體外診斷醫(yī)療器械的計(jì)量學(xué)溯源性探討

楊波 付強(qiáng) 張芷菁

(1.上海速創(chuàng)診斷產(chǎn)品有限公司，上海 201318；2.上海市醫(yī)療器械檢測所，上海 201318)

體外診斷醫(yī)療器械，單獨(dú)或組合使用，用于人體標(biāo)本體外檢驗(yàn)，主要以提供診斷、監(jiān)測或相容性信息為目的，包括試劑、校準(zhǔn)物、控制物質(zhì)、樣品容器、軟件和相關(guān)的儀器裝置或其他物品[1]。

隨著體外診斷理念、技術(shù)不斷革新，以及患者、操作者、管理者和監(jiān)管者對體外診斷要求不斷升級(jí)，體外診斷醫(yī)療器械檢測項(xiàng)目越來越多，具體檢測原理、技術(shù)路線、實(shí)現(xiàn)方法也各不相同，使得體外診斷醫(yī)療器械的計(jì)量學(xué)溯源變得相對復(fù)雜，甚至?xí)霈F(xiàn)理解偏差。溯源概念廣泛，為描述方便，文中所提溯源僅指計(jì)量學(xué)溯源。在實(shí)際工作中，制造商、檢驗(yàn)部門、注冊審評(píng)及監(jiān)管部門，不同人員對體外診斷醫(yī)療器械的計(jì)量學(xué)溯源性的理解有所不同，導(dǎo)致溝通難度加大，溝通成本增加，給器械的研發(fā)、注冊、監(jiān)管帶來諸多不便。因此，在體外診斷醫(yī)療器械的計(jì)量學(xué)溯源性方面進(jìn)行分析和討論具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義[2,3]。

1 溯源的標(biāo)準(zhǔn)解讀

體外診斷醫(yī)療器械的計(jì)量學(xué)溯源性，我國執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 21415-2008/ISO 17511:2003《體外診斷醫(yī)療器械 生物樣品中量的測量 校準(zhǔn)品和控制物質(zhì)賦值的計(jì)量學(xué)溯源性》[4]（以下簡稱標(biāo)準(zhǔn)）。

1.1 對計(jì)量學(xué)溯源的“系統(tǒng)”理解

對于體外診斷醫(yī)療器械，所用的試劑、儀器、校準(zhǔn)品、軟件及相關(guān)流程規(guī)定共同構(gòu)成一個(gè)完整的測量系統(tǒng)，缺少其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)都可能得不到正確測量值，因此單獨(dú)的試劑、儀器均不具有計(jì)量學(xué)溯源性。標(biāo)準(zhǔn)中近20 次提到“測量系統(tǒng)”一詞，強(qiáng)調(diào)了要從系統(tǒng)的角度來理解標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，無需試劑的診斷儀器也是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)[5]。

1.2 計(jì)量學(xué)溯源過程中的兩條“鏈”

測量的實(shí)現(xiàn)，特別是定量測量均需對所用診斷器械進(jìn)行校準(zhǔn)，即在規(guī)定條件下將測量系統(tǒng)的量值與對應(yīng)的由測量標(biāo)準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的量值建立關(guān)系。測量標(biāo)準(zhǔn)包括參考測量程序及校準(zhǔn)品，高一級(jí)的校準(zhǔn)品對測量程序進(jìn)行校準(zhǔn)，測量程序?qū)ο乱患?jí)校準(zhǔn)品賦值。校準(zhǔn)品的等級(jí)可分一級(jí)校準(zhǔn)品、二級(jí)校準(zhǔn)品、制造商工作校準(zhǔn)品、制造商產(chǎn)品校準(zhǔn)品。自上而下比較，形成一條校準(zhǔn)鏈。

制造商計(jì)量學(xué)溯源鏈?zhǔn)加谥圃焐趟a(chǎn)的校準(zhǔn)品的值，止于制造商所使用的計(jì)量上最高參考標(biāo)準(zhǔn)，是自下而上的一條溯源鏈。

兩條鏈均不可間斷，順序互逆，形成一個(gè)完整的閉環(huán)。若兩條鏈最終不封閉或中間出現(xiàn)分叉，計(jì)量學(xué)溯源就有問題，可能出現(xiàn)不必要的非預(yù)期用途的溯源[6]。

