六西格瑪度量在實(shí)驗(yàn)室性能評價(jià)和質(zhì)量控制設(shè)計(jì)中的應(yīng)用＊

張 路，王治國

（1.北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院研究生院，北京100730；2.北京醫(yī)院衛(wèi)生部臨床檢驗(yàn)中心，北京100730）

實(shí)驗(yàn)室在尋求對分析方法和儀器性能進(jìn)行客觀評價(jià)及比對。但是很少有方法可以在一個(gè)公平的條件下比較系統(tǒng)性能從而作出公平合理的比較。當(dāng)前的評估方法是隨意的，其依賴于不清晰的“當(dāng)前技術(shù)水平”評估，或者更關(guān)注容易有形的效率指標(biāo)，如速度、成本或易用性。在購買儀器的決策過程中常常忽視試驗(yàn)交付質(zhì)量的分析目標(biāo)和要求。而在這些方面，西格瑪度量是一個(gè)很好的工具。

西格瑪度量評價(jià)性能的過程可以比喻成一個(gè)帶箭的靶。六西格瑪度量確定靶的形狀，質(zhì)量要求確定靶的大小，方法性能數(shù)據(jù)確定箭擊中靶的位置。

西格瑪度量分析不僅提供對分析方法及儀器的客觀評估，還提供實(shí)施操作需要的關(guān)鍵設(shè)計(jì)信息。西格瑪度量分析過程的質(zhì)量控制設(shè)計(jì)方案使用定量的和圖形工具來確定方法和儀器常規(guī)監(jiān)測所需的質(zhì)量控制程序。

1 采用六西格瑪作為實(shí)驗(yàn)室檢測的全球標(biāo)準(zhǔn)

六西格瑪是一種廣泛接受的質(zhì)量管理體系，最著名的是通用電氣和摩托羅拉的創(chuàng)新產(chǎn)品管理［1］。制造業(yè)和服務(wù)業(yè)以及醫(yī)療機(jī)構(gòu)從醫(yī)院到實(shí)驗(yàn)室已采用了六西格瑪。

六西格瑪是一種以每百萬機(jī)會的缺陷數(shù)（DPM 或DPMO）來量化過程性能的度量。六西格瑪?shù)哪繕?biāo)就是消除或降低過程中所有變異。過程中的變異會導(dǎo)致由于重新檢測及權(quán)變措施而浪費(fèi)精力及資源。六西格瑪?shù)亩磕繕?biāo)是創(chuàng)建一個(gè)將變異最小化到6倍標(biāo)準(zhǔn)差在容差極限之內(nèi)的過程（見圖1）。在六西格瑪性能水平上（世界級質(zhì)量性能）大約每百萬機(jī)會有3個(gè)缺陷。

圖1 不精密度（CV）、偏倚（Bias）及允許總誤差（TEa）在預(yù)測缺陷中的關(guān)系

六西格瑪尺度一般從0到6，但是如果過程變異性足夠低而降低缺陷率，也可超過六西格瑪。在醫(yī)療以外的行業(yè)中，3可被認(rèn)為是過程的最低可接受的性能。當(dāng)性能低于3，認(rèn)為該過程本質(zhì)上是不穩(wěn)定的和不可接受的。與其他行業(yè)不同，醫(yī)療和臨床實(shí)驗(yàn)室似乎是在2 到3 環(huán)境中運(yùn)行。

六西格瑪?shù)牟糠止π窃谟谄淠軌蛱峁┮粋€(gè)通用基準(zhǔn)測試的能力。西格瑪度量允許不同過程間的比較，甚至是不同機(jī)構(gòu)和不同行業(yè)間過程的比較。

在醫(yī)療領(lǐng)域，常規(guī)過程的西格瑪性能還鮮為人知。美國醫(yī)學(xué)研究院發(fā)布了具有里程碑意義的報(bào)告：人非圣賢孰能無過［2］。它極好地揭示了美國醫(yī)院每年有48 000到90 000例死亡可以避免。這表明醫(yī)療領(lǐng)域只實(shí)施3.8 水平。如果醫(yī)療達(dá)到六西格瑪水平，病死者將只有每年16～34例。

Nevalainen等［3］在臨床實(shí)驗(yàn)室西格瑪評估中的開創(chuàng)性工作分析了常規(guī)檢測過程的性能，并發(fā)現(xiàn)很多都是嚴(yán)重的不足，詳見表1。

