PBRTQC智能监控平台在不同院区检验结果实时比对与结果互认的临床应用研究

作者:蒲云罡 刘向祎 2022-09-21
作者单位:北京,首都医科大学附属北京同仁医院检验科

刘向祎,医学博士,主任技师、教授,博士研究生导师。现任首都医科大学附属北京同仁医院检验科主任。研究方向为生物标志物的筛选及应用、检验方法标准化和实验室管理。发表论文90余篇。历任ISO/TC212 WG3成员,美国AACC会员,中华医学会检验分会临床生化学组委员,全国医用临床检验实验室和体外诊断标准化委员会(TC136)委员,中国合格评定国家认可委员会(CNAS)评定委员会委员和医学实验室主任评审员,中国医院协会临床检验管理委员会委员等。



【摘要】目的 评价PBRTQC智能监控平台在医院不同院区检验结果实时比对及结果互认的应用价值,为保证医院不同院区检验结果的准确性及一致性提供有力工具。方法 基于PBRTQC智能监控平台,采用EWMA算法进行不同院区8台血细胞分析仪间检验结果一致性及偏倚评估,并与常规的室内质控室间比对法进行比较。结果 不同院区8台血细胞分析仪患者数据RBC/HB/HCT/PLT EWMA质控图显示检测系统精密度和正确度性能良好,均在可允许误差范围内;在不同比对周期,不同院区实验室系统与比较系统患者数据PBRTQC室间比对偏倚与室内质控品室间比对偏倚趋势基本一致,均小于质量目标,显示不同院区仪器间检验结果一致性良好;实时比对结果显示,4月分院5390-C1仪器由于日常维护保养不到位,PBRTQC智能监控平台该仪器RBC及HB的EWMA实时动态质控图出现黄色预警,基于PBRTQC智能监控平台的实验室间比对偏倚结果超出质量目标并智能预警,后采取仪器维护保养及校准等措施后得以纠正。结论 PBRTQC方法不存在质控品基质效应及稳定性等问题,基于PBRTQC智能监控平台可以对不同院区实验室内血细胞分析仪分析性能稳定性及结果准确性进行实时、动态、全时段的连续监控;同时可进行不同院区实验室间血细胞分析仪检验结果的一致性进行实时比对、偏倚自动评估及智能预警,为实现不同医院检验结果实时比对及结果互认提供有力工具及实践经验。


检验结果的准确性、及时性对于患者临床诊疗及医疗安全至关重要,室内质量控制(IQC)是保证临床实验室检验结果准确可靠的重要手段,目前常规方法是质控品质量控制法,质控品QC只能监控质控品检测时段检测系统分析性能的稳定性[1],无法满足对检验结果实时、准确监测的需求。但临床实验室分析全过程存在的检测质量风险无处不在,误差结果可能导致重大医疗风险。近年来,国家有关促进各级医疗机构同质化发展及实现区域内医疗机构间检验结果互联、互通、互认的政策陆续出台,旨在保证检验结果的准确性,保障患者医疗安全,减少重复检测,改善人民群众就医体验。2021年国家卫生健康委办公厅发布《国家卫生健康委办公厅关于加快推进检查检验结果互认工作的通知》,提出区域内各级医疗机构实现检验结果互认的手段为通过信息化手段推进检查检验结果互认、资料共享情况,并实时监测,逐步实现对不合理检查的自动发现、自动提醒、自动干预。2022年国家卫生健康委等四部门联合印发的《医疗机构检查检验结果互认管理办法》分别从组织管理、互认规则、质量控制、支持保障、监督管理等方面进行了明确要求。医疗机构检验结果互认和质量控制的重要性被提高到了历史新高度。


