临床基因扩增检验的质量保证.ppt

临床基因扩增检验的 质量保证 卫生部临床检验中心 李金明 定 义 n质量保证(Quality Assurance,QA) 为一产品 或服务满足特定质量要求提供充分可信性所必要的 有计划的和系统的措施。 n室内质量控制（Internal Quality Control,IQC) 由实验室工作人员，采取一定的方法和步骤，连续 评价本实验室工作的可靠性程度，旨在监测和控制 本实验室工作的精密度，提高本室常规工作中批内 、批间样本检验的一致性，以确定测定结果是否可 靠、可否发出报告的一项工作。 定 义 n室间质量评价 （External Quality Assessment, EQA ） 为客观比较一实验室的测定结果与靶值的差异，由 外单位机构，采取一定的办法，连续、客观地评价实 验室的结果，发现误差并校正结果，使各实验室之间 的结果具有可比性。这是对实验室操作和实验方法的 回顾性评价，而不是用来决定在实时的测定结果的可 接受性。当EQA用来为执业许可或实验室认证的目的而 评价实验室操作时，常描述为实验室能力比对检验（ Proficiency testing, PT）。在以前的文献中，EQA 常描述室间质量控制。 定 义 n准确度 (Accuracy) 待测物的测定值 与其真值的一致性程度。准确度不能直接以数 值表示，通常以不准确度来间接衡量。对一分 析物重复多次测定，所得均值与其真值或参考 靶值之间的差异亦即偏差即为测定的不准确度 。 n偏差 (Bias) 待测物的测定值与一可接 受参考值之间的差异。 定 义 n精密度(Precision) 在一定条件下所获得 的独立的测定结果之间的一致性程度。与 准确度一样，精密度同样也是以不精密度 来间接表示。测定不精密度的主要来源是 随机误差，以标准差（SD）和/或变异系数 （CV）具体表示。SD或CV越大，表示重 复测定的离散度越大，精密度越差，反之 则越好。 定 义 n批 (Run) 在相同条件下所获得的一 组测定。 n均值（Mean） n标准差（Standard deviation, SD或s ） n变异系数（Coefficient of variation, CV） 定 义 n正态分布(Gaussian distribution) 当一质控物用同一方法在不同的时间 重复多次测定，当测定数据足够多时 ，如以横轴表示测定值，纵轴表示在 大量测定中相应测定值的个数，则可 得到一个两头低，中间高，中为所有 测定值的均值，左右对称的“钟形”曲 线，亦即正态分布，又称高斯分布。 定 义 n正态分布的基本统计学含义可用均数（） 、标准差（s）和概率来说明。 临床基因扩增检验实验室 常规测定步骤 n标本收集：选择测定项目、标本收集和保存 。 n实验室测定：标本接收、贴标签、样本处理 、核酸扩增、产物检测、测定的有效性和临 床诊疗价值。 n报告和解释：结果发出、结果解释和临床管 理。 质量保证、室内质控和室间质评之间的关系 临床标本收集、运送、保存 及其质量控制 n标本收集 n标本保存 n标本运送 标本收集 n标本采集时间对扩增检测结果的影响 n标本采集部位的准备 n标本的类型和采集量 n采样质量的评价 n采样及运输容器 n标本采集中的防污染 标本采集时间对扩增检测结果 的影响 n在疾病发展过程中，标本采集过早或 过晚都可能会给出假阴性结果。 标本采集部位的准备 n标本采集部位的清洁消毒可去掉 污染的微生物或其它杂物,但应适 度,过度清洁消毒有可能会去掉或 破坏靶微生物,故标本采集部位的 准备应由训练有素的人员进行。 标本的类型和采集量 n标本的类型: 血清(浆)、分泌物、痰、粪便、尿和 脑脊液等。 