1.3 計(jì)量學(xué)溯源性的三要素

標(biāo)準(zhǔn)對計(jì)量學(xué)溯源性定義為：通過一條具有規(guī)定不確定度的、不間斷的比較鏈，使測量結(jié)果或測量標(biāo)準(zhǔn)的值能夠與規(guī)定的參考標(biāo)準(zhǔn)，通常是與國家標(biāo)準(zhǔn)或國際標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)系起來的特性。從定義看，計(jì)量學(xué)溯源的要素有三個(gè)：（1）對象是測量結(jié)果或測量標(biāo)準(zhǔn)的值；（2）目標(biāo)是參考標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)先采用國家標(biāo)準(zhǔn)或國際標(biāo)準(zhǔn)；（3）方法是比較鏈，其特征是不間斷。

1.4 溯源性的適用條件

標(biāo)準(zhǔn)在引言、范圍及原理部分多次闡述了建立計(jì)量學(xué)溯源性的目的，是為了使檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)量的測量得到正確的醫(yī)學(xué)應(yīng)用，不論何時(shí)何地都具有可比性，其溯源要求：（1）“量必須明確定義”，且需要“根據(jù)測量結(jié)果在醫(yī)學(xué)決定中的預(yù)期用途定義”，“各水平上的量應(yīng)相同”。只有明確且相同的量才具有可比性，才可以計(jì)量溯源。（2）與測量正確度相關(guān)。只有涉及到測量正確性才需要計(jì)量溯源，只涉及精密度的不需要溯源。標(biāo)準(zhǔn)的范圍部分明確說明，“沒有賦值及只用于評(píng)價(jià)一個(gè)測量程序精密度的控制物質(zhì)”，“無量級(jí)的特性”，“用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部質(zhì)量控制的物質(zhì)”均無溯源性要求。

1.5 精密度在計(jì)量學(xué)溯源過程中的重要性

計(jì)量學(xué)溯源是以追求測量值準(zhǔn)確具有可比性為目的，但測量精密性在計(jì)量學(xué)溯源中占據(jù)十分重要位置。精密性包括重復(fù)性和重現(xiàn)性兩方面。若器械的精密性不好，則同一樣品的最終測量值不穩(wěn)定，其檢測結(jié)果必定不準(zhǔn)確，計(jì)量學(xué)溯源只是紙上談兵。

1.6 溯源鏈建立的時(shí)機(jī)

標(biāo)準(zhǔn)說明，計(jì)量學(xué)溯源，“應(yīng)是使經(jīng)校準(zhǔn)的常規(guī)測量程序所得的結(jié)果，按現(xiàn)有校準(zhǔn)等級(jí)最高水平所得值表示。應(yīng)在開始進(jìn)行最終測量前建立計(jì)量學(xué)溯源鏈”。

測量系統(tǒng)進(jìn)行測量時(shí)可能涉及一些中間量，它們沒有經(jīng)過校準(zhǔn)，沒有引入準(zhǔn)確性概念，對它們溯源是沒有意義的。只有經(jīng)校準(zhǔn)后的最終測量結(jié)果才需要溯源。

2 體外診斷醫(yī)療器械測量過程中的量與計(jì)量學(xué)溯源

體外診斷醫(yī)療器械分類多、范圍廣，以下討論僅限于需要提供被測量量值的器械。以測量被測量濃度的器械為例，整個(gè)測量系統(tǒng)通常包括試劑、相關(guān)校準(zhǔn)品、儀器、軟件及相關(guān)流程規(guī)定。

人體樣本中特定物質(zhì)濃度測定，通常需要通過一定方法按規(guī)定流程將樣本中的待測物質(zhì)信息轉(zhuǎn)化為可直接測量的電、光、磁等物理信號(hào)，然后通過特定方法測量出這些物理信號(hào)（以下稱直接量）。接著，儀器根據(jù)測量原理將直接量進(jìn)行處理轉(zhuǎn)化成中間量。最后，儀器將中間量根據(jù)校準(zhǔn)參數(shù)計(jì)算出最終量，即樣本中待測物質(zhì)的濃度值。以已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)品為樣本在對應(yīng)的儀器與試劑平臺(tái)上測量出中間量，再通過數(shù)值分析計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)品濃度與對應(yīng)中間量之間相互關(guān)系的一組參數(shù)，這個(gè)過程稱為校準(zhǔn)，獲得的參數(shù)為校準(zhǔn)參數(shù)。校準(zhǔn)是標(biāo)準(zhǔn)品、試劑與儀器共同完成的。

