Основы внутрилабораторного контроля качества

Статистические основы

Практически весь контроль качества в лабораторной диагностике, по крайней мере точно весь контроль качества аналитического этапа, основан на математической статистике и теории вероятностей. Поэтому хотя бы базовое понимание данных разделов, безусловно даст вам преимущество при планировании и проведении мероприятий по контролю качества и главное поможет вам понять, что же на самом деле происходит, а не просто следовать инструкциям и алгоритмам, указанным в различных документах и руководствах по контролю качества.

В основе всего внутрилабораторного контроля качества лежат следующие предположения:

  • Во-первых, измеряемое нами значение показателя в контрольном материале - это случайная величина. Мы никогда не знаем, какое именно значение она примет когда мы проведем фактическое измерение. При этом ее вариабельность, в основном, обусловлена конечной точностью нашей измерительной системы. То есть всегда существует какая-то аналитическая погрешность при ее измерении за счет чего мы всегда получаем "немного разные" значения нашей величины, хотя и измеряем ее всегда в одних и тех же условиях.
  • Во-вторых, данная случайная величина распределена в соответствии с нормальным законом распределения. Данное распределение характеризуется двумя параметрами: средним значением (X̄) и величиной стандартного отклонения (SD или σ).
Кривая нормального распределения или Гауссова кривая
Кривая нормального распределения или Гауссова кривая

На графике выше приведен пример кривой нормального распределения. При этом по оси X откладывается значение нашего признака. Применительно ко внутрилабораторному контролю качества - это как правило концентрация измеряемого нами аналита, либо другие лабораторные показатели, контроль качества которых мы проводим. По оси Y откладывается показатель, который характеризует частоту встречаемости данного значения при измерении контроля. Например, мы контролируем содержание общего белка в сыворотке крови. Соответственно, у нас есть какой-то контрольный материал в котором мы измеряем концентрацию общего белка и имеем среднее значение, предположим 75 г/л и стандартное отклонение, опять же предположим 2 г/л. При этом нормальное распределение обладает так же следующей особенностью: большинство результатов измерений находятся возле среднего значения, а чем дальше значение отстоит от среднего, тем реже оно встречается.

Частота встречаемости значений в нормальном распределении
Частота встречаемости значений в нормальном распределении

Как мы видим на графике 68 % всех наблюдений находятся в интервале от X̄-1SD до X̄+1SD. В диапазон среднее плюс/минус два стандартных отклонения укладывается 95 % всех наблюдений и в диапазон среднее плюс/минус три сигмы должны укладываться практически все значения нашей случайной величины. То есть вероятность встретить какое-либо значение при отдалении от среднего очень резко уменьшается. В приведенном выше примере с общим белком, где среднее 75, а стандартное отклонение 2, 95.4 % всех наблюдаемых нами значений концентрации общего белка в контрольном материале должно укладывать в диапазон от X̄-2SD до X̄+2SD, то есть находится между 71 г/л и 79 г/л. При этом, когда мы в статистическом контроле говорим "среднее" мы всегда подразумеваем среднее арифметическое, формула вычисления которого всем хорошо известна - это сумма всех измерений деленная на их количество.

= i=1 n x i n

Стандартное отклонение находится следующим образом: это сумма квадратов отклонения каждого измерения от среднего, деленная на количество измерений за вычетом единицы.

SD = i=1 n ( - x i ) 2 n - 1

Теперь основная идея всего статистического контроля качества: поскольку вероятность того, что наша случайная величина отклонится от среднего на какую-то достаточно большую величину крайне мала, то такие отклонения будут рассматриваться как обоснованное подозрение на то, что наша диагностическая система работает не корректно и выдает неправильные результаты. Данный методологический принцип называется практической невозможностью маловероятных событий. Насколько далеко и как часто значение имеет право отклониться от среднего решается на основе контрольных правил, о чем пойдет речь дальше в этой статье.

Нормативное регулирование

В Российской Федерации существует множество документов, которые так или иначе затрагивают вопросы регулирования контроля качества в медицинских лабораториях, среди них можно выделить три документа, которые покрывают львиную долю всех процессов внутрилабораторного контроля качества и во многом повторяют друг друга:

Помимо отечественной документации, которая, надо сказать, затрагивает вопросы контроля качества на очень базовом уровне, при освещении более продвинутых практик проведения контроля принято так же ссылаться на зарубежные рекомендации, которых существует очень большое количество. Но среди них можно особенно выделить документы Института клинических и лабораторных стандартов CLSI (Clinical and Laboratory Standards Institute). Основным из которых на момент написания данной статьи являлся C24 в его последней редакции от 2016 - 2017 годов.

