第03章 临床生物化学诊断试验的性能基础与评价

第三章

临床生物化学诊断试验的性能基础与评价全国高等医药院校医学检验专业规划教材

临床生物化学检验

（第二版）2目录

参考范围1临界值与医学决定水平2诊断试验的指标与评价3受试者工作特征曲线4返回总目录3

临床诊断试验(clinicaldiagnostictest)：临床上用于确定或排除疾病的方法或项目，又称临床诊断性试验，简称诊断试验。

临床生物化学诊断试验：临床生物化学实验室中用于疾病诊断、筛查和监测的方法或项目。

诊断试验4

诊断学评价（诊断试验的诊断性能评价）：方法或项目与疾病之间的关系，评价该方法或项目对某种疾病的诊断价值。

方法学评价（技术性能的方法学评价）：方法与项目之间的关系，评价该方法对某项目测定的准确度和精密度。

诊断学评价与方法学评价的区别5图3-1参考范围的建立流程第一节参考范围

一、参考范围的建立61．参考个体按预定标准选择的正常个体。纳入标准：地区、民族、性别、年龄段等；排除标准：不能有血压不正常、器质性疾病、乙肝阳性，不能有近期的急性感染、输血或手术、用药、妊娠或哺乳等。2．参考总体所有参考个体的集合。基本概念

73．参考抽样组参考总体的抽样，又称参考样本。4．参考值每一个参考个体的检测值。5．参考值范围各个参考值剔除离群值并补充数据后的集合范围。原始概念

86．参考值区间包含95％的参考总体的参考值范围。双侧正态（均数法）：±1.96s，即（－1.96s）～（＋1.96s）；双侧偏态（百分位数法）：2.5％位数（P2.5）的参考限～97.5％位数（P2.5）的参考限。单侧正态：－1.65s以下或＋1.65s以上；单侧偏态：P5的参考以下或P95的参考限以上。

91.样本数一般为100例以上，若为偏态分布（非正态分布）则应在120例以上。特殊情况时也至少在30例以上。2.离群值的判断与处理为离群值，必须剔除，再补足数据。建立参考范围的注意事项

103.双侧与单侧双侧：项目偏高、偏低均属异常；单侧：项目只偏低或只偏高属异常。百分位数法：偏态分布、正态分布，但常用于偏态分布。均数法：正态分布。114.国内所称呼的参考范围（referenceinterval）95％的正常人某指标所在范围。等于国际所称呼的参考值区间。5.国内所称呼的参考值含义同参考范围，但不提倡使用，因为参考范围不是一个具体的值而是一个范围。126.参考范围并非恒定同一指标，除有个体差异以外，在不同实验室（仪器、试剂、测量程序）或者不同测量方法（原理），或者同一测量方法但是不同生产厂家（批号），等等，都会不同，故不能机械地搬用。13

不能称为“正常值”、“正常值范围”、“正常范围”等，主要原因在于：①不正常的人被纳入“正常”。②是正常的人被判为“不正常”。二、参考范围概念的正确使用返回章目录14

临界值（cutoffvalue）:指划分诊断试验结果正常与异常的界值，又称阈值、分界值、鉴别值、指定值、诊断界值、截断点等。

一、临界值

第二节临界值与医学决定水平15

DL：医学决定水平，D：临界值，TN：真阴性，TP：真阳性，FN：假阴性，FP：假阳性图3-2正常人和病人分布曲线

临界值的选择16

图3-2B临界值的选择：当D向右移动，假阳性减少，假阴性增加，灵敏度降低，特异度增加；反之，变化相反。图3-2正常人和病人分布曲线

临界值的选择17

另外，还有一种低值某一类疾病病人、正常人、高值另一类疾病病人三条交叉分布曲线形式，有2个临界值，应分开后按上述方式讨论。临界值的选择18

医学决定水平（medicaldecisionlevel，MDL，DL）：临床上按照不同病情给予不同处理的指标阈值。DL（或用Xc表示）可以用来排除或确定某一临床情况或预告将会出现某一生理变化现象。

二、医学决定水平

19A、正常人参考范围B、无关疾病患者的参考范围C、有关疾病患者分型、分期的测定值D、文献资料及医生意见医学决定水平的制定依据

20

不同指标的DL数量、数值不同:

A低、高

B低、低、高

C低、高、高

不同实验室的水平值也略有不同。

医学决定水平的水平值模式21血清指标（单位）参考范围*

XC①*

XC②*

XC③*K+

（mmol/L）3.7～5.33.05.87.5Na+（mmol/L）138～146115135150Cl-（mmol/L）98～10990112—总Ca（mmol/L）2.25～2.651.752.753.38Urea（mmol/L）2.9～9.321018Cr（µmol/L）62A（mmol/L）0.15～0.410.120.470.63TC（mmol/L）3.90～6.502.46.5010.4TG（mmol/L）0.22～1.980.222.04.4Glu（mmol/L）3.30～5.232.486.610.0Bill（µmol/L）1.7～20.52540350表3-1临床生物化学检验指标的医学决定水平（Xc）

*参考范围、Xc

：不同实验室的范围、水平值略有不同

22表3-1临床生物化学检验指标的医学决定水平（Xc）

血清指标（单位）参考范围*

XC①*

XC②*

XC③*Alb（g/L）35～50203552TP（g/L）60～80456080ALP（U/L）成人40～150———儿童50～35050135400ALT（U/L）5～302060300AST（U/L）8～302060300CK（U/L）10～120602001500LDH（U/L）100～320200450800AMY（U/L）110～33090225370GGT（U/L）5～301545150*参考范围、Xc

：不同实验室的范围、水平值略有不同

23“低、高”模式

血清氯有二个DL：90mmol/L、112mmol/L。

90mmol/L以下时，应加做其他检查以确诊或排除：①如严重呕吐、腹泻等胃肠道丢失。②长期限制氯化钠的摄入。③代谢性碱中毒。④艾迪生病。

112mmol/L以上时，应加做其他检查以确诊或排除：①高氯血症性代谢性酸中毒。②氯化物摄入过多。③高钠血症：失水大于失盐，氯化物相对浓度增高。医学决定水平的临床应用举例

24

“低、低、高”模式血清清蛋白（Alb）有三个DL：20g/L、35g/L、52g/L。

20g/L表示肝病患者的预后严重；

35g/L为检查低清蛋白血症的界值；

52g/L则稍高于参考范围上限，可排除许多假阳性。医学决定水平的临床应用举例

25

“低、高、高”模式血清总钙有三个DL：1.75mmol/L、2.75mmol/L、3.38mmol/L。

1.75mmol/L以下时，应加做其他检查以明确病人发生低血钙抽搐的可能性，并采取预防措施；

2.75mmol/L作为观察副甲状腺（甲状旁腺）功能是否亢进的血清钙低限值，等于或高于该值时，应加做其他检查以确诊或排除原发性副甲亢的诊断；

3.38mmol/L以上则考虑为高血钙昏迷，应及时做出诊断，不得延误。医学决定水平的临床应用举例

返回章目录26金标准（goldstandard）：当前为临床医学界公认的诊断某种疾病最可靠的诊断方法，可通过活检、尸检、外科手术、随访等所作出的决定性诊断，又称确诊试验。第三节诊断试验的指标与评价金标准

有一些疾病目前尚无金标准，由专业学术委员会或世界卫生组织（WHO）制定的诊断标准可作为参考标准。参考标准27诊断试验结果金标准诊断有某病（病例组）无某病（对照组）阳性

TP（a）

FP（b）阴性

FN（c）

TN（d）诊断试验的四格表28①真阳性（truepositive，TP）：金标准确诊为有某病且诊断试验检出为阳性的例数。②假阳性（falsepositive，FP）：金标准确诊为无某病且诊断试验检出为阳性的例数。③真阴性（truenegative，TN）：金标准确诊为无某病且诊断试验检出为阴性的例数。④假阴性（falsenegative，FN）：金标准确诊为有某病且诊断试验检出为阴性的例数。诊断试验的四种结果291.

准确性评价指标又称为真实性评价指标，包括如灵敏度、特异度和准确度等。2.

有效性评价指标包括预测值、流行率和似然比等。3.

