临床实验室对厂家声明的精密度和真实度的性能验证要求

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王薇, 王治国, 李少男. 临床实验室对厂家声明的精密度和真实度的性能验证要求[J].检验医学, 2015,25(12): 1001-1005
[J]. Labratory Medicine, 2015,25(12): 1001-1005 复制到剪切板

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《检验医学》编辑部

临床实验室对厂家声明的精密度和真实度的性能验证要求

王薇, 王治国, 李少男

卫生部北京医院卫生部临床检验中心,北京 100730

作者简介:王薇,女,1973年生,学士,主管技师,主要从事临床检验质量控制方法研究。

摘要

关键词: 精密度; 重复性; 真实度; 偏倚; 性能验证

中图分类号:R195.1 文献标志码:A 文章编号:1673-8640(2010)12-1001-05

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美国临床和实验室标准化协会(CLSI)EP15-A2“ 精密度和真实度性能的用户验证” 指南^[1]的用途是实验室验证方法的操作与厂家的声明一致。其他的CLSI文件为厂家做出精密度(EP5)^[2]和真实度(EP9)^[3]的声明提供指南。EP15为验证重复性、实验室内精密度和真实度的厂家声明提供方案和数据分析。

我们依据CLSI EP15-A2文件描述实验室验证厂家声明的方案和数据分析。

CLSI EP15-A2文件描述了3种方案:第1种是精密度, 基于5 d, 每天分析3份重复控制样本; 第2种是真实度, 基于分析20份患者; 第3种是真实度, 基于分析至少2份具有指定值的参考物质。

一、EP15-A2精密度方案

规定熟悉时期学习分析系统的适当操作, 包括校准、维护程序和监测程序(质量控制)。选择的控制物应具有的浓度水平接近医学决定性点。用于声明验证的控制物应选择具有的浓度接近于医学决定点, 及接近于厂家进行其精密度声明试验所具有的浓度。检测方案如下:(1) 5 d, 每天分析1批, 每日2个浓度水平, 每一水平上同一样本重复测定3次; (2)如果因为质量控制程序或操作困难判断一批为失控, 剔除数据, 并执行额外的批; (3)包括正常地使用每日质量控制样本; (4)真实度试验样本可在同一批内进行检测; (5)操作者按照厂家说明书规定进行校准, 如果厂家指出在其声明中的精密度数据是在多个校准周期下产生的, 则操作者在实验期间应选择重新校准。

EP15-A2文件批内标准差(S_r)、批间方差( $\begin{matrix} S_{b}^{2} \end{matrix}$ )、实验室内标准差(S_l)及自由度(T)的精密度计算公式如下:

S_r= $\begin{matrix} \sqrt[]{\frac{\overset{D}{\sum_{d = 1}} \overset{n}{\sum_{i = 1}} (x_{di} - {\dot{x}}_{d})^{2}}{D (n - 1)}} \end{matrix}$ (公式1)

$\begin{matrix} S_{b}^{2} \end{matrix}$ = $\begin{matrix} \frac{\overset{D}{\sum_{d = 1}} ({\overset{̅}{x}}_{d} {- \overset{̅}{x})}^{2}}{D - 1} \end{matrix}$ (公式2)

S_l= $\begin{matrix} \sqrt[]{\frac{n - 1}{n} \cdot S_{r}^{2} + S_{b}^{2}} \end{matrix}$ (公式3)

T= $\begin{matrix} \frac{[(n - 1) \cdot S_{r}^{2} + (n \cdot S_{b}^{2} {)]}^{2}}{(\frac{n - 1}{D}) \cdot S_{r}^{4} + (\frac{n^{2} \cdot (S_{b}^{2})^{2}}{D - 1)}} \end{matrix}$ (公式4)

式中 D 是天数, n 是每日重复次数, x_di是d天i次重复结果, $\begin{matrix} {\overset{̅}{x}}_{d} \end{matrix}$ 是d天所有结果的均值, $\begin{matrix} \dot{x} \end{matrix}$ 是所有结果的均值。

二、EP15-A2文件数据计算

EP15-A2文件提供重复性(S_r)和实验室内精密度(S_l)估计。

可以用电子表格执行EP15-A2文件的这些计算。图1显示了EP15-A2文件数据计算实例, 其也描述了如何使用Excel电子表格软件进行这些计算。为了计算方便, 5 d中, 对于每一天采用在一行中输入3次重复结果。每一天的均值和标准差使用Excel中的“ AVERAGE” 和“ STDEV” 函数进行计算。最后一列(G)显示批方差, 从前一列(F)的批标准差平方获得。

