微流控芯片POCT室內(nèi)質(zhì)量控制方案的探索

葛丹紅，唐立萍，歐元祝，虞嘯炫，劉文彬，林斐然，龔敬凱，朱宇清

（上海市臨床檢驗(yàn)中心，上海 200126）

隨著即時(shí)檢測(cè)（point-of-care testing，POCT）在臨床科室的廣泛應(yīng)用，其檢驗(yàn)結(jié)果的質(zhì)量控制成為一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。發(fā)達(dá)國(guó)家POCT發(fā)展較早，已建立起完善而規(guī)范的管理體系。美國(guó)從2016年起，對(duì)于非豁免的檢測(cè)項(xiàng)目實(shí)行個(gè)性化的質(zhì)量控制計(jì)劃，實(shí)驗(yàn)室可通過(guò)對(duì)分析前、分析中、分析后的全面風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估來(lái)決定室內(nèi)質(zhì)量控制（internal quality control，IQC）的頻率和水平[1]。澳大利亞臨床生物化學(xué)家協(xié)會(huì)規(guī)定對(duì)POCT設(shè)備必須每月檢測(cè)1次質(zhì)控品，對(duì)新批號(hào)的試劑也必須檢測(cè)質(zhì)控品[2]。在瑞士，IQC頻次根據(jù)分析系統(tǒng)的操作繁易程度確定，一般復(fù)雜的檢測(cè)系統(tǒng)每天至少2次IQC，相對(duì)簡(jiǎn)單的檢測(cè)系統(tǒng)最少每2周進(jìn)行1次IQC[3]。目前，我國(guó)尚未形成規(guī)范而完善的POCT質(zhì)量管理體系，POCT的質(zhì)控程序仍然參照常規(guī)檢驗(yàn)的要求，必須每天檢測(cè)2個(gè)水平的IQC質(zhì)控品。POCT有其自身的特點(diǎn)，無(wú)論是標(biāo)本采集、加樣方式，還是檢測(cè)方法，均不同于常規(guī)檢測(cè)，其質(zhì)控方式亦不應(yīng)完全照搬傳統(tǒng)模式。

微流控芯片POCT設(shè)備通過(guò)精確的微量流體控制實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)，被廣泛應(yīng)用于臨床生化、免疫、核酸檢測(cè)等多個(gè)體外診斷領(lǐng)域[4-6]和眾多臨床科室[7]。本研究旨在探討等效質(zhì)控在微流控芯片POCT質(zhì)量控制中的可行性和有效性，為建立適合POCT的IQC方案提供新思路。

1 材料和方法

1.1 樣本來(lái)源

收集2018年1—3月上海市第六人民醫(yī)院無(wú)溶血、脂血、黃疸的臨床剩余血清樣本，檢測(cè)鉀（potassium，K）、鈉（sodium，Na）、氯（chlorine，Cl）、葡萄糖（glucose，Glu）。

1.1 儀器和試劑

i-STAT 300-G手持式血液分析儀（美國(guó)雅培公司）及配套電子模擬器、i-STAT 3水平定值質(zhì)控品（批號(hào)為301100、311094、321100）、急診11項(xiàng)（CHEM8+）測(cè)試卡片（干化學(xué)法，批號(hào)為H18061）。生化質(zhì)控品（批號(hào)為222ULCM、826 UECM）購(gòu)自英國(guó)朗道公司。

1.3 方法

1.3.1 混合血清樣本制備 根據(jù)濃度將血清樣本進(jìn)行分類(lèi)，制備成3個(gè)不同水平（L1、L2、L3）的混合血清，覆蓋醫(yī)學(xué)決定水平。將混合血清充分混勻后分裝于凍存管，-80 ℃保存?zhèn)溆谩Ｃ咳諜z測(cè)分裝的血清樣本，以驗(yàn)證儀器的檢測(cè)性能；尤其是在第2階段，用于評(píng)價(jià)未檢測(cè)液體質(zhì)控品的工作日儀器檢測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性。

