體外診斷醫療器械的計量學溯源性探討

楊波 付強 張芷菁

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

體外診斷醫療器械，單獨或組合使用，用于人體標本體外檢驗，主要以提供診斷、監測或相容性信息為目的，包括試劑、校準物、控制物質、樣品容器、軟件和相關的儀器裝置或其他物品[1]。

隨著體外診斷理念、技術不斷革新，以及患者、操作者、管理者和監管者對體外診斷要求不斷升級，體外診斷醫療器械檢測項目越來越多，具體檢測原理、技術路線、實現方法也各不相同，使得體外診斷醫療器械的計量學溯源變得相對復雜，甚至會出現理解偏差。溯源概念廣泛，為描述方便，文中所提溯源僅指計量學溯源。在實際工作中，制造商、檢驗部門、注冊審評及監管部門，不同人員對體外診斷醫療器械的計量學溯源性的理解有所不同，導致溝通難度加大，溝通成本增加，給器械的研發、注冊、監管帶來諸多不便。因此，在體外診斷醫療器械的計量學溯源性方面進行分析和討論具有很強的現實意義[2,3]。

1 溯源的標準解讀

體外診斷醫療器械的計量學溯源性，我國執行標準為GB/T 21415-2008/ISO 17511:2003《體外診斷醫療器械 生物樣品中量的測量 校準品和控制物質賦值的計量學溯源性》[4]（以下簡稱標準）。

1.1 對計量學溯源的“系統”理解

對于體外診斷醫療器械，所用的試劑、儀器、校準品、軟件及相關流程規定共同構成一個完整的測量系統，缺少其中任何一個環節都可能得不到正確測量值，因此單獨的試劑、儀器均不具有計量學溯源性。標準中近20 次提到“測量系統”一詞，強調了要從系統的角度來理解標準。當然，無需試劑的診斷儀器也是一個獨立的系統[5]。

1.2 計量學溯源過程中的兩條“鏈”

測量的實現，特別是定量測量均需對所用診斷器械進行校準，即在規定條件下將測量系統的量值與對應的由測量標準所復現的量值建立關系。測量標準包括參考測量程序及校準品，高一級的校準品對測量程序進行校準，測量程序對下一級校準品賦值。校準品的等級可分一級校準品、二級校準品、制造商工作校準品、制造商產品校準品。自上而下比較，形成一條校準鏈。

制造商計量學溯源鏈始于制造商所生產的校準品的值，止于制造商所使用的計量上最高參考標準，是自下而上的一條溯源鏈。

兩條鏈均不可間斷，順序互逆，形成一個完整的閉環。若兩條鏈最終不封閉或中間出現分叉，計量學溯源就有問題，可能出現不必要的非預期用途的溯源[6]。

1.3 計量學溯源性的三要素

標準對計量學溯源性定義為：通過一條具有規定不確定度的、不間斷的比較鏈，使測量結果或測量標準的值能夠與規定的參考標準，通常是與國家標準或國際標準聯系起來的特性。從定義看，計量學溯源的要素有三個：（1）對象是測量結果或測量標準的值；（2）目標是參考標準，優先采用國家標準或國際標準；（3）方法是比較鏈，其特征是不間斷。

1.4 溯源性的適用條件

標準在引言、范圍及原理部分多次闡述了建立計量學溯源性的目的，是為了使檢驗醫學量的測量得到正確的醫學應用，不論何時何地都具有可比性，其溯源要求：（1）“量必須明確定義”，且需要“根據測量結果在醫學決定中的預期用途定義”，“各水平上的量應相同”。只有明確且相同的量才具有可比性，才可以計量溯源。（2）與測量正確度相關。只有涉及到測量正確性才需要計量溯源，只涉及精密度的不需要溯源。標準的范圍部分明確說明，“沒有賦值及只用于評價一個測量程序精密度的控制物質”，“無量級的特性”，“用于實驗室內部質量控制的物質”均無溯源性要求。