n标本的采集量:应根据所测病原体而定。一 般来说，如果标本的量对病原体培养够用 的话，则其量亦足以用于核酸提取及其后 的扩增检测。 n对于定量测定来说，对标本的收集要求更 为精确。 采样质量的评价 n血清(浆)标本:溶血、脂血等； n分泌物、痰：评价内容包括细胞组成 ，所需类型细胞的数量和核酸总量。 评价方法：包括肉眼观察,显微镜下观 察和化学分析等。 采样及运输容器 n标本的采集材料如棉签应为一次性 使用； n运输容器亦应为密闭的一次性装置 ； n采样所用的防腐剂、抗凝剂及相关 试剂材料不应对核酸扩增及检测过 程造成干扰。 标本采集中的防污染 n采集中要特别注意污染，防止混入 操作者的头发、表皮细胞、痰液等 ； n 如使用玻璃器皿，必须经高压灭 菌，以使可能存在的RNase失活。 标本保存 n靶核酸(尤其是RNA)易受核酸 酶的作用而迅速降解，因此标 本的保存对于核酸扩增测定的 有效性极为重要。 n使用GITC作为稳定剂保存标本 ，标本可在室温下稳定约7天。 标本保存 n临床体液标本长期保存应在-70下。 n如为提取核酸后用于DNA扩增分析的 样本，可于10 mmol/L Tris,1mmol/L EDTA(pH7.58.0)缓冲液中4 下保 存。 n用于RNA扩增分析的样本，则应于上 述缓冲液中-80或液氮下保存。 n核酸的乙醇沉淀物则可于-20下保存 。 标本运送 n样本一经采集，则应尽可能快的送至 检测实验室。 n样本中如加入了适当的稳定剂,如用于 RNA测定加入GITC的血清(浆)样本和用 于DNA测定的EDTA抗凝血等,则可在室 温下运送或邮寄。 n实验室应根据待测靶核酸的特性，对 各种临床样本的运送条件作出相应的 规定。 临床基因扩增检验的室内质量控制 n测定前的质量控制 n核酸样本的制备及其质量控 制 n统计学质量控制 n质量控制的评价 测定前质量控制 n实验室设施、仪器设备及管 理 n理想的试剂和操作方法 n人员培训 实验室设施、仪器设备及管理 n临床基因扩增检验实验室应有充分合 理的空间、良好的照明和空调设备 ； n实验室仪器设备应保养良好，实验用 品要达到相应的要求。加样器的校准 ？带滤塞吸头的使用及质检？离心机 ？热循环仪？水浴箱和/或恒温干浴仪 ？酶标仪和洗板机？ 基因扩增仪器设备的质控 带滤塞吸头的使用及质检 n首先制备一个含12%甘油及色素 （如甲基橙）的水溶液，如果吸头 的最大体积为100l，则将加样器 吸取体积调至110120l，再套 上吸头后吸取上述有色液体。如果 吸头质量好，则有色液体不应出现 在滤塞之上，否则说明滤塞不严。 带滤塞吸头的使用及质检 n用实验来检验带滤塞吸头的质量：先纯化制备数 份强阳性和数份阴性核酸标本，然后将加样器吸 取量设至扩增加样所需的体积，使用待评价带滤 塞吸头对一份强阳性样本来回吸取10次（模拟10 份阳性样本的吸取），将最后一次的吸取液加至 一含扩增反应液的管中，之后，换一个新吸头， 连续吸取10份阴性样本分别至10个扩增反应管中 ，此过程重复35次，最后对每一管按所用试剂 方法进行扩增检测。强阳性样本应为强阳性，阳 性弱或出现阴性则说明吸头可能含有扩增抑制物 。所有阴性样本应为阴性，出现阳性则表明吸头 不能有效地防止气溶胶对加样器的污染。 扩增仪孔间温度的重复性和均一性 的检测方法 n一是使用一种热电偶探针、微伏转换器和自动图示 记录仪组成扩增加热模块孔内温度监测记录系统， 当孔间温度变异超出1时，其可测出来。 