全球首次報道｜AI-PBRTQC實現(xiàn)唐篩檢測智能實時質(zhì)控
文章來源：Journal of Clinical Laboratory Analysis, 2024; 0:e25019
作者：楊旭然 陳倩嵐 潘志鋒 成京懋 鄭文婷 梁映亮 陳慧 王萬黨*
通訊作者郵箱：wangwandang@126.com
摘要
推薦要點
本研究基于森栩醫(yī)學基于AI的PBRTQC智能實時質(zhì)控平臺，建立最化的基于人工智能PBRTQC模型，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r、動態(tài)監(jiān)控孕婦血清篩查中的五種關(guān)鍵血清分析物檢測結(jié)果的準確性和穩(wěn)定性。本研究展示了基于人工智能的PBRTQC模型在唐氏綜合征血清篩查中的表現(xiàn)，與傳統(tǒng)PBRTQC模型相比，基于人工智能的PBRTQC模型在識別分析質(zhì)量誤差方面具有更高的靈敏度和準確度。這一創(chuàng)新方法不僅提高了唐氏綜合征血清篩查的質(zhì)量，還為其他定量實驗室項目的質(zhì)量控制提供了新的思路。
研究通過收集2021年1月4日至9月7日的唐氏綜合征血清篩查項目測定數(shù)據(jù)及相關(guān)常規(guī)室內(nèi)質(zhì)量控制（IQC）數(shù)據(jù)，中山小欖人民醫(yī)院教授團隊對基于人工智能的PBRTQC模型進行了全面評估。研究結(jié)果表明，通過與傳統(tǒng)的室內(nèi)質(zhì)控方法相結(jié)合，基于人工智能的PBRTQC EWMA模型能夠真實且及時地反映檢測質(zhì)量風險，成為唐氏綜合征血清篩查檢測項目的良好補充質(zhì)量控制工具。此外，該模型還能快速識別由儀器故障、質(zhì)控品質(zhì)量等問題引起的質(zhì)量風險，實現(xiàn)整個時間段的智能監(jiān)測和預(yù)警。這些成果為森栩AI-MA智能實時質(zhì)控平臺在臨床實驗室質(zhì)量管理中的廣泛應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。
研究背景
唐氏綜合征（DS），也稱為21三體綜合征，是活產(chǎn)嬰兒中最常見的染色體非整倍體疾病，全球范圍內(nèi)其出生發(fā)病率約為八百分之一，且目前尚無有效治療方法。因此，產(chǎn)前血清篩查成為檢測唐氏綜合征胎兒的重要手段。室內(nèi)質(zhì)控是最常見的質(zhì)量控制工具， 用于監(jiān)測常規(guī)實驗的性能。 然而，傳統(tǒng)的室內(nèi)質(zhì)控方法在監(jiān)測分析質(zhì)量方面存在諸多局限性，如基質(zhì)效應(yīng)、非互換性、穩(wěn)定性差、檢測范圍不適當以及質(zhì)量監(jiān)測不連續(xù)等，這可能導(dǎo)致誤報或無法快速檢測到真正的警報，最終影響檢測結(jié)果的準確性。
Hoffman 和 Waid早在 1965 年就建議將PBRTQC AON 法用于臨床檢測的補充質(zhì)量控制方法，但許多臨床實驗室并未使用這種方法，主要是因為建立這些特定程序被認為很復(fù)雜， 而且如果沒有特定功能的軟件，就無法在實踐中應(yīng)用。但鑒于母體血清篩查的重要性，在本研究中首次嘗試利用人工智能軟件構(gòu)建一個PBRTQC程序，以持續(xù)監(jiān)測母體血清篩查的檢測質(zhì)量， 從而通過與室內(nèi)質(zhì)量控制方法相結(jié)合來提高母體血清篩查的檢測準確性。