1.3.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 由經(jīng)培訓(xùn)合格的人員進(jìn)行操作。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前查看環(huán)境溫度（16～30 ℃）和氣壓（40～113 kPa），確認(rèn)儀器狀態(tài)，確保電池電量充足、電壓符合要求（＞8 V），確保儀器當(dāng)前使用軟件在有效期內(nèi)、標(biāo)準(zhǔn)曲線和定標(biāo)數(shù)據(jù)已更新、儀器運(yùn)行狀態(tài)良好，確認(rèn)檢測(cè)卡片正確存放并處于有效期內(nèi)，按儀器說(shuō)明書(shū)要求將檢測(cè)卡片于室溫條件下平衡5 min。

1.3.3 西格瑪（sigma，σ）水平分析 參照美國(guó)臨床實(shí)驗(yàn)室改進(jìn)修正法規(guī)（the Clinical Laboratory Improvement Amendments of 1988 ，CLIA'88）和美國(guó)臨床實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（the Clinical and Laboratory Standards Institute，CLSI）EP15-A2文件推薦的方法，使用2個(gè)水平的生化質(zhì)控品進(jìn)行室內(nèi)不精密度評(píng)價(jià)，計(jì)算每個(gè)項(xiàng)目2個(gè)水平質(zhì)控品室內(nèi)不精密度[變異系數(shù)（coefficient of variation，CV）]，按照公式CV=[（CV12+CV22）/2]1/2合成每個(gè)項(xiàng)目的CV。檢測(cè)i-STAT 3水平定值質(zhì)控品，質(zhì)控品靶值溯源至美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。計(jì)算每個(gè)水平混合血清樣本檢測(cè)結(jié)果與靶值之間的偏移（bisa，Bias），按照公式Bias=[（Bias12+Bias22+Bias32）/3]1/2，將3個(gè)水平混合血清樣本的Bias合成為每個(gè)項(xiàng)目的Bias。按照公式σ=（TEa-Bias）/CV計(jì)算每個(gè)項(xiàng)目的σ水平。

1.3.4 質(zhì)控頻率評(píng)估 （1）第1階段（連續(xù)4周，20個(gè)工作日）。每天開(kāi)機(jī)后先使用儀器配套的電子模擬器進(jìn)行電子質(zhì)控，電子質(zhì)控未通過(guò)不能進(jìn)行樣本檢測(cè)；電子質(zhì)控通過(guò)，再檢測(cè)2個(gè)水平液體質(zhì)控品，然后檢測(cè)2個(gè)水平的混合血清樣本。（2）第2階段（連續(xù)9周，45個(gè)工作日）。每天開(kāi)機(jī)后先進(jìn)行電子質(zhì)控，每周檢測(cè)液體質(zhì)控品1次，每天檢測(cè)混合血清樣本1次。將液體質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)輸入上海市臨床檢驗(yàn)中心質(zhì)控軟件，繪制Levey-Jennings質(zhì)控圖，采用Westgard Sigma規(guī)則判斷質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)是否在控。

1.3.5 混合血清樣本結(jié)果分析 使用Excel 2010軟件分析全過(guò)程、第1階段、第2階段4個(gè)項(xiàng)目3水平混合血清樣本檢測(cè)結(jié)果的、s、CV。計(jì)算不同階段每個(gè)項(xiàng)目的分析總誤差（total analytical error，TAE）[8]。以第1階段檢測(cè)結(jié)果的x為靶值，計(jì)算第2階段檢測(cè)結(jié)果與第1階段檢測(cè)結(jié)果之間的絕對(duì)偏差（absolute deviation，AD）和相對(duì)偏差（relative deviation，RD）。

