临床检验的量值溯源问题

临床检验的量值溯源问题

一、引言

近年来，临床检验的量值溯源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。对临床实验室检验来说，作为国际实验室认可依据的ISO/IEC 17025 “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可能还不太熟悉，本文介绍临床检验量值溯源的基本概念、现状及有关问题。

二、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参考标准联系起来，给定的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。不确定度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，代表可能可合理地赋予被测量的值的分散性。不确定度评定有A、B两类，A类评定基于测量结果，B类则基于经验或其它信息的概率分布，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ISO 17511[2]描述的溯源图。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，它须是基于特异、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中其它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。从计量学角度上讲，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。

图1 ISO 17511临床检验校准物质定值的溯源图

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图2 美国国家标准与技术研究所(NIST)量值溯源图

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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 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 17511中的二级参考测量过程。如前述，ISO 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它质量保证工作中的主要角色。

三、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，包括电解质类物质(如钾、钠、氯、镁、钙、锂离子等)、代谢物类物质(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个即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参考物质)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 17511的垂直标准ISO 18153 专门讨论酶催化浓度的量值溯源问题，规定SI导出单位(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、g-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。

四、常规测量过程的特异性和参考物质的互换性问题

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换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位点，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它物质，其特异性问题则更为严重。在这种情况下，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换性，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，但出于对被测物质浓度的要求、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，这种差异有时称基质效应，更确切的描述是缺乏互换性。缺乏互换性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，它是用同组均值评价检验质量主要原因，而这种评价方式在不少情况下不能反映真正的检验质量，允许了错误的存在。值得指出的是，互换性问题的存在，不应是参考物质单方面的原因，认识和解决互换性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，某些参考物质对于某些常规测量过程缺乏互换性，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的互换性，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。若存在互换性问题，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它质量问题(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。

五、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，会发现参考系统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、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互换性问题，用冰冻血清作二级参考物质进行量值传递。鉴于用新鲜血清进行量值传递是最有效的方式，CDC又于80年代末建立胆固醇参考实验室网络(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。

图3 美国胆固醇参考系统

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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对于某些检验项目可能存在互换性问题、常规方法日新月异、缺乏其它有效的评价方法等原因，室间质评计划多用同方法组均值评价检验质量。应该说此法在发现质量问题和提高检验质量方面发挥了重要作用，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。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。即便由于互换性问题，一时不宜直接用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CAP 60年代初建立临床标准实验室，该室后来移至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更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治有关，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性，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质（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。

六、我国临床检验参考系统现状

我国临床检验量值溯源基础结构建设处于初始阶段。目前唯一具有比较完整参考系统的检验项目是胆固醇，该参考系统由卫生部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）、卫生部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 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、血液学指标等的标准化问题。

七、结语

量值溯源作为提高检验质量的重要手段，已受到越来越广泛的重视，检验结果的溯源性将可能成为检验试剂生产和临床实验室检验中的重要质量指标。开展量值溯源工作需要参考系统。我国临床检验参考系统还很不完善，根据临床需要，建立必要的临床检验参考系统，加强有关国际合作，应成为我国检验医学和计量学工作者的重要课题。值得指出的是，临床检验量值溯源的中心目的是提高和保证临床诊断与治疗的有效性，鉴于建立参考系统是一项昂贵的工作，故开展此项工作应有合理的针对性，不应为溯源而溯源。另外，量值溯源也不是万能的，还有其他影响检验质量的因素，如各种分析前误差、方法本身（原理、试剂组成等）存在严重质量问题、各种人为失误等。