基于患者數(shù)據(jù)的實時質(zhì)量控制（PBRTQC）是一種使用患者臨床標本檢測結(jié)果以實時、連續(xù)、動態(tài)監(jiān)控分析全過程質(zhì)量誤差及分析性能的質(zhì)量控制方法。IFCC國際指南提出臨床實驗室應(yīng)廣泛應(yīng)用PBRTQC創(chuàng)新方法，是傳統(tǒng)IQC方法的良好補充，是基于患者風險管理的全新質(zhì)控策略。國際臨床化學聯(lián)合會（IFCC）和實驗室醫(yī)學PBRTQC工作組建議在醫(yī)學實驗室中使用PBRTQC方法，與傳統(tǒng)IQC方法相比，PBRTQC具有許多優(yōu)勢：對整個檢測系統(tǒng)的持續(xù)質(zhì)量控制、無基質(zhì)效應(yīng)、無額外成本、對預(yù)分析錯誤的識別更敏感、可用于監(jiān)測沒有質(zhì)量控制材料的檢測等。
研究目的
本研究旨在利用人工智能技術(shù)構(gòu)建基于患者數(shù)據(jù)的實時質(zhì)量控制（PBRTQC）程序， 以持續(xù)監(jiān)測母體血清篩查的檢測質(zhì)量，從而通過與IQC方法相結(jié)合來提高檢測準確性，該研究為森栩AI-MA智能實時質(zhì)控平臺在臨床實驗室中監(jiān)控質(zhì)量風險的實際應(yīng)用提供了有力的數(shù)據(jù)支持和實踐經(jīng)驗。
研究結(jié)果
1、本研究在森栩AI-MA智能實時質(zhì)控平臺上建立了最優(yōu)的PBRTQC EWMA 和 MA 模型。比較結(jié)果顯示，在智能監(jiān)控平臺規(guī)則下的 EWMA 程序質(zhì)控效能最佳（見圖1、圖2）
圖1：AI-MA智能實時質(zhì)控平臺聯(lián)合PBRTQC EWMA質(zhì)控圖及質(zhì)控品室內(nèi)質(zhì)控圖的Z分數(shù)圖。
圖2：基于AI-MA智能實時質(zhì)控平臺構(gòu)建的PBRTQC指數(shù)加權(quán)移動均值法(EWMA)和移動均值法 (MA)程序的比較。
2、最優(yōu)的PBRTQC EWMA法在儀器故障發(fā)生前準確地提供了預(yù)警信號。森栩AI-MA智能實時質(zhì)控平臺監(jiān)測到2021年6月18日-23日早期篩查血清學指標出現(xiàn)負偏移預(yù)警。回顧分析發(fā)現(xiàn)機器左側(cè)試劑加樣機械臂于2021年6月18日發(fā)生故障，導(dǎo)致實驗中斷；6月23日，機械臂修復(fù)，但在添加試劑時發(fā)現(xiàn)密封性差，故6月23日以后更改實驗程序，改為用右側(cè)機械臂添加試劑，報警信號隨之解除。同時，實驗中發(fā)現(xiàn)2021年6月24日至7月1日之間中期篩查血清學指標存在早期風險預(yù)警信號，分析顯示，樣本針存在位置偏差和磨損堵塞，在7月8日安裝新的樣本針并重新調(diào)整測試程序參數(shù)后，偏差得到了糾正。結(jié)合實際預(yù)警事件，森栩AI-MA智能實時質(zhì)控平臺能提供準確的預(yù)警信號。此外，在預(yù)警發(fā)生期間，IQC 并未觸發(fā)質(zhì)量警報，這也證明了 PBRTQC 可以作為傳統(tǒng) IQC 的補充質(zhì)量控制工具，用于監(jiān)測分析全過程分析性能穩(wěn)定性（見圖3）。
圖3：AI-MA智能實時質(zhì)控平臺最佳 PBRTQC EWMA程序可以智能預(yù)警系統(tǒng)誤差結(jié)果。
3、在AI-MA智能實時質(zhì)控平臺中應(yīng)用PBRTQC EWMA法有助于在傳統(tǒng)質(zhì)控品不穩(wěn)定時監(jiān)測檢測質(zhì)量，確保決策的有效性。在實際實驗過程中，會出現(xiàn)質(zhì)控品單水平超1-3S質(zhì)控規(guī)則的情況，但在隨后的對比實驗中發(fā)現(xiàn)，患者實驗結(jié)果良好。排查發(fā)現(xiàn)，此類質(zhì)控品失控可能是因為分裝后的質(zhì)控品在-30°C下儲存時間過長而引起的誤差，而PBRTQC EWMA法在此過程中能夠真正反映檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性，幫助臨床快速判斷檢測質(zhì)量，提高報告審核的速度（見圖4）。