n具体做法是将装有TE缓冲液并上加石蜡油的扩增反 应管放置于扩增仪各孔中，热电偶探针透过扩增反 应管盖插至缓冲液中，然后按程序进行一个常规的 PCR扩增，加热模块如为96孔，则至少要测定12孔 不同位置孔内的温度，在整个扩增过程中，可移动 热电偶探针至上述不同孔中监测温度，但每一孔内 温度监测至少要有一个扩增周期。 扩增仪孔间温度的重复性和均一性 的检测方法 n第二种方法并非直接测定孔内温度，而是 通过扩增功能来间接获知孔间的均一性， 即将加有一已知的含一定浓度的阳性质控 样本的扩增反应管置于扩增仪各孔中按常 规进行扩增检测，观察结果的一致性程度 ，如果有某一个或几个孔结果有问题，则 应确定这一个或几个孔是否会重复性地得 到假阴性结果，如果是，则表明相应孔的 热传导有损坏。 理想的试剂和操作方法 n试剂盒的质检 n定量测定的精密度是测定组成步骤的 变异和的平方根(SD)= 上式中SDa、SDb、SDc是步骤a、b、c 等（例如试剂准备、标本采集、核酸 提取、扩增和产物检测等）的标准差 ； 理想的试剂和操作方法 n改善测定精密度的措施必须首 先着重在最不精密的步骤上， 应对试剂准备、标本收集、核 酸提取、测定方法和仪器操作 写出“标准操作程序”(SOP) 人员培训 n临床基因扩增检验的操作主要是标本 处理中的核酸提取步骤，这其中所涉 及的又主要是加样器的使用，尽管操 作简单，但由于均为微量操作，要获 得稳定可靠的测定结果，操作人员需 要一定的专业技术知识和经验，要尽 可能做到知其然又知其所以然。 核酸样本的制备、扩增检测 及其质量控制 n一般核酸提取试剂促使靶核酸从细胞内释 出的原理 n核酸的分离纯化 n靶核酸提取的质量 n临床标本及核酸提取中可能存在的抑制和 干扰物质 n核酸样本制备及扩增检测的质控 n产物检测的质控 一般核酸提取试剂促使靶核酸 从细胞内释出的原理 n靶核酸可以与宿主细胞整合，核内游离 及胞浆内各种构形存在于细胞内，如测 定的是病原微生物,则靶核酸存在于细菌 、病毒、原虫或真菌细胞内，如果上述 细胞破裂,则靶核酸亦可存在于细胞外。 n一般均使用去垢剂(如Triton-100)裂解细 胞，用一种蛋白裂解酶(如蛋白酶K)消 化结合于核酸的蛋白质，从而将靶核酸 从细胞内释放出来。 核酸的分离纯化 n核酸的分离纯化就是要将蛋白、脂 类等干扰核酸扩增的物质去除。 n经典方法 n硅吸附法 n对于商品核酸提取试剂盒，临床实 验室在使用前，必须对其核酸提取 纯度和效率进行评价。 靶核酸提取的质量 n纯化的靶核酸的完整性：可使用凝胶电泳 将样本的核酸提取物与一核酸标准比较测 定。 n核酸提取的产率：可在A260读数测定。 n核酸纯度：可通过提取物A260/A280比率判定 n血清或血浆中病原体核酸纯化纯度：采用 一种间接的方法，即使用已知病原体含量 的溶血和/或脂血标本用待评价试剂提取， 然后进行扩增检测，比较所得到的结果 临床标本及核酸提取中可能存在的 抑制和干扰物质 n临床标本中：血清或血浆中的血红素 及其代谢产物、痰中酸性多糖和糖蛋 白成份 、降解靶核酸的核酸酶等。 n核酸提取中：许多试剂如乙二胺四乙 酸(EDTA)、去垢剂如十二烷基硫酸盐 (SDS)和chaotrope试剂如异硫氰酸胍 和盐酸胍等、酚、氯仿、乙醇等有机 溶剂 。 核酸样本制备及扩增检测的质控 n对临床标本中可能存在的抑制/ 干扰物的质控措施 n核酸提取及扩增有效性的质控 对临床标本中可能存在的 抑制/干扰物的质控措施 n质控措施： 采用内质控（ internal control, IC）（通 常称为内标）的方法 n内标有两种,即竞争性的和非竞 争性的内标。 n内标设置的必要性？ 核酸提取及扩增有效性的质控 n已知弱阳性质控样本（基质与待测标本相 同）：至少带1份，其最后的检测结果，应 是核酸提取和扩增检测的有效性的综合反 映。 