根据上述信息, 按照如下的步骤可以计算重复性和实验室内精密度的估计值。(1)对单元E5到单元E9数据通过使用Excel中的“ AVERAGE” 函数获得总均值(图1中的总均值为141.333); (2)对于单元G5到单元D9数据使用“ AVERAGE” 函数, 获得平均批内方差(图1中为0.400); (3)使用Excel中的“ SQRT” 函数对单元E12平均批内方差取平方根得出批内标准差(图1中为0.632); (4)对于单元E5至E9数据使用“ STDEV” 函数计算批间标准差(图1中为2.147); (5)对上述值进行平方计算批内方差(图1中为4.611); (6)计算批内与批间方差的比值, 即批内方差/批间方差(图1中为0.087); (7)由批内和批间的方差计算总方差, 即批内方差× 因子(n-1)/n+批间方差(其中n为单元B2中输入的重复次数, 图1中为4.878); (8)对总方差值(单元E17)使用平方根计算实验室标准差(图1中为2.209); (9)计算实验室内变异系数(CV), CV(%)=实验室标准差/总均值× 100%。

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	图1 使用Excel计算实验室CV

EP15-A2文件建议通过计算“ 验证值” 来验证厂家提供的精密度声明的上限。如果实验室观测的标准差低于这一验证值, 则已证实满足厂家的声明要求。这一验证值依赖于重复次数(n)、天数(D)、批内方差( $\begin{matrix} S_{r}^{2} \end{matrix}$ )和批间方差( $\begin{matrix} S_{b}^{2} \end{matrix}$ )。程序计算参数称为T, 即“ 有效自由度” , 从卡方表(来自EP15-A2文件表1)^[1]查临界值(C), 然后计算厂家精密度声明的验证值:验证值=S_claim× C¹^/²/T¹^/²。具体步骤如下。

首先根据公式4计算T值。这一计算过程复杂, 很难在Excel电子表格单一单元格中完成。因此, 其在Excel电子表格中的逐步计算过程见图2。

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	图2 T值计算过程

图2显示了T值计算的实例以及阐述获得的T值范围依赖于批内和批间方差的相对大小。图2中V_r表示批内方差( $\begin{matrix} S_{r}^{2} \end{matrix}$ ), V_b表示批间方差( $\begin{matrix} S_{b}^{2} \end{matrix}$ )。本实例给出的T值为4.47。注值的范围可从D-1或4到n× D-1或14, 如图2中C、D和E列的额外的计算。如果批内方差< 批间方差, 则T值将是低的。

一旦已确定T值, C值可在“ 选择水平个数卡方分布选择百分点提供5%假失控率” 表中查询(来自EP15-A2文件表1)^[1]。对于本实例数据, 假定2个水平的控制物, T=4.47。输入自由度为4(4行)和2水平控制物(B列), 其C值为11.14。

有了T值和C值的信息, 对于厂家声明的精密度(S_claim)可计算出验证值。

对于本实例, 厂家声明的实验室内精密度是2.00。假定C=11.14、T=4.47, 其平方根分别为3.34和2.11, 计算的验证值为3.16。实验室内精密度为2.21, < 验证值(3.16), 实验室的数据证实满足厂家声明要求。

EP15-A2文件建议验证重复性和实验室内精密度。只验证实验室内的精密度就足够。因为在广泛的操作条件下估计值应该是达到性能的, 而且更具有代表性。

三、EP15-A2文件使用患者样本的真实度方案

由新的方法和比对方法同时检测患者样本确认新方法的性能是最常见的实践方法。假定比对方法的结果是代表准确的结果, 那么这个结果是厂家作出真实度或偏倚声明的基础。当新的方法代替以前的方法或以前的分析系统时, 这就是真实的事情。如果不是, 则必须仔细地检查厂家的声明确保实验室使用和厂家使用的比对方法在性能上保持一致。

推荐采用如下的实验方案:(1)检测20份患者样本, 其浓度水平覆盖方法的可报告范围; (2)在实验室以常规操作方式检测新鲜患者样本; (3)在3~4 d内, 每天由试验方法和比对方法在4 h内测量5~7份样本; (4)评价质量控制确保稳定的操作条件和有效的试验结果; (5)检查比较数据, 识别任何差异的结果; (6)计算配对结果之间的差值并绘制差值与比较值之间的差值图, 提供数据的图形显示; (7)将数据进行配对t检验, 计算方法之间的平均差值(偏倚)以及差值的标准差; (8)计算可信区间和/或验证限, 将观测到的偏倚与厂家的声明进行比较。

