体外诊断医疗器械的计量学溯源性探讨

杨波 付强 张芷菁

(1.上海速创诊断产品有限公司，上海 201318；2.上海市医疗器械检测所，上海 201318)

体外诊断医疗器械，单独或组合使用，用于人体标本体外检验，主要以提供诊断、监测或相容性信息为目的，包括试剂、校准物、控制物质、样品容器、软件和相关的仪器装置或其他物品[1]。

随着体外诊断理念、技术不断革新，以及患者、操作者、管理者和监管者对体外诊断要求不断升级，体外诊断医疗器械检测项目越来越多，具体检测原理、技术路线、实现方法也各不相同，使得体外诊断医疗器械的计量学溯源变得相对复杂，甚至会出现理解偏差。溯源概念广泛，为描述方便，文中所提溯源仅指计量学溯源。在实际工作中，制造商、检验部门、注册审评及监管部门，不同人员对体外诊断医疗器械的计量学溯源性的理解有所不同，导致沟通难度加大，沟通成本增加，给器械的研发、注册、监管带来诸多不便。因此，在体外诊断医疗器械的计量学溯源性方面进行分析和讨论具有很强的现实意义[2,3]。

1 溯源的标准解读

体外诊断医疗器械的计量学溯源性，我国执行标准为GB/T 21415-2008/ISO 17511:2003《体外诊断医疗器械 生物样品中量的测量 校准品和控制物质赋值的计量学溯源性》[4]（以下简称标准）。

1.1 对计量学溯源的“系统”理解

对于体外诊断医疗器械，所用的试剂、仪器、校准品、软件及相关流程规定共同构成一个完整的测量系统，缺少其中任何一个环节都可能得不到正确测量值，因此单独的试剂、仪器均不具有计量学溯源性。标准中近20 次提到“测量系统”一词，强调了要从系统的角度来理解标准。当然，无需试剂的诊断仪器也是一个独立的系统[5]。

1.2 计量学溯源过程中的两条“链”

测量的实现，特别是定量测量均需对所用诊断器械进行校准，即在规定条件下将测量系统的量值与对应的由测量标准所复现的量值建立关系。测量标准包括参考测量程序及校准品，高一级的校准品对测量程序进行校准，测量程序对下一级校准品赋值。校准品的等级可分一级校准品、二级校准品、制造商工作校准品、制造商产品校准品。自上而下比较，形成一条校准链。

制造商计量学溯源链始于制造商所生产的校准品的值，止于制造商所使用的计量上最高参考标准，是自下而上的一条溯源链。

两条链均不可间断，顺序互逆，形成一个完整的闭环。若两条链最终不封闭或中间出现分叉，计量学溯源就有问题，可能出现不必要的非预期用途的溯源[6]。

1.3 计量学溯源性的三要素

标准对计量学溯源性定义为：通过一条具有规定不确定度的、不间断的比较链，使测量结果或测量标准的值能够与规定的参考标准，通常是与国家标准或国际标准联系起来的特性。从定义看，计量学溯源的要素有三个：（1）对象是测量结果或测量标准的值；（2）目标是参考标准，优先采用国家标准或国际标准；（3）方法是比较链，其特征是不间断。

1.4 溯源性的适用条件

标准在引言、范围及原理部分多次阐述了建立计量学溯源性的目的，是为了使检验医学量的测量得到正确的医学应用，不论何时何地都具有可比性，其溯源要求：（1）“量必须明确定义”，且需要“根据测量结果在医学决定中的预期用途定义”，“各水平上的量应相同”。只有明确且相同的量才具有可比性，才可以计量溯源。（2）与测量正确度相关。只有涉及到测量正确性才需要计量溯源，只涉及精密度的不需要溯源。标准的范围部分明确说明，“没有赋值及只用于评价一个测量程序精密度的控制物质”，“无量级的特性”，“用于实验室内部质量控制的物质”均无溯源性要求。

1.5 精密度在计量学溯源过程中的重要性

计量学溯源是以追求测量值准确具有可比性为目的，但测量精密性在计量学溯源中占据十分重要位置。精密性包括重复性和重现性两方面。若器械的精密性不好，则同一样品的最终测量值不稳定，其检测结果必定不准确，计量学溯源只是纸上谈兵。

1.6 溯源链建立的时机

标准说明，计量学溯源，“应是使经校准的常规测量程序所得的结果，按现有校准等级最高水平所得值表示。应在开始进行最终测量前建立计量学溯源链”。

测量系统进行测量时可能涉及一些中间量，它们没有经过校准，没有引入准确性概念，对它们溯源是没有意义的。只有经校准后的最终测量结果才需要溯源。

2 体外诊断医疗器械测量过程中的量与计量学溯源

体外诊断医疗器械分类多、范围广，以下讨论仅限于需要提供被测量量值的器械。以测量被测量浓度的器械为例，整个测量系统通常包括试剂、相关校准品、仪器、软件及相关流程规定。