1.5 精密度在計量學溯源過程中的重要性

計量學溯源是以追求測量值準確具有可比性為目的，但測量精密性在計量學溯源中占據十分重要位置。精密性包括重復性和重現性兩方面。若器械的精密性不好，則同一樣品的最終測量值不穩定，其檢測結果必定不準確，計量學溯源只是紙上談兵。

1.6 溯源鏈建立的時機

標準說明，計量學溯源，“應是使經校準的常規測量程序所得的結果，按現有校準等級最高水平所得值表示。應在開始進行最終測量前建立計量學溯源鏈”。

測量系統進行測量時可能涉及一些中間量，它們沒有經過校準，沒有引入準確性概念，對它們溯源是沒有意義的。只有經校準后的最終測量結果才需要溯源。

2 體外診斷醫療器械測量過程中的量與計量學溯源

體外診斷醫療器械分類多、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，整個測量系統通常包括試劑、相關校準品、儀器、軟件及相關流程規定。

人體樣本中特定物質濃度測定，通常需要通過一定方法按規定流程將樣本中的待測物質信息轉化為可直接測量的電、光、磁等物理信號，然后通過特定方法測量出這些物理信號（以下稱直接量）。接著，儀器根據測量原理將直接量進行處理轉化成中間量。最后，儀器將中間量根據校準參數計算出最終量，即樣本中待測物質的濃度值。以已知濃度的標準品為樣本在對應的儀器與試劑平臺上測量出中間量，再通過數值分析計算出的標準品濃度與對應中間量之間相互關系的一組參數，這個過程稱為校準，獲得的參數為校準參數。校準是標準品、試劑與儀器共同完成的。

常見的生化類產品，直接量是光的強度，中間量是吸光度，最終量就是特定物質的濃度。直接量是儀器信號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；中間量是儀器進行計算出來的，可以是一個比較量，通常可以消除直接量的一些不穩定性因素，提高測量的精密度；最終量是通過校準參數由中間量計算來的，是需要報告給用戶的結果，其準確性尤其重要。

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，后期的試劑產品應在原料配比上調整，使試劑產生的直接量的可能范圍均在儀器可測范圍內，以保證信號的可測性。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，是探測器經濾波、放大與模數轉換后的數據，表示信號的強弱。

中間量是根據測量原理和方法以及消除不穩定因素后由直接量計算出來的。生化產品中的吸光度，就是由入射光強與透射光強之比求常用對數得來的。以金標、免疫熒光為基礎的免疫層析產品，通常以測試區與控制區的信號比值（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部電源、光源等漂移及環境因素的影響，降低測量系統對直接量臺間差（批間差）的要求，大幅提高最終測試值的精密度。有些特定產品，也可對直接量未做處理就將其作為中間量。多數中間量仍然沒有明確量綱。

對于測量系統中的儀器而言，直接量主要決定的是系統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過程，主要解決的是準確度的問題。在正常的測量范圍內，儀器只要保證相同的測量物不論何時何地測出的中間量值基本一致，經正確的校準參數計算出的最終量就基本相同，就可以保證測量準確性。因此，對儀器最關注的通常是中間量的精密度，對直接量與中間量的絕對數值并不特別關注，只需注意直接量在儀器的測試范圍內即可。最終量的準確性由校準過程來保證。

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

3 體外診斷醫療器械計量學溯源性常見的誤解

3.1 非系統性的溯源性表達

體外診斷醫療器械的試劑與儀器，專業領域跨度較大，一般由不同部門甚至不同公司研發生產，容易產生試劑與儀器獨立溯源的要求與誤解。單獨的試劑不能顯示具體的量值，是無法獨立溯源的。獨立定量測量的儀器可以計量學溯源；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果，不具有獨立溯源性。必須配合使用的儀器與試劑是一個不可分割的測量系統，要求各自獨立進行計量學溯源是不科學的。必須以完整的測量系統為前提來研究計量學溯源。

