物质类似,也有一类国际约定参考测量程序(international conventio

26、nal referencemeasurement procedure),它们得出的结果不能溯源至SI单位,但被广泛承认。在有的国家,将高度准确的、经充分论证的参考测量程序称为决定方法(definitive method),它们都是采用I D/MS分析原理(一级测量原理)的方法,故有时也称为一级参考方法。在有的国家的临床检验标准化中,还有一类起参考方法作用的方法,称为指定比较方法(designated comparison method,DCM),主要用于尚无公认参考方法或参考方法过于复杂的检验指标的标准化,应用DCM的目的是提高检验结果的可比性,虽然保证准确性是实现可比性的最有效的手段,但有些

27、检验指标的测量目前还无法实现真正意义的准确(可溯源至SI单位)。参考测量实验室,可简称为参考实验室,是运行参考测量程序、提供有给定不确定度的测量结果的实验室。参考实验室有很高的技术和管理要求,往往需要通过特定的程序才能成为参考实验室。对于同一检验指标,参考实验室最好形成国际网络,并定期进行测量比对,以保证参考测量的有效性。目前国际上有参考实验室网络的检验指标有胆固醇、酶催化活性、糖化血红蛋白等。八、互通性和基质效应、影响量、分析干扰和分析特异性互通性(commutability),或称互换性、替换性等,是参考物质的重要属性,指用不同测量程序测量该物质时,各测量程序所得的测量结果之间的数字关系,

28、与用这些测量程序测量实际临床样品时测量结果的数字关系的一致程度。可见互通性是指参考物质物学理化性质与实际临床样品的接近程度。造成互通性问题的原因是制备参考物质时,出于调整浓度、便于贮存和运输等目的,对原料所进行的成分调整(如添加外源性的替代被测物等)和加工(如冻干等)。包括我国在内的有些国家过去常用“基质效应”一词描述上述参考物质与新鲜样品的性质差异,但近年ISO标准中用互通性表示参考物质与病人样品的性质接近程度,对基质效应(matrix effect)的定义则是,被测541中华检验医学杂志2005年2月第28卷第2期 Chin J LabMed,February 2005,Vol 28,No

29、12 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.量以外的某种样品特性对测量因而对被测量的值的影响,如用火焰发射分光光度法测量人血浆钙离子物质量浓度时,样品中的磷酸盐浓度和样品黏度可能会影响测量结果。一种明确的基质效应的起因是一种影响量(influence quantity),即被测量外的影响测量的量。影响量的作用有两种情况,一种是影响量本身不产生测量信号,但它增大或减小被测量的测量值,如血清中的还原性物质可能会降低利用Trinder反应的胆固醇酶法测定的结果,这种作用称为分析干扰(analytica

30、l interference),造成分析干扰的物质称分析干扰物(analytical interferent);另一种情况是影响量本身产生测量信号,如上述胆固醇测定中非胆固醇甾醇可能会使胆固醇测定结果升高,这种作用是由测量程序的非特异性(unspecificity)造成的。测量程序的分析特异性(analytical specificity)是指它只测定旨在测定的可测量的量的能力。可见“基质效应”描述的主要是非特异性和干扰易感性问题。九、准确度、正确度、精密度准确度(accuracy)和精密度(precision)是常用术语,但近年ISO对准确度重新定义,并提出一个新的术语“正确度”(truen

31、ess)。它们的定义如下。准确度是一次测量的结果与被测量真值的接近程度,而正确度,也有人译作真实度,是大量测量的均值与真值的接近程度,精密度是在规定条件下获得的独立测量结果之间的接近程度。可见准确度涵盖正确度和精密度,即正确又精密的结果才是准确的,而过去则用准确度表示现在的正确度概念。上述三个概念都不能用数字表示其优劣,只能用“良好”、“不足”等词汇描述。可以用数字表示的是其反义概念,如用偏差(bias)(均值与真值之差)表示不正确度,用标准差(s)或变异系数(CV)表示不精密度;不准确度的数字表达是不确定度。还值得一提的是,精密度按条件不同可进一步分为重复性(repeatability)、中

32、间精密度(intermediate precision)和重现性(reproducibility)。重复性是指在相同条件(时间、校准、操作者、仪器等)下获得的精密度,即所谓的批内精密度;中间精密度是指在一种或几种条件因素发生变化,但在同一实验室内获得的精密度;重现性则是在不同实验室、不同条件下获得的精密度,故又称实验室间精密度。十、结语本文着重介绍与临床检验量值溯源有关的术语与概念,未介绍临床检验领域的其他词汇,后者我国卫生标准委员会正在起草有关行业标准。本文介绍的术语有些是临床检验领域不常使用的计量学术语,有些已有些应用,但概念尚欠明确。本文将有关术语按意义分组,介绍其定义的同时,尽量用临床

33、检验的语言进行说明,旨在提供信息,说明概念,以便于临床检验工作者理解近年的有关国际标准和科技文献,逐步开展量值溯源工作。本文内容主要来源于国际标准和文献,翻译和理解错误或不准确之处,恳请批评指正。参考文献1InternationalOrganization for Standardization.In Vitro Diagnostic Medical Devices2Measurement of Quantities in Samples of Biological Origin2Metrological Traceability ofValuesAssigned to Calibrators

34、 and ControlMaterials.ISO 17511,2003.2InternationalOrganization for Standardization.In Vitro Diagnostic Medical Devices2Measurement of Quantities in Samples of Biological Origin2Metrological Traceability ofValues Catalytic Concentration of EnzymesAssigned to Calibrators and ControlMaterials.ISO 1815

35、3,2003.3InternationalOrganization for Standardization.In Vitro Diagnostic Medical Devices2Measurement of Quantities in Samples of Biological Origin2Presentation of ReferenceMeasurement Procedures.ISO 15193,2003.4InternationalOrganization for Standardization.In Vitro Diagnostic Medical Devices2Measur

36、ement of Quantities in Samples of Biological Origin2Description of ReferenceMaterials.ISO 15194,2003.5InternationalOrganization for Standardization.Clinical Laboratory Medicine2Requirements for Reference Measurement Laboratories.ISO 15195,2003.6InternationalOrganization for Standardization.General R

37、equirements for the Competence of Testing and Calibration Laboratories.ISO 17025,1999.7InternationalOrganization for Standardization.MedicalLaboratories2Particular Requirements forQuality and Competence.ISO 15189,2003.8 Dybkaer R.Vocabulary for use in measurement procedures and description of reference materials in laboratory medicine.Eur J Clin Chem ClinBiochem,1997,35:1412173.9国家质量技术监督局.通用计量术语及定义.中华人民共和国国家计量技术规范.JJF 100121998.(收稿日期:2004212210)(本文编辑:张莉)641中华检验医学杂志2005年2月第28卷第2期 Chin J LabMed,February 2005,Vol 28,No12 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.