表1 常規(guī)檢驗(yàn)過程的西格瑪度量

再次探討箭和靶的模型，六西格瑪提供了靶的形狀。形狀將六西格瑪性能目標(biāo)定義為靶心，以及將四和五西格瑪定義為內(nèi)圈。在三西格瑪圈之外的性能認(rèn)為是未中靶，這個(gè)過程不認(rèn)為是“適合用途”。

2 規(guī)定質(zhì)量要求

知道靶子的形狀還不夠。還必須描述其大小。在六西格瑪術(shù)語中，必須定義容差極限。在檢驗(yàn)中，容差極限的最好的表達(dá)形式就是允許總誤差（TEa）規(guī)范。

TEa是醫(yī)療檢驗(yàn)領(lǐng)域廣泛接受的概念，此模型結(jié)合方法的不精密度（變異系數(shù)，CV）和偏倚（Bias）來計(jì)算對試驗(yàn)結(jié)果的總影響［4］。TEa表示基于患者結(jié)果解釋沒有損害患者醫(yī)療的情況下，試驗(yàn)結(jié)果中可允許多少結(jié)合的不精密度和Bias。

實(shí)驗(yàn)室規(guī)定質(zhì)量規(guī)范有一定的難度。大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室不知道甚至認(rèn)為不需要知道他們的試驗(yàn)所要求的分析質(zhì)量。數(shù)十年前，只有很少的質(zhì)量規(guī)范來源。幸運(yùn)的是，現(xiàn)在可利用并易于獲得的質(zhì)量要求和目標(biāo)有很多［5］。首先最重要的是美國實(shí)驗(yàn)室實(shí)施的臨床實(shí)驗(yàn)室改進(jìn)修正法案（CLIA）能力驗(yàn)證指南。CLIA 為大約80個(gè)檢驗(yàn)項(xiàng)目提供了特定的質(zhì)量要求。由能力驗(yàn)證計(jì)劃、室間質(zhì)量保證計(jì)劃或同行組比對計(jì)劃提供其他的分析基準(zhǔn)。在美國以外，澳大利亞皇家病理學(xué)家學(xué)會（RCPA）及德國醫(yī)學(xué)協(xié)會（RiliBak）指南提供一些質(zhì)量規(guī)范來源。

臨床基準(zhǔn)也可以用于制定質(zhì)量要求。Carmen Ricos教授及其同事自2000年提供了一個(gè)持續(xù)更新的生物學(xué)變異數(shù)據(jù)庫［6］。他們將超過300 個(gè)不同檢驗(yàn)項(xiàng)目的不精密度、Bias及TEa 的適當(dāng)規(guī)范制成表格［7］。ISO15189是新的國際實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量認(rèn)可標(biāo)準(zhǔn)，它也為分析檢測提供指南。最終，越來越多的循證檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)（EBLM）研究可用于建立臨床決定區(qū)間。這些區(qū)間又可以用于確定特定試驗(yàn)的質(zhì)量要求。至少，實(shí)驗(yàn)室可以咨詢使用其結(jié)果的臨床醫(yī)生，通過記錄試驗(yàn)結(jié)果如何解釋來確定他們試驗(yàn)過程要求的質(zhì)量。

再次回到箭和靶的模型，建立質(zhì)量要求就是確定靶的大小。既然不同試驗(yàn)的用途及性能不同，那么箭／過程必須擊中的靶子的大小也不同。六西格瑪和質(zhì)量要求提供靶子的形狀和大小。那么最后就是要確定箭是否擊中或擊中靶的什么位置。為此，需要有關(guān)過程實(shí)際性能的數(shù)據(jù)。

3 測量實(shí)驗(yàn)室六西格瑪性能

通常通過統(tǒng)計(jì)缺陷數(shù)，然后將計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)化為DPM 或DPMO來評價(jià)西格瑪性能［8］。一旦知道了DPM，可以參考標(biāo)準(zhǔn)課本中的六西格瑪表來獲得六西格瑪度量。

在實(shí)驗(yàn)室，計(jì)缺陷數(shù)也是通常的六西格瑪度量技術(shù)。例如實(shí)驗(yàn)室可計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)的周轉(zhuǎn)時(shí)間（turn－around time，TAT）缺陷試驗(yàn)結(jié)果數(shù)量，然后將其轉(zhuǎn)化為西格瑪性能。

然而，對于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果，確定和檢出缺陷是比較困難的。當(dāng)產(chǎn)生一個(gè)試驗(yàn)結(jié)果時(shí)，不可能知道該試驗(yàn)結(jié)果的真值應(yīng)該是多少。因此，并不知道結(jié)果是否落在容差極限或質(zhì)量要求內(nèi)，也就沒辦法計(jì)算試驗(yàn)過程產(chǎn)生多少的缺陷數(shù)。

