检测限和定量限的确定方法专家讲座

体外诊断产品性能评估-2023年10月3日杨宗兵检测限和定量限旳拟定办法第1页术语和定义第2页α错误//β错误Alpha(α)error//Beta(β)errorα错误//第I类错误//假阳性

Alpha(α)error//TypeIerror//Falsepositive

错误地回绝无效假设（物质不存在）旳概率，事实上物质真不存在β错误//第II类错误//假阴性Beta(β)error//TypeIIerror//Falsenegative错误地接受无效假设（物质不存在）旳概率，事实上物质在指定旳水平存在第3页空白Blank//空白限Limitofblank(LoB）

空白Blank不具有感爱好分析物，或至少浓度远低于感爱好最低水平旳样本空白限

Limitofblank(LoB）也许观测到空白样本旳最高测量成果（声称概率下）注：a）LoB不是通过测量获得旳实际浓度。事实上，阳性信号旳实际浓度确认被称为LoD。同样地，LoB是具有在声称概率下分析物水平等于LoD旳样本预期旳最低值b）这同“检测下限”；即声称旳给出测量不拟定度声称值旳测量程序得到旳最低成果。也称为“临界值”（ISO11843）第4页检测限Limitofdetection(LoD)在（声称）概率下，样本中能检测到旳分析物旳最低量，尽管或许不能量化为一种精确值。注：也称为“检测下限”，“最小可检测浓度”（或量或值），以及有时用于表征“敏捷度”第5页定量限//定量下限

Limitofquantitation（LoQ）//Lowerlimitofquantitation在声称旳可接受精密度和对旳度以及经验条件下样本中能定量测定旳分析物旳最低量注：也称为“检测下限”和“测量范畴下限”第6页测量范畴//工作范畴

Measuringrange//Workingrange测量仪器旳误差处在规定极限内旳一组被测量旳值（VIM93）注：此前，NCCLS文献中使用术语“可报告范畴”第7页敏捷度

“敏捷度”旳非原则使用不同应用中，“敏捷度”也许单独或修改使用常见为：“IUPAC”定义旳“分析敏捷度”一致，即“校准曲线旳斜率”描述非常低分析浓度旳分析内精密度旳“功能敏捷度”在低浓度有高精密度规定旳诊断分析，术语“诊断”或“临床”敏捷度用与描述或比较预定旳与诊断测试性能有关旳临床信息（如与疾病有关分析物靶点旳有无）第8页分析敏捷度

