医疗血常规检测系统重复性与再现性研究

医疗血常规 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 系统重复性与再现性研究 施亮星，刘家凯，何桢 (天津大学管理与经济学部，天津 300072) 摘要:医疗血常规检测系统被广泛用于医疗诊断，其能力是否充足对医疗诊断结论有着重大 5 的影响。只有当生理指标被准确地检测，才有助于做出正确的判断。本文对血常规检测系统 进行重复性与再现性研究，通过安排交叉实验并利用方差分析，对血常规检测系统的重复性 与再现性进行研究和评价，并在此基础上针对红细胞平均血红蛋白浓度检测系统进行了实证 研究。本研究提出的血常规检测系统能力评价方法对医疗诊断质量的保证提供了重要基础。 关键词:测量系统分析;血常规检测系统;检测能力 10 中图分类号:F406.3 A Gage R&R Study on Blood Test in Health Care SHI Liangxing, LIU Jiakai, HE Zhen (College of Management and Economics, Tianjin University, TianJin 300072) 15 Abstract: The blood test system in hospital is widely used in healthcare diagnosis; the adequacy of its capacity has huge effect on the results of healthcare diagnosis. Only when a person’s physical factors have been precisely measured can lead to an accurate diagnosis. This essay proposes a Gage R&R approach for the blood test system, with the Cross-factors experiment and Analysis of Variance method to evaluate the repeatability and reproducibility of the blood test system. On the 20 basis of this application, an empirical research has been done to the mean corpuscular hemoglobin concentration. The proposed method, which is doing measuring capability analysis to the blood test system, has given an important foundation to ensuring the diagnosis quality in healthcare. Keywords: measurement system analysis; blood test system; measuring capability 25 0 引言 测量系统重复性与再现性研究是质量管理的重要内容。现在企业中的质量管理活动大多 是依靠数据的分析结果来做出决策的，因此所获取的数据的质量高低直接决定了决策的正确 与否。数据是通过测量而获得的，测量系统的能力是否充足就显得尤为重要。 30 [1]提出测量系统分析主要包括重复性和再现性研究。对于一般的测量系 Mandel(1972) 统而言，测量系统的重复性是指同一测量者使用统一测量仪器，对同一被测对象的同一个特 性进行多次测量时产生的变异。测量系统的再现性是指不同的测量者使用同一测量仪器，对 同一被测对象的同一特性进行多次测量时的测量平均值的变差。 在传统制造业中，往往通过测量系统的重复性和再现性分析来确定产品特征值的测量数 据是否可靠。如 Majeske(2008)[2]对车身面板的多元测量系统进行能力分析。此外，Mast 35 [3] (2005) 、Stevens(2010)[4]等对于测量系统分析的方法和性质做了更加深入的研究。 传统上，对于医疗检测系统而言，一个检测能力不足的医疗检测系统可能会对医生的诊 断造成误导。因此，对于医疗检测系统的能力进行评价、研究是极其必要的。李梅爱(2008) [5] 、杨莉(2011)[6]等分别利用统计学方法对不同检测系统的血常规测定结果进行可比性分 析;侯卫勇等(2010)[7]通过 t 检验和直线回归统计分析对快速血糖测定仪和全自动生化分 40 析仪检测血糖结果进行比对分析。但可比性分析的目的在于对测量仪器进行校准，减少仪器 偏差对测量结果的影响，并不是从变异、误差的角度判断测量系统是否满足测量要求。