常見的生化類產(chǎn)品，直接量是光的強(qiáng)度，中間量是吸光度，最終量就是特定物質(zhì)的濃度。直接量是儀器信號(hào)探測器直接檢測出的量，檢測范圍由儀器硬件固件直接決定的；中間量是儀器進(jìn)行計(jì)算出來的，可以是一個(gè)比較量，通常可以消除直接量的一些不穩(wěn)定性因素，提高測量的精密度；最終量是通過校準(zhǔn)參數(shù)由中間量計(jì)算來的，是需要報(bào)告給用戶的結(jié)果，其準(zhǔn)確性尤其重要。

直接量是試劑與儀器最重要的接口，儀器一旦定型，其直接量的測量范圍就基本固定，后期的試劑產(chǎn)品應(yīng)在原料配比上調(diào)整，使試劑產(chǎn)生的直接量的可能范圍均在儀器可測范圍內(nèi)，以保證信號(hào)的可測性。儀器通過硬件或軟件對直接量做一些如濾波等方面的處理，減少偶然誤差的影響。直接量一般沒有特定的量綱，是探測器經(jīng)濾波、放大與模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，表示信號(hào)的強(qiáng)弱。

中間量是根據(jù)測量原理和方法以及消除不穩(wěn)定因素后由直接量計(jì)算出來的。生化產(chǎn)品中的吸光度，就是由入射光強(qiáng)與透射光強(qiáng)之比求常用對數(shù)得來的。以金標(biāo)、免疫熒光為基礎(chǔ)的免疫層析產(chǎn)品，通常以測試區(qū)與控制區(qū)的信號(hào)比值（稱T/C 值）作為中間量。這種比例的處理，可有效地消除儀器內(nèi)部電源、光源等漂移及環(huán)境因素的影響，降低測量系統(tǒng)對直接量臺(tái)間差（批間差）的要求，大幅提高最終測試值的精密度。有些特定產(chǎn)品，也可對直接量未做處理就將其作為中間量。多數(shù)中間量仍然沒有明確量綱。

對于測量系統(tǒng)中的儀器而言，直接量主要決定的是系統(tǒng)的測量范圍和靈敏度問題，中間量主要解決的是測量精密度的問題。從中間量到最終量的校準(zhǔn)過程，主要解決的是準(zhǔn)確度的問題。在正常的測量范圍內(nèi)，儀器只要保證相同的測量物不論何時(shí)何地測出的中間量值基本一致，經(jīng)正確的校準(zhǔn)參數(shù)計(jì)算出的最終量就基本相同，就可以保證測量準(zhǔn)確性。因此，對儀器最關(guān)注的通常是中間量的精密度，對直接量與中間量的絕對數(shù)值并不特別關(guān)注，只需注意直接量在儀器的測試范圍內(nèi)即可。最終量的準(zhǔn)確性由校準(zhǔn)過程來保證。

值得注意的是校準(zhǔn)形式不同，對儀器的性能要求會(huì)不一致。在應(yīng)用現(xiàn)場對儀器和某批試劑進(jìn)行的現(xiàn)場校準(zhǔn)，被校準(zhǔn)的儀器與測量儀器是同一臺(tái)，對儀器中間量的臺(tái)間差要求就不高；而制造商在公司內(nèi)部某一臺(tái)（或幾臺(tái)）參考儀器上用某批試劑進(jìn)行校準(zhǔn)獲取校準(zhǔn)參數(shù)，在應(yīng)用現(xiàn)場輸入校準(zhǔn)參數(shù)的校準(zhǔn)方式，對儀器中間量的臺(tái)間差要求就相對較高，就一定要控制儀器中間量的臺(tái)間差問題。臺(tái)間差是一個(gè)精密度問題，可以參照試劑的批間精密度來理解[7]。

