崔宏恩，張超，夏炎，司啟益，張新白

江蘇省計量科學研究院，江蘇 南京 210023

引言

血氣及酸堿分析是臨床重癥監(jiān)護重要檢測項目之一，對監(jiān)測患者酸堿平衡、維持和支撐心肺功能受損患者的生命安全至關(guān)重要[1]。在新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案中血氣分析已經(jīng)成為一般治療的必要手段，用于感染患者危重程度的鑒別診斷與患者治療的監(jiān)測；同時，在進行機械通氣治療時，可根據(jù)密切監(jiān)測的血氣分析結(jié)果來調(diào)整呼吸機設(shè)置[2-3]。在這些分析中測量二氧化碳分壓（pCO2）和氧分壓（pO2）的電極傳感器在保持準確性和可靠性方面存在固有問題，同時血氣分析儀的操作者大都為非檢驗技術(shù)人員，使得血氣分析儀的應用非常容易出現(xiàn)問題，尤其是在質(zhì)量控制方面[4]。由于臨床血氣樣本的不穩(wěn)定性和不可復測性，使得其一致性研究存在一些困難。目前，血氣分析儀的性能驗證或室間質(zhì)評所用樣品多為水溶液基質(zhì)的質(zhì)控品，但由于基質(zhì)效應的存在，無法在所有檢測系統(tǒng)適用，導致其性能驗證或室間質(zhì)評的結(jié)果范圍變化比較大，無法真實反映血氣分析儀的性能[5]。

計量溯源能使檢測結(jié)果溯源到高級別的參考系統(tǒng)，是保證終端實驗室檢測結(jié)果準確可比、實現(xiàn)標準化的重要途徑[6]。為了全面、真實地了解血氣分析儀pCO2和pO2量值的真實水平，考察血氣分析儀檢測結(jié)果的可靠性，確保pCO2和pO2量值的準確可靠和統(tǒng)一，本研究根據(jù)國際臨床化學和實驗室醫(yī)學聯(lián)盟相關(guān)文件要求，使用新鮮血液建立了pCO2和pO2參考方法（氣體張力法）[7]，基于氣體張力法對市場上主流血氣分析儀的pCO2和pO2量值進行了比對，并以不同標準規(guī)定的允差值對結(jié)果進行了判定和合理性分析，并以此為基礎(chǔ)確定了《多功能血氣分析儀校準規(guī)范》中pCO2和pO2的計量特性指標。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 儀器與試劑

（1）標準氣源：氮中二氧化碳、氧混合氣體標準物質(zhì) GBW08159，CO2：5.61%/O2：12.5%/N2：81.89%，Ur=1.0%（k=2），中國計量科學研究院生產(chǎn)。

（2）自主研發(fā)的張力平衡儀：進行氣體分壓平衡的儀器，為開放系統(tǒng)，使用已知組成的氣體混合物流過系統(tǒng)，在流體樣品和氣體混合物中產(chǎn)生相同的氣體分壓，張力平衡儀通常由標準氣體混合物、加濕室、平衡室和恒溫控制模塊（溫度控制器和加熱器）等組成，加濕室和平衡室置于恒溫控制模塊中進行恒溫；恒溫控制模塊：0～50℃，最大允許誤差：±0.1 ℃，經(jīng)過計量校準。

（3）8臺不同型號的血氣分析儀，包括干式和濕式儀器原理，覆蓋了國內(nèi)外主要的生產(chǎn)廠商（如RADIOMETER、Werfen Group、NOVA、Roche、SIEMENS、Abbott、PERLONG和CORNLEY），使用年限從1年、2年、3年、4年、5年到8年不等。

（4）DYM3空盒氣壓表，寧波鄞州姜山玻璃儀器儀表廠生產(chǎn)，測量范圍（810～1050）hPa，U=0.3 hPa（k=2），經(jīng)過計量校準[8-9]。