圖4：PAPP-A 室內(nèi)質(zhì)控（IQC）失控點在 z 分數(shù)圖中的展示，由紅圈標記的三角形表示 IQC 的失控點。
4、AI-MA智能實時質(zhì)控平臺中的PBRTQC EWMA法有助于在傳統(tǒng)質(zhì)控品濃度不合適時監(jiān)測檢測結(jié)果準確性。本研究中，實驗室用于第二孕期產(chǎn)前篩查的m-β-HCG 的臨床濃度范圍為 3.5 至 29.5ng/ml，而質(zhì)控品相應(yīng)的最低濃度水平約為 80ng/mL，最新批次（89400）甚至高達120ng/mL，而基于患者數(shù)據(jù)的AI-MA智能實時質(zhì)控平臺恰好成為了很好的質(zhì)控品補充工具，監(jiān)控質(zhì)控品所不能監(jiān)控的濃度范圍，有助于進行真正的監(jiān)測和反映檢測質(zhì)量（見圖5）。
圖5：患者實際檢測數(shù)據(jù)濃度分布范圍和相應(yīng)的室內(nèi)質(zhì)控（IQC）數(shù)據(jù)的濃度分布?；颊邔嶋H的（A）m-β-HCG 和（B）uE3 的濃度頻數(shù)分布圖。質(zhì)控品對應(yīng)的（C）m-β-HCG 和（D）uE3個水平濃度; L1、 L2 和 L3 代表IQC的三個濃度級別；Lot.1 和 Lot.2 分別表示室內(nèi)質(zhì)控批次編號39190 和 89400。（E）m-β-HCG 和（F）uE3在 AI-MA 平臺中建立的最優(yōu)PBRTQC EWMA程序 z 分數(shù)圖。
研究結(jié)論
近年來， 隨著實驗室信息系統(tǒng)的不斷改進以及人工智能+大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展， 針對 PBRTQC 模型的專業(yè)軟件得到了開發(fā)和改進，促進了PBRTQC在臨床質(zhì)量管理中的應(yīng)用。然而，PBRTQC的應(yīng)用實際上仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如PBRTQC程序的選擇和建立、性能驗證和優(yōu)化，以及如何實現(xiàn)動態(tài)和持續(xù)監(jiān)測。因此，Badrick等人建議，有必要將統(tǒng)計過程轉(zhuǎn)變?nèi)斯ぶ悄芊椒?，以?yīng)用于 PBRTQC。Rossum還建議，當IQC效率低下，應(yīng)運用PBRTQC方法進行檢驗檢測。研究表明，AI-MA智能實時質(zhì)控平臺，在儀器故障、質(zhì)控品不穩(wěn)定、質(zhì)控品不能監(jiān)控的濃度范圍時有助于監(jiān)測測試質(zhì)量，比傳統(tǒng)質(zhì)量控制規(guī)則下的程序效率更高，能夠真實且及時地反映檢測質(zhì)量風險， 是唐氏綜合征血清篩查的一個良好的質(zhì)控補充工具，總的來說，PBRTQC的應(yīng)用可以更有效地建立和選擇實驗室的最佳模型。 中山市小欖人民醫(yī)院在臨床實驗室質(zhì)量控制領(lǐng)域的成功實踐，進一步推動了PBRTQC的廣泛應(yīng)用，也為臨床實驗室的質(zhì)量管理與技術(shù)革新提供了寶貴的經(jīng)驗借鑒。隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，醫(yī)學檢驗領(lǐng)域正逐步邁向一個全新的階段，由人工智能引領(lǐng)的質(zhì)量控制革命將為患者帶來更高質(zhì)量的醫(yī)療服務(wù)。 中山市小欖人民醫(yī)院專家團隊