近年来,随着大数据技术与AI技术在医疗领域的应用,国际上开始探索研究临床实验室质量风险管理的新方法及信息化工具。国际上提出采用实时产生的患者检测结果数据进行实验室的质量管理,并且在室内质控管理和室间质量评价领域都有了一定的应用[2-3],展现出了改善医学实验室质量风险识别、实时连续监控及比较实验室间检测结果一致性的能力。基于患者数据的实时质量控制(patient based real time quality control,PBRTQC)是一种使用患者临床标本检测结果以实时、连续监测检测过程分析性能的质量控制方法[4]。与传统的质控品QC法相比具有较多优势,可连续实时监控检测系统分析性能、可监控分析全过程误差、对分析前误差敏感、无基质效应、无需增加额外成本,是质控品QC法的有效补充[5]。虽然PBRTQC法在20世纪60年代就已经提出并有所应用[6],但算力、数据处理及信息化技术的不足限制了其发展[7]。近年来,随着大数据技术的成熟与普及,PBRTQC在临床实验室的应用在国际上越来越受到广泛关注[8]。PBRTQC包括多种算法,BULL法最早应用于血细胞分析专业领域。其主要原因是血细胞分析质控品不稳定、效期短等。ISO15189:2012医学实验室质量与能力认可准则规定实验室使用2套及以上检测系统检测同一项目时,应建立临床适宜区间内患者样品结果可比性方案,以保证检测结果的一致性。血细胞分析仪仪器间比对常规采用新鲜全血或者不同浓度水平室内质控品进行偏倚评估的方法[9]。但以上方法检测和统计分析工作量大,消耗大量的人力、质控品和试剂成本,难以常规高频率进行。这种方法不能实时对每台检测系统的分析性能稳定性及仪器间结果一致性进行实时监控。


因此,本研究拟基于PBRTQC智能监控平台,采用PBRTQC的EWMA算法进行不同院区8台血细胞分析仪间检验结果一致性评估,并与常规的室内质控品比对法进行比较,评价PBRTQC智能监控平台在不同院区检验结果实时比对及结果互认的应用价值,为保证我院两院区结果准确性及一致性提供有效的帮助,对实现不同医院检验结果的实时比对及结果互认提供了一定的参考依据及实践经验。


一、研究对象与方法


1. 患者数据来源:在实验室本地服务器安装部署PBRTQC智能监控平台,自动采集2022年1~6月北京同仁医院崇文门院区及亦庄院区血常规门诊及住院患者血细胞分析的红细胞(RBC)计数、血红蛋白(HB)检测结果共10415例,质控品检测结果128例,患者数据结果均按照法律法规和相关文件规定严格去个人信息标识,遵循医学伦理原则,保护患者个人隐私。


2. 检测系统与试剂:共4台SYSMEX全自动血细胞分析仪(型号包括XN-1000、XN-9000)及4台迈瑞全自动血细胞分析仪(型号5390CRP);试剂品牌均为SYSMEX及迈瑞原装试剂。比较系统为崇文门院区的XN 1000-1血细胞分析仪,室内质控在控、分析性能稳定、室间质评成绩优秀;实验系统均运行稳定且与比较系统进行实验室内定期比对。


3. PBRTQC专业智能软件系统:基于AI的患者数据实时质量控制智能监控平台(AI-Moving average intelligent monitoring platform,AI-MA)(上海森栩医学科技有限公司)。基于AI-MA进行PBRTQC质量控制程序的患者数据正态分布检验、程序建立、性能验证、最优PBRTQC方法选择、不同院区实验室间检验结果实时比对与统计分析。


4. 质量管理体系运行:按照ISO15189质量管理体系的规范化管理要求执行校准、室内质控及仪器维护保养等;每日室内质控在控后检测当日的临床样本。


5. PBRTQC算法:实验室患者检测结果从LIS对接至AI-MA智能监控平台,采用人工智能算法及EWMA算法进行EWMA图及Z分数图的绘制、连续监控、误差结果识别等,计算公式如下:


其中为第t+1点的估计值,为第t点的估计值,Zt为第t点的实际测量值,λ为加权系数。(1)最佳PBRTQC程序建立:基于AI-MA智能监控平台进行血细胞分析5个项目最优PBRTQC程序EWMA法的建立、性能验证与选择。(2)不同院区血细胞分析检验结果比对及结果互认方法比较:基于AI-MA智能监控平台采用室内质控品及PBRTQC患者大数据2种室间比对方法进行不同院区8台血细胞分析仪的一致性评价及偏倚评估,在日、周、月、季度等不同周期检验结果的一致性和智能比对分析,并对2种不同比对方法的一致性评价结果进行比较研究。


6. 实验室间检验结果一致性评价比对评价指标及可接受标准:实验室间检验结果一致性及偏倚评估可接受标准参考WS/T406-2012《临床血液学检验常规项目分析质量要求》,RBC允许偏倚≤3.0%,HB允许偏倚≤3.5%。仪器间比对偏倚Bias%=(实验系统检验结果-比较系统检验结果)/ 比较系统检验结果×100%。