测量仪器响应旳变化除以相应旳量“敏捷度”在医学检查上以两种不同但有关旳含义使用：（1）以足够置信度可测量旳最小浓度差别

和（2）以合适置信度可检测旳最小被测量旳量（1）按照IUPAC定义分析敏捷度可以用校准曲线旳斜率来表达（2）已被检出限和定量限取代第9页诊断敏捷度、功能敏捷度诊断敏捷度体外诊断检查程序可以辨认特定疾病或状态存在旳能力注：诊断敏捷度是一种数值分数。以真阳性值除以真阳性值加上假阴性值旳和来计算功能敏捷度测量程序测量很低浓度旳能力，它比定量限也无任何优势。因此不鼓励使用功能敏捷度第10页类型低限值最低检出限定量限线性下限测量范围下限空白限第11页不同类型之间旳关系LOBLODLOQLLRLMRLOB：最高LOD：高于LOB，也许被声称LOQ：最低，U<目旳值（U）LLR：最低与被测量旳值直接成比例旳能力响应值与真实浓度有线性关系LMR：规定条件下旳最低涉及办法旳所有特性，偏倚、不精密度、U等第12页LODdetectionlimit，limitofdetection•由给定测量程序得到的测得量值，对于此值，在给定错误地声称物质中存在某成分的概率为α时，错误地声称不存在该成分的概率为βIUPAC建议α和β默认值等于0.05术语“分析灵敏度”有时被用于代表检出限，但这样的用法现在不鼓励第13页LODdetectionlimit，limitofdetection•被用于描述一个检验程序以特定置信水平能报告为存在的被测量最低值。它也被用来指最小可检测浓度测量区间的下限不应和检出限混淆分析灵敏度不能被用于表示检出限第14页LOQquantitationlimitlimitofquantitation•被用于描述一个检验程序以指定的测量不确定度能测量的被测量最低值。它也被用来指测定下限、定量下限、测量下限和功能灵敏度功能灵敏度比定量限无任何优势。由于该术语延续灵敏度的不赞成用法，因此不鼓励它在体外诊断标示中的使用第15页定性分析中限值旳使用“检测限”•一个定性测试的检出限有可能根据经验观测不到其增加，例如，试剂引起的变化。因为样本中分析物可检测的水平可能低于cutoff值，这可能增加假阴性结果的比例同时，高浓度样本同样也可以给出正确的阳性信号。因此，检出限的测定试验对许多定性测试的质量控制是重要的第16页定性分析中限值旳使用“检测限”•阳性和阴性结果之间的交叉点（也称为cutoff值，50%的阳性和50%的阴性）过渡区称为“95%的区间”，非CI（LOB与临界点相同）样本浓度与区间关系，重复结果95%阳性结果、95%阴性结果95%区间上限如同LoD±20%基础上进行阴阳性结果的重复测量确认第17页定性分析中限值旳使用“临界值”的非标准使用•术语“临界值”在ISO11843中作为空白样本预期合理的最高结果使用（零浓度或接近零浓度样本）。超过仪器（方法）响应，认为样本有一个阳性测量值。但是，在医学实验室该术语普遍用于指征一个重要的医学条件的测试结果。响应的阈值被称为“空白限”第18页目前旳某些常用办法LOD/LOQ•当前，许多设备通过单一模式报告LoD和LoQ，仅使用空白样本测量。在该单一模式下，假设尽可能高的空白值是测定分析物存在的阈值此为检测下限最常见的是，进行一个空白样本的重复测量，计算这些测量值的均值和SD，用SD乘以某一因数，加上重复测试的均值，该值被称为LoD以及可能为LoQ（例如，分析化学）第19页目前旳某些常用办法旳缺陷假设空白低值对称分布SD无法区分真实虚假忽略事实(LOD)导致低LOD/Q第20页LOB第21页第22页LOB空白样本结果接近零时的分布仪器内部产生该类型的信号时，许多仪器自动转换阴性值信号为零或一个低值阳性值。因此只提供非阴性浓度值输出假设该值超过空白测量中实际空白样本显著变异分布的第95百分位数如果样本产生一个超过该限值的观测值，它可以宣称分析物含量大于零第23页LOB空白样本结果接近零时的分布使用该限值，我们有真实空白样本给出值的5%表明分析物存在（通常称为第I类错误）同时，我们观测到低浓度分析样本的测量值落在该限值内。当我们断定在该情况下无可测量分析物存在时，我们承诺错误通常称为第II类错误第24页LOBISO推荐•ISO推荐了第I类和第II类错误声称水平相关的最小检出限定义α=β=5%。一个α值为5%对应使用空白值分布第95百分位数，宣称测量值显著高于空白限值一个空白值呈Gaussian分布：LoB=µB+1.645σB第25页LOB计算方法•浓度低于零的情况下不被报告或空白值不呈Gaussian分布时（空白值呈不对称分布），第95百分位数通过其他方法估计直截了当的程序使用基于命令值的非参数原理。通过大量的Nb值排序，第95百分位数作为阳性第Nb(95/100+0.5)位观测值来估计第26页LOB计算方法•因存在小数值，在临近排序值之间使用内插法。