实验诊断学基础讲座(一)

中国实验诊断学杂志社 孙荣武

[实验诊断学的参考值]

实验诊断学的目的是通过各种实验检查获得体内数椐和机能变化,为判断正常或异常,应有标准尺度,所以设定正常值和正常范围。它是实验诊断学使用最久的概念之一,但不够明确,现改为参考值和参考范围。

一、参考值的概念

1972年Dybkaer和 Grasbeck首次提出用参考值和参考范围或间期(reference value和 reference interval)代替正常值和正常范围,现已为国际所确认。日本将其译为基准值和基准范围或间期,我国直译为参考值和参考范围或间期。正常值的基础是正常人即健康人,目前尚无正常人的确切定义,WHO认为健康不仅无现病,而要身体、心理、精神和社会生活都良好的人,但很难找这样的完好的人。况且许多人可携带遗传性缺陷或疾病的基因而不发病,而一般检查又无法排除。人的发育和老化过程身体都有功能和形态变化,与疾病可重叠。未发育成熟和衰老虽检查有常异,但不能视为不正常,人患病也是一个变化过程,从量变到质变。Grasbeck对芬兰60-90岁老人进行调查,发现每人有9种疾病。

二、参考值和参考范围的建立

1.有关参考值的几个名词:

参考个体(reference individuls):按规定的标准和条件选择的被检查的个体。

参考总体(reference population):由可能抽样的全部个体组成的总体。

参考样本组(reference sample group):从参考总体随机抽取适量的参考个体组成的参考样本组,以代表性参考总体。

参考值(reference value):将检查参考样本组测定取得值,经统计学处理的值。

参考分布(reference distribution):是参考数据的分布状态,可用统计学方法获得。

参考范围(reference range):指参考值上限和下限的间距,也称参考区间(reference interval)。

真阳性(true positive,TP)假阳性(false positive,FP)-误诊

真阴性(true negative,TN)假阴性(false negative,FN)-漏诊

诊断敏感性(diagnosis sensitivity):=TP/TP+FN)×100(%)=真阳性率,为诊断试验阳性的患者占患者人数的比例。

诊断特异性(diagnosis specificity):=TN/(TN+FP)×100(%)=真阴性率,为诊断试验阴性的非患者占无病总人数的比例。

阳性预报值(predictive value of positive test):=TP/(TN+PF)×100(%),为诊断试验阳性结果中真阳性的比例。

阴性预报值(predictive value of positive test):=TN/(TP+FN)×100(%),为诊断试验阴性结果中真阴性的比例。

试验效率(efficiency of the test):=TP+TN/(TP+TN+PF+FN)×100(%).

ROC曲线(receiver operating charactertic curve,ROC):研究者操作特性接受曲线。

2.制定参考值时抽取检测对象确定的原则

1)同质性:就是所选对象应在年龄、性别、民族、地区、生活习惯、环境、职业、劳动情况和营养状态等具有可比性;

2)身体状况:虽不能要求被检者身体完全健康,但应明确规定排除与被检查项目有直接影响或相关的一些因素和既往史。经医师检查无影响和干扰检查项目的阳性体征和阳性检查结果。即便这样选择对象,普通“健康”人群符合条件者也仅50%左右。选择参考样本组还要排除的特殊因素有:过度饮酒、过量吸烟 、血压异常、毒瘾、依赖药物、正在进行治疗、有现病、饥饿、肥胖、过度消瘦、服避孕药、妊娠、月经期、授乳期、近期献血和输血、近期手术、过度疲劳、精神过度紧张、发热等。

3.检查方法和人员培训:进行检查前应有周密的实施计划,对使用的方法、仪器、设备和试剂进行检查和评估,包括精密度、质量控制、准确性和抗干扰性。所有实验必须进行预试验。操作人员应进行培训,判定标准统一,对标本采集、运送和保管都要有明确的规定。按要求抽样组成参考样本组,样本组应有一定数量,过少不能代表参考总体,过多将耗费人力和财力。一般实验诊断学的检查项目应在100例以上;如为偏态分布应不少于200例,若有些影响因素较多的项目或个体变异较大,就需要加大被检查对象的数量。

4.参考值和统计学处理:将调查所获资料先经初步分析,剔除不合要求数据,选用适宜的统计学方法进行处理,计算出参考值和参考范围。对临床实验检查所用的统计学方法较多。符合正态分布或经对数转换后呈对数正态分布的可用正态分布,对偏态分布数据可用百分数法或曲线拟合法。实验诊断学的参考值数据正态和偏态分布都有,见表1。前者以平均值为中心向两侧呈钟型分布,后者平均值两侧分布不均衡,有正和负偏态分布两种。

表1 常用临床化学检查项目检测数据分布

参考值涵盖参考总体的面积大小与检测所得的平均值加减标准差的倍数有关,倍数过大常使异常值成为参考值,失去确立参考值的意义;倍数过小反使许多正常人的检查结果成为异常。正态分布数据参考范围的确定常用参数法处理,经统计学处理而得到的参考范围无论是取单侧或双侧界值,都是以大多数参考个体的检查值为基础,按大数法则,一般应包括参考总体的95%(均值±1.96X标准差),而另有5%的参考个体在参考范围之外,将其视为“异常值”。

绝大多数的实验检查高于或低于参考范围应视为异常值,而有些仅单侧高于或低于参考范围才有临床意义,如大多数细胞内功能酶仅存在于细胞内,血浆中无或含量很低,所以升高有临床价值;维生素人体不能制造,有些且不能在体内存贮,食入过量及时排出,故降低有临床意义。人体的固有成分都有明确的参考范围,病理性产物和一些外源性物质参考值应该为阴性或零,但随着新理论和新概念出现,检测技术灵敏度的提高,过去认为体内没有的物质和“病理成分”,现在也能在正常人群的体内检出痕量,参考值随着科学技术的进步,它的使用范围正在扩大。

