CN111323393A - 一种联合散射比浊法和透射比浊法的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及样本浓度测量技术领域，尤其涉及一种联合散射比浊法和透射比浊法的测量方法。它结合每个比浊法的随机误差ε和偏移f，分别得到两个比浊法的总误差TE，然后将两个总误差相比，若两个总误差不相同，则选择总误差小的测量方法作为准值，若两个总误差相同，则取散射比浊法与散射比浊法两者测量值的均值作为准值。这种测量方法测量准确性较高。
Description
技术领域
本发明涉及样本浓度测量技术领域，尤其涉及一种联合散射比浊法和透射比浊法的测量方法。
背景技术
临床检验的目的是提供检测样本的准确测量量以满足预期用途。该测量量可用于临床对疾病的诊断、监控和筛查。测量的过程通常是基于被测量物同特定试剂进行反应后产生的响应信号由特定分析装置将响应信号转变为量的过程。来源于人的检测样本的被测物之间其分子数量级别大小各不相同，存在各种不同检测灵敏度的分析法应用于测量不同分子数量级的物质。
化学发光免疫分析法通常可检测pg、ng水平的痕量测量样本。一般的常量检测可用分光光度法。免疫比浊法则覆盖微量检测和常量检测。其基本原理是在一定适宜的条件下，液体中特定抗原与其相应的抗体结合后，形成的抗原、抗体复合物。这种复合物能够在液相中产生浊度，然后利用外界光源照射，通过计算光量变化的情况，来计算复合物的含量，进而计算待测物的含量。依据检测器的位置及其接收光信号的性质，免疫比浊法主要分为透射比浊法和散射比浊法。
透射比浊法和散射比浊法作为公知的免疫比浊测量技术，存在如下的优缺点：一般而言，散射比浊法虽然对于低浓度样本能够进行高灵敏度的检测，但是，对于高浓度样本，生成的凝集块变多，由于多重散射的影响，定量测定结果变差。另一方面，透射比浊法虽然低浓度样本的测量灵敏度差，但是与散射比浊法相比，对于高浓度样本，定量测定结果准确性高，可定量的浓度范围也大。
将透射比浊法和散射比浊法两种检测方法进行结合，需面对各自测量量的输出选择。从两种方法学特性来看，必然存在低浓度的散射比浊法区间(此时透射比浊法无法获得准确的测量量而散射比浊法可获得准确的测量量)，高浓度的透射比浊法区间(此时散射比浊法无法获得准确的测量量而透射比浊法可获得准确的测量量)和散射比浊法透射比浊法重合的中间浓度区间。因而除了低浓度区间和高浓度区间的测量量是唯一的输出选择外，就存在对两种检测法的重合区间的两个测量量进行选择的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种测量准确性较高的联合散射比浊法和透射比浊法的测量方法。
本发明所采用的技术方案是：一种联合散射比浊法和透射比浊法的测量方法，它包括以下步骤：
S1、得到测量样本的低浓度区间、中间浓度区间以及高浓度区间；
S2、若测量样本处于低浓度区间，则选择散射比浊法测量的值作为准值；当测量样本处于高浓度区间，则选择透射比浊法测量的值作为准值；若样本处于中间浓度区间，则跳转到下一步；
S3、采用散射比浊法与透射比浊法分别对测试样本进行测量，然后分别得到每个比浊法的随机误差ε和偏移f；
S4、结合每个比浊法的随机误差ε和偏移f，分别得到两个比浊法的总误差TE，然后将两个总误差相比，若两个总误差不相同，则选择总误差小的测量方法作为准值，若两个总误差相同，则取散射比浊法与散射比浊法两者测量值的均值作为准值。
作为优选，步骤S3中的随机误差ε采用精密度分析模型得到。
作为优选，步骤S3中的随机误差ε采用异变系数作为取值。
作为优选，步骤S3中的f为拟合信号/响应信号。
作为优选，步骤S4中总误差TE采用Westgard模型或均方根模型得到。
采用以上方法与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明得到每种比浊法的随机误差ε和偏移f来得到两个比浊法的总误差TE，并且通过总误差来判断适用于中间浓度区间的比浊法，使得测量准确性更高。
附图说明
图1为本发明透射比浊法和散射比浊法的区别示意图。
图2为透射比浊法的浓度-响应信号曲线。
图3为散射比浊法的浓度-响应信号曲线。