Основные принципы и термины

Во всех руководствах по контролю качества в лаборатории, равно как и в перечисленных выше нормативных документах вводится ряд понятий, неразрывно связанных с проведением внутрилабораторного контроля качества.

Аналитическая серия

Первым из таких понятий рассмотрим аналитическую серию. Данное понятие, пожалуй, является ключевым при проведении внутрилабораторного контроля качества.

В нормативных документах дается следующее сухое определение: аналитическая серия - совокупность измерений лабораторного показателя выполненных единовременно в одних и тех же условиях без перенастройки и калибровки аналитической системы.

Здесь основная идея заключается в том, что если мы ничего не меняли в нашей диагностической системе, то в пределах одной аналитической серии, если мы однажды показали при помощи проведения контроля качества что наша система работает "правильно", то она и буде продолжать так работать всю аналитическую серию. В документации не указано конкретно, что подразумевается под "одними и теми же условиями". Поэтому на практике существует правило, что текущая аналитическая серия считается законченной, если у вас произошло какое-либо событие, которое может повлиять на качество выдаваемых лабораторией результатов, как-то: замена реагента, калибровка прибора, смена персонала и т.д. При этом, даже если на приборе не происходило ничего подобного, то аналитическая серия, тем не менее, не может продолжаться вечно. Существуют рекомендации о завершении аналитической серии в любом случае по истечении 24 часов.

Воспроизводимость

Воспроизводимость - это близость нескольких измеренных значений друг к другу. Статистически она характеризуется стандартным отклонением, но на практике удобнее применять величину, которая называется коэффициентом вариации и показывает сколько процентов стандартное отклонение составляет от среднего значения и вычисляется по формуле:

CV = SD · 100 %

Соответственно, чем меньше CV, тем ближе результаты измерений расположены друг к другу и тем выше воспроизводимость измерения. Коэффициент вариации так же является более предпочтительным показателем при сравнении различных методик на воспроизводимость между собой нежели стандартное отклонение. Поскольку на практике стандартное отклонение возрастает с ростом среднего значения, а коэффициент вариации остается практически неизменным начиная с определенного значения среднего.

Воспроизводимость, кроме того, подразделяют на внутрисерийную и межсерийную в зависимости от того как были сделаны измерения; в пределах одной аналитической серии или в различных аналитических сериях.

Правильность

Правильностью в лабораторном контроле называют близость среднего из нескольких измерений к опорному значению величины, которое считают ее истинным значением. Как правило за это значение принимается аттестованное производителем контрольного материала значение показателя, которое указано в паспорте к контрольному материалу.

Правильность характеризуется величиной смещения, которая рассчитывается по формуле:

B = - V V · 100 %
Где V - это опорное значение

При этом, чем меньше величина смещения B, тем выше правильность измерения.

Стадии внутрилабораторного контроля

Порядок проведения внутрилабораторного контроля качества, регламентируемый приказами Минздрава и Гостом подразделяется на три стадии.

Стадия 1

Первая стадия называется оценкой внутрисерийной вариации. Ее так же называют оценкой внутрисерийной воспроизводимости и оценкой сходимости.

Заключается она в проверке того, что ваша диагностическая система производит измерения с приемлемой воспроизводимостью и коэффициент вариации не слишком высок.

Для этого в пределах одной аналитической серии проводится десять измерений одного и того же показателя подряд. Для этого даже не обязательно брать контрольный материал, можно сделать это используя пробу пациента, только желательно, чтобы измеряемый показатель был в этой пробе в пределах нормальных значений.

Далее на основании полученных результатов вычисляется коэффициент вариации.

Данная стадия считается успешно пройденной если полученный коэффициент вариации не превышает половины предельно допустимого коэффициента общей вариации для соответствующего теста, то есть верно неравенство:

CV BC 0.5 · CV 10

При этом предельно допустимые значения общего коэффициента вариации для каждого теста берутся из приложений к уже перечисленным документам.

Первая стадия проводится один раз в начале использования нового оборудования или методики.