分布上限截断α百分位，空白分布百分位数限值（PctB），称为空白限（LoB）即LoB=PctB100-α第27页LOBLOB估计•通过一个或多个空白样本重复（NB次）测量估计LoB。使用多个样本有助于确保可靠性，具有明显分析物量的样本不被当做空白使用当数据呈Gaussian分布时，那么使用参数程序估计LoB：LoB=µS-1.645σS第28页LOB例子•当数据不呈Gaussian分布时（如零点被截断），使用非参数方法计算P(1-α)=(0.95*NB+0.5)当该值为非整数时，应使用线性内插法，例如，当p=95和NB=60，那么NB（p/100）+0.5=57+0.5=57.5，第95百分位应为观测值排序第57和58位数的均值。当NB=65时，那么NB（p/100）+0.5=62.25，第95百分位应为观测值排序第62和63位数的组合，=X62+0.25（X63-X62）第29页LOBLOB验证举例•用户进行25次空白测量（5个样本5天测量5次）目测检查显示空白值呈不对称分布，因此，非参数估计LoB，在观测区的第24位和第25位之间线性内插法得LoB=19.17U/L（=18.01+0.25*（22.65-18.01））第30页LOD第31页第32页LOD第II类错误为了表述第II类错误，一方面不得不考虑最小样本浓度等于LoD,即提供规定概率下超过LoB的结果当第II类错误β水平设为5%时，那么95%的测量结果超过LoB第33页LOD第II类错误因而，仅有5%的测量结果被错误的宣称同空白没有显著差异,以及β=5%，即第II类错误风险（β风险）LoD为该样本的实际浓度；是能可靠检测到的最低实际浓度，通常，低水平样本呈Gaussian分布以及分布的第5百分位数对应LoBLoB=µS-1.645σS第34页LOD计算公式•可以导出：µS=LoD=LoB+1.645σSLoD=µB+1.645σB+1.645σS第35页LOD图示第36页LOD样本分布•如果样本中分析物的实际浓度等于LoB，50%的测量值超过LoB（a）。样本实际浓度等于LoD，（100%-β）（95%）的样本测量值超过LoB(b)•样本不呈Gaussian分布（且不能转换为Gaussian分布），有可能使用非参数估计LoD，另外，有必要生产浓度接近暂定LoD的样本。用于检查5%或更低的测量观测值低于LoB的最低水平第37页设计考虑操作条件稳定•假设在单一系统或一组实验设备条件下设计。稳定的条件下操作（无试剂批号变化或主校准的重大变化）。推荐考虑包括时间（运行）引起的变异和受试对象之间的差异第38页设计考虑系统的考虑•制造商应考虑在两台或更多台仪器用两批或更多批的试剂尝试获得不同仪器/试剂预期的变异。如果不同系统结果完全不同，应查明原因。如果同系统结果基本相同时，最大的LoD将作为估计值使用。该建议必须由价值和实际考虑来恒量。任何设计结果应附有一个全面的研究描述和参数第39页样本量参数与非参•LoB非参数估计的有效性大约为一个参数估计程序的一半。那就是，参数和非参数程序的预期结果相同，但是使用相同的测量数量时，参数估计有较小的不确定度，（如果数据呈Gaussian分布）。百分位数或SD估计值的不确定度同样应与分布的分散性成正比。•因而，LoB非参数估计和LoD参数估计，空白测量数量应大于低浓度样本测量。但最常见的是，低水平样本测量的分散性大于空白测量。总之，大多数情况下，空白和低水平样本具有相同测量数量为最佳选择第40页样本量评估与验证•在精密度和成本之间合理取舍，建议估计LoD时用60次测量的最小数量（空白和低水平样本）。应由方法开发者执行•为验证LoD声称值，在声称水平使用20次结果。以及必要时，在LoB水平。这通常由实验室或用户执行第41页样本性状样本代表性•尽可能地，用自然样本取代空白和阳性低值样本，即对于药物分析应有游离药物的血清或血浆样本，不只是缓冲液。因人工添加样本可能与受试者样本的表现不同使用非自然样本时，应考虑干扰和基质效应为了确保测量具有代表性，希望收集一定数量样本的测量值，而不是单个样本第42页样本性状样本代表性•样本之间存在不同基质时，重复测量一特定样本来代替，最好用5个或更多的样本为一组。这些测量应在不同日期内分开进行评价，因此评估反应超出典型实验室条件范围的分析方法性能，包括（适当时）不同分析和设备•验证声称值时，时间段不需包括试剂批号或主要设备维护的变化，估计声称值时，时间段应包括试剂批号的变化第43页样本性状内源性物质•内源性化合物，空白可能是组分剥离样本，即抗体脱水，酶的降解，或活性炭吸附等对于激素，空白样本可以由患者受试者提供或发育不全水平接受药物治疗受试者提供对于肿瘤标志物，正常受试者样本或许适用。