n已知阴性质控样本（基质与待测标本相同 ）：至少带1份，扩增测定的结果可以判断 核酸提取过程中是否发生污染。 统计学质量控制 n理想的室内质控样本的条件 n测定中质控样本的设置、数量 及排列顺序 n统计学质控的特点 n统计质控方法 理想的室内质控样本的条件 n基质与待测样本一致； n所含待测物浓度接近试验的决定性水平； n稳定； n靶值或预期结果已定； n无已知的生物传染危险性； n单批可大量获得； n价廉 测定中质控样本的设置、数量 及排列顺序 n每次检测究竟使用几个质控样本并排在临床标 本中的哪个位置最为适宜？从理论上说，为最 大可能地检出实验的随机和系统误差，应每隔 几份临床标本插入1份质控样本，但考虑国内目 前的实际情况及成本效益，一般来说，如果临 床基因扩增检验的标本量不是特别大，定性测 定有一份接近cut-off的弱阳性和一份阴性质控 样本应可以满足要求。而定量测定则要根据试 验的测定范围，采用高、中、低三种浓度的质 控样本。至于在测定中的排列顺序，可排于标 准品或校准品之后，临床样本之前。 临床基因扩增检验室内质控的 独特性 n即监测污染发生的阴性质控的 设置。 n应该包括1份阴性原血清样本、 1份在标本核酸提取过程中带入 的一个空管和仅含扩增反应混 合液的管。 阴性原血清质控样本的功能 n监测实验室的以前扩增产物的 污染； n由实验操作所致的标本间的交 叉污染； n扩增反应试剂的污染。 在标本核酸提取过程中带入的一个 空管的功能 n基本功能与阴性原血清质控样本 相同，但不同的是，其基质为水 ，不含阴性原血清质控样本中可 能有的扩增抑制物，因而对污染 的反映更为灵敏； n不能取代原血清阴性样本。 仅含扩增反应混合液的管的功能 n监测扩增试剂是否发生污染，具有较强的 污染鉴别性。 n如想鉴别实验室是否发生污染，可将一个 或多个空管打开静置于标本制备区3060 分钟，然后加入扩增反应混合液同时以水 替代核酸样本扩增，如为阳性，而上述仅 含扩增反应混合液的管为阴性，则说明实 验室以前扩增产物的存在。 统计学质控的特点 n检验误差有两类，一是系统误差，一是随机 误差。 n系统误差通常表现为质控物测定均值的漂移 ，是由操作者所使用的仪器设备、试剂、标 准品或校准物出现问题而造成的，这种误差 可以通过前述的措施方法加以控制，是可以 排除的。 n随机误差则表现为测定SD的增大，主要是由 实验操作人员的操作等随机因素所致，其出 现难以完全避免和控制。 统计学质控的功能 n统计学质控的功能就是发现误差的产 生及分析误差产生的原因，采取措施 予以避免。 n开展统计质量控制前，应将可以控制 的误差产生因素尽可能地加以控制， 这不但是做好室内质控的前提，也是 保证常规检验工作质量的先决条件。 统计质控方法 n基线测定 n质控规则的表达方式及定义 nLevey-Jennings质控图方法 nLevey-Jennings质控图结合Westgard多规 则质控方法 n累积和 (CUSUM) 质控方法 n“即刻法”质控方法 基线测定 n最佳条件下的变异（Optimal conditions variance, OCV）和常规条件下的变异（ Routine conditions variance, RCV）； n当RCV与OCV接近，或小于2 OCV时，则 RCV是可以接受的。以上为批间变异。 n批内变异的测定； n室内质控物的测定准确度的评价。 临床基因扩增检验IQC统计 计算问题 n可使用质控样本扩增后的拷贝数 /ml或IU/ml来进行统计计算，也可 用其对数值进行。 n由于基因扩增结果的原始数据通常 很大，故使用其对数值来进行质控 统计分析可能要更为方便一些。 