对医 基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金资助课题(20100032120030);国家自然科学基金(71102140) 作者简介:施亮星，(1977-)，男，博士，副教授，主要研究方向:质量管理、六西格玛管理、工业 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 。 E-mail: shi@tju.edu.cn -1- 疗检测系统进行测量系统能力分析时，可将重复性与再现性扩展至医疗检测，其中重复性是 指同一位检测人员使用同一台检测仪器对于同一医学样品的同一生理指标进行多次检测时 检测结果之间的差异程度;再现性是指不同检测者或不同的检测仪器对于同一医学样品的同 45 一个生理指标检测时检测结果之间的变异。学者在对医疗检测系统进行测量系统分析方面做 [8]将测量系统分析应用于医院里的体温检测系统。 了一些比较好的尝试，Tashi P E(2010) 但是对于广泛应用医疗诊断并对诊断质量有重要影响的血常规检测系统能力的评价尚缺乏 研究。 本文对血常规测量系统的误差来源进行重新分类，并且通过交叉试验和方差分析的方法 50 对该血常规检测系统进行评价。该研究为医疗检测行业的测量系统分析提供了一套参考方 法，对于特定血常规检测系统的检测能力能够作出评价。 1 重复性与再现性研究 测量数据的变异主要来源于过程本身，测量系统对其影响越小越好。所以，测量系统的 优劣将直接影响到数据质量的高低，进而影响到对过程能力的判断。因此，测量系统分析是 55 在进行数据分析前一个必经的过程。 测量系统重复性与再现性研究的目的在于确定测量系统的变异来源，分析测量系统所造 成的变异相对于总变异的大小，以判定测量系统是否能满足要求。而重复性和再现性这两个 统计特性反映了测量系统的波动，重复性和再现性越大，表明测量系统的波动越明显，测量 系统的能力越低。因此，可用重复性和再现性作为测量系统能力高低的量度。 60 典型的测量系统分析的统计模型为: (1) X ijk , , ， Oi ， Pj ， OPij ， , ijk 其中 , 为常量，表示质量特征测量值的均值; Oi (i , 1 ~ m) 表示第 i 个测量者的变异效 应，Oi ~ N (0,, o ) ;Pj ， j , 1~ n， 表示第 j 个零件的变异效应，Pj ~ N (0,, 2 ) ;OPij (i , 1 ~ m , , j2 p ij ~ N (0,, op2 ) ; ,ijk ，i , 1 ~ m ,, j 1 ~ n, , k 1 ~ r ， 表 1 ~ n) 表示测量者和零件间的交互作用，OP65 2 示同一测量者对同一零件进行测量时的随机变异效应， ,ijk ~ (0,, E ) 。那么，测量系统的方 差分量模型可表示为: 2 2 (2) 对测量系统能力的评价，常用的测量系统能力评价指标分别是精度公差比(P/T%)和 70 重复性与再现性百分比(R&R%)，它们的公式如下: 5.15, MSE P / T % , ,100% (3) USL LSL , MSE R & R% , ,100% (4) , MSE 2 ， , P 2 其中，, MSE 代表测量系统误差的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 差，USL 和 LSL 分别被测特性的上公差和下公差， , P 是生产过程的标准差。 75 同时，AIAG(2010)[9]给出了它们的评价标准。当两者的最大值小于 10%时，测量系 统通常被认为是一个可接受的测量体系。当处于 10%-30%时，在某些应用情况下，测量系 统被认为是可接受的，是否可接受要基于对测量过程的重要性、测量设备的成本、维修费用 等因素进行考虑。当大于 30%时，测量系统被认为是不可接受的，应该尽一切努力来提高 测量系统的能力。对于一些特别重要的指标，需要两者的最大值小于 10%，否则测量能力 -2- 不满足要求。 80 2 血常规检测系统评价方法 2.1 血常规检测系统 血常规检测系统包括血样检测仪器，采血仪器，储存血样的真空管，参与试验的人员以 及整个试验的环境。 对于血液常规指标的测量现如今已基本由血细胞自动分析仪代替。20 世纪 50 年代， 85 Coulter(1956)[10]根据血细胞是不良导体的特性，在电解质溶液中悬浮细胞颗粒在通过计 数小孔时引起电阻变化(形成脉冲) ，再经仪器放大、甄别、整形、计数，生产出第一台血 细胞计数仪。全国临床检测操作规程(2006)[11]提出了血常规测量系统运行流程。首先， 通过静脉采血的方式采集血样，采集量不超过 5ml。采集完毕后，将血样放入真空管保存， 再进行人工摇匀。随后将血样放入待测仪器进行自动检测，最终得到仪器读数。 90 2.2 血常规检测系统评价方法 与典型的测量系统不同，血常规检测系统中，采血人员和验血人员在试验过程中不会接 触到血样。所以，人的影响对于该试验结果是可以忽略的。更重要的是，同一家医院的血常 规检测仪器往往不止一台。如果按照传统测量系统分析的方法，仅对一台设备的测量能力进 行评价是没有意义的。