图4为测量样本浓度-信号关系曲线。
图5为测量样本浓度-拟合度关系曲线。
图6为测量样本浓度与偏移的回归拟合曲线。
图7为不同规定条件下的不精密度与浓度的拟合曲线。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明做进一步描述，但是本发明不仅限于以下具体实施方式。
一种联合散射比浊法和透射比浊法的测量方法，其中：
透射比浊法基于以下原理，平行光线通过带有微小粒子的悬浮液和胶体溶液后，由于光吸收的影响，使入射光强度减弱，根据朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律，该现象可用公式(1)表示：
E＝KC 公式(1)
公式中，E：吸光度变化率；K：常数；C：溶液的浓度。
散射比浊法基于以下原理，当粒子被光照射后，粒子直径大于入射光波波长的一半时会发生光散射现象，根据雷莱散射定律，该现象可用公式(2)表示：
公式中，λ：入射光的波长；I0：入射光强度；Iθ：与入射光束成θ角度处散射光的强度；γ：单位容积内粒子的数目；υ：单个粒子的容积或大小；n：粒子的折射率；n0：溶剂的折射率；θ：光信号检测器与入射光之间的夹角。
在不同规定条件下(如测量重复性条件下)，通过对一系列浓度梯度的测量样本进行多次测量，可获得散射比浊法和透射比浊法的各自浓度-响应信号模型。反映在坐标轴上，X轴为测量样本测量量浓度，Y轴为各浓度点响应信号均值，基于数据特性可选择合适的拟合模型进行回归拟合。如图2，3为透射比浊法和散射比浊法的浓度与响应信号的Log-4P拟合曲线图。图2中，透射比浊法其特性表现为高浓度区间良好的直线性(如A-B区间)。图3中，散射比浊法其特性表现为在低浓度区间良好的直线性(如C-D区间)。临床检验有许多项目在低浓度处对疾病的诊断具有决定意义，如此时测量用散射比浊法具有天然优势(即更高的检测灵敏度)，但对于高浓度测量样本透射比浊法更具备优势(即更宽的线性范围)。如此，将两种方法结合，对同一测量样本分别取测量后各自的特性优势(如对于透射比浊法取A-B区间作为测量量输出区间，对于散射比浊法取C-D区间作为测量量输出区间)作为测量量的输出，可使测量样本的测量有更高的检测灵敏度和更宽的检测线性范围。
将透射比浊法和散射比浊法两种检测方法进行结合，需面对各自测量量的输出选择。从两种方法学特性来看，必然存在低浓度的散射比浊法区间(此时透射比浊法无法获得准确的测量量而散射比浊法可获得准确的测量量)，高浓度的透射比浊法区间(此时散射比浊法无法获得准确的测量量而透射比浊法可获得准确的测量量)和散射比浊法透射比浊法重合的中间浓度区间。因而除了低浓度区间和高浓度区间的测量量是唯一的输出选择外，就存在对两种检测法的重合区间的两个测量量进行选择的问题。而且上述所说的低浓度区间、中间浓度区间和高浓度区间每种样本均不相同，并且这个是其每种样本自带的属性，并不是本申请所要保护的，并且可以根据精确度需要，缩小低浓度区间与高浓度区间的范围，扩大中间浓度区域范围，然后采用本申请的发明来准确测量。
对被测量物的测量是通过执行建立的测量程序(MPs)来进行的。MPs通常需要特定的分析装置，特定的试剂组合和检验程序来组成。当被测量的量位于透射比浊法和散射比浊法的重合区间时，实际是该重合区间两种MPs的测量量的误差进行比较再选择输出量的问题。
当两种MPs进行比较时有以下误差项来源：
1.MPs内的随机误差(ε)；
2.MPs之间的样本特异性不同造成的误差；
3.MPs之间的偏移。
对于偏移误差项其来源分为：不充分的校准曲线模型拟合误差(测量样本浓度-信号关系模型拟合误差)可用函数f表示。不正确的校准品赋值误差(可用函数g表示)以及校准品同临床样本之间不同的基质误差(即在测量样本浓度和响应信号之间没有相同的联系)可用函数h表示。
当透射比浊法和散射比浊法联合检测时，实际是对同一抗原-抗体反应体系所产生的透射光强度和散射光强度，用两种信号检测装置进行检测，对应上述误差项2，两种MPs具有相同的样本特异性不同造成的误差。对应上述误差项1和3，两种MPs具有相同的校准品赋值误差项g和校准品同临床样本基质差异误差项h。
