全球首次报道｜AI-PBRTQC实现唐筛检测智能实时质控
文章来源：Journal of Clinical Laboratory Analysis, 2024; 0:e25019
作者：杨旭然 陈倩岚 潘志锋 成京懋 郑文婷 梁映亮 陈慧 王万党*
通讯作者邮箱：wangwandang@126.com
摘要
推荐要点
本研究基于森栩医学基于AI的PBRTQC智能实时质控平台，建立最化的基于人工智能PBRTQC模型，该系统能够实时、动态监控孕妇血清筛查中的五种关键血清分析物检测结果的准确性和稳定性。本研究展示了基于人工智能的PBRTQC模型在唐氏综合征血清筛查中的表现，与传统PBRTQC模型相比，基于人工智能的PBRTQC模型在识别分析质量误差方面具有更高的灵敏度和准确度。这一创新方法不仅提高了唐氏综合征血清筛查的质量，还为其他定量实验室项目的质量控制提供了新的思路。
研究通过收集2021年1月4日至9月7日的唐氏综合征血清筛查项目测定数据及相关常规室内质量控制（IQC）数据，中山小榄人民医院教授团队对基于人工智能的PBRTQC模型进行了全面评估。研究结果表明，通过与传统的室内质控方法相结合，基于人工智能的PBRTQC EWMA模型能够真实且及时地反映检测质量风险，成为唐氏综合征血清筛查检测项目的良好补充质量控制工具。此外，该模型还能快速识别由仪器故障、质控品质量等问题引起的质量风险，实现整个时间段的智能监测和预警。这些成果为森栩AI-MA智能实时质控平台在临床实验室质量管理中的广泛应用奠定了坚实基础。
研究背景
唐氏综合征（DS），也称为21三体综合征，是活产婴儿中最常见的染色体非整倍体疾病，全球范围内其出生发病率约为八百分之一，且目前尚无有效治疗方法。因此，产前血清筛查成为检测唐氏综合征胎儿的重要手段。室内质控是最常见的质量控制工具， 用于监测常规实验的性能。 然而，传统的室内质控方法在监测分析质量方面存在诸多局限性，如基质效应、非互换性、稳定性差、检测范围不适当以及质量监测不连续等，这可能导致误报或无法快速检测到真正的警报，最终影响检测结果的准确性。
Hoffman 和 Waid早在 1965 年就建议将PBRTQC AON 法用于临床检测的补充质量控制方法，但许多临床实验室并未使用这种方法，主要是因为建立这些特定程序被认为很复杂， 而且如果没有特定功能的软件，就无法在实践中应用。但鉴于母体血清筛查的重要性，在本研究中首次尝试利用人工智能软件构建一个PBRTQC程序，以持续监测母体血清筛查的检测质量， 从而通过与室内质量控制方法相结合来提高母体血清筛查的检测准确性。
基于患者数据的实时质量控制（PBRTQC）是一种使用患者临床标本检测结果以实时、连续、动态监控分析全过程质量误差及分析性能的质量控制方法。IFCC国际指南提出临床实验室应广泛应用PBRTQC创新方法，是传统IQC方法的良好补充，是基于患者风险管理的全新质控策略。国际临床化学联合会（IFCC）和实验室医学PBRTQC工作组建议在医学实验室中使用PBRTQC方法，与传统IQC方法相比，PBRTQC具有许多优势：对整个检测系统的持续质量控制、无基质效应、无额外成本、对预分析错误的识别更敏感、可用于监测没有质量控制材料的检测等。
研究目的
本研究旨在利用人工智能技术构建基于患者数据的实时质量控制（PBRTQC）程序， 以持续监测母体血清筛查的检测质量，从而通过与IQC方法相结合来提高检测准确性，该研究为森栩AI-MA智能实时质控平台在临床实验室中监控质量风险的实际应用提供了有力的数据支持和实践经验。
研究结果
1、本研究在森栩AI-MA智能实时质控平台上建立了最优的PBRTQC EWMA 和 MA 模型。比较结果显示，在智能监控平台规则下的 EWMA 程序质控效能最佳（见图1、图2）
图1：AI-MA智能实时质控平台联合PBRTQC EWMA质控图及质控品室内质控图的Z分数图。
图2：基于AI-MA智能实时质控平台构建的PBRTQC指数加权移动均值法(EWMA)和移动均值法 (MA)程序的比较。