在进行血常规检测系统能力评价时，采用普通健康人作为试验对象更 95 为合理，因为对于健康人群，其血样中的细胞指标能较好地满足正态性假定，且如果检测系 统有充足的能力辨识健康人群，则可推断其能更好地诊断出异常样本。因此，在典型条件下， 选取 n 名普通人进行血常规检测。随机选取 m 台血常规检测仪器对 n 个任取的医学样品进行 随机测量，并且每个样品被每台仪器先后测量 r 轮，这样，典型的血常规检测系统的统计模 型可表示为: 100 X ijk , , ， M i ， Pj ， MPij ， , ijk (5) 2 其中， M i ，i , 1~ m ， 表示第 i 个检测仪器的变异效应， M i ~ N (0,, o ) ; Pj ， j , 1~ n ， 表 示第 j 个血样的变异效应 Pj ~ N (0,, 2p ) ; MPij ，i , 1 ~ m ,, j 1 ~ n ， 表示，检测仪器和血样间的 交互作用， MP ~ N (0,, MP ) ; ,ijk ，i , 1 ~ m ,, j 1 ~ n, , k 1 ~ r， 表示同一操作者使用同一台检测 ij 2 2 ,ijk ~ (0,, E ) 。 仪器对同一份血样进行检测时产生的变异，105 因此，血常规检测系统的检测过程总误差可以写做: 2 2 2 (6) 2 2 其中，, MSE 表示检测过程的总误差，, M2 表示检测仪器不同对检测系统带来的误差，, MP 表示检测仪器和被检测血样之间的交互作用， , E2 表示检测系统的重复性误差。 在避免该测量系统的不相关因素影响最终数据之后，检验员按照相关的操作流程得出实 110 验数据。用 2 台仪器对 10 个正常人的血常规指标进行测量，每台仪器对同一份血样测量 3 次，从而得到 60 份相关数据。 T 、 SSM 、 SSP 、 SSMP 、 SSE 分别代表总离差平方和、检测仪器离差平方和、零 设定 SS 件离差平方和、检测仪器和零件之间交互作用的离差平方和、重复性误差离差平方和。它们 的计算公式如下: 115 -3- m n r (7) SST , ( X ijk X ... )2 i ,1 j ,1 k ,1 m (8) SS M , nr ( X i.. X ... )2 i,1 n X (9) SS P , mr ( X . j. ... )2 j,1 m n X ， X (10) SS MP , r ( X ij. X i.. . j. ... )2 i,1 j,1 m n r 120 (11) SS E , ( X ijk X ij. )2 i,1 j,1 k ,1 从而可以得到: T , SSM ， SSP ， SSMP ， SSE SS(12) 那么血常规检测系统分析的方差分析表如表 1 所示。 测量系统分析的方差分析表 表 1 125 Tab. 1 ANOVA of Measurement System Analysis 来源 SS ) 均方 ( MS ) 离差平方和 ( SSO 检测仪器 SSM m 1 SSP 零件 SSP n 1 SSOP 交互作用 SSMP (m 1) , (n 1) SS E 重复性误差 SSE m , n , (r 1) 总计 SST 利用表 1，可得出系统中各随机效应的方差大小为: (14) ,ˆ E2 , MS E 2 130 (15) ,, (MS M ,P MS E ) / r M , P ˆ 2 (16) M 2 (17) P 那么，检测系统总误差为: ˆ ˆ 2 ˆ 22 (18) , MSE , , M ， , M , P ， , E 135 利用公式(18)计算得到的 ,ˆ MSE 以及公式(3)和(4)，可计算出评价指标 P/T 比率 和 R&R%的大小，进而进行血常规测量系统的能力评价。 -4- 3 案例分析 安全事故典型案例分析生活中谈判案例分析管理沟通的案例分析股改案例分析刑法学案例分析 :血常规检测系统能力评价 3.1 试验描述 课题组在天津某医院住院部验血科针对血常规检测系统重复性与再现性研究进行试验 140 操作。从健康人群中选 10 名作为被测对象。其中男生 6 名，女生 4 名。对这 10 位被测者进 行 1-10 号编号。通过静脉采血的方式，按编号顺序给每人采血 2.5 毫升，放入真空管中。 人工摇匀 5 次后保存。之后，给真空管标上清楚的标签。10 份血样作为试验的样本。同时， 随机安排检测顺序，保证每份血样在每台仪器上测量 3 次。试验顺序如表 2 所示: 试验顺序 表 2 145 Tab. 2 Test Sequence 仪器 1 仪器 2 待测血样顺序 待测血样顺序 7 1 8 5 4 6 10 9 3 2 第一轮 A 5 6 9 2 3 4 8 10 7 1 第一轮 B 2 3 5 8 6 4 9 1 7 10 第二轮 A 4 10 9 7 1 5 6 2 8 3 第二轮 B 5 2 6 8 10 4 9 1 3 7 第三轮 A 7 9 3 1 4 10 6 8 2 3 第三轮 B 根据要求，随机选取该医院内两台血球计数仪作为本次试验的测量仪器，仪器的基本信 息如表 3 所示。