两种方法学误差项中，不同处在于f和ε。因而，当输出两种MPs测量量时f和ε更小的测量量作为被选择的输出量。
对于误差项f：f可表述为测量样本浓度-信号关系模型的拟合度特性。该拟合度特性可用比率函数f表示，可用实际响应信号同测量样本浓度-信号拟合后输出的拟合信号之比来表示，即f＝拟合信号/响应信号。测量样本浓度-信号关系模型的拟合度特性和测量样本浓度-拟合信号/响应信号关系曲线见图4,5。
图4为测量样本浓度-信号关系模型图，X轴为测量样本测量量浓度，Y轴为各浓度点响应信号均值，黑色直线为响应信号与浓度成理论比例关系，黑色圆点为不同测量样本浓度下的实际响应信号。显示随着测量样本浓度的升高，实际响应信号逐渐偏离理论响应信号。
图5为测量样本浓度-拟合度关系曲线，X轴为测量样本测量量浓度，Y轴为拟合信号对响应信号的比值，即f值。在所测量的范围之内，当实际信号与拟合信号一致时，误差项f＝1(如图中浓度小于4的区间显示了拟合信号对实际信号一致)，当不一致时，f≠1(如图中4-10浓度区间，随着浓度增加f值逐渐增高，显示了拟合信号对实际信号的逐渐偏移)。利用f值可以对测量样本浓度-信号模型测量范围之内的各浓度点偏移进行估计。
通过以下步骤进行偏移估计：
1.基于测量样本浓度-信号模型计算测量范围内不同浓度点的f误差值；
2.将不同浓度点的f值按公式(3)转变为响应相对偏移值，
偏移值Bias＝|f-1| 公式(3)
结果如表1所示；
3.对测量范围内不同浓度点测量样本浓度和偏移使用回归分析模型获得测量样本浓度-偏移曲线，如图6所示；
4.获得测量范围内任意浓度点的偏移值估计。
关于测量样本浓度-偏移分析模型，宜基于数据分布情况选择适用的线性回归模型或多次方回归模型。
对于随机误差ε，可用精密度分析模型来进行估计。精密度为规定条件下，对同一或类似被测对象重复测量所得示值或测量值的一致程度。精密度的度量通常以不精密度来表达，其量值以规定的测量条件下的标准差(SD)、方差(SD2)或变异系数(CV％)来表示，其变异系数设为s。规定条件可以是复现性精密度条件、室内精密度条件、测量重复性条件(如图7所示)。
图7为对不同规定条件下的一组测量数据，选择使用三参数方差函数模型拟合的不精密度与浓度的关系曲线。通过该拟合曲线，可以获得对测量范围内不同浓度点分析物浓度的不同规定条件精密度估计值。如图中A浓度点处，可分别计算出其复现性精密度估计值为CV1，室内精密度估计值为CV2，重复性精密度估计值为CV3。
精密度分析模型可基于以下步骤来进行选择通常的模型之一(但不局限于这些模型)作为最适模型：如线性模型、二次方模型及Sadler精密度模型：
1.选择精密度曲线模型；
2.评价模型确保进一步分析的适用性；
3.选择最适用精密度模型获得精密度曲线模型。
为更好的估计透射比浊法和散射比浊法的精密度，宜考虑不同的规定条件，选择最适的精密度曲线模型。规定条件宜包括重复性和日间变异，宜包括操作者之间、校准周期、多个试剂批号以及多台设备的变异。最适精密度模型选择则按照上述1-3步骤执行。
TEa被表述为准确度的目标规范，即总误差(TE)的要求。TE的计算可依据两种模型：Westgard模型，如下公式(4)；均方根(RMS)模型，如下公式(5)。两种方法都结合了方法学的偏移和精密度估计，在特定的分析物浓度进行评价。
Westgard模型：TE＝Bias+2s 公式(4)
RMS模式：
公式(5)
取值规则
所以本申请关于透射比浊法和散射比浊法被测量物测定浓度重合区间的取值规则，可按如下步骤进行：
1.确定满足临床预期用途的TEa，基于浓度-响应信号关系拟合模型的误差f和ε，可获得透射比浊法和散射比浊法在TE范围内的分析测量范围(AMR)。
2.基于AMR，获得高浓度测量区间用于透射比浊法测量量取值，低浓度测量区间用于散射比浊法测量量取值，需要进一步计算的透射比浊法、散射比浊法中浓度测量重合区间。
3.基于分析物浓度-偏移的回归拟合估计重合区间透射比浊法，散射比浊法不同浓度点的偏移值(Bias)。
4.基于不精密度与浓度的拟合模型估计重合区间透射比浊法，散射比浊法不同浓度点的变异系数s值(CV％)。