中山市小欖人民醫(yī)院科教科主任陳慧教授
主任技師，曾任檢驗科主任，現(xiàn)任科教科主任。從事醫(yī)學檢驗工作23年，建立了以PCR技術(shù)、高通量測序技術(shù)、核酸質(zhì)譜技術(shù)和液相芯片技術(shù)為主要平臺的精準醫(yī)學中心，推動醫(yī)院科研工作的快速發(fā)展。中國醫(yī)藥教育協(xié)會醫(yī)學基因組學與生物信息學專業(yè)委員會委員、白求恩精神研究會檢驗醫(yī)學分會分子診斷專業(yè)委員會委員、廣東省衛(wèi)生信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)會智慧檢驗分會副會長、廣東省臨床醫(yī)學學會檢驗醫(yī)學專業(yè)委員會常委委員、廣東省醫(yī)學教育協(xié)會檢驗醫(yī)學專業(yè)委員會常務(wù)委員、廣東省精準醫(yī)學應(yīng)用學會精準檢測分會常委委員、廣東省基層醫(yī)藥學會檢驗專業(yè)委員會常務(wù)委員、中山市醫(yī)院協(xié)會臨床實驗室管理專業(yè)委員會副主任委員等，主持和參與省、市級科研課題十余項，以第一作者和通訊作者發(fā)表專業(yè)學術(shù)論文二十余篇，參與編寫專著1部，團體標準2項，主持國家級、省級和市級繼續(xù)教育項目近十項。
中山市小欖人民醫(yī)院檢驗科主任鄭文婷教授
主任技師，檢驗醫(yī)師，中山市小欖人民醫(yī)院檢驗科主任，國家級青年文明號號長，中國優(yōu)生科學協(xié)會婦幼健康管理分會委員，廣東省衛(wèi)生信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)會智慧檢驗分會常務(wù)委員，廣東省預(yù)防醫(yī)學會檢驗醫(yī)學轉(zhuǎn)化與創(chuàng)新專業(yè)委員會常務(wù)委員，廣東省健康管理學會檢驗醫(yī)學創(chuàng)新與轉(zhuǎn)化專業(yè)委員會常務(wù)委員，廣東省醫(yī)學會檢驗醫(yī)學分會婦幼防治學組成員，廣東省醫(yī)師協(xié)會檢驗專業(yè)委員會分會委員，中山市醫(yī)學會產(chǎn)前診斷專業(yè)委員會常務(wù)委員，中山市醫(yī)師協(xié)會檢驗專業(yè)委員會分會常務(wù)委員，中山市醫(yī)院協(xié)會臨床實驗室管理專業(yè)委員會常務(wù)委員，小欖鎮(zhèn)醫(yī)療保障基金監(jiān)管專家?guī)斐蓡T。多次參加全國及省市檢驗、產(chǎn)前診斷研討會，發(fā)表專業(yè)論文17余篇，主持或參與科研立項7項。獲執(zhí)業(yè)醫(yī)師、遺傳咨詢、母嬰保?。毎z傳）、婚前孕前保健工作、實驗室生物安全員、醫(yī)學實驗室內(nèi)審員、國家住院醫(yī)師培訓骨干師資、HIV技術(shù)操作等資格證。在細胞遺傳學、臨床生化檢驗、臨床免疫檢驗等實驗室檢查及臨床應(yīng)用方面具有較豐富的經(jīng)驗，熟練掌握臨床醫(yī)學檢驗技術(shù)的各項檢測理論知識。
中山市小欖人民醫(yī)院檢驗科王萬黨教授
副主任技師，碩士研究生，美國UIC訪問學者，2019年到廣東省婦幼保健院進修分子遺傳學，擔任中山市小欖人民醫(yī)院檢驗教研室教學主任。工作以來主要從事精準醫(yī)學實驗室診斷，擅長感染性疾病的分子診斷、產(chǎn)前遺傳學分子診斷及免疫功能評估等。近五年以第一或通迅作者在PNAS，MI，F(xiàn)rontiers in Immunology等期刊發(fā)表SCI研究文章10余篇。主持或主要參與廣東省醫(yī)學科研基金立項1項，廣東省教學改革項目立項1項，中山市科技局重大項目1項，中山市科技局一般項目3項，中山市衛(wèi)生局科研立項3項。
中山市小欖人民醫(yī)院檢驗科楊旭然