按编号将血样分配给 A、B 两台设备。由检验人员和数据记录人员检查血样 摆放顺序是否正确，在每次检测之前一共需要检查两次。确认摆放顺序无误后，两台设备同 150 时开始检测。检测完毕后记录并整理各指标的测量结果。 测量仪器的基本信息 表 3 Tab. 3 Basic Information of the Measuring Instruments 编号 仪器名称 型号 生产厂家 生产日期 双摇匀血 XE 2100 Syemex >10 年 A 球计数仪 单摇匀血 XT 1800i Syemex >10 年 B 球计数仪 155 3.2 结果分析 试验选取平均红细胞平均血红蛋白浓度作为评价指标进行分析，其数据如表 4 所示。利 用方差分析法估计各变异来源，结果见表 5。表 5 中，标准差表示各个影响因子的方差的平 方根，研究变异为 6 倍方差。%研究变异表示该因子产生的变异占总变异的百分比，%公差 160 表示该因子带来的变异与公差限之差的比值。结合方差分析表可知，R&R 所占比重 R&R% 为 70.81%，其精度公差比 P/T%为 179.96%，两者的最小值远远大于 30%，从而说明本试验 的两台自动或血细胞计数仪对平均红细胞血红蛋白浓度的检测能力达不到要求。其中重复性 误差的标准差所占比重为 17.886%，占公差比为 44.67%，再现性误差的标准差所占的比重 为 68.59%，占公差百分比为 174.33%。同时，图 2 为仪器和血样的交互作用图，从图中可 以看出，仪器和血样之间的交互作用并不显著，但是有明显的不同。综上可见，该血红蛋白 165 检测系统能力严重不足。检测系统误差主要由再现性导致，仪器间误差比重较高，仪器间的 误差是导致误差较高的主要原因。而仪器间误差可能是由于使用不同型号的仪器进行测量引 起的。该医院有必要对现有检测设备进行深入研究，决定需要维修或更换相关设备。 -5- 表 4 平均红细胞血红蛋白浓度，参考值(320-360)，单位 g/L 170 Tab. 4 Mean Corpuscular Hemoglobin Concentration 血样 仪器 1 仪器 2 1 332 332 328 343 340 338 2 314 313 314 320 332 327 3 317 309 316 325 326 331 4 332 335 335 359 357 357 5 333 330 333 348 351 353 6 345 343 342 362 358 360 7 346 346 351 365 367 367 8 337 337 341 356 357 356 9 340 339 330 356 354 356 10 337 334 336 344 341 352 平均红细胞血红蛋白浓度方差分析表 表 5 Tab. 5 ANOVA Table of Mean Corpuscular Hemoglobin Concentration 标准差 研究变异 %研究变 %公差 来源 SD) 6*SD) ((异(%SV) (SV/Toler) 合计 R&R 11.9972 71.83 70.81 179.96 重复性 2.9777 17.886 17.57 44.67 再现性 11.6218 69.731 68.59 174.33 验血仪 11.317 67.902 66.79 169.75 验血仪*血样 2.6444 15.866 15.61 39.67 血样间 11.9648 71.789 70.61 179.47 合计变异 16.9437 101.662 100 254.16 175 血样 乘 验血仪 交互作用 370 验血仪 仪器1 仪器2 360 350 340 平均 330 320 310 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 血样 图 1 仪器与血样的交互作用图 Fig. 1 Interaction Diagrams of Instruments and Blood Samples 4 结论 本文对医疗中血常规测量系统的重复性和再现性进行研究。在对血常规检测进行研究的 180 基础上，考虑到检测过程为全自动过程，故基于此安排交叉试验，并进行建模分析。通过制 定试验 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 并进行现场试验准确说明了测量系统的重复性和再现性研究适用于医疗领域。试 验分析结果表明，利用交叉试验并结合方差分析的方法对于评价检测仪器、保证检测指标的 准确性具有重要的指导意义。论文应用给出的方法对血常规检测中平均红细胞血红蛋白浓度 的检测能力进行实证研究，并得出了相应的评价。本文的研究对于医疗检测系统的日常评价、 185 医院购买新的医疗设备提供了新方法。 [参考文献] (References) [1] Mandel J. 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