2 結(jié)果

2.1 4個(gè)項(xiàng)目的σ水平

K、Na、Cl、Glu 4個(gè)項(xiàng)目的σ水平及推薦質(zhì)控規(guī)則見(jiàn)表1。

表1 4個(gè)項(xiàng)目σ水平及推薦質(zhì)控規(guī)則

2.2 電子質(zhì)控結(jié)果

整個(gè)研究過(guò)程所有電子質(zhì)控結(jié)果均為通過(guò)。

2.3 液體質(zhì)控結(jié)果

每天分2批次檢測(cè)2個(gè)水平的生化質(zhì)控品，連續(xù)檢測(cè)10 d。根據(jù)累計(jì)的20次質(zhì)控結(jié)果計(jì)算各項(xiàng)目IQC靶值和s。采用Westgard Sigma規(guī)則對(duì)2個(gè)階段的IQC數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。根據(jù)各項(xiàng)目σ水平選用不同的質(zhì)控規(guī)則，K項(xiàng)目使用13s規(guī)則，Na項(xiàng)目使用規(guī)則，Cl和Glu項(xiàng)目使用13s/22s/R4s規(guī)則，整個(gè)研究過(guò)程2個(gè)階段所有質(zhì)控結(jié)果均在控。4個(gè)項(xiàng)目液體質(zhì)控結(jié)果見(jiàn)圖1～圖4。

圖1 K液體質(zhì)控結(jié)果

圖2 Na液體質(zhì)控結(jié)果

圖3 Cl液體質(zhì)控結(jié)果

圖4 Glu液體質(zhì)控結(jié)果

2.4 混合血清樣本檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)值

整個(gè)研究過(guò)程、第1階段、第1階段4個(gè)生化檢測(cè)項(xiàng)目3水平混合血清樣本檢測(cè)結(jié)果的CV均＜1/3TEa，且TAE＜TEa。所有項(xiàng)目第2階段與第1階段檢測(cè)結(jié)果的AD或RD均＜1/3TEa。見(jiàn)表2。

表2 混合血清樣本4個(gè)項(xiàng)目檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)值

3 討論

質(zhì)量控制不僅是質(zhì)量管理的一部分，更是其關(guān)鍵。質(zhì)量控制包括選擇合適的質(zhì)控品、質(zhì)控規(guī)則和質(zhì)控品檢測(cè)頻率等。ISO 15189要求對(duì)檢測(cè)項(xiàng)目、所用的方法或檢測(cè)程序設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)馁|(zhì)控程序，以達(dá)到檢驗(yàn)結(jié)果的預(yù)期質(zhì)量，但并未對(duì)質(zhì)控品的檢測(cè)頻率提出具體要求[9]。目前，大多數(shù)臨床實(shí)驗(yàn)室采用“默認(rèn)質(zhì)控”模式，即每24 h檢測(cè)2水平質(zhì)控品。然而，POCT設(shè)備的操作者大多沒(méi)有實(shí)驗(yàn)室背景，未經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)，對(duì)于復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制方法難以接受，且由于所需成本較高，這種傳統(tǒng)的質(zhì)控模式在實(shí)際工作中很難推廣。上海市臨床檢驗(yàn)中心近幾年在對(duì)上海地區(qū)POCT的質(zhì)量督察中發(fā)現(xiàn)，仍有相當(dāng)一部分的POCT未開(kāi)展IQC。為此，我們嘗試探索一種在保證檢測(cè)質(zhì)量的前提下行之有效，且易于被POCT操作者接受的IQC模式。