四、EP15-A2文件使用患者样本的真实度方案的数据计算

许多统计程序支持配对t检验的计算, 图3是用Excel计算真实度的步骤。

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	图3 使用Excel进行真实度计算

图3中A列作为样本的编号、B列为输入的试验结果, D列为可比对的结果。试验方法结果与比对方法结果之间的差值显示在D列。试验方法结果和比较方法结果的均值显示在各自列的底端(图3中分别为199.0和196.5)。这两者均值之间的差值为偏倚的估计值(图3中为2.50)。相同的估计值也可通过计算在D列中的差值均值获得。E列显示单个差值与方法之间偏倚的差值(Y_i-X_i-B)。这一列的差值提供了差值标准差(s_diff)的估计值。

对偏倚为2.50计算的可信区间为:上限 = Bias+t_crit× s_diff/N¹^/²; 下限=Bias-t_crit× s_diff/N¹^/²。其中用于本实例计算的偏倚为2.50, 自由度为N-1=19, P=0.01的t临界值(t_crit)为2.861^[4], 计算的s_diff为4.33, EP15-A2文件中的n为20。图3中的上限为5.27、下限为-0.27。

如果厂家声明的偏倚为2.00, 以相同的方式可计算厂家声明的验证限, 图3中算出的验证限为4.77~-0.77, 给定的偏倚2.50落在验证限之中, 这些数据证明偏倚满足厂家声明要求。

五、EP15-A2使用参考物质的真实度方案

EP15-A2提供方法真实度验证的第2种方法为分析具有指定值的参考物质。这样的物质必须经过临床方法和分析系统的分析, 基于其已知的适用性进行选择。推荐的物质包括:(1)从美国国家标准和技术研究院(NIST)可获得某些分析物的有证参考物质(CRM); (2)室间质量评价计划中具有指定值的参考物质; (3)厂家具有指定值的物质; (4)室间质量评价(EQA)计划中的物质; (5)由几家实验室分析具有指定值来自第三方销售商的物质; (6)制备的已知浓度的标准物质。

EP15-A2文件推荐至少选择2个物质代表方法可报告范围中高和低的决定性浓度。应根据厂家说明书制备物质, 在3~5 d内每批进行2次重复, 然后计算均值、标准差及可信区间, 以帮助验证指定值。

在EP15-A2文件中可获得数据计算的实例见图4。

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	图4 EP15使用参考物质的真实度Excel电子表格计算形式

用Excel中的“ AVERAGE” 和“ STDEV” 函数计算均值和标准差, 然后利用10次测量值计算均值的标准误。查自由度为N-1及P=0.010的临界t值表^[4], t值为3.25。计算的95%可信区间为36.7~38.7, 并没有包括指定值40.0, 因此由这些实验数据不能证实真实度。

EP15-A2文件推荐通过结合执行实验测量不确定度与方差( $\begin{matrix} S_{a}^{2} \end{matrix}$ )考虑指定值的不确定度。这可通过两方差相加完成, 然后取合成方差的平方根。当验证限稍大于可信区间时, 对于评价观测性能是否证实方法的真实度, 可信区间一般是适当的。在EP15-A2文件实例中, 指定值的不确定度被规定为0.15。当与实验不确定度合成时, 标准差为0.33, 扩展的标准不确定度从0.30到0.33。因此验证限仅稍微宽于可信区间, 即36.61到38.79、36.73到38.68。再一次的解释就是通过这些实验数据没能证实真实度。

六、总结

EP15-A2文件很可能成为美国临床实验室验证厂家声明的精密度和真实度的标准化实践方法。对于这种方案提供可靠的声明的验证, 必须执行适当的计算^[5]。精密度计算要比每一天对每一材料收集1次测量值的简单重复实验要复杂。越短的时间要求每一天进行多次重复测量, 紧接着要求适当地将批内方差与批间方差进行合成提供可靠的实验室内精密度的估计值。患者样本的真实度方案更为传统性, 使用配对t检验统计量和差值图。然而, 使用指定值参考样本的真实度方案将要求一些仔细的思考, 以及新的测量不确定度概念的理解。那就是理解国际标准化组织真实度和不确定度概念的方向, 以及融入到描述测量程序性能特征的全球的实践中。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

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[1]	Clinical and Laboratory Stand ards Institute. User veri-fication of performance for precision and trueness: approved guideline-second edition[S]. EP15-A2(e), CLSI , 2005. [本文引用:3]
[2]	Clinical and Laboratory Stand ards Institute. Method comparison and bias estimation using patient samples[S]. EP9-A2, CLSI, 2002. [本文引用:1]
[3]	Clinical and Laboratory Stand ards Institute. Evaluation of precision performance of quantitative measurement methods[S]. EP5-A2, CLSI, 2004. [本文引用:1]
[4]	孙振球. 医学统计学[M]. 北京: 人民卫生出版社, 2002: 521. [本文引用:2]
[5]	王治国. 临床检验方法确认与性能验证[M]. 北京: 人民卫生出版社, 2009: 289. [本文引用:1]