但實(shí)驗(yàn)室可以通過使用質(zhì)控品測量變異的方法來確定過程的西格瑪度量。質(zhì)控品是一個(gè)已知值，所以可以測量觀察試驗(yàn)結(jié)果的變異。有了多個(gè)質(zhì)控結(jié)果，就可以收集有關(guān)試驗(yàn)過程標(biāo)準(zhǔn)差的信息，并能計(jì)算不精密度。通過比較試驗(yàn)方法和參考方法間的結(jié)果，或通過分析能力驗(yàn)證、同行比較或一些其他形式的室間保證計(jì)劃中試驗(yàn)方法結(jié)果可以易于獲得分析檢測過程偏倚的信息。

性能數(shù)據(jù)應(yīng)該是方法性能在特定時(shí)間點(diǎn)和特定濃度水平（最好是臨界水平即醫(yī)學(xué)決定水平）下的一個(gè)準(zhǔn)確的反映。這樣西格瑪度量結(jié)果才最好地反映了實(shí)際的試驗(yàn)性能。例如，如果臨界水平在動態(tài)范圍的低限，也應(yīng)該在相同的濃度范圍內(nèi)估計(jì)偏倚，或者來自方法對比研究的回歸方程可以用于在臨界水平上估計(jì)偏倚。對于有多個(gè)臨界水平的試驗(yàn)，應(yīng)該在每個(gè)水平上都估計(jì)西格瑪度量。

不精密度及偏倚與西格瑪度量的關(guān)系可以用圖示說明（圖1）。如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果是正態(tài)分布，且已知標(biāo)準(zhǔn)差（不精密度）和偏倚，就可計(jì)算可接受性能范圍，相反地也可確定結(jié)果不可接受的濃度范圍（即定義TEa 的容差極限以上及以下的濃度范圍）。

不精密度和偏倚（Bias）與西格瑪度量之間的關(guān)系可總結(jié)為以下數(shù)學(xué)公式：

σ＝（TEa－Bias）／CV

再次回到箭和靶的模型，西格瑪方法給了一個(gè)靶，質(zhì)量要求給了靶的大小，方法的性能數(shù)據(jù)給了箭，箭應(yīng)該使工作人員盡可能地?fù)糁邪行模鞲瘳敚?/p>

即使當(dāng)方法偏倚數(shù)據(jù)丟失，也可以計(jì)算出修正的西格瑪度量。度量結(jié)果記錄了方法在理想條件下沒有偏倚出現(xiàn)時(shí)達(dá)到世界級性能的能力。此種評估的好處是實(shí)驗(yàn)室可以評估除了不精密度外還剩下多少“誤差的空間”。對于一些儀器，甚至西格瑪能力度量就可允許一個(gè)實(shí)驗(yàn)室作出關(guān)于方法適用性的判斷。

西格瑪度量能力＝TEa／CV

可以使用方法評估決定圖（MEDx，見圖2）及其圖上的六西格瑪度量線來圖示說明方法的性能［9］。方法決定圖y軸表示Bias，x軸表示不精密度。每個(gè)特定的質(zhì)量要求都畫一種特定的圖（即10%的質(zhì)量要求會使用一個(gè)針對10%的方法決定圖），但是有不同質(zhì)量要求的多種方法可以展示在一種標(biāo)準(zhǔn)化操作規(guī)范（OPSpecs）圖上。在一種標(biāo)準(zhǔn)化方法決定圖中，每個(gè)軸都設(shè)置為100%，且通過計(jì)算質(zhì)量要求的百分率來確定試驗(yàn)的x和y值，見圖3。

圖2 允許總誤差為10%的方法決定圖

圖3 標(biāo)準(zhǔn)化方法決定圖

例如，如果試驗(yàn)的質(zhì)量要求為10%，CV 為1%，Bias 為2%，則標(biāo)準(zhǔn)化方法決定圖的坐標(biāo)為（10，20），見圖4。

盡管帶有六西格瑪限的標(biāo)準(zhǔn)化方法決定圖將很多復(fù)雜的特征及計(jì)算合并成單獨(dú)的顯示，但圖的結(jié)果仍然符合箭和靶的模型。圖可以看做是靶的右上象限。圖上原點(diǎn)（0，0）周圍（及所有線以下）的區(qū)域是靶心。標(biāo)繪的試驗(yàn)的x及y軸坐標(biāo)代表了試驗(yàn)的性能及箭擊中的點(diǎn)。