微流控芯片POCT的每張測(cè)試卡片是一個(gè)獨(dú)立的檢測(cè)單元，即使儲(chǔ)存于相同環(huán)境的卡片之間也可能存在差異。當(dāng)使用卡片檢測(cè)液體質(zhì)控品時(shí)，只是對(duì)當(dāng)前使用的這張卡片的質(zhì)量進(jìn)行了驗(yàn)證，而檢測(cè)患者樣本使用另一張測(cè)試卡時(shí)檢測(cè)性能可能又不一樣了。雖然檢測(cè)液體質(zhì)控品可以對(duì)分析中的全過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量控制，但實(shí)際上僅對(duì)當(dāng)前使用的卡片進(jìn)行了驗(yàn)證，對(duì)同一批號(hào)測(cè)試卡片過(guò)多的檢測(cè)液體質(zhì)控作用有限，且會(huì)增加時(shí)間和檢測(cè)成本。儀器檢測(cè)結(jié)果的再現(xiàn)性主要還是取決于測(cè)試卡片生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制。相較于測(cè)試卡片，微流控芯片POCT儀器主要發(fā)揮了“電子讀數(shù)儀”的功能[10]。微流控芯片體積非常小，檢測(cè)信號(hào)的儀器要具有更高的靈敏度和信噪比、更快的響應(yīng)速度，才能滿足臨床檢驗(yàn)低檢測(cè)限、高靈敏度、良好的重復(fù)性和較寬的線性范圍等要求。其配套的電子模擬器，即通常所說(shuō)的“電子質(zhì)控”，對(duì)儀器讀取信號(hào)的性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)也是其質(zhì)量控制的重要內(nèi)容。因此，對(duì)于微流控芯片POCT的IQC，科學(xué)、合理地使用電子質(zhì)控和液體質(zhì)控是關(guān)鍵。本研究嘗試采用等效質(zhì)控程序，每天進(jìn)行電子質(zhì)控，以保證每天對(duì)儀器性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將相同批號(hào)測(cè)試卡片液體質(zhì)控的頻率降低，在對(duì)卡片質(zhì)量進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)的同時(shí)，有效降低了時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。

美國(guó)于2013年提出了“個(gè)性化質(zhì)量控制計(jì)劃”的概念，將檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)置設(shè)備的技術(shù)改良納入了質(zhì)量管理體系，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室自身特有因素，如患者情況、檢測(cè)設(shè)備、試劑、環(huán)境、檢測(cè)人員等，通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估來(lái)識(shí)別檢測(cè)過(guò)程中潛在的失敗和誤差來(lái)源，并量身定制個(gè)性化的、有效的質(zhì)控操作規(guī)范[1]。本研究中，每次檢測(cè)前，微流控芯片POCT儀可自動(dòng)單點(diǎn)定標(biāo)，且每次檢測(cè)流程內(nèi)有近200項(xiàng)自動(dòng)化監(jiān)控；研究過(guò)程中使用相同批號(hào)的試劑，嚴(yán)格控制檢測(cè)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)由操作熟練的檢驗(yàn)人員完成，盡可能降低這些因素對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。李潤(rùn)青等[11]應(yīng)用六西格瑪管理法對(duì)17個(gè)生化檢測(cè)項(xiàng)目的性能進(jìn)行了評(píng)估，證明了這一方法是較理想的質(zhì)量管理方法。本研究用六西格瑪管理法對(duì)4個(gè)生化檢測(cè)項(xiàng)目的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)K項(xiàng)目性能達(dá)到世界級(jí)表現(xiàn)（σ≥6）；Cl、Glu 2個(gè)項(xiàng)目性能達(dá)到優(yōu)秀表現(xiàn)（6＞σ≥5）；Na項(xiàng)目性能達(dá)到臨界表現(xiàn)（4＞σ≥3），所有項(xiàng)目的分析性能均在醫(yī)學(xué)可接受水平。

本研究在每天檢測(cè)電子質(zhì)控的前提下，第1階段連續(xù)20個(gè)工作日每天檢測(cè)2個(gè)水平液體質(zhì)控品和混合血清樣本，在此基礎(chǔ)上還增加了第2階段實(shí)驗(yàn)，即連續(xù)9周每周檢測(cè)2個(gè)水平液體質(zhì)控品1次，混合血清樣本仍然每天檢測(cè)，以觀察在降低液體質(zhì)控頻率的情況下儀器的檢測(cè)性能。研究過(guò)程中每天的電子質(zhì)控均通過(guò)。使用Westgard Sigma質(zhì)控規(guī)則判斷液體質(zhì)控結(jié)果，既保證了較高的誤差檢出率，又保持了盡可能低的假失控概率[12]，結(jié)果顯示所有項(xiàng)目均未發(fā)生失控。整個(gè)研究過(guò)程每天檢測(cè)3個(gè)水平混合血清樣本，結(jié)果顯示所有項(xiàng)目3個(gè)水平混合血清樣本檢測(cè)結(jié)果的CV均＜1/3TEa，且TAE均＜TEa，提示儀器在不同階段均保持了良好的分析性能。在第2階段，本研究將液體質(zhì)控頻率減少到每周1次，但是仍每天檢測(cè)血清樣本1次，通過(guò)對(duì)第2階段血清樣本結(jié)果的分析，以及第2階段檢測(cè)結(jié)果和第1階段檢測(cè)結(jié)果的比較，發(fā)現(xiàn)在未做液體質(zhì)控的檢測(cè)日，儀器檢測(cè)結(jié)果的不精密度和偏差均在臨床可接受范圍內(nèi)。