人体样本中特定物质浓度测定，通常需要通过一定方法按规定流程将样本中的待测物质信息转化为可直接测量的电、光、磁等物理信号，然后通过特定方法测量出这些物理信号（以下称直接量）。接着，仪器根据测量原理将直接量进行处理转化成中间量。最后，仪器将中间量根据校准参数计算出最终量，即样本中待测物质的浓度值。以已知浓度的标准品为样本在对应的仪器与试剂平台上测量出中间量，再通过数值分析计算出的标准品浓度与对应中间量之间相互关系的一组参数，这个过程称为校准，获得的参数为校准参数。校准是标准品、试剂与仪器共同完成的。

常见的生化类产品，直接量是光的强度，中间量是吸光度，最终量就是特定物质的浓度。直接量是仪器信号探测器直接检测出的量，检测范围由仪器硬件固件直接决定的；中间量是仪器进行计算出来的，可以是一个比较量，通常可以消除直接量的一些不稳定性因素，提高测量的精密度；最终量是通过校准参数由中间量计算来的，是需要报告给用户的结果，其准确性尤其重要。

直接量是试剂与仪器最重要的接口，仪器一旦定型，其直接量的测量范围就基本固定，后期的试剂产品应在原料配比上调整，使试剂产生的直接量的可能范围均在仪器可测范围内，以保证信号的可测性。仪器通过硬件或软件对直接量做一些如滤波等方面的处理，减少偶然误差的影响。直接量一般没有特定的量纲，是探测器经滤波、放大与模数转换后的数据，表示信号的强弱。

中间量是根据测量原理和方法以及消除不稳定因素后由直接量计算出来的。生化产品中的吸光度，就是由入射光强与透射光强之比求常用对数得来的。以金标、免疫荧光为基础的免疫层析产品，通常以测试区与控制区的信号比值（称T/C 值）作为中间量。这种比例的处理，可有效地消除仪器内部电源、光源等漂移及环境因素的影响，降低测量系统对直接量台间差（批间差）的要求，大幅提高最终测试值的精密度。有些特定产品，也可对直接量未做处理就将其作为中间量。多数中间量仍然没有明确量纲。

对于测量系统中的仪器而言，直接量主要决定的是系统的测量范围和灵敏度问题，中间量主要解决的是测量精密度的问题。从中间量到最终量的校准过程，主要解决的是准确度的问题。在正常的测量范围内，仪器只要保证相同的测量物不论何时何地测出的中间量值基本一致，经正确的校准参数计算出的最终量就基本相同，就可以保证测量准确性。因此，对仪器最关注的通常是中间量的精密度，对直接量与中间量的绝对数值并不特别关注，只需注意直接量在仪器的测试范围内即可。最终量的准确性由校准过程来保证。

值得注意的是校准形式不同，对仪器的性能要求会不一致。在应用现场对仪器和某批试剂进行的现场校准，被校准的仪器与测量仪器是同一台，对仪器中间量的台间差要求就不高；而制造商在公司内部某一台（或几台）参考仪器上用某批试剂进行校准获取校准参数，在应用现场输入校准参数的校准方式，对仪器中间量的台间差要求就相对较高，就一定要控制仪器中间量的台间差问题。台间差是一个精密度问题，可以参照试剂的批间精密度来理解[7]。

3 体外诊断医疗器械计量学溯源性常见的误解

3.1 非系统性的溯源性表达

体外诊断医疗器械的试剂与仪器，专业领域跨度较大，一般由不同部门甚至不同公司研发生产，容易产生试剂与仪器独立溯源的要求与误解。单独的试剂不能显示具体的量值，是无法独立溯源的。独立定量测量的仪器可以计量学溯源；但必须与试剂共同完成测量的仪器，没有试剂参与也不能获得临床测量结果，不具有独立溯源性。必须配合使用的仪器与试剂是一个不可分割的测量系统，要求各自独立进行计量学溯源是不科学的。必须以完整的测量系统为前提来研究计量学溯源。

3.2 对体外诊断仪器错误的溯源性要求

单独试剂不可能出示值，而仪器可能用参考物质进行测量，从质量控制角度希望对仪器能独立质量管控，因此要求仪器进行独立的计量学溯源性管控。常见的提议有两种：（1）如计量参考物质的发光值，仪器测量发光值进行准确性比较；（2）计量参考物质的浓度，仪器测量参考物质浓度进行准确性比较。