На второй стадии проводится оценка систематической погрешности и общей воспроизводимости методики. Для этого сначала производится измерение показателя в десяти различных аналитических сериях. Затем на основании полученных данных рассчитываются величины коэффициента вариации CV10 и смещения B10, и проверяется, чтобы данные показатели не превышали предельно допустимых значений для них, указанных в приложениях к нормативной документации. Если проверка успешно пройдена, проводится измерение показателя еще в десяти аналитических сериях и эти данные объединяются с предыдущими, таким образом рассчитываются коэффициент вариации и величина смещения для двадцати аналитических серий CV20 и B20, они в свою очередь так же сравниваются с предельно допустимыми значениями. Полученные на этом этапе данные называются установочной серией.

Следует отметить, что если на любом из этапов, включая и первую стадию коэффициент вариации или смещение превышает предельное значение для данного показателя, то законодательство предписывает в таком случае найти возможность уменьшить вариабельность методики, и если это невозможно, то использовать для измерения данного показателя другой метод. Естественно, после всех подобных действий весь алгоритм проведения контроля должен быть повторен с начала.

Построение контрольных карт

При успешном прохождении всех предыдущих этапов вторая стадия заканчивается построением контрольных карт (карт Леви-Дженнингс), которые в дальнейшем будут использоваться для оперативного контроля качества. Карты строятся следующим образом:

  • на оси ординат откладывается среднее значение, полученное в установочной серии, при этом вверх и вниз от него так же откладываются значения одного, двух и трех стандартных отклонений
  • на оси абсцисс (фактически будет являться осью времени) откладываются события измерения признака в контрольном материале, как правило это даты или номера аналитических серий

Дополнение ко второй стадии

Вторая стадия является лотспецифичной по отношению к контрольному материалу, то есть она должна проводиться каждый раз, когда в лаборатории появляется новый лот контрольного материала, а следовательно для каждого нового лота должно быть свое среднее значение и стандартное отклонение. Иногда на практике, если значение показателя в новом лоте не слишком сильно отличается от предыдущего лота, то для нового лота выводят собственное среднее, а данные по вариабельности берут как из установочной серии нового лота, так и из оперативного контроля по предыдущему лоту, что позволяет учесть большее количество источников вариации. Данная техника рекомендована во многих руководствах по контролю качества, но к сожалению, не отражена в основных российских нормативных документах. Кроме того, поскольку вторая стадия должна проводиться для каждого нового лота контрольного материала, во всех рекомендациях по внутрилабораторному контролю описаны так называемые периоды перекрывания - означающие, что до начала использования нового лота контрольного материала, лаборатория должна заблаговременно начать набирать установочную серию для него и некоторое время измерять показатель в обоих лотах контрольного материала. Таким образом к началу использования нового лота в оперативном контроле для него уже должна быть набрана установочная серия и рассчитаны значения среднего и стандартное отклонение.

По поводу сроков, за которые должна быть набрана установочная серия, существуют следующие рекомендации: должно производиться одно измерение за одну аналитическую серию. При этом должна быть только одна аналитическая серия в сутки. Но существует так же оговорка, что при необходимости, например, связанной с ограниченным сроком годности реагента или контрольного материала допускается проведение до трех аналитических серий в день. Данное исключение, пожалуй, наиболее актуально для гематологии, где сроки годности контрольных материалов относительно малы по сравнения, например, с биохимией.

Стадия 3

Непосредственно проведение оперативного контроля качества. Частота и количество уровней контрольного материала опять же регламентируются законодательством. И если по частоте проведения разночтений нет: все документы сходятся в том, что минимальная частота проведения мероприятий по внутрилабораторному контролю качества - это один раз в каждую аналитическую серию, при этом в каждой серии должно быть как минимум два измерения для каждого контролируемого теста, то по количеству уровней между приказами Минздрава существует некоторое разногласие. Приказ 45 допускает двухкратное измерение показателя в одном и том же контрольном материала, в то время как 220-й приказ уже в явном виде указывает на то, что должны использоваться два уровня контрольного материала с разными значениями контролируемого показателя. При этом значения должны соответствовать "нормальному" и "патологическому" диапазону. Поскольку зачастую значения, соответствующие патологическому диапазону, могут быть как выше, так и ниже нормальных значений, то во многих случаях используется три уровня контрольного материала. После проведения измерения показателя в контрольном материале соответствующие значения наносятся на контрольную карту, разработанную на второй стадии, и проводится анализ полученных результатов в соответствии с контрольными правилами, которые так же называются правилами Вестгарда. Типичный алгоритм обработки результатов приведен ниже.