2、最优的PBRTQC EWMA法在仪器故障发生前准确地提供了预警信号。森栩AI-MA智能实时质控平台监测到2021年6月18日-23日早期筛查血清学指标出现负偏移预警。回顾分析发现机器左侧试剂加样机械臂于2021年6月18日发生故障，导致实验中断；6月23日，机械臂修复，但在添加试剂时发现密封性差，故6月23日以后更改实验程序，改为用右侧机械臂添加试剂，报警信号随之解除。同时，实验中发现2021年6月24日至7月1日之间中期筛查血清学指标存在早期风险预警信号，分析显示，样本针存在位置偏差和磨损堵塞，在7月8日安装新的样本针并重新调整测试程序参数后，偏差得到了纠正。结合实际预警事件，森栩AI-MA智能实时质控平台能提供准确的预警信号。此外，在预警发生期间，IQC 并未触发质量警报，这也证明了 PBRTQC 可以作为传统 IQC 的补充质量控制工具，用于监测分析全过程分析性能稳定性（见图3）。
图3：AI-MA智能实时质控平台最佳 PBRTQC EWMA程序可以智能预警系统误差结果。
3、在AI-MA智能实时质控平台中应用PBRTQC EWMA法有助于在传统质控品不稳定时监测检测质量，确保决策的有效性。在实际实验过程中，会出现质控品单水平超1-3S质控规则的情况，但在随后的对比实验中发现，患者实验结果良好。排查发现，此类质控品失控可能是因为分装后的质控品在-30°C下储存时间过长而引起的误差，而PBRTQC EWMA法在此过程中能够真正反映检测系统的稳定性，帮助临床快速判断检测质量，提高报告审核的速度（见图4）。
图4：PAPP-A 室内质控（IQC）失控点在 z 分数图中的展示，由红圈标记的三角形表示 IQC 的失控点。
4、AI-MA智能实时质控平台中的PBRTQC EWMA法有助于在传统质控品浓度不合适时监测检测结果准确性。本研究中，实验室用于第二孕期产前筛查的m-β-HCG 的临床浓度范围为 3.5 至 29.5ng/ml，而质控品相应的最低浓度水平约为 80ng/mL，最新批次（89400）甚至高达120ng/mL，而基于患者数据的AI-MA智能实时质控平台恰好成为了很好的质控品补充工具，监控质控品所不能监控的浓度范围，有助于进行真正的监测和反映检测质量（见图5）。
图5：患者实际检测数据浓度分布范围和相应的室内质控（IQC）数据的浓度分布。患者实际的（A）m-β-HCG 和（B）uE3 的浓度频数分布图。质控品对应的（C）m-β-HCG 和（D）uE3个水平浓度; L1、 L2 和 L3 代表IQC的三个浓度级别；Lot.1 和 Lot.2 分别表示室内质控批次编号39190 和 89400。（E）m-β-HCG 和（F）uE3在 AI-MA 平台中建立的最优PBRTQC EWMA程序 z 分数图。
研究结论
近年来， 随着实验室信息系统的不断改进以及人工智能+大数据技术的发展， 针对 PBRTQC 模型的专业软件得到了开发和改进，促进了PBRTQC在临床质量管理中的应用。然而，PBRTQC的应用实际上仍面临诸多挑战，如PBRTQC程序的选择和建立、性能验证和优化，以及如何实现动态和持续监测。因此，Badrick等人建议，有必要将统计过程转变人工智能方法，以应用于 PBRTQC。Rossum还建议，当IQC效率低下，应运用PBRTQC方法进行检验检测。研究表明，AI-MA智能实时质控平台，在仪器故障、质控品不稳定、质控品不能监控的浓度范围时有助于监测测试质量，比传统质量控制规则下的程序效率更高，能够真实且及时地反映检测质量风险， 是唐氏综合征血清筛查的一个良好的质控补充工具，总的来说，PBRTQC的应用可以更有效地建立和选择实验室的最佳模型。 中山市小榄人民医院在临床实验室质量控制领域的成功实践，进一步推动了PBRTQC的广泛应用，也为临床实验室的质量管理与技术革新提供了宝贵的经验借鉴。随着人工智能技术的不断发展，医学检验领域正逐步迈向一个全新的阶段，由人工智能引领的质量控制革命将为患者带来更高质量的医疗服务。 中山市小榄人民医院专家团队