二、研究结果


1. 基于PBRTQC智能监控平台两院区实验室内血细胞分析仪分析性能稳定性结果:PBRTQC在监控实验室内血细胞分析仪分析性能稳定性应基于AI-MA进行大数据分析、PBRTQC参数设置、性能验证及最优PBRTQC程序建立,可以灵敏识别分析性能变化,基于AI-MA智能监控平台可采用单项目EWMA质控图及多项目Z分数图联合分析的方法,进行实时质量控制及质量风险识别、实时运算、智能判断及智能预警,结果显示,10415例标本中,不同院区8台血细胞分析仪患者RBC/HB/HCT/PLT数据EWMA法Z分数图呈正态分布、趋势一致,显示检测系统分析性能稳定,精密度和正确度性能良好,均在可允许误差范围内(图1)。


图1. AI-MA智能监控平台RBC/HB/HCT/PLT多项目联合患者数据EWMA法Z分数图


2. 基于PBRTQC智能监控平台两院区RBC及HB实时比对及一致性评估结果:RBC及HB项目基于患者数据的EWMA法在不同院区8台血细胞分析仪实验室间比对结果:基于森栩医学PBRTQC智能监控平台AI-MA不同院区EWMA质控图结果显示,7台血细胞分析仪RBC及HB EWMA分析性能稳定,不同周期6台实验室系统与比较系统偏倚结果均在允许范围内,显示仪器间检验结果一致性良好。仅亦庄分院5390-C1仪器RBC及HB出现黄色预警(图2,3)。亦庄分院5390 CRP-C1仪器与比较系统偏倚结果超出质量目标,进一步了解此仪器因放置在感染科实验室,日常维护不到位,结果出现一定程度偏倚,超出偏倚允许范围(图4)。对亦庄分院5390 CRP-C1采取仪器维护保养及校准等纠正措施后,8台血细胞分析仪分析RBC及HB分析性能稳定、良好,7台实验系统与比较系统偏倚均在允许范围内,可实现不同院区结果的实时比对及结果互认(图4,5)。


图2. 不同院区8台血细胞分析仪RBC实验室间比对EWMA Z分数图结果(4月份)


图3. 不同院区8台血细胞分析仪HB实验室间比对EWMA Z分数图结果(4月份)


图4. 不同院区8台血细胞分析仪RBC实验室间比对EWMA Z分数图结果(执行纠正措施后5月份)


图5. 不同院区8台血细胞分析仪HB实验室间比对EWMA Z分数图结果(执行纠正措施后5月份)


3. RBC、HB患者数据PBRTQC与质控品QC不同周期室间仪器间偏倚比较:基于森栩医学PBRTQC智能监控平台AI-MA进行实验室间检验结果实时比对及偏倚评估,RBC及HB 4月1日及4月份的患者数据日比对及月比对结果显示,北京同仁医院不同院区XN-1000-2等6台血细胞分析仪与比较系统XN-1000-1血细胞分析仪的PBRTQC偏倚与2个质控品水平的偏倚均小于RBC的质量目标,5390 CRP-C1与比较系统的偏倚均超出质量目标偏倚,RBC比对结果见图6,7;HB比对结果见图10,11;5月份采取仪器维护保养和校准等纠正措施后,RBC比对结果见图8,9,HB比对结果见图12,13,不同院区的患者数据PBRTQC偏倚与质控品偏倚趋势一致,不同比对周期偏倚趋势也基本一致,且小于质量目标,医院不同院区的实验室质量管理工作符合标准,患者数据PBRTQC偏倚与质控品偏倚方向基本一致且更稳定,说明患者数据与质控品应用于实验室间及仪器间结果一致性评价具有可比性,在临床科室实际应用中有一定的价值。


图6. 不同院区 7台血细胞分析仪RBC实验系统与比较系统RBC质控品QC与PBRTQC偏倚比较柱状图(日比对)


图7. 不同院区 7台血细胞分析仪RBC实验系统与比较系统RBC质控品QC与PBRTQC偏倚比较柱状图(月比对)


图8. 不同院区 7台血细胞分析仪RBC实验系统与比较系统质控品QC与PBRTQC偏倚比较柱状图(5月份执行纠正措施后日比对)


图9. 不同院区 7台血细胞分析仪RBC实验系统与比较系统质控品QC与PBRTQC偏倚比较柱状图(5月份执行纠正措施后月比对)