1.1.2 其他

（1）樣品：新鮮靜脈全血樣本，從健康志愿者抽取到肝素化收集管儲存在冰箱中。

（2）實驗用去離子水水質(zhì)≤1.0 μS/cm；實驗用移液器經(jīng)過計量校準[8-9]。

1.2 方法

1.2.1 測量方法

采用氮中二氧化碳、氧混合氣體標準物質(zhì)GBW08159通過氣體張力法在37 ℃下充分溶解于全血中，以其氣體分壓值作為參考值。使用張力平衡儀（圖1）時，典型的測試順序如下：① 將一定量的水置于張力平衡儀加濕室中；② 在其平衡室中裝入所需量的新鮮靜脈全血（最小體積為1 mL）；③ 將加濕室和平衡室置于恒溫控制模塊，使標準氣體混合物在（37.0±0.1）℃下預熱；④ 氮中二氧化碳、氧混合氣體標準物質(zhì)在相同溫度和氣壓下流經(jīng)加濕室時通過水鼓泡使水蒸氣飽和后進入平衡室（加濕室和平衡室之間有一層防水透氣膜）；⑤ 進入平衡室的氮中二氧化碳、氧混合氣體標準物質(zhì)鼓泡通過樣品一段時間完全實現(xiàn)液體和氣體之間的氣體分壓平衡；⑥ 過量氣體會從平衡室中排出，經(jīng)過溫度和張力平衡后的樣品用于各型號血氣分析儀的準確度測試。

圖1 使用張力平衡儀測試順序示意圖

用于pCO2和pO2的氮中二氧化碳和氧混合氣體標準物質(zhì)為干燥氣體，其在經(jīng)過溫度和張力平衡過程中進行了加濕，氣體分壓值（pCO2/pO2）通過公式(1)～(2)進行計算：

其中，F(xiàn)是干燥氣體混合物中的氣體百分濃度，pTotal是環(huán)境中的大氣壓力（mmHg），pH2O是平衡溫度下的水蒸氣壓（mmHg）。公式(1)和(2)是從道爾頓分壓定律和溶解度的亨利定律導出，雖然僅嚴格適用于理想氣體，但也適用于接近或低于大氣壓的實際氣體。

通過公式(3)中精確估計pH2O，其來自Smithsonian Metrological Table 和 Geigy Scientific Tables[10-11]，37 ℃時計算出pH2O約為47 mmHg。

其中，T表示溫度，以℃為單位。

同時記錄實驗室大氣壓數(shù)據(jù)，使用各型號血氣分析儀對上述定值全血樣本進行重復測試3次，記錄實驗結(jié)果[8-9]。

1.2.2 統(tǒng)計學分析

根據(jù)JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》提供的方法，對定值全血的pCO2和pO2測量結(jié)果進行不確定度評定[12]，不確定度來源主要包括測量重復性、氣體標準物質(zhì)、大氣壓測量誤差和張力平衡儀溫度控制偏差。

比對結(jié)果采用允差進行判斷，當|Xlab-Xref|≤|W|，偏差與允差的比值|E|≤1時，結(jié)果判定為滿意；當|Xlab-Xref|>|W|，偏差與允差的比值|E|>1時，結(jié)果為判定為不滿意[13]。其中，Xlab為參比儀器的測量平均值，mmHg；Xref為參考值，mmHg；W為標準規(guī)定的允差值，mmHg。各標準規(guī)定的允差值（取大者）如表1所示[14-15]。