5.对重合区间透射比浊法和散射比浊法估计的Bias和s合成为TE。基于TE值大小判断确定TE值小的测量量作为输出结果。
6.存在重合区间透射比浊法和散射比浊法的合成TE值相等的情况，此时取透射比浊法和散射比浊法的测量量均值为输出结果。
对于分析物浓度-信号响应模型的误差项f和ε合成为TE，也可按如下方式计算。计算透射比浊法和散射比浊法分析物浓度重合区间多个浓度点的f误差值(Bias)和ε误差值(CV)，然后计算(TE)获得总误差和分析物浓度之间的关系图。基于获得的总误差-分析物浓度关系图，可以计算重合区间内透射比浊法和散射比浊法任意分析物浓度的TE。最终基于TE值大小判断确定TE值小的测量量作为输出结果。
对于TE允许范围的确定，没有一种TE目标适用于所有的方法学及其应用。TE目标的来源包括基于临床用途的(如心肌肌钙蛋白的10％实验室内变异)、基于TE的质量目标及基于生物学变异的质量目标。
关于AMR，临床上将其定义为样本不需做稀释、浓缩等预处理，直接使用检验程序或检测系统进行检验所获得可靠结果的范围，又可成为测量区间、工作范围或线性范围。AMR可通过将样本按适当比例制备成若干等间距样品，将预期值和实验实测值做比较，通过不同的统计模型进行评价获得。实际上可通过样本的响应信号(而非响应信号转换为实测值)，评价分析物浓度和响应信号的真实曲线状态。通常用于评价AMR的模型有平均斜率法模型、EP6方法。本专利涉及的AMR评价为对响应信号的真实曲线状态的评价，因而其评价采用的模型取决于MPs的校准方式(线性校准模型或多阶函数模型)。
结论
散射比浊法和透射比浊法都是临床检验中广泛应用的检验方法，前者灵敏度高而检测范围窄，后者检测范围宽而灵敏度不足。两种方法学联合检测可以实现优势互补，即高浓度区间选择透射比浊法作为测量量输出选择，低浓度区间选择散射比浊法作为测量量输出选择，但当分析物浓度处于两种方法学的重合区间时，如何选择最准确的测量量并作为最终结果输出，是散射比浊法和透射比浊法联合检测过程中需解决的问题。
本发明针对两种MPs，在其检测范围内，通过分析物浓度与响应信号曲线，计算理论响应信号与实测响应信号间的偏移值，获得分析物浓度-偏移曲线，用于后续估计测量范围内任意浓度点的偏移值。同时，在规定条件下，计算不同方法学的精密度，获得不精密度与浓度的拟合模型，用于后续估计测量范围内任意浓度点的不精密度。利用获得的偏移值与不精密度估计合成总误差，以总误差最小者测量量作为最终检测结果输出。
本发明提出的散射比浊法与透射比浊法联合检测时的取值原理及算法，可作为联合检测平台的理论依据和支撑，具有广泛的应用前景。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神与范围。
Claims (5)
1.一种联合散射比浊法和透射比浊法的测量方法，其特征在于，它包括以下步骤：
S1、得到测量样本的低浓度区间、中间浓度区间以及高浓度区间；
S2、若测量样本处于低浓度区间，则选择散射比浊法测量的值作为准值；当测量样本处于高浓度区间，则选择透射比浊法测量的值作为准值；若样本处于中间浓度区间，则跳转到下一步；
S3、采用散射比浊法与透射比浊法分别对测试样本进行测量，然后分别得到每个比浊法的随机误差ε和偏移f；
S4、结合每个比浊法的随机误差ε和偏移f，分别得到两个比浊法的总误差TE，然后将两个总误差相比，若两个总误差不相同，则选择总误差小的测量方法作为准值，若两个总误差相同，则取散射比浊法与散射比浊法两者测量值的均值作为准值。
2.根据权利要求1所述的一种联合散射比浊法和透射比浊法的测量方法，其特征在于：步骤S3中的随机误差ε采用精密度分析模型得到。
3.根据权利要求1所述的一种联合散射比浊法和透射比浊法的测量方法，其特征在于：步骤S3中的随机误差ε采用异变系数作为取值。
4.根据权利要求1所述的一种联合散射比浊法和透射比浊法的测量方法，其特征在于：步骤S3中的f为拟合信号/响应信号。
5.根据权利要求1所述的一种联合散射比浊法和透射比浊法的测量方法，其特征在于：步骤S4中总误差TE采用Westgard模型或均方根模型得到。
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