身体固有成分的物理量的真值是固定的,而检查方法是随着科学的发展在不断的进步,其准确性、敏感度和特异性都在不断的提高,所以对具体的检查项目来讲,过去和现在的参考值可能有所差别,相互比较时应结合所用具体方法和年代确定,如激素测定,过去多用有机溶剂萃取,丢失使检测结果低于体内真实水平,而现在则用免疫原理检查,提高了特异性和敏感性,现在的参考值可较既往的参考值为高。另外,由于人生存条件和营养的改善以及环境因素的影响,都可使参考值有所改变。

三、临床医学决定水平:临床医师诊断疾病不仅依靠检查资料,还需要结合其他检查最后才能确定诊断。即便实验诊断材料符合各种要求,它的可信范围也仅为95%,故在使用时有其局限性。1986年Bornett提出医学决定水平的概念:根据不同的医疗目的,规定样本中的化学成分含量高于或低于某一浓度水平时,临床就应采取临床处理措施,它是医师在临床处理病人的阈值。按性质分为三组,电解质组、代谢产物组和酶组,见表3。

举例:血钠有三个医学决定水平,115、135、和150 mmol/L,低于115 mmol/L,出现明显的低钠症状和体征,除查找原因外,应采取应急的治疗措施;低于135mmolL,应配合其他检查,查找低钠原因,确定诊断;大于150mmol/L为高钠,也应即时采取措施降低血钠。

四、总体(集团)参考值和自身(个体)参考值:参考值分为自身参考值和总体参考值。自身参考值是在自身健康时的检查值,确立的参考值。来自同一个体,建立时,必须经过健康检查,严格控制已知的外界影响因素,规定试验方法和间隔时间和标本采集等。测得值后,还应与同类型参考人群所建立的参考值进行比较,证明此个体确系健康,才能定为自身参考值。总体参考值,是以参考总体为基础测得的参考值。现在临床所用的参考值都是总体参考值,用以衡量个体是否正常或异常,有时可能不能满足临床要求,建立自身参考值作为补充。

表2 医学决定水平

限界值(limit value),即在检查值稍高或稍低于参考值的值,标准差之间的值,属于参考总体95%以外的5%那部分正常人;也可能是轻微变化的异常值的人。对其临床意义的判定首先排除技术和人为的误差,以及生理因素和药物的干扰。正确判定它的临床意义能及时发现早期、隐性和潜伏期患者。如属无病,也可及时解除医源性造成的负担。

[实验诊断学的准确与误差]

实验检查的目的是为了疾病的诊断,要求测出标本中的真实含量和反应,虽然标本中存在着真实的物理含量,即所谓“真值”(true value),但由于人认识能力的局限性,无论对实验条件控制的如何严格、操作技术如何熟练、设备如何精密都无法测得标本中的绝对“真值”。“准确”是指检查结果与真值的符合度;而不符合度即为“误差”。从本质上讲准确和误差都是表达测定结果与真值的关系,从正负两个方向说明检查结果的可信性。准确通常称为准确度。它的高低与项目、试验方法、标本采集、被检者状态和操作者熟练程度都相关。误差是检查结果偏离真值的程度,准确度往往是用误差表示。误差的种类有:

一、过失误差:由于工作粗疏或失职、操作过失等造成的误差。在检查中如发生或发现过失误差必须剔除或重新检查。

二、系统误差:由固定原因引起,属可测性误差,多有一定规律性、系统性和倾向性,致使检查结果可全部过高或过低,值偏于真值一侧,常见的原因有量容器偏大或偏小、试剂不纯、标准物过高或过低、仪器和试验方法固有缺陷和操作者不良习惯等等。多数能通过各种方法和训练得到纠正。因原因是多因素和多方面,尚无法防止所有的误差因素。

三、偶然误差:又称随机误差,出现频度无固定规律,有随意和偶然性,易变性强。它是由无数微小的、可变的和不易察觉的,甚至是非实验所能控制的因素综合而造成,如温度、湿度、气压和其他微小环境变化、电压和电流波动、仪器波动、设备灵敏度、检查者技能和观察能力的限度等等,致使出现偶然误差。可通过对条件的严格控制、强化技能训练、提高仪器的灵敏度、稳定性和重复性以及增加重复测定次数来减少和限制偶然误差发生的程度,但无法消除所有的偶然因素。

常将系统误差加偶然误差称为方法误差。以上三种误差,是对单个测定值而言。

四、抽样误差:检查项目参考值是通过抽取参考样本检查结果,经统计学处理而确定。但样本的结果与总体之间有一定差异,这是抽样研究固有的特点,人们将拌随抽样检测所产生的样本统计量与总体参数之间的差别统称为抽样误差。

五、生物误差:实际应称为生物波动,或生物生理变异,见表1。因为生物标本与其他非生物标本有很大的不同,除生物个体有以上各种误差外,就是机体处于生存状态,在不断地进行代谢,所以检查结果较非生物性检查变波动大。

表1 健康人群血清主要成分生物变异(CV%)

准确与误差是存在于机体内的统一与对立的一对矛盾,有准确,就必然伴随存在误差。在实验室的工作中所指是总误差,它是方法误差、抽样误差和生物误差参考的总和。对准确的要求要以现代科学水平、设备条件和技术力量为基础,依据各种情况而定,既能使一般的实验室按操作规程,经过努力能够达到,又能满足临床诊断的需要,提出允许误差即实验误差的允许界限。以变异系数(CV%)表示。见表2。

表2 临床常用临床生物化学检查允许误差(CV%)