表1 不同標準規(guī)定的pCO2和pO2允差值（取大者）

2 結(jié)果

大氣壓測量結(jié)果平均為1007 hPa，根據(jù)公式(1)～(3)計算的pCO2和pO2參考值及使用8臺血氣分析儀比對的pCO2和pO2測量結(jié)果和測量不確定度評定結(jié)果表2所示，通過1.2.2中的允差判定公式計算的不同標準下的比對結(jié)果E值判定如表3所示。根據(jù)表1中不同標準的允差值判定原則，當pCO2的參考值為39.8 mmHg時，《血氣分析儀》醫(yī)藥行業(yè)標準、《衛(wèi)健委臨床檢驗中心室間質(zhì)量評價標準》和《CLIA’88 能力驗證計劃的分析質(zhì)量要求》的允差最大值均為±5 mmHg；當pO2的參考值為88.8 mmHg時，《血氣分析儀》醫(yī)藥行業(yè)標準的允差最大值為±5 mmHg，《衛(wèi)健委臨床檢驗中心室間質(zhì)量評價標準》的允差最大者為±7.1 mmHg（±8%），《CLIA’88 能力驗證計劃的分析質(zhì)量要求》的允差最大值為±15 mmHg，見圖2～3。

表2 pCO2和pO2測量結(jié)果（mmHg）

表3 比對結(jié)果及判定表

通過圖2～3和表2可知，根據(jù)JJF 1094-2016《測量儀器特性評定》的要求，在《血氣分析儀》醫(yī)藥行業(yè)標準、《衛(wèi)健委臨床檢驗中心室間質(zhì)量評價標準》和《CLIA’88 能力驗證計劃的分析質(zhì)量要求》體系下，除了5號參比儀器的pO2測量不確定度之外，其他的參比儀器的pCO2和pO2測量不確定度均滿足U≤1/3MPEV（其中U為測量不確定度，MPEV為最大允許誤差的絕對值），可忽略測量不確定度的影響；在《衛(wèi)健委臨床檢驗中心室間質(zhì)量評價標準》和《CLIA’88 能力驗證計劃的分析質(zhì)量要求》的體系下由于5號參比儀器的pO2測量結(jié)果均滿足|Xlab-Xref|≤MPEV-U，其測量結(jié)果判定為合格；在《血氣分析儀》醫(yī)藥行業(yè)標準體系下由于5號參比儀器的pO2測量結(jié)果滿足MPEV-U<|Xlab- Xref|

圖2 參比儀器pCO2測量結(jié)果和測量不確定度分布圖

圖3 參比儀器pO2測量結(jié)果和測量不確定度分布圖

表3可以看出，在《血氣分析儀》醫(yī)藥行業(yè)標準、《衛(wèi)健委臨床檢驗中心室間質(zhì)量評價標準》和《CLIA’88 能力驗證計劃的分析質(zhì)量要求》體系下各個參比儀器的pCO2比對結(jié)果均符合要求，證明目前市場上血氣分析儀pCO2的量值是統(tǒng)一的；在《血氣分析儀》醫(yī)藥行業(yè)標準體系下3號和6號參比儀器的pO2比對結(jié)果不符合要求；在《衛(wèi)健委臨床檢驗中心室間質(zhì)量評價標準》體系下6號參比儀器的pO2比對結(jié)果不符合要求，其中3號參比儀器的pO2比對結(jié)果雖然符合E≤1的要求，但是已達到臨界值，相比其他參比儀器的結(jié)果還是偏差明顯；在《CLIA’88 能力驗證計劃的分析質(zhì)量要求》體系下各個參比儀器的pO2比對結(jié)果均符合要求。