第一种情况一般从技术上较难实现。直接量中间量通常没有量纲，多数没有通用的测量程序，不同仪器对同一物质的测量结果很难达到数量上的一致。如荧光测量，相同体积、相同浓度的荧光物溶液，仍需要严格控制几十个细节因素基本一致才可达到最后的测量荧光数值相近，涉及仪器的电子、机械、光学、固件等众多因素，还需要容器材料、形状、大小完全一致。因此进行某物质荧光值的计量在目前是不科学的理想化要求，不能实现。也有特殊的如吸光度，它是入射光强与透射光强之比求得的，只需控制光的波长、待测物及其厚度（俗称光径）即可获取一致的数值，可以第三方赋值以控制仪器读数的台间差，但不是仪器预期用途的计量溯源。

第二种情况会出现校准链与溯源链的分叉或不闭合。仪器测量参考物质得到数据仍然先是直接量与中间量值，需要显示浓度值就必须进行校准，其校准参数来自于该参考物质的浓度标称值与仪器测量的中间量值。而临床测量的校准参数来自临床检测用的参考校准品与试剂在仪器上的测量值。这完全是两套不同的校准参数与计算方法，换言之，测量系统成了两个测量系统，出现了非预期用途的溯源。一个测量系统的计量溯源并不能说明相关的另一个测量系统也具有计量溯源性。

以上两种提议，从技术实现上有难度，从实际意义上对体外诊断器械的溯源性没有实质的意义。

3.3 体外诊断医疗器械中仪器测量准确性的理解

相关部门制定了有关体外诊断仪器的推荐性或强制性行业标准。有的对准确性进行了规定。如，YY/T 0654-2017[8]规定，仪器测定在340nm 处吸光度约为0.5 和1.0 的重铬酸钾标准溶液的吸光度，与标准值之差不超过规定要求。该标准还特别注释，“本文件中，所有的吸光度值均指光径为10mm 时的值”。若某一新产品其光径只有5mm，同样的溶液，其测出的吸光度就是1.0 和2.0。若新产品的反应池内部不是近似的长方体而是异形的，测量出的吸光度还不能按光径比例计算。也就是说，行业标准并不强求仪器一定要将吸光度调整为一样。YY/T 1533-2017[9]规定“对10-10mol/L 铕标准溶液进行测定，测量值与标定值的相对偏差±5%范围内”，其测量值与标定值均为荧光值。标定值是公司用该溶液在某台或几台仪器（常称参考仪器）上测量的结果，与溶液浓度并未建立联系。

以上情况所谓的准确性规定，其实质只是规定了相同的待测物质，要求其在不同台的仪器上测量的中间量值基本一致。其控制的是仪器台间差。仪器台间差是一个精密度的概念，类似试剂的批间差。如YY/T 1588-2018[10]，用三个不同批号的试剂盒对一定浓度的样品各重复测定10次来计算变异系数，用精密度的概念进行批间差控制。根据仪器的特点，以参考物质的中间量的标定值为参考，套用准确度的概念进行台间差的控制是业内比较通用的做法。

GB/T 19634-2005[11]，血糖监测系统直接以试纸和仪器对血样进行检测来规定准确性。这是对整个测量系统的准确性进行控制，具有医学诊断计量溯源意义。

还有一些仪器的行业标准根本未作准确性规定，如YY/T 1304.1-2015[12]、YY/T 1155-2009[13]。前文提到一些仪器是现场校准的，校准与样品测量均在同一台仪器上完成，因此对中间量的台间差要求不高。若能保证直接量在仪器测量线性范围内，现场校准完全可保证最终测量值的准确性。

4 讨论

体外诊断医疗器械与患者的健康密切相关，从研发、生产、售后、注册、监管等多环节均应高度重视其测量结果的准确性[14]。首先要求制造商从研发源头抓起抓紧，从技术原理、产品形式、设计方案、器件选择、校准方式、质控过程、组装生产、操作规程、使用培训等多环节多方面多角度的综合考虑，全方位的保障临床最终测试结果的可靠性。同时，要求企业的质量管理部门及各级监管、审评部门，能充分理解体外诊断医疗器械的复杂性，从计量溯源性的要求、条件、适用范围和具体的产品特点，系统地完整理解并建立产品溯源链，准确把握体外诊断医疗器械的计量学溯源的标准，科学管控、合理要求，减少不必要的沟通障碍，提高工作效率及管控水平，共同努力把我国体外诊断医疗器械的发展提高到一个更高水平。