3.2 對體外診斷儀器錯誤的溯源性要求

單獨試劑不可能出示值，而儀器可能用參考物質進行測量，從質量控制角度希望對儀器能獨立質量管控，因此要求儀器進行獨立的計量學溯源性管控。常見的提議有兩種：（1）如計量參考物質的發光值，儀器測量發光值進行準確性比較；（2）計量參考物質的濃度，儀器測量參考物質濃度進行準確性比較。

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

第二種情況會出現校準鏈與溯源鏈的分叉或不閉合。儀器測量參考物質得到數據仍然先是直接量與中間量值，需要顯示濃度值就必須進行校準，其校準參數來自于該參考物質的濃度標稱值與儀器測量的中間量值。而臨床測量的校準參數來自臨床檢測用的參考校準品與試劑在儀器上的測量值。這完全是兩套不同的校準參數與計算方法，換言之，測量系統成了兩個測量系統，出現了非預期用途的溯源。一個測量系統的計量溯源并不能說明相關的另一個測量系統也具有計量溯源性。

以上兩種提議，從技術實現上有難度，從實際意義上對體外診斷器械的溯源性沒有實質的意義。

3.3 體外診斷醫療器械中儀器測量準確性的理解

相關部門制定了有關體外診斷儀器的推薦性或強制性行業標準。有的對準確性進行了規定。如，YY/T 0654-2017[8]規定，儀器測定在340nm 處吸光度約為0.5 和1.0 的重鉻酸鉀標準溶液的吸光度，與標準值之差不超過規定要求。該標準還特別注釋，“本文件中，所有的吸光度值均指光徑為10mm 時的值”。若某一新產品其光徑只有5mm，同樣的溶液，其測出的吸光度就是1.0 和2.0。若新產品的反應池內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算。也就是說，行業標準并不強求儀器一定要將吸光度調整為一樣。YY/T 1533-2017[9]規定“對10-10mol/L 銪標準溶液進行測定，測量值與標定值的相對偏差±5%范圍內”，其測量值與標定值均為熒光值。標定值是公司用該溶液在某臺或幾臺儀器（常稱參考儀器）上測量的結果，與溶液濃度并未建立聯系。

以上情況所謂的準確性規定，其實質只是規定了相同的待測物質，要求其在不同臺的儀器上測量的中間量值基本一致。其控制的是儀器臺間差。儀器臺間差是一個精密度的概念，類似試劑的批間差。如YY/T 1588-2018[10]，用三個不同批號的試劑盒對一定濃度的樣品各重復測定10次來計算變異系數，用精密度的概念進行批間差控制。根據儀器的特點，以參考物質的中間量的標定值為參考，套用準確度的概念進行臺間差的控制是業內比較通用的做法。

GB/T 19634-2005[11]，血糖監測系統直接以試紙和儀器對血樣進行檢測來規定準確性。這是對整個測量系統的準確性進行控制，具有醫學診斷計量溯源意義。

還有一些儀器的行業標準根本未作準確性規定，如YY/T 1304.1-2015[12]、YY/T 1155-2009[13]。前文提到一些儀器是現場校準的，校準與樣品測量均在同一臺儀器上完成，因此對中間量的臺間差要求不高。若能保證直接量在儀器測量線性范圍內，現場校準完全可保證最終測量值的準確性。

4 討論

體外診斷醫療器械與患者的健康密切相關，從研發、生產、售后、注冊、監管等多環節均應高度重視其測量結果的準確性[14]。首先要求制造商從研發源頭抓起抓緊，從技術原理、產品形式、設計方案、器件選擇、校準方式、質控過程、組裝生產、操作規程、使用培訓等多環節多方面多角度的綜合考慮，全方位的保障臨床最終測試結果的可靠性。同時，要求企業的質量管理部門及各級監管、審評部門，能充分理解體外診斷醫療器械的復雜性，從計量溯源性的要求、條件、適用范圍和具體的產品特點，系統地完整理解并建立產品溯源鏈，準確把握體外診斷醫療器械的計量學溯源的標準，科學管控、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療器械的發展提高到一個更高水平。