3 討論

雖然血氣分析儀需要經(jīng)過注冊檢驗和出廠檢驗合格后才能上市，但由于后續(xù)使用過程中各種物理元器件的損耗和電極老化等多種原因，檢驗合格的醫(yī)療器械并不能保證后續(xù)使用過程中輸出的數(shù)據(jù)一直是準確有效和安全可靠的。為了加強醫(yī)療器械的過程監(jiān)管，《中華人民共和國計量法》第九條指出，用于貿(mào)易結(jié)算、安全防護、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測方面的列入強制檢定目錄的工作計量器具，實行強制檢定[17]，血氣分析儀曾是被列入國家強制檢定目錄的分析儀器，但由于未能在國內(nèi)建立血氣分析儀的pCO2和pO2溯源的有效方法，其強檢工作一直沒有開展起來[8]；《醫(yī)療器械監(jiān)督管理條例》第五十條明確指出，醫(yī)療器械使用單位對需要定期檢查、檢驗、校準、保養(yǎng)、維護的醫(yī)療器械，應當按照產(chǎn)品說明書的要求進行檢查、檢驗、校準、保養(yǎng)、維護并予以記錄，及時進行分析、評估，確保醫(yī)療器械處于良好狀態(tài)，保障使用質(zhì)量[18]；ISO/IDS 15189:2012《醫(yī)學實驗室質(zhì)量和能力認可準則》中針對儀器設(shè)備的計量校準是必須的[19]。目前國內(nèi)各級計量機構(gòu)將依據(jù)計量技術(shù)規(guī)范針對醫(yī)療器械開展計量校準或檢定作為其過程監(jiān)管中的重要組成部分，對檢測中發(fā)現(xiàn)的不合格儀器會通知使用單位及時聯(lián)系生產(chǎn)廠家進行維修或調(diào)整，之后再進行復測，以盡可能地維護使用中的設(shè)備安全有效可靠。故通過比對分析確定《多功能血氣分析儀校準規(guī)范》中pCO2和pO2的計量特性指標，填補國內(nèi)血氣分析儀計量行業(yè)標準的空白，有助于加強對血氣分析儀的過程監(jiān)管，促進血氣分析儀pCO2和pO2的量值溯源和標準化，為精準診療提供保障。

目前，國內(nèi)血氣分析儀市場份額90%為進口品牌，國產(chǎn)血氣分析儀只占據(jù)很少一部分，選擇的8臺血氣分析儀覆蓋了國內(nèi)急診搶救、ICU、手術(shù)室和檢驗科等科室常用的型號，考慮到同一個廠家生產(chǎn)的血氣分析儀不同型號間的量值是相對一致的，每個廠家選擇一個常用的型號為代表，所選擇的樣品綜合考慮了在用血氣分析儀的使用年限狀況，兼顧了干式和濕式儀器原理，包含了進口和國產(chǎn)品牌的絕大部分血氣分析儀生產(chǎn)廠家，在一定程度上能夠代表國內(nèi)血氣分析儀整體的在用情況。

臨床上采用質(zhì)控品結(jié)合患者樣本開展血氣分析儀比對和室間質(zhì)評，由于質(zhì)控品缺乏溯源性，靶值范圍變化比較大，無法準確獲得被測血氣分析儀的真實量值，故基于質(zhì)控品的測試均是針對血氣分析儀的一致性評價[4-5,20-21]。本文采用的氣體張力法是血氣分析儀pCO2和pO2量值溯源的金標準，能夠給出標準值，不確定度較小，本研究是首次使用參考方法在國內(nèi)開展血氣分析儀pCO2和pO2的量值比對分析?；诖?，筆者主持了《多功能血氣分析儀校準規(guī)范》計量行業(yè)標準的制定，作為主要起草人之一參與了《血氣分析儀》醫(yī)藥行業(yè)標準的制定?！堆獨夥治鰞x》醫(yī)藥行業(yè)標準的技術(shù)指標比較高是因為其作為我國血氣分析儀注冊檢驗的準入標準，需要從源頭對血氣分析儀的質(zhì)量進行把關(guān)，從嚴處理，同時在注冊檢驗時檢驗的儀器本身可能是精挑細選的，受測試環(huán)境及操作人員等的影響相對較小。而《衛(wèi)健委臨床檢驗中心室間質(zhì)量評價標準》和《CLIA’88 能力驗證計劃的分析質(zhì)量要求》對血氣分析儀的技術(shù)指標相對寬松是因為其針對不同的臨床在用血氣分析儀進行室間質(zhì)評時，不同實驗室所用儀器本身也不是精挑細選的，操作人員多為臨床護理人員，質(zhì)控意識及相關(guān)知識缺乏，受到不同實驗室環(huán)境條件和操作人員等因素影響較大，以滿足臨床最低要求為準。