圖4 具有樣品數(shù)據(jù)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化方法決定圖

4 西格瑪評價(jià)在方法驗(yàn)證中的應(yīng)用

有了西格瑪度量公式的簡單參數(shù)，實(shí)驗(yàn)室就可以易于確定其所有方法的當(dāng)前的性能。新儀器的標(biāo)準(zhǔn)方法驗(yàn)證方案中獲得數(shù)據(jù)也可以用來確定性能度量。此外，要對所有的新方法實(shí)施正式的方法驗(yàn)證研究，此研究在學(xué)術(shù)會議中常以壁報(bào)的形式呈現(xiàn)，或以專業(yè)雜志中發(fā)布的學(xué)術(shù)報(bào)告形式，或只是以制造商經(jīng)要求提供的數(shù)據(jù)的形式。實(shí)驗(yàn)室可以用這些數(shù)據(jù)計(jì)算西格瑪度量，將其與競爭儀器的西格瑪度量進(jìn)行比較，將此工具作為其決策過程的一部分。這種應(yīng)用對于購買新儀器之前客觀評估并比較儀器性能很有價(jià)值。它使實(shí)驗(yàn)室有能力預(yù)測按照他們的臨床需要將實(shí)施某種方法而不實(shí)施某種方法。

5 從西格瑪度量評價(jià)到質(zhì)量控制設(shè)計(jì)

西格瑪度量分析不限于評估及方法驗(yàn)證。西格瑪度量也可以用于完善和簡化方法的操作程序。將西格瑪度量結(jié)合在質(zhì)量控制設(shè)計(jì)工具，如操作規(guī)范圖（OPSpecs）上，允許實(shí)驗(yàn)室能定制和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室實(shí)施的質(zhì)量控制程序。合理的質(zhì)量控制設(shè)計(jì)可以消除很多不經(jīng)濟(jì)的2s質(zhì)量控制實(shí)踐，用適當(dāng)?shù)目刂平缦藓涂刂茰y定值個(gè)數(shù)來替代它。

圖5 TEa為10%的OPSpecs圖

OPSpecs圖提供對于規(guī)定的質(zhì)量要求取得適當(dāng)?shù)姆治鲑|(zhì)量保證水平質(zhì)量控制程序所需的控制規(guī)則和控制測定值個(gè)數(shù)以及允許不精密度和偏倚的圖形描述［10］。此圖中的斜線代表實(shí)際的質(zhì)量控制程序（控制規(guī)則和控制測定值個(gè)數(shù)）的誤差檢出性能。這些線從上到下的排列是根據(jù)他們的誤差檢出能力；最高的線提供最高的誤差檢出（因此，此線以下有更多的“空間”供方法擊中）。有關(guān)質(zhì)量控制的其他細(xì)節(jié)，如假失控率（Pfr）、控制測定值個(gè)數(shù)（N）及批的數(shù)量（R）見圖右側(cè)的區(qū)域。x軸和y軸坐標(biāo)分別代表方法的不精密度和Bias。如果該“操作點(diǎn)”低于OPSpecs圖的其中一條線，那么說明那條線代表的質(zhì)量控制程序?qū)⑻峁┻m當(dāng)?shù)男阅埽ㄒ妶D5）。

最后再次討論箭和靶的模型，可以以西格瑪度量分析及方法決定圖相同的方式來觀察OPSpecs圖。OPSpecs圖就像靶的右上象限，原點(diǎn)是靶心。方法性能（箭）應(yīng)該盡可能地接近靶心。然而，這次靶上不同的圈代表實(shí)驗(yàn)室使用的不同的質(zhì)量控制程序。越接近于靶心，則有更多的質(zhì)量控制程序可用于質(zhì)量管理。

OPSpecs圖和方法決定圖都是針對特定的質(zhì)量要求制作而成。也可以將OPSpecs圖標(biāo)準(zhǔn)化以便于將有不同質(zhì)量要求的多個(gè)試驗(yàn)顯示在同一圖中（見圖6）。

圖6 標(biāo)準(zhǔn)化OPSpecs圖樣板

6 結(jié) 論

西格瑪度量分析、方法決定圖及OPSpecs圖為實(shí)驗(yàn)室確定他們當(dāng)前方法性能及質(zhì)量控制設(shè)計(jì)，以及比較市場上具有競爭的儀器提供方便的工具。用這種方法可以進(jìn)行定量計(jì)算及目測評估。這些技術(shù)為實(shí)驗(yàn)室選擇正確方法并為這種方法選擇正確的質(zhì)量控制提供了一種實(shí)用的方法。其產(chǎn)生的結(jié)果就是滿足適當(dāng)試驗(yàn)解釋所要求質(zhì)量優(yōu)化的檢測過程。

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