我們認(rèn)為應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎地的對(duì)待降低質(zhì)控頻率的做法。CLSI于2011年發(fā)布了通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)管理建立質(zhì)量策劃的全新指南[13]，在重點(diǎn)關(guān)注分析中過(guò)程以外，明確了質(zhì)量教育和培訓(xùn)、預(yù)防性維護(hù)、統(tǒng)計(jì)學(xué)質(zhì)量控制、室間質(zhì)量評(píng)價(jià)或能力驗(yàn)證以及為特定檢測(cè)系統(tǒng)建立個(gè)性化質(zhì)控方案的重要性。特定檢測(cè)系統(tǒng)的質(zhì)控方案應(yīng)包含特別的預(yù)防和控制機(jī)制。因此，在降低質(zhì)控頻率前需進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估：儀器和試劑的使用是可靠和容易維護(hù)的，試劑穩(wěn)定且不需要特殊處理或儲(chǔ)存；檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)單，操作環(huán)節(jié)不易出現(xiàn)粗大誤差；隨著時(shí)間的推移，故障始終維持在一個(gè)較低的水平；該項(xiàng)目檢測(cè)應(yīng)該是高頻率且不需要使用微量的加樣技術(shù)；檢測(cè)人員訓(xùn)練有素。就如ISO 15189中5.6.2.3質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)條款指出的——宜盡量采用統(tǒng)計(jì)學(xué)和非統(tǒng)計(jì)學(xué)過(guò)程控制技術(shù)連續(xù)監(jiān)測(cè)檢驗(yàn)系統(tǒng)的性能。而在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行質(zhì)控的實(shí)踐過(guò)程中，有些時(shí)候也確實(shí)需要使用非統(tǒng)計(jì)學(xué)的控制技術(shù)，包括記錄、流程標(biāo)準(zhǔn)化、抽檢、培訓(xùn)等，都可以歸為此類(lèi)控制技術(shù)。

綜上所述，在穩(wěn)定的檢測(cè)環(huán)境下，微流控芯片POCT由已接受培訓(xùn)且操作熟練的檢測(cè)人員使用相同批號(hào)/貨運(yùn)號(hào)的試劑檢測(cè)K、Na、Cl、Glu項(xiàng)目時(shí)，在檢測(cè)人員和環(huán)境均穩(wěn)定，試劑批號(hào)相同的情況下，可采用每天進(jìn)行電子質(zhì)控1次和每周檢測(cè)液體質(zhì)控品1次的IQC方案，來(lái)保證檢驗(yàn)結(jié)果的質(zhì)量。根據(jù)POCT的特點(diǎn)，適當(dāng)、合理地降低質(zhì)控檢測(cè)頻率，可以在保證檢測(cè)質(zhì)量的前提下，既節(jié)省時(shí)間，又有效降低檢測(cè)成本。

本研究尚存在一定的缺陷，一是研究的檢測(cè)項(xiàng)目只涉及了4個(gè)生化指標(biāo)，對(duì)于目前眾多的POCT檢測(cè)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)較為局限；二是研究只對(duì)2次質(zhì)控評(píng)價(jià)間的時(shí)間長(zhǎng)度進(jìn)行了評(píng)估，而未涉及質(zhì)控評(píng)價(jià)中的患者樣本數(shù)。后續(xù)將進(jìn)一步探索適用于POCT的IQC方案。