质控规则的表达方式及定义 n质控规则的表达方式 n质控规则的功能 n常用质控规则的符号及定义 质控规则的表达方式 n通常质控规则以符号AL来表示，其中A为质控测定 中超出质量控制限的测定值的个数，L为控制限， 通常用均值或均值13SD来表示。 n当质控测定值超出控制限L时，即可将该批测定判 为失控。 n常用的13S质控规则，其中1为原式中的A，3s为原 式中的L，表示均值3s，其确切的含义为：在质控 测定值中，如果有一个测定值超出均值3s范围， 即可将该批测定判为失控。 质控规则的功能 n简单地说就是用于判断测定批的失控还是 在控 。 n当整个质控过程中使用同一个质控物时， 可用来判断单个或多个测定批内该质控物 的测定值是否失控； n当整个质控过程中使用两个或两个以上的 不同的质控物时，可用来判断同一或多个 测定批内的两个或两个以上的质控物的测 定值是否失控。 常用质控规则的符号及定义 符 号 定 义 n12S 一个质控测定值超出2s控制限。 n13S 一个质控测定值超出3s控制限。 n22S 两个连续的质控测定值同时超出+2s或2s控制限。 nR4S 同一批测定中，两个不同浓度质控物的测定值之间的 差值超出4s控制限。 n31S 三个连续的质控测定值同时超出+1s或1s控制限。 n41S 四个连续的质控测定值同时超出+1s或1s控制限。 n7X 七个连续的质控测定值同时处于均值（）的同一侧。 n7T 七个连续的质控测定值呈现一个向上或向下的趋势变化 。 n8X 八个连续的质控测定值同时处于均值（）的同一侧。 n9X 九个连续的质控测定值同时处于均值（）的同一侧。 n10X 十个连续的质控测定值同时处于均值（）的同一侧。 Levey-Jennings质控图方法 n也称Shewhart质控图，是由美国的 Shewhart于1924年首先提出，并用于 工业产品的质量控制。后来（二十世 纪五十年代初），Levey-Jennings将 其引入临床检验的质量控制 。经 Henry和Segalove的改良，即为目前 常用的Levey-Jennings质控图。 质控图 质控图 Levey-Jennings质控图 基本的统计学含义 n稳定条件下，在20个IQC结果中不应有 多于1个结果超过2SD（95.5%可信限） 限度；在1000个测定结果中超过3SD（ 99.7%可信限）的结果不多于3个。 n如以3s为失控限，假失控的概率为 0.3%。 质控图的记录的其它方面 nIQC数据是用来控制实际过程的， 因此其表达应清楚和直接，在质控 图上记录结果时，应同时记录测定 的详细情况，如日期、试剂、质控 物批号和含量及测定者姓名等。 Levey-Jennings质控图方法的特点 n优点是简单明了； n缺点： 以2s为失控限，假失控的概率太 高，通常不能接受； 以3s为失控限，假失控的概率低 ，但误差检出能力不强。 Levey-Jennings质控图结合 Westgard多规则质控方法 nWestgard多规则质控方法即是将前述的多个质控 规则同时应用进行质控判断的方法。最初常用的 有六个质控规则，即12S、13S、22S、R4S、41S和 10X，其中12S规则作为告警规则，当出现质控测 定值违反12S规则时，则起动其它规则进行判断。 只有当使用所有质控规则判断确定某测定批在控 时才说明该测定批在控，只要上述质控规则之一 判断测定批失控则即认为该测定批失控。通常上 述规则中，13S和R4S规则反映的是随机误差，而 22S、41S和10X反映的是系统误差，系统误差超出 一定的程度，也可从13S和R4S规则反映出来。 