主管技師，碩士研究生，中山市小欖人民醫(yī)院檢驗教研室教學秘書。參加工作以來主要從事唐氏篩查的實驗室工作，于2018年到廣東省婦幼保健院進修新生兒遺傳代謝病篩查和產(chǎn)前篩查。近五年來以第一作者身份在MOLECULAR IMMUNOLOGY，F(xiàn)rontiers in Bioengineering and Biotechnology等期刊發(fā)表SCI論文5篇，主持和主要參與科研項目3項。
中山市小欖人民醫(yī)院森栩AI-MA智能實時質(zhì)控平臺臨床應(yīng)用
中山市小欖人民醫(yī)院在科教科主任陳慧教授、檢驗科主任鄭文婷教授的帶領(lǐng)下，基于森栩AI-MA智能實時質(zhì)控平臺建立了： ※23臺儀器 ※3個專業(yè)組 ※247個項目 ※494個基于AI的PBRTQC實時質(zhì)控智能監(jiān)控模型 ※896個基于AI的PBRTQC智能比對模型 基于森栩AI-PBRTQC智能實時質(zhì)控進行全實驗室各專業(yè)組檢測系統(tǒng)分析性能穩(wěn)定性、儀器間檢驗結(jié)果一致性及患者質(zhì)量風險分析全過程實時智能監(jiān)控。 醫(yī)院在臨床應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，森栩AI-MA智能實時質(zhì)控平臺展現(xiàn)了在實驗室質(zhì)量風險管理上的優(yōu)勢，系統(tǒng)能夠更加精準地識別潛在的質(zhì)量風險，并實現(xiàn)提前預(yù)警，這大大提高了檢測結(jié)果的可靠性與準確性。森栩AI-MA智能實時質(zhì)控平臺不僅提升了整體檢驗檢測水平，還為構(gòu)建高質(zhì)量的臨床實驗室提供了堅實的技術(shù)支撐，醫(yī)院在提升醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量的道路上邁出了堅實的一步。
中山市小欖人民醫(yī)院檢驗科簡介
中山市小欖人民醫(yī)院檢驗科，榮獲“全國青年文明號”、廣東省先進規(guī)范化性病實驗室、廣東省“五四紅旗團支部標兵”和中山市“十四五醫(yī)學重點?？啤钡确Q號，是“全國細菌耐藥檢測網(wǎng)檢測單位”、“全國真菌病監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測單位”、“廣東省社區(qū)耐藥監(jiān)測示范基地”、“珠江?？漆t(yī)療聯(lián)盟單位”、“耳聾基因檢測基地”和“廣東省醫(yī)學檢驗臨床醫(yī)學研究中心縣區(qū)域建設(shè)單位”，始終秉持“質(zhì)量第一，嚴謹求實，熱情服務(wù)”，為臨床提供準確及時的檢驗結(jié)果，為廣大患者提供優(yōu)質(zhì)專業(yè)的服務(wù)"為準則，建立了規(guī)范有效的質(zhì)量管理體系，實現(xiàn)了檢驗全過程的信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，保證了每一個結(jié)果的準確性。
檢驗科全體成員積極實踐，探索PBRTQC的最佳模型及其在臨床應(yīng)用中的精準操作，這一過程不僅加深了團隊對PBRTQC理論的理解，也促進了實際工作中的有效實施，展現(xiàn)了檢驗團隊在技術(shù)創(chuàng)新方面的卓越能力和對高質(zhì)量服務(wù)的不懈追求。相信，隨著森栩AI-MA智能實時質(zhì)控平臺在臨床實驗室中的推廣使用，將提升國內(nèi)醫(yī)療檢驗行業(yè)的整體水平，推動PBRTQC理念和技術(shù)在中國乃至國際上的認知與發(fā)展。
中山市小欖人民醫(yī)院簡介