可靠性评价指标指重复进行试验得到相同结果的稳定程度，包括变异系数、符合率等。一、诊断试验的指标30诊断试验结果金标准诊断总计指标有某病（病例组）无某病（对照组）阳性TP（a）

FP（b）

TP+FP(a+b)阳性预测值(＋PV)=

阴性FN（c）

TN（d）

FN+TN(c+d)阴性预测值(－PV)=

总计TP+FN(a+c)

FP+TN

(b+d)

TP+FP+FN+TN

(a+b+c+d)准确度（Ac）＝

指标灵敏度(Se)＝

特异度(Sp)＝

流行率（P）=

漏诊率＝假阴性率＝1－灵敏度误诊率＝假阳性率＝1－特异度表3-2诊断试验结果与常见评价指标

311.灵敏度与漏诊率2.特异度与误诊率3.准确度诊断试验的准确性评价指标321.预测值2.流行率3.似然比诊断试验的有效性评价指标33

一项诊断试验能够确定或排除某疾病存在与否的诊断概率，称为预测值（predictivevalue，PV），又称预告值，也称为试验后诊断为患某病的可能性即验后概率（posttestprobability）。包括阳性预测值（positivepredictivevalue，+PV）和阴性预测值（negativepredictivevalue，－PV）。预测值34

流行率（prevalence，P），又称患病率，也称为试验前诊断为患某病的可能性即验前概率(pretestprobability)。

Bayes公式：预测值与流行率、灵敏度及特异度的关系式：＋PV=－PV

＝

流行率35

可见，流行率对阳性预告值（+PV）的影响最大。临床上很好的试验，在流行率偏低时用作普查效果并不理想。

流行率（%）＋PV（%）灵敏度＝95灵敏度＝99特异度＝95特异度＝990.11.99.01.016.150.02.027.966.95.050.083.950.095.099.0表3-3流行率、灵敏度和特异度对某疾病＋PV的影响

流行率36

诊断试验检测的患某病者中阳性率、阴性率分别与未患某病者中之比称为似然比(likelihoodratio，LR)。似然比包括阳性似然比(positivelikelihoodratio，＋LR或LR(＋))和阴性似然比(negativelidelihoodratio，－LR或LR(－))。似然比性质稳定，不因流行率的改变而改变。似然比37

＋LR

＝＝＝÷

真阳性率愈高，则＋LR愈大。－LR

＝＝＝÷

真阴性率愈高，则－LR愈小。似然比38

似然比可直接判断一个诊断试验的好坏：＋LR＝2.0～5.0，认为该试验不太好；超过10.0，可认为是好的试验。－LR＝0.5～0.2，认为该试验不太好，而小于0.1，可认为是好的试验。似然比39

Bayes公式：预测值与流行率及似然比的关系式：似然比40

可靠性（reliability），又称重复性（repeatability）、精密度（precision）1.变异系数或标准差2.符合率两名操作者同时对比检测，列四格表计算。符合率愈高，试验的可靠性愈好

符合率＝诊断试验的可靠性评价指标41描述诊断试验可靠性符合率与诊断试验准确性评价指标总符合率的含义不同，前者是两名操作者相互比较，而后者以金标准为依据。可靠性指标符合率的含义421.受试者的生物学变异2.操作者的测量变异

包括操作者的变异和试验方法差异诊断试验可靠性的影响因素43

血压：测量结果可因时间、地点及受试者的情绪等而异，此为受试者的生物学变异。受试者的生物学变异44

1.操作者的变异操作者对测定结果判断的不一致所致的差异，包括同一操作者内的变异（如不同时间、条件时）和不同操作者之间的变异。

2.

试验方法差异仪器、试剂以及测定条件等因素所引起的变异。因此，提高诊断试验可靠性的方法是加强诊断试验的标准化，如对操作者严格训练等。

操作者的测量变异45

准确性与可靠性不是必定相关，二者之间的关系有4种情况：①准确性与重复性都好②准确性好但重复性差③准确性差但重复性好④准确性与重复性都差

诊断试验可靠性与准确性的关系461.金标准应有可靠性2.研究对象应有代表性与可比性3.样本含量应足够4.诊断指标与方法应标准、具体、可靠5.金标准与诊断试验应同步盲法测量6.临界值的选择应合理7.诊断试验应具有临床实用性

二、诊断试验的评价471.选择高患病率的人群来提高阳性预告值2.利用联合试验来提高诊断灵敏度或特异度联合试验：平行试验可提高诊断灵敏度，但降低了特异度；系列试验可提高诊断特异度，但降低了灵敏度。三、提高临床诊断效率的方法48第四节受试者工作特征曲线一、受试者工作特征曲线的基本概念

以灵敏度为纵坐标、（1－特异度）为横坐标，将相对应的各临界值连接起来的折线图，称为受试者工作特征曲线(receiveroperatingcharacteristiccurve，ROC曲线)，简称受试者工作曲线。