Westgard多规则质控方法的特点 n其是在Levey-Jennings质控图方法 的基础上产生的，自然也就具有 Levey-Jennings质控图方法的优点 ，可通过相似的质控图来进行分析 ； n假失控和假告警概率低； n误差检出能力增强 。 累积和 (CUSUM) 质控方法 n累积和 (CUSUM) 质控方法于 1977年由Westgard等提出,对 系统误差有较好的测出能力。 常用的累积和 (CUSUM) 质控规则 质控规则 起动累积和计算的阈值（k） 质控限（h） 1.0s 2.7s 1.0s 3.0s 0.5s 5.1s 累积和 (CUSUM) 质控具体步骤 n与上述其它质控方法一样,首先得到测定均 值和标准差(s) ; n确定起动累积和计算的阈值（k）和质控限 （h）; n确定质控规则; n绘制质控图; n累积和(CUSUM)计算; n如有失控，则采取措施予以纠正，再开始上 述累积和计算。 累积和 (CUSUM) 质控图 “即刻法”质控方法 n“即刻法”质控方法的实质是一 种统计学方法,即Crubs异常值 取舍法 ； n只要有3个以上的数据即可决定 是否有异常值的存在。 “即刻法”质控方法具体步骤 n将连续的质控测定值按从小到大排列，即x1、x2 、x3、x4、x5、x6、xn（x1为最小值，xn为最 大值）； n计算均值()和标准差(s); n按下述公式计算SI上限和SI下限值； SI上限=（x最大值 均值）/s SI下限=（均值 x最大值 ）/s n将SI上限和SI下限值与SI值表中的数值比较。 质控结果的判断 nSI上限和SI下限值均 n3s对应的值时，说明该 质控测定值的变化已超出3s，属“失控”。 室内质控数据的评价 nIQC为一集体活动，除实际测定者外，还应 有另外一人对测定数据进行质检。 n不能将IQC作为一个监察方法，当发现一次 测定未达到质量标准时，应以建设性的而 非批评的方式去探查失控的原因。 n除了将IQC数据作为日常质控外，还应定期 评价累积数据以监测在测定操作中的长期 变化趋势。 n评价应定期进行。 弱阳性质控样本常见的失控原因 n核酸提取中的随机误差。如核酸提取中的 丢失、有机溶剂的去除不彻底、标本中扩 增抑制物的残留等。 n仪器的问题。如扩增仪孔间温度的不均一 性、孔内温度与所示温度的不一致性等。 n试剂的问题。如Taq酶和/或逆转录酶的失 活、探针的纯度及标记效率和核酸提取试 剂的效率等。 阴性质控样本的失控原因 n主要为扩增产物的“污染”和/ 或临床标本的核酸提取过程中 发生的标本间的交叉 “污染”. 室内质控的局限性 nIQC可确保每次测定与确定的质量标准 一致，但不能保证在单个的测定样本 中不出现误差。比如样本鉴别错误、 样本吸取错误、结果记录错误等。此 类误差的发生率在不同的实验室有所 不同，一般要求小于0.1%，且应均匀 地分布于测定前、测定中和测定后的 不同阶段。 影响临床基因扩增检验结果的 最关键因素 n产物“污染”（Carry-over) n测定人员的操作：标本混淆；贴 错标签、核酸提取等 n试剂 避免基因扩增检验假阳性结果的措施 n严格的实验室分区； n使用带“滤心”的吸头； n设立“阴性”质控（与标本同时处理）； n使用防“污染”（含UNG）的PCR试剂； n临床“假阳性”问题：病原微生物如结核 杆菌经药物治疗后已死亡，但PCR仍可为阳 性，故治疗结束后至少两周内不宜做PCR检 测。 避免基因扩增检验假阴性结果的措施 n避免由于来自于标本的血红蛋白、肝素、 某些激素或来自标本处理中的去垢剂、有 机溶剂的抑制作用的措施：纯化核酸；标 本重复双份测定；稀释标本。 n使用“内质控”（In