中山市小榄人民医院科教科主任陈慧教授
主任技师，曾任检验科主任，现任科教科主任。从事医学检验工作23年，建立了以PCR技术、高通量测序技术、核酸质谱技术和液相芯片技术为主要平台的精准医学中心，推动医院科研工作的快速发展。中国医药教育协会医学基因组学与生物信息学专业委员会委员、白求恩精神研究会检验医学分会分子诊断专业委员会委员、广东省卫生信息网络协会智慧检验分会副会长、广东省临床医学学会检验医学专业委员会常委委员、广东省医学教育协会检验医学专业委员会常务委员、广东省精准医学应用学会精准检测分会常委委员、广东省基层医药学会检验专业委员会常务委员、中山市医院协会临床实验室管理专业委员会副主任委员等，主持和参与省、市级科研课题十余项，以第一作者和通讯作者发表专业学术论文二十余篇，参与编写专著1部，团体标准2项，主持国家级、省级和市级继续教育项目近十项。
中山市小榄人民医院检验科主任郑文婷教授
主任技师，检验医师，中山市小榄人民医院检验科主任，国家级青年文明号号长，中国优生科学协会妇幼健康管理分会委员，广东省卫生信息网络协会智慧检验分会常务委员，广东省预防医学会检验医学转化与创新专业委员会常务委员，广东省健康管理学会检验医学创新与转化专业委员会常务委员，广东省医学会检验医学分会妇幼防治学组成员，广东省医师协会检验专业委员会分会委员，中山市医学会产前诊断专业委员会常务委员，中山市医师协会检验专业委员会分会常务委员，中山市医院协会临床实验室管理专业委员会常务委员，小榄镇医疗保障基金监管专家库成员。多次参加全国及省市检验、产前诊断研讨会，发表专业论文17余篇，主持或参与科研立项7项。获执业医师、遗传咨询、母婴保健（细胞遗传）、婚前孕前保健工作、实验室生物安全员、医学实验室内审员、国家住院医师培训骨干师资、HIV技术操作等资格证。在细胞遗传学、临床生化检验、临床免疫检验等实验室检查及临床应用方面具有较丰富的经验，熟练掌握临床医学检验技术的各项检测理论知识。
中山市小榄人民医院检验科王万党教授
副主任技师，硕士研究生，美国UIC访问学者，2019年到广东省妇幼保健院进修分子遗传学，担任中山市小榄人民医院检验教研室教学主任。工作以来主要从事精准医学实验室诊断，擅长感染性疾病的分子诊断、产前遗传学分子诊断及免疫功能评估等。近五年以第一或通迅作者在PNAS，MI，Frontiers in Immunology等期刊发表SCI研究文章10余篇。主持或主要参与广东省医学科研基金立项1项，广东省教学改革项目立项1项，中山市科技局重大项目1项，中山市科技局一般项目3项，中山市卫生局科研立项3项。
中山市小榄人民医院检验科杨旭然
主管技师，硕士研究生，中山市小榄人民医院检验教研室教学秘书。参加工作以来主要从事唐氏筛查的实验室工作，于2018年到广东省妇幼保健院进修新生儿遗传代谢病筛查和产前筛查。近五年来以第一作者身份在MOLECULAR IMMUNOLOGY，Frontiers in Bioengineering and Biotechnology等期刊发表SCI论文5篇，主持和主要参与科研项目3项。
中山市小榄人民医院森栩AI-MA智能实时质控平台临床应用
中山市小榄人民医院在科教科主任陈慧教授、检验科主任郑文婷教授的带领下，基于森栩AI-MA智能实时质控平台建立了： ※23台仪器 ※3个专业组 ※247个项目 ※494个基于AI的PBRTQC实时质控智能监控模型 ※896个基于AI的PBRTQC智能比对模型 基于森栩AI-PBRTQC智能实时质控进行全实验室各专业组检测系统分析性能稳定性、仪器间检验结果一致性及患者质量风险分析全过程实时智能监控。 医院在临床应用中发现，森栩AI-MA智能实时质控平台展现了在实验室质量风险管理上的优势，系统能够更加精准地识别潜在的质量风险，并实现提前预警，这大大提高了检测结果的可靠性与准确性。森栩AI-MA智能实时质控平台不仅提升了整体检验检测水平，还为构建高质量的临床实验室提供了坚实的技术支撑，医院在提升医疗服务质量的道路上迈出了坚实的一步。
中山市小榄人民医院检验科简介