中山市小欖人民醫(yī)院（中山市第五人民醫(yī)院）位于中山市西北部美麗的“菊城”——小欖，始建于1907年，是一所百年老院，也是一所集醫(yī)療、教學、科研及預(yù)防保健為一體的綜合性三級甲等醫(yī)院。2011年醫(yī)院成為全國首家鎮(zhèn)屬“三甲”醫(yī)院，2022年9月，醫(yī)院被確定為中山市區(qū)域中心醫(yī)院，2023年8月，正式成為中山市第五人民醫(yī)院。醫(yī)院承擔著中山市西北區(qū)域以及江門、順德等周邊市、鎮(zhèn)區(qū)近130萬人口的急危重癥、復(fù)雜、疑難病癥救治任務(wù)，是老百姓口中的值得信賴的大醫(yī)院。 醫(yī)院共占地173畝，建筑面積約22萬㎡，設(shè)有內(nèi)、外、婦、兒等7大系統(tǒng)，開設(shè)10個內(nèi)設(shè)機構(gòu)及64個業(yè)務(wù)科室，“十四五”期間擁有產(chǎn)科、神經(jīng)內(nèi)科、檢驗科等3個市重點專科，市特色?？?9個，開放床位約1350張，常年使用率超過95%。2023年度門急診服務(wù)量182.32萬人次，出院6.75萬人次，住院手術(shù)4.11萬人次，其中CD型病例占比74.41%，三四級手術(shù)占比44.64%。醫(yī)院通過整合學科優(yōu)勢，著重打造了國家級胸痛中心、卒中中心、創(chuàng)傷中心、危重孕產(chǎn)婦救治中心、危重兒童和新生兒救治中心等五大中心，綜合實力位居全市前列。 醫(yī)療技術(shù)方面，醫(yī)院配備了256排螺旋CT、SPECT/CT、3.0T核磁共振、直線加速器、數(shù)字減影血管造影系統(tǒng)（DSA）等設(shè)備，先后開展放射性粒子植入技術(shù)、體外膜肺氧合（ECMO）技術(shù)、同種異體運動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性組織移植技術(shù)、腫瘤消融治療技術(shù)等多項國家級限制類技術(shù)，介入治療技術(shù)、內(nèi)鏡診療技術(shù)、關(guān)節(jié)鏡技術(shù)及關(guān)節(jié)置換術(shù)等多項廣東省限制類技術(shù)。2024年6月成立了心臟中心，打破院內(nèi)各?？频膶W科壁壘，建立包括院前、院中、院后的一體化、全生命周期醫(yī)療服務(wù)模式，以“一站式”雜交手術(shù)模式治療冠心病、先心病、主動脈疾病和心律失常等心臟疾病，目前已開展30例心臟手術(shù)，術(shù)后即刻拔管率96%，治愈率100%，填補了中山市西北部地區(qū)心臟外科手術(shù)的空白。近兩來，我院開展新技術(shù)、新項目約260項。 科教建設(shè)方面，醫(yī)院獲批成為國家醫(yī)師規(guī)范化培訓協(xié)同基地，精準醫(yī)學中心和臨床試驗機構(gòu)（GCP）開展的各項目進展良好。近五年醫(yī)院獲各級科研立項286項，實用新型專利36項，發(fā)表國內(nèi)核心期刊論文249篇、SCI期刊論文40篇，累計影響因子達286.17。 人才建設(shè)方面，醫(yī)院在崗職工2039人，高級職稱專家440名，碩士研究生及以上學歷219名，首席專家6名、資深專家1名。先后多人獲得“全國五一勞動獎?wù)隆薄叭珖韼浇ü吮薄叭珖l(wèi)健系統(tǒng)先進工作者”“全國優(yōu)質(zhì)護理先進個人”“廣東省醫(yī)院優(yōu)秀管理干部”“廣東醫(yī)師獎”“嶺南名醫(yī)”“南粵好醫(yī)生”等榮譽稱號，醫(yī)院也榮獲先后榮獲“全國百家優(yōu)秀愛嬰醫(yī)院”“全國青年文明號”“廣東省縣域（區(qū)）優(yōu)秀醫(yī)院管理團隊”等榮譽。 百年薪火相傳，賡續(xù)奮進征程。在新的征程上，醫(yī)院將在基礎(chǔ)設(shè)施、人才隊伍、醫(yī)療技術(shù)、科研水平、服務(wù)能力等方面持續(xù)發(fā)力，努力為人民群眾提供全方位、全生命周期的健康服務(wù)。