3 體外診斷醫(yī)療器械計(jì)量學(xué)溯源性常見的誤解

3.1 非系統(tǒng)性的溯源性表達(dá)

體外診斷醫(yī)療器械的試劑與儀器，專業(yè)領(lǐng)域跨度較大，一般由不同部門甚至不同公司研發(fā)生產(chǎn)，容易產(chǎn)生試劑與儀器獨(dú)立溯源的要求與誤解。單獨(dú)的試劑不能顯示具體的量值，是無法獨(dú)立溯源的。獨(dú)立定量測量的儀器可以計(jì)量學(xué)溯源；但必須與試劑共同完成測量的儀器，沒有試劑參與也不能獲得臨床測量結(jié)果，不具有獨(dú)立溯源性。必須配合使用的儀器與試劑是一個(gè)不可分割的測量系統(tǒng)，要求各自獨(dú)立進(jìn)行計(jì)量學(xué)溯源是不科學(xué)的。必須以完整的測量系統(tǒng)為前提來研究計(jì)量學(xué)溯源。

3.2 對體外診斷儀器錯(cuò)誤的溯源性要求

單獨(dú)試劑不可能出示值，而儀器可能用參考物質(zhì)進(jìn)行測量，從質(zhì)量控制角度希望對儀器能獨(dú)立質(zhì)量管控，因此要求儀器進(jìn)行獨(dú)立的計(jì)量學(xué)溯源性管控。常見的提議有兩種：（1）如計(jì)量參考物質(zhì)的發(fā)光值，儀器測量發(fā)光值進(jìn)行準(zhǔn)確性比較；（2）計(jì)量參考物質(zhì)的濃度，儀器測量參考物質(zhì)濃度進(jìn)行準(zhǔn)確性比較。

第一種情況一般從技術(shù)上較難實(shí)現(xiàn)。直接量中間量通常沒有量綱，多數(shù)沒有通用的測量程序，不同儀器對同一物質(zhì)的測量結(jié)果很難達(dá)到數(shù)量上的一致。如熒光測量，相同體積、相同濃度的熒光物溶液，仍需要嚴(yán)格控制幾十個(gè)細(xì)節(jié)因素基本一致才可達(dá)到最后的測量熒光數(shù)值相近，涉及儀器的電子、機(jī)械、光學(xué)、固件等眾多因素，還需要容器材料、形狀、大小完全一致。因此進(jìn)行某物質(zhì)熒光值的計(jì)量在目前是不科學(xué)的理想化要求，不能實(shí)現(xiàn)。也有特殊的如吸光度，它是入射光強(qiáng)與透射光強(qiáng)之比求得的，只需控制光的波長、待測物及其厚度（俗稱光徑）即可獲取一致的數(shù)值，可以第三方賦值以控制儀器讀數(shù)的臺(tái)間差，但不是儀器預(yù)期用途的計(jì)量溯源。

第二種情況會(huì)出現(xiàn)校準(zhǔn)鏈與溯源鏈的分叉或不閉合。儀器測量參考物質(zhì)得到數(shù)據(jù)仍然先是直接量與中間量值，需要顯示濃度值就必須進(jìn)行校準(zhǔn)，其校準(zhǔn)參數(shù)來自于該參考物質(zhì)的濃度標(biāo)稱值與儀器測量的中間量值。而臨床測量的校準(zhǔn)參數(shù)來自臨床檢測用的參考校準(zhǔn)品與試劑在儀器上的測量值。這完全是兩套不同的校準(zhǔn)參數(shù)與計(jì)算方法，換言之，測量系統(tǒng)成了兩個(gè)測量系統(tǒng)，出現(xiàn)了非預(yù)期用途的溯源。一個(gè)測量系統(tǒng)的計(jì)量溯源并不能說明相關(guān)的另一個(gè)測量系統(tǒng)也具有計(jì)量溯源性。