当分析物残留水平不可避免时，应低于分析物分析范围限值一个数量级第44页样本性状内源性物质•低水平的内源性化合物，指用一组低浓度范围内受试者样本如有必要，在样本中添加分析物（例如，药物）时，最好添加源于不同受试者的一组样本，而不是正好一个样本或一个混合样本。通过一组样本的重复测量估计合并SDS，例如，5个样本中每一样本测量12次。测量应在不同日期进行。因此SDs反应总体分析变异第45页样本性状内源性物质•为使LoB和LoD估计值有意义，尽可能地，测量值应追溯至SI单位，或一些已知水平。当分析存在参考方法时，它应用于在低范围内的比对测量。溯源性也可以由添加样本的测量证明，考虑添加物质的溯源性第46页成果LOD•测量值具有许多特征或属性，如浓度或活性，只要明确地定义被测量。当测量的量不同于感兴趣的分析物（例如，酶活性不同于酶的质量浓度）时，必须明确地定义量。理解不同方法或在不同的测量条件下LoD不同是重要的•正好在同样低浓度样本获得所有测量是没有必要或不可取的。这是因为仅有必要估计SDS（低浓度测量的SD）。使用多个样本将助于解释典型的受试者变异第47页LOD测定程序•测定LoD，样本测量的SDS通过有意义的低浓度样本重复测量（NS）获得，即大约从LoB到4倍LoB的浓度范围内。推荐从低浓度样本至少获得60个结果。指定程序采用多个低水平样本（4～6个）以及计算这些水平精密度的合并估计值第48页LOD测量程序•在合并精密度的独立估计之前，他们应用传统的F检验（2个样本）或当多于两个样本时用Cochran检验进行一致性测试，测试失败时，应由制造商或开发者查明原因。它可以显示反应或样本的不稳定影响变异，通过下式估计暂定的LoDt：LoDtent=LoB+cβSD第49页LOD测量程序•SDS为一个低水平样本分布的SDS估计值和因SDS基于总体标准偏差σS估计值应用，cβ源于标准Gaussian分布（和修正因子）的第95百分位。当测量的数量不是太小时，cβ=1.645/（1-1/（4*f）），f是SDS估计的自由度例如，通过5个（K=5）低浓度样本获得60个结果（NS=60），那么，合并估计SDS时自由度f为55（f=NS-K）和cβ=1.645/（1-1/220）=1.653第50页LODSD的考虑•考虑测量水平的SDS是否接近LODt水平是重要的。估计LoD时普遍问题是样本的SD不恒定，因它常常随样本浓度而增加。但是，超过低浓度的一个限值范围时，它将接近恒定以及概述的程序是适当的，当假设一个恒定的SDS时，那么LoD=LoDtent第51页LODSD的考虑•同样，如果相关的SD（或CV）恒定，它可能用于估计试验LOD的SDS，以及因此使用上述公式测定LoD。否则，如果假设样本SD为浓度水平的一个函数，应开展一个更为复杂的方法第52页LOD分布形态的考虑•如果低浓度样本数据不呈Gaussian分布，那么，有可能转换数据使其呈Gaussian分布。例如，对数转换。转换结束后，LoD用转换后单位计算，以及然后用可逆转换程序转换为原单位（即指数）第53页LOD分布形态的考虑•如果不可能产生Gaussian分布数据，但SDS合理恒定，那么可以使用一个非参数进行。这种非参数估计可能作为低浓度样本赋值（或可接受参考值）测量分布的β百分位的差距来计算。称该差距为DS,β；DS,β类似于cβ*SDS，因此：LoD=LoB+DS,β第54页LOD分布形态的考虑•如果SDS不恒定，以及不可能产生符合Gaussian分布数据，那么，必须使用一个非参数的“试错法”程序。该程序尝试假设在LoD水平准备样本，和一系列的测量值（不同时间和操作者）•计算β百分位，作为低于LoB观测值的百分位数。当β百分位是5%或更低时，LoD为最低水平物质的结果第55页LOD例子•激素（空白）：估计LoD，使用α=β=5%的默认值有10个源于激素缺乏或药物抑制受试者的样本。为确保总分析变异不受影响，在10天中分别对每一空白样本测量10次。因被截断，分析仅提供非阴性值非参数估计LoB作为测量结果的第95百分位数第56页LOD例子•激素（空白）：第57页LOD例子第95百分位对应观测值排序的95.5（=100*（95/100）+0.5）。观测范围内第95和96位之间使用线性内插法得LoB估计值:为0.0544U/L(0.0539+0.5*(0.0548-0.0539))排序空白值1000.0653990.0603980.0560970.0554960.0548950.0539940.0538第58页LOD例子•激素（低浓度水平）：低浓度样本（在0.05～0.20U/L范围内）假设从10个受试者每人获得一个样本，以及每一样本分析10次建议目视检查分布对称和接近钟形，因此可能使用参数统计目视复测SDS估计值与该样本水平无关第59页LOD例子•激素（低浓度水平）：按照加权方式SDS2=(n1SDS12+n2SDS22+n3SDS32+……+nnSDSn2)/(n1+n2+n3+……+nn)计算SDS（0.0299）合并估计值（该情况下，为变异均值的平方根）。