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技术:关于免疫学反应中曲线拟合的一点感悟

从刚一进入这个行业开始,我就有过一个疑问,为什么化学发光有校准品和质控品,而免疫层析就没有。有的前辈告诉我,因为胶体金是定性的啊,有没有无所谓。后来胶体金出来了定量的,我再次回想起这个问题来,我觉得我有一些和那些前辈们不一样的想法。因为在后续接到技术支持的投诉反馈中,不管是定量的、半定量的,甚至是定性的层析产品,都会出现由于稳定性不好导致的各种问题,我们对层析平台的稳定性抱有太高的自信了。不管是回算值升高也好,降低也罢,我总觉得我们既然做产品,就应该给客户一个衡量产品是否受控的质量标准,不应该因为平台的不同就有所让步。我觉得不能因为坦然接受层析平台CV难控的问题就让它烂上加烂,相反的应该更加规范地去约束。说的有点多了,下面来谈一谈免疫学中的我们常用的曲线拟合问题。
在定量试剂的研发过程中,我们总是想把我们的标准曲线做成一个完美的直线,但是这几乎是不太可能的。因为在基于高检测范围的目的,用固定量的抗体去检测含量逐渐递增的物质,总有达到饱和的时候,所以我们经常遇到的就是S型曲线,或者是半拱桥的曲线,这样的曲线就注定了,我们会经常用到Log-Log方法,和四参数方法。下面我以一个CRP(如UPT荧光层析法)试剂实际检测数据为例,讲一讲两种方法的可行性分析。

对于上述的CRP试剂,我们希望做到检出限为0.1ug/mL,定量限为0.5ug/mL,其实不用计算,我们打眼一看,基本上就是符合要求的,接下来就是要看一看,什么样的拟合更符合我们的预期。
方法一(Log-Log拟合法):
我们先把0和0.1这两个非定量区域的点去掉,用剩余的数据去拟合,然后以10为底两边各取对数,看一下最终拟合的结果:

如果你能接受的标准是R方>0.99,那么这么看来,目前这种拟合是满足要求的,下面我们再来看一下,基于此曲线的标准品的回算浓度与真实浓度的差异有多大:

我们可以看到,此种拟合方法浓度在25和200附近的时候偏差比较大,如果你能接受的偏差最大为20%,这两个点就是不合格点。我们再来看另一种方法。
方法二(四参数法):

与双Log方法拟合相比,四参数法拟合的R方值为0.9994,明显增加了很多,说明线性更好一些。同样的,再来看一基于此曲线的标准品的回算浓度与真实浓度的差异:

这时我们看到,四参数法对于高值的拟合是非常有利的,对于定量限附近的浓度的回算是非常不友好的。


讲到了这里,小伙伴们可能惊呆了,两种最常用的办法都不行,怎么办呢?这里就要看你对数据的敏感程度了,可以适当地变换一下思路。我们来回顾一下上面的方法一,双Log的结果:

我们可以看到,这组数据双Log拟合其实并不是一个完美的直线,它的1段和3段在直线以下,所以回算的值偏低;它的2段在直线以上,所以回算的值就偏大。它拟合完更像一个微曲线,可以对拟合完的数据进行再拟合,这样就可以完美解决偏差问题。我们可通过Logistic(指数)解决这个问题(其实也可以通过一元二次和三次方程进行再拟合,只不过回算回来会有2个和3个根,我不喜欢)。我们对X和Y分别取对数,然后进行Logistic(指数)拟合,来看一下结果:

这样回算的浓度偏差都在5%以内,应该算是完美的结局了。

我们再来看一下方法二(四参数法)

在这里我可以很明确地告诉大家,四参数法很多时候的回算都是对低值点不利,我们可以只能通过调整Y值来试图调整低值区的曲线走势。我们看上图,0.5和1的浓度点回算回来是正值,5和25的浓度点回算回来是负值,那么,我会在这个正负转折点去改变T/C的值,比如我把1ug/mL的浓度点的T/C由0.198变成0.32,看一下结果:

我们可以看到,回算回来的浓度偏差也都控制在了20%以内。那么,有人问了,你怎么知道变换0.198到0.32,性能就符合要求了呢?说实话,这个有点运气的成分,也有点经验在里面,风险也是存在的,所以我不建议大家做尝试这种方法。

另外呢,对于这组数据,其实除了双Log和四参数法,三次样条插值也是非常好的拟合方法,校准品点回算偏差为0,但是因为没有具体的方程式,所以我自己不怎么用。我见过日本的企业用过这个方法,不知道小伙伴们日常用不用这个,在这里也演示一下吧:

就它的曲线走势来看,整体的回算偏差应该都非常小,即使有点小偏差,也应该出现在100-200的高值区,可以忽略,图省事的小伙伴用这种方法是很好的。
最后几点我想说明一下:
  1. 有的同学可能会问,你拟合曲线的时候会扣除背景值吗?我觉得好像扣不扣除意义不大,看实际情况吧;

  2. 有的人看有的项目非常接近直线,想拟合成Y=a+bX的形式,以我的经验而言,尽量别,低值区回算结果如果出现负值,挺尴尬的;

  3. 四参数法有时候会出现低值区回算不出来的时候,这情况也挺尴尬,根据我上面的介绍,自己考虑一下怎么调整一下吧;

  4. 曲线拟合的方式有很多,软件也有不少,比如Origin,matlab等,我只是分享了我自己的一些非常简单的做法,如有错误请指正,谢谢。




    来源: IVDdiagnosis

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