49ROC曲线

50方法临界值结果指标与应用传统的诊断试验1个阳性和阴性灵敏度、特异度、预测值、流行率等ROC曲线多个

5个有序分类：正常、大致正常、可疑、大致异常和异常或多个分段计量结果①含各临界值点的真阳性率、假阳性率的1条曲线，最靠近曲线左上角的点其假阳性和假阴性最小，选择为合适临界值；②能比较两种以上诊断试验的效果：曲线下面积（AUC）越大越好。传统的诊断试验与ROC曲线方法比较

51

二、受试者工作特征曲线的构建与曲线下

面积的计算

根据金标准诊断结果将诊断试验数据分段、设定各临界值、划分四格表，再计算各临界值下的真阳性率、假阳性率，最后绘制ROC曲线，计算曲线下面积（areaunderthecurve，AUC）。52

例3.2果糖胺（FTA）诊断糖尿病（DM）。收集无糖尿病血清55例、有糖尿病血清74例，测定FTA含量。现选取4个截断点（1.30、1.50、1.70、1.90mmol/L将FTA检测值分成5个部分：Ⅰ正常（＜1.30）、Ⅱ大致正常［1.30，1.50）、Ⅲ可疑［1.50，1.70）、Ⅳ大致异常［1.70，1.90）和Ⅴ异常（≥1.90），评估患糖尿病的可能性（表3-5）。试做ROC曲线，计算AUC与标准误（SE）。ROC曲线举例53表3-5

129例中老年人果糖胺检测结果

FTA结果ⅠⅡⅢⅣⅤ合计有糖尿病（人）1211164474无糖尿病（人）27189105554

诊断试验结果：①连续性资料（定量试验资料）；②有序分类资料（定性试验资料）。本例FTA检测值为连续性资料，为简化计算，转化成了5种有序分类资料的形式。取4个临界值1.30、1.50、1.70、1.90mmol/L，整理出相应的四格表及计算评价指标（表3-6）。整理资料成为四格表55表3-6果糖胺在4个临界值时的分类评价指标

FTA结果（mmol/L）≥1.30≥1.50≥1.70≥1.90糖尿病无糖尿病糖尿病无糖尿病糖尿病无糖尿病糖尿病无糖尿病阳性73287110601440阴性12734514543055灵敏度＝TP/(TP+FN)特异度＝TN/(FP+TN)1―特异度0.98650.49090.5091(71/74)=0.9595(45/55)=0.81820.18180.81080.98180.01820.59461056

以真阳性率（灵敏度）为纵坐标、假阳性率（1－特异度）为横坐标，将相对应的各临界值（截断点）连接起来得到ROC曲线（图3-3）。为计算AUC及便于观察，将图中的原点、右上角与相邻临界值点相连接。ROC曲线的绘制

57AUC的判断

判断标准：AUC在0.9以上时有较高准确性。

本例AUC95％的置信区间为：AUC±1.96×SE＝0.9636±1.96×0.0147＝［0.9348，0.9924］该区间大于0.9，表明果糖胺对糖尿病的诊断价值较高。58

500名收入冠心病监护室的病人，在入院当天抽血作CK检查，CK结果分布见下表。医生在不知道CK结果的情况下，根据心电图结果和临床报告，确诊300名病人患心肌梗死，其它200名无心肌梗死。

CK活性（U/L）10～179180～359360～539540～719720～899≥900有心梗（人）419851005735无心梗（人）1443415520CK结果分布表

ROC曲线举例59

试问：①从定性上观察，CK活性与心肌梗死有何关系？②从表中可以选定6个阈值：10U/L、180U/L、360U/L、540U/L、720U/L、900U/L，试列表计算前4个阈值的诊断敏感度、特异度及试验后诊断的可能性（＋PV、－PV）；③采用哪个阈值时诊断效果最好？ROC曲线举例60①CK越大，患心肌梗死的概率就越大。②各个阈值下的计算结果见下表：

各阈值下的敏感度、特异度及预测值的计算结果

诊断试验结果各CK阈值水平（U/L）≥10≥180≥360≥540≥720有病无病有病无病有病无病有病无病有病无病阳性300200296562772219271352阴性00414423178108193165198敏感性%特异度%+PV%－PV%100060－(296/300)=98.7(144/200)=72(296/352)=84.1(144/148)=97.392.38992.688