中山市小榄人民医院检验科，荣获“全国青年文明号”、广东省先进规范化性病实验室、广东省“五四红旗团支部标兵”和中山市“十四五医学重点专科”等称号，是“全国细菌耐药检测网检测单位”、“全国真菌病监测网监测单位”、“广东省社区耐药监测示范基地”、“珠江专科医疗联盟单位”、“耳聋基因检测基地”和“广东省医学检验临床医学研究中心县区域建设单位”，始终秉持“质量第一，严谨求实，热情服务”，为临床提供准确及时的检验结果，为广大患者提供优质专业的服务"为准则，建立了规范有效的质量管理体系，实现了检验全过程的信息化、网络化、智能化，保证了每一个结果的准确性。
检验科全体成员积极实践，探索PBRTQC的最佳模型及其在临床应用中的精准操作，这一过程不仅加深了团队对PBRTQC理论的理解，也促进了实际工作中的有效实施，展现了检验团队在技术创新方面的卓越能力和对高质量服务的不懈追求。相信，随着森栩AI-MA智能实时质控平台在临床实验室中的推广使用，将提升国内医疗检验行业的整体水平，推动PBRTQC理念和技术在中国乃至国际上的认知与发展。
中山市小榄人民医院简介
中山市小榄人民医院（中山市第五人民医院）位于中山市西北部美丽的“菊城”——小榄，始建于1907年，是一所百年老院，也是一所集医疗、教学、科研及预防保健为一体的综合性三级甲等医院。2011年医院成为全国首家镇属“三甲”医院，2022年9月，医院被确定为中山市区域中心医院，2023年8月，正式成为中山市第五人民医院。医院承担着中山市西北区域以及江门、顺德等周边市、镇区近130万人口的急危重症、复杂、疑难病症救治任务，是老百姓口中的值得信赖的大医院。 医院共占地173亩，建筑面积约22万㎡，设有内、外、妇、儿等7大系统，开设10个内设机构及64个业务科室，“十四五”期间拥有产科、神经内科、检验科等3个市重点专科，市特色专科19个，开放床位约1350张，常年使用率超过95%。2023年度门急诊服务量182.32万人次，出院6.75万人次，住院手术4.11万人次，其中CD型病例占比74.41%，三四级手术占比44.64%。医院通过整合学科优势，着重打造了国家级胸痛中心、卒中中心、创伤中心、危重孕产妇救治中心、危重儿童和新生儿救治中心等五大中心，综合实力位居全市前列。 医疗技术方面，医院配备了256排螺旋CT、SPECT/CT、3.0T核磁共振、直线加速器、数字减影血管造影系统（DSA）等设备，先后开展放射性粒子植入技术、体外膜肺氧合（ECMO）技术、同种异体运动系统结构性组织移植技术、肿瘤消融治疗技术等多项国家级限制类技术，介入治疗技术、内镜诊疗技术、关节镜技术及关节置换术等多项广东省限制类技术。2024年6月成立了心脏中心，打破院内各专科的学科壁垒，建立包括院前、院中、院后的一体化、全生命周期医疗服务模式，以“一站式”杂交手术模式治疗冠心病、先心病、主动脉疾病和心律失常等心脏疾病，目前已开展30例心脏手术，术后即刻拔管率96%，治愈率100%，填补了中山市西北部地区心脏外科手术的空白。近两来，我院开展新技术、新项目约260项。 科教建设方面，医院获批成为国家医师规范化培训协同基地，精准医学中心和临床试验机构（GCP）开展的各项目进展良好。近五年医院获各级科研立项286项，实用新型专利36项，发表国内核心期刊论文249篇、SCI期刊论文40篇，累计影响因子达286.17。 人才建设方面，医院在岗职工2039人，高级职称专家440名，硕士研究生及以上学历219名，首席专家6名、资深专家1名。先后多人获得“全国五一劳动奖章”“全国巾帼建功标兵”“全国卫健系统先进工作者”“全国优质护理先进个人”“广东省医院优秀管理干部”“广东医师奖”“岭南名医”“南粤好医生”等荣誉称号，医院也荣获先后荣获“全国百家优秀爱婴医院”“全国青年文明号”“广东省县域（区）优秀医院管理团队”等荣誉。 百年薪火相传，赓续奋进征程。在新的征程上，医院将在基础设施、人才队伍、医疗技术、科研水平、服务能力等方面持续发力，努力为人民群众提供全方位、全生命周期的健康服务。