自由度为10*（10-1）=90和α=0.05，因此cβ=1.6449/（1-1/360）=1.6494那么可以获得一个LoD估计值：LoD=LoB+cβ*SDS=0.0544+1.6494*0.0299=0.104U/L第60页LOD例子（验证）•实验室应确保分析满足制造商声称给定的LoD声称值，而不是估计自己的LoD。可用时，实验室应使用制造商提供的LoB当制造商的LoB不可用时，那么按照LOB估计方法进行第61页LOD例子（验证）•运行浓度等于声称LoD样本的重复测量以及估计大于LoB结果的比例。推荐至少使用20次样本测量，可能时这些测量包括来自样本和不同时间段的变异。记录比例符合预期值（1-β；默认为95%），也就是在记录比例在95%的置信区间内包含95%时，那么数据支持LoD声称值第62页LOD例子（验证）•判定：20次测量中有可能多于1次结果低于LoB，但仍然符合该标准次数观测比例低限2085308740885088608870898089909010090150912009225092300924009350093100094第63页LOD例子（验证）•分析程序在α=β=5%时LoD声称值为45U/L用户进行25次空白测量（5个样本5天测量5次）和25次分析物浓度为45U/L的添加样本测量目测检查显示空白值呈不对称分布，因此，非参数估计LoB，在观测区的第24位和第25位之间线性内插法得LoB=19.17U/L（=18.01+0.25*（22.65-18.01））第64页LOD例子（验证）•25个空白测量值和25个添加分析物样本测量值的分布，因此，实际浓度等于LoD声称值45U/L。LoB估计值为19.17（空白分布的第95百分位数）。92%的样本测量值（23/25）大于LoB•观测比例符合依据声称95%的一个预期值，以及当前的评价不否定声称值第65页LOQ第66页LOQ估计程序•LoQ为能可靠检测到的（LoD）分析物实际的最低量，以及总误差符合实验室准确度要求（临床使用的可接受值）实验室希望估计自己的LoQ，或验证制造商的声称值，如果低水平得测量不确定度（或总误差）可被确定，测定每一个方法学的LoQ可能是没有必要的在这种情况下，报告每一个低水平结果已估计的不确定度是可接受的第67页LOQ估计程序•LoD研究的测试结果应用于估计分析物该水平的偏倚和不精密度推荐测定3到5个不同样本至少40次重复以及至少5次运行测量均值（当使用一个样本时）和可接受的参考值之间的偏差为偏倚估计值当该水平使用不止1个样本时，那么偏差的均值为正确度估计值。40个结果总的SD（一个样本）或精密度合并估计值SDS为精密度估计值第68页LOQ估计程序•综上所述得到该水平总误差估计值，使用偏倚+2*SDS=总误差（如果偏倚为负值，使用总误差，=-（偏倚-2SDS））。如果该估计值低于给定的总误差目标，那么：LoQ=LoD该程序确保，真实值等于LoQ的样本，测试结果约有95%概率应非常正确第69页LOQ估计程序•如果需要更大概率，SDS应乘以较大的因子；例如，如果偏倚+4SDS和偏倚-4SDS在目标范围内（和误差呈Gussian分布），那么大于99.5%的结果将适用第70页LOQ估计程序•如果不符合该水平目标值，那么必须进行略高水平的测试。必须得到适合的参考物质，使用类似的物质来测定LoD。此前，必须通过独立测试结果的均值，同时用参考方法测试，添加，或，适当时进行稀释得到实际浓度。如果生产该物质，那么源于测试物质的不确定度和总误差估计应包括稀释因子和/或添加程序的不确定度第71页LOQ验证程序•如果实验室测定高于假设测量范围（或可报告范围）的最低水平LoQ，那么测量范围不适用于实验室预期用途。在较低的95%置信限，如果该试验得到的偏倚和不精密度估计值大于方法声称值，那么应联系制造商第72页LOQ验证程序•如果实验室希望确认LoQ或假设误差不呈Gaussian分布，那么使用其他程序检查LoQ声称值。使用最少25次重复是可接受的该情况下，每一样本重复值与该样本参考值差值和误差目标值比较。超出误差目标结果的数量应按照区间估计值计算。如果使用95%的标准，应按照95%低限确定不可接受观测结果的数量第73页LOQ验证程序•例如，总共有30次重复时，（超过某一样本数量），那么我们至少有87%的结果（26.1，四舍五入至27）必须在