图10. 不同院区 7台血细胞分析仪HB实验系统与比较系统质控品QC与PBRTQC偏倚比较柱状图(日比对)


图11. 不同院区 7台血细胞分析仪HB实验系统与比较系统质控品QC与PBRTQC偏倚比较柱状图(月比对)


图12. 不同院区 7台血细胞分析仪HB实验系统与比较系统质控品QC与PBRTQC偏倚比较柱状图(5月份执行纠正措施后日比对)


图13. 不同院区 7台血细胞分析仪HB实验系统与比较系统质控品QC与PBRTQC偏倚比较柱状图(5月份执行纠正措施后月比对)


三、分析与讨论


IFCC工作组推荐的PBRTQC算法包括BULL法、移动均值(moving average,MA)、移动中位数(moving median,MM)、指数加权移动平均值(exponentially weighted moving average,EWMA)、移动标准差法(moving standard deviation,MovSD)、移动分位数以及移动非正常值患者数(moving number of positive patients,MovSO)等方法,这些方法对于不同类型的误差具有不同的敏感度,可以综合应用[4]。对于本研究选取的几个血细胞分析项目主要引起临床差错的误差来源为系统误差,因此我们主要选取了对系统误差更为灵敏的EWMA法进行分析。本研究结果显示EWMA法对检测中存在的偏倚可以灵敏准确识别,同时可作为仪器间比对的一种补充方法。


本研究在国内首次建立了在同一医院不同院区,采取不同来源患者数据建立PBRTQC模型进行不同仪器检验结果实时比对和结果互认的研究。由于我院检验科采取统一管理,两区人员、仪器、操作流程和LIS系统均高度一致,因此可以极大程度地排除除患者分布之外的影响因素,提供了不同患者群体间PBRTQC模型建立和验证的理想范例。因此本研究的结果和经验对于将PBRTQC模型推广到各层次、不同等级的医院,进行大范围的检验结果一致性比对具有较大的意义。对于我们所考察的RBC、HB两个项目,结果显示两院区不同的患者差异对PBRTQC方法无显著影响,这也侧面说明了本文中的PBRTQC模型稳健。未来可以将本方法推广到其他患者群体影响更大的项目,对方法的稳健度进行进一步的考察。


本研究的研究结果充分证明我院不同院区、不同仪器间结果的一致性较好,同时可以及时发现潜在的问题。质控品QC和PBRTQC EWMA法的比对结果证实,我院RBC和HB项目质控品和PBRTQC偏倚趋势基本一致、每日、每月不同比对周期两者的偏倚也基本一致。比对结果揭示部分仪器由于保养不当存在较为显著的正偏倚。我院两个院区均采用两套不同的检测系统:迈瑞5390CRP系统和希森美康XN系统,两个检测系统分别采用不同的IQC质控品。由于质控品不同,在不采用新鲜全血比对的情况下,利用质控数据无法有效判断仪器间是否存在偏倚。PBRTQC比对显示5390CRP-C1 RBC及HB存在系统误差,呈正偏倚。经过查证证实仪器在研究涉及的时间段维护不到位,随后采取措施进行改正。


PBRTQC方法不存在质控品的基质效应等问题,且可以对检验结果进行全时段、实时监控,不需要额外检测,可以充分发现不同院区不同仪器间检测结果存在的差异,可作为常规IQC的有力补充。本研究的经验对于各级医疗机构、不同患者人群间检验结果一致化提供了一定的参考经验,但是对于数据的解读以及其效能与传统质控品或者新鲜全血比对的系统性考察,仍需要进一步的实验来验证。


随着检验医学界实验室全流程风险管理观念逐步熟悉,检验全流程风险监控要求引入多种不同类型的质控数据,对实验室风险进行系统的考察[3]。PBRTQC由于采用的是实时产生的患者数据,可以有效反映检验全流程带来的影响因素,无需额外的检测成本,因此具有发展成为检验全流程质量风险监测工具的潜力。本研究中我们初步将PBRTQC从单纯的传统IQC的补充,扩展成为实验室间仪器比对及结果互认的工具,并取得了一定的成果。我们有理由相信,未来PBRTQC除了在统计模型的进一步发展之外,其与其他实验室管理工具的有效整合,以及作为检验全流程质量管理工具的应用,也将是一个值得深入挖掘的方向。


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