以上兩種提議，從技術(shù)實(shí)現(xiàn)上有難度，從實(shí)際意義上對體外診斷器械的溯源性沒有實(shí)質(zhì)的意義。

3.3 體外診斷醫(yī)療器械中儀器測量準(zhǔn)確性的理解

相關(guān)部門制定了有關(guān)體外診斷儀器的推薦性或強(qiáng)制性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有的對準(zhǔn)確性進(jìn)行了規(guī)定。如，YY/T 0654-2017[8]規(guī)定，儀器測定在340nm 處吸光度約為0.5 和1.0 的重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，與標(biāo)準(zhǔn)值之差不超過規(guī)定要求。該標(biāo)準(zhǔn)還特別注釋，“本文件中，所有的吸光度值均指光徑為10mm 時(shí)的值”。若某一新產(chǎn)品其光徑只有5mm，同樣的溶液，其測出的吸光度就是1.0 和2.0。若新產(chǎn)品的反應(yīng)池內(nèi)部不是近似的長方體而是異形的，測量出的吸光度還不能按光徑比例計(jì)算。也就是說，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并不強(qiáng)求儀器一定要將吸光度調(diào)整為一樣。YY/T 1533-2017[9]規(guī)定“對10-10mol/L 銪標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定，測量值與標(biāo)定值的相對偏差±5%范圍內(nèi)”，其測量值與標(biāo)定值均為熒光值。標(biāo)定值是公司用該溶液在某臺(tái)或幾臺(tái)儀器（常稱參考儀器）上測量的結(jié)果，與溶液濃度并未建立聯(lián)系。

以上情況所謂的準(zhǔn)確性規(guī)定，其實(shí)質(zhì)只是規(guī)定了相同的待測物質(zhì)，要求其在不同臺(tái)的儀器上測量的中間量值基本一致。其控制的是儀器臺(tái)間差。儀器臺(tái)間差是一個(gè)精密度的概念，類似試劑的批間差。如YY/T 1588-2018[10]，用三個(gè)不同批號(hào)的試劑盒對一定濃度的樣品各重復(fù)測定10次來計(jì)算變異系數(shù)，用精密度的概念進(jìn)行批間差控制。根據(jù)儀器的特點(diǎn)，以參考物質(zhì)的中間量的標(biāo)定值為參考，套用準(zhǔn)確度的概念進(jìn)行臺(tái)間差的控制是業(yè)內(nèi)比較通用的做法。

GB/T 19634-2005[11]，血糖監(jiān)測系統(tǒng)直接以試紙和儀器對血樣進(jìn)行檢測來規(guī)定準(zhǔn)確性。這是對整個(gè)測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性進(jìn)行控制，具有醫(yī)學(xué)診斷計(jì)量溯源意義。

還有一些儀器的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)根本未作準(zhǔn)確性規(guī)定，如YY/T 1304.1-2015[12]、YY/T 1155-2009[13]。前文提到一些儀器是現(xiàn)場校準(zhǔn)的，校準(zhǔn)與樣品測量均在同一臺(tái)儀器上完成，因此對中間量的臺(tái)間差要求不高。若能保證直接量在儀器測量線性范圍內(nèi)，現(xiàn)場校準(zhǔn)完全可保證最終測量值的準(zhǔn)確性。

4 討論

體外診斷醫(yī)療器械與患者的健康密切相關(guān)，從研發(fā)、生產(chǎn)、售后、注冊、監(jiān)管等多環(huán)節(jié)均應(yīng)高度重視其測量結(jié)果的準(zhǔn)確性[14]。首先要求制造商從研發(fā)源頭抓起抓緊，從技術(shù)原理、產(chǎn)品形式、設(shè)計(jì)方案、器件選擇、校準(zhǔn)方式、質(zhì)控過程、組裝生產(chǎn)、操作規(guī)程、使用培訓(xùn)等多環(huán)節(jié)多方面多角度的綜合考慮，全方位的保障臨床最終測試結(jié)果的可靠性。同時(shí)，要求企業(yè)的質(zhì)量管理部門及各級(jí)監(jiān)管、審評(píng)部門，能充分理解體外診斷醫(yī)療器械的復(fù)雜性，從計(jì)量溯源性的要求、條件、適用范圍和具體的產(chǎn)品特點(diǎn)，系統(tǒng)地完整理解并建立產(chǎn)品溯源鏈，準(zhǔn)確把握體外診斷醫(yī)療器械的計(jì)量學(xué)溯源的標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)管控、合理要求，減少不必要的溝通障礙，提高工作效率及管控水平，共同努力把我國體外診斷醫(yī)療器械的發(fā)展提高到一個(gè)更高水平。