從測試結(jié)果看，在不同標準體系下各個參比儀器的pCO2比對結(jié)果均符合要求，而各個參比儀器的pO2比對結(jié)果會有不符合要求的情況出現(xiàn)，主要是因為pO2受環(huán)境溫度和空氣中氧氣的干擾影響比較大[22-24]，《CLIA’88 能力驗證計劃的分析質(zhì)量要求》對血氣分析儀pO2的技術(shù)要求從最早的±3 SD（標準偏差）到2019年修訂為±15 mmHg或±15%（取大者）已經(jīng)是巨大的進步，《衛(wèi)健委臨床檢驗中心室間質(zhì)量評價標準》對血氣分析儀pO2的技術(shù)要求也從2016年的±2 SD到2017年修訂為±8%?？紤]到報批中的《血氣分析儀》醫(yī)藥行業(yè)標準還沒開始實施，國產(chǎn)血氣分析儀與進口血氣分析儀的技術(shù)相比存在一定的代差，國產(chǎn)血氣分析儀在國內(nèi)血氣分析領(lǐng)域也占有一定的市場比例，也參加衛(wèi)健委臨床檢驗中心組織的室間質(zhì)評，《衛(wèi)健委臨床檢驗中心室間質(zhì)量評價標準》最早是參考《CLIA’88 能力驗證計劃的分析質(zhì)量要求》制定，近年來針對個別指標沒有進行同步更新，同時基于本次使用血氣參考方法的比對分析結(jié)果，目前《衛(wèi)健委臨床檢驗中心室間質(zhì)量評價標準》比《CLIA’88 能力驗證計劃的分析質(zhì)量要求》對血氣分析儀的技術(shù)指標高出很多，筆者覺得不甚合理。與此同時，雖然在《CLIA’88 能力驗證計劃的分析質(zhì)量要求》體系下各個參比儀器的pCO2和pO2比對結(jié)果均符合要求，但是本研究使用氣體張力法制備的是代表正常血氣pCO2和pO2值的參考樣品，沒有制備代表呼吸性酸中毒和呼吸性堿中毒等異常血氣pCO2和pO2值的參考樣品做進一步的比對分析。鑒于《CLIA’88 能力驗證計劃的分析質(zhì)量要求》的制修訂是經(jīng)過大量儀器試驗驗證及科學統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，同時本研究使用的樣品數(shù)量畢竟有限，故在各參比儀器的線性范圍內(nèi)，制備代表異常血氣pCO2和pO2值的參考樣品分析時也可能會出現(xiàn)一定比例不符合《CLIA’88 能力驗證計劃的分析質(zhì)量要求》中技術(shù)指標的情況。

綜上分析，《血氣分析儀》醫(yī)藥行業(yè)標準和《衛(wèi)健委臨床檢驗中心室間質(zhì)量評價標準》規(guī)定的技術(shù)指標與我國臨床在用血氣分析儀的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀明顯不符，考慮到校準規(guī)范制定時國家鼓勵采用國際標準和國外先進標準，故選擇《CLIA’88 能力驗證計劃的分析質(zhì)量要求》規(guī)定的pCO2為±5 mmHg或±8%（取大者）和pO2為±15 mmHg或±15%（取大者）作為計量特性指標比較符合國內(nèi)血氣分析儀的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。

4 結(jié)論

本文基于氣體張力法比對分析結(jié)果驗證血氣分析儀pCO2和pO2的計量特性指標比較符合國內(nèi)血氣分析儀的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，可為《多功能血氣分析儀校準規(guī)范》的制定提供有益參考，能夠有效促進血氣分析儀pCO2和pO2的量值溯源和標準化。另外本研究使用的樣品數(shù)量有限，未制備代表異常血氣pCO2和pO2值的參考樣品做進一步比對分析，未來會繼續(xù)完善相關(guān)研究；同時文章中氣體張力法使用的是從健康志愿者抽取的新鮮靜脈全血樣本，為了后續(xù)相關(guān)標準的實施和推廣，還可做臨床剩余患者血液樣本和其他人造血樣本替代的可行性分析，至于其可行性如何尚需進一步的研究驗證。