Правила Вестгарда
Правила Вестгарда

Правила Вестгарда

Правила Вестгарда - это наиболее типичные и часто используемые контрольные правила при интерпретации контрольных карт.

Классических набор правил состоит из следующих пунктов:

Правило 12s

Данное правило считается нарушенным если результат какого-то одного измерения в контрольном материале выйдет за пределы двух стандартных отклонений от среднего значения.

Правило 1-2s
Правило 12s

Данное правило считается триггерным и при его нарушении аналитическая серия не считается забракованной, оно лишь служит точкой входа для алгоритма проверки.

Если данное правил не нарушено, аналитическая серия считается корректной и пробы пациентов, измеренные в пределах данной аналитической серии, могут быть выданы. Если данное правило нарушено, то нужно пройти весь алгоритм проверки, по всем остальным правилам и если хотя бы одно из них так же сработает, то аналитическая серия признается неприемлемой и следует предпринять какие-либо корректирующие действия для исправления ситуации (как правило - это калибровка, замена реагента, внеплановое обслуживание и т.д.), а затем повторить анализ контрольных материалов и если при этом ни одно из правил не нарушено повторить измерения проб пациентов, если они уже были в этой аналитической серии.

В соответствии с законом нормального распределения результаты измерения могут выпадать за пределы двух стандартных отклонений с вероятностью примерно 5%. Поэтому в норме, данное правило срабатывает с частотой приблизительно 1/20. То есть примерно каждое двадцатое измерение должно выходить за пределы двух стандартных отклонений.

Правило 13s

Данное правило считается нарушенным если результат измерения показателя в контрольном материале отстоит от среднего значения более чем на три стандартных отклонения.

Правило 1-3s
Правило 13s
Правило 22s

Данное правило считается нарушенным, если результаты двух измерений подряд лежат за пределами двух стандартных отклонений по одну сторону от среднего значения.

Правило 2-2s
Правило 22s

Начиная с данного правила нужно уточнить, что при использовании правил, включающих в себя анализ сразу нескольких точек на контрольной карте такие правила могут считаться нарушенными как в пределах одного контрольного материала, так и в пределах нескольких контрольных материалов. Так, например, правило 22s будет считаться нарушенным как если два результата измерения в одном контрольном материале будут находится за пределами двух стандартных отклонений в двух подряд идущих измерениях, так это может произойти и если результаты в двух разных контрольных материалах одновременно будут превышать два стандартных отклонения в каждом контрольном материале и при этом находится по одну и туже сторону от среднего значения.

Правило R4s

Данное правило считается нарушенным, если разница между результатами двух подряд идущий измерений в одном контрольном материале, либо двух одновременно сделанных измерений в разных контрольных материалах больше четырех стандартных отклонений.

Правило R-4s
Правило R4s
Правило 41s

Считается нарушенным, если в сумме во всех контрольных материалах четыре измерения подряд превышают величину одного стандартного отклонения, с одной и той же стороны, от среднего значения.

Правило 4-1s
Правило 41s
Правило 8

Данное правило считается нарушенным, если в сумме несколько измерений во всех уровнях контрольных материалов лежат по одну сторону от среднего значения.

Правило 8-x
Правило 8

Следует отметить, что есть несколько вариантов данного правила. На приведенной выше схеме оно будет нарушено, если 8 точек подряд лежат по одну сторону от среднего. Однако, в российской нормативной документации данное правили приведено с количеством точек равным десяти и, соответственно, называется 10. Есть так же вариант с двенадцатью точками.

Примечание

Следует отметить некоторые особенности использования контрольных правил. Так, например, если в результате нарушения контрольного правила были предприняты какие-либо корректирующие действия, то при дальнейшем анализе контрольной карты по правилам 41s и 8 следует брать в расчет только точки полученные уже после корректирующих действий и не учитывать данные, полученные до них.

Хотя это и не всегда соблюдается в современных программах по ведению внутрилабораторного контроля, но "классические" правила Вестгарда и приведенные в нормативной документации алгоритмы предполагают, что анализ правил должен проводиться в строгом соответствии с блок-схемой. Например, если даже у вас уже нарушены правила 41s и 8 вы не должны браковать аналитическую серию поскольку не было нарушено правило 12s, и соответственно алгоритм не был инициирован. А любое рассмотрение аналитической серии на предмет приемлемости должно начинаться с нарушения правила 12s и дальнейшего прохождения по алгоритму.


24.03.2023