Trong lĩnh vực xét nghiệm định lượng, đặc biệt đối với các hệ thống phân tích được ứng dụng trong phòng xét nghiệm y khoa, việc xem xét đặc tính hoạt động của phương pháp là một thành phần có ý nghĩa nhất định trong quá trình thiết lập, xác nhận và duy trì mức độ phù hợp của hệ thống xét nghiệm trước khi đưa vào sử dụng thường quy. Trong số các đặc tính kỹ thuật thường được đề cập, tính tuyến tính là một khái niệm cơ bản, phản ánh mối quan hệ giữa nồng độ hoặc lượng của đại lượng cần đo trong mẫu thử với kết quả định lượng thu được từ hệ thống phân tích trong một khoảng đo xác định.
Về mặt thuật ngữ, tính tuyến tính, hay linearity, có thể được hiểu là khả năng của một quy trình đo, trong một khoảng nồng độ đã được xác định trước, cung cấp các kết quả có quan hệ tỷ lệ trực tiếp với nồng độ hoặc lượng của đại lượng cần đo hiện diện trong mẫu thử. Nói cách khác, khi nồng độ của đại lượng cần đo thay đổi theo một mức độ nhất định, kết quả thu được từ hệ thống xét nghiệm về nguyên tắc cũng phải thể hiện sự thay đổi tương ứng theo một mối quan hệ gần với dạng tuyến tính.
Khái niệm này không nhất thiết có nghĩa rằng mọi giá trị đo trong toàn bộ miền nồng độ có thể quan sát được của một phương pháp đều phải tuân theo một đường thẳng tuyệt đối về mặt toán học. Thay vào đó, việc đánh giá thường được đặt trong một khoảng xác định, thông thường liên quan đến khoảng tuyến tính hoặc khoảng đo được nhà sản xuất công bố cho hệ thống xét nghiệm. Trong phạm vi này, mức độ sai lệch khỏi mối quan hệ tuyến tính lý tưởng phải nằm trong giới hạn có thể chấp nhận được theo tiêu chí đánh giá đã được lựa chọn.
Trong thực hành phòng xét nghiệm, việc xác nhận tính tuyến tính có thể được thực hiện bằng nhiều loại vật liệu mẫu khác nhau tùy thuộc điều kiện, mục tiêu đánh giá cũng như khả năng tiếp cận mẫu. Mẫu sử dụng có thể là mẫu bệnh nhân, bao gồm cả trường hợp sử dụng mẫu đơn lẻ hoặc mẫu được gộp nhằm tạo đủ thể tích và đạt được mức nồng độ mong muốn. Ngoài ra, một số vật liệu kiểm tra khác như mẫu ngoại kiểm, mẫu thử nghiệm thành thạo hoặc các vật liệu có đặc điểm nền mẫu phù hợp cũng có thể được xem xét sử dụng nếu đáp ứng được yêu cầu của quy trình đánh giá.
Một yếu tố cần được lưu ý trong quá trình chuẩn bị mẫu là việc lựa chọn các mức nồng độ có khả năng đại diện tương đối cho khoảng tuyến tính cần xác nhận. Thông thường, có thể lựa chọn ít nhất hai vật liệu nền ban đầu gồm một mẫu có nồng độ tương đối caovà một mẫu có nồng độ tương đối thấp. Hai mức nồng độ này nên nằm trong khoảng tuyến tính mà nhà sản xuất đã công bố hoặc trong khoảng mà phòng xét nghiệm dự kiến tiến hành xác nhận.
Mẫu nồng độ cao về nguyên tắc được lựa chọn ở vùng nồng độ cao của khoảng đánh giá, trong khi mẫu nồng độ thấp được lựa chọn ở vùng thấp hơn. Việc lựa chọn này giúp hình thành hai điểm giới hạn tương đối để từ đó tạo ra các mẫu trung gian bằng phương pháp pha trộn hoặc pha loãng có kiểm soát. Tuy nhiên, nồng độ cụ thể của mẫu và mẫu còn phụ thuộc vào loại xét nghiệm, đặc điểm của đại lượng cần đo, khả năng thu thập mẫu và khoảng đo của thiết bị.
Sau khi xác định được mẫu H và L phù hợp, một chuỗi mẫu có mức nồng độ trung gian được chuẩn bị bằng cách phối trộn mẫu nồng độ cao với mẫu nồng độ thấp theo các tỷ lệ khác nhau. Cách tiếp cận này về bản chất nhằm tạo ra một dãy nồng độ có tính liên tục tương đối từ mức thấp đến mức cao, qua đó cho phép khảo sát phản ứng của hệ thống xét nghiệm tại nhiều vị trí khác nhau trong khoảng tuyến tính.
Tùy thuộc vào thiết kế đánh giá, tỷ lệ pha trộn giữa mẫu H và mẫu L có thể được lựa chọn sao cho tạo thành một số mức nồng độ phân bố tương đối đồng đều trong toàn bộ khoảng khảo sát. Giá trị kỳ vọng tại mỗi mức pha có thể được tính toán dựa trên nồng độ của hai mẫu ban đầu và tỷ lệ thể tích của từng thành phần tham gia pha trộn. Về mặt lý thuyết, nếu hệ thống có đáp ứng tuyến tính tốt, các giá trị đo được tại các mức pha trung gian sẽ có xu hướng phù hợp với các giá trị dự kiến theo mô hình tuyến tính.
Sau quá trình chuẩn bị, các mẫu thuộc bảng pha loãng hoặc bảng phối trộn được tiến hành phân tích trên hệ thống xét nghiệm cần đánh giá. Nhằm giảm ảnh hưởng của biến thiên ngẫu nhiên trong quá trình đo, mỗi mức mẫu có thể được chạy lặp lại hai lần. Hai kết quả thu được tại cùng một mức nồng độ sau đó được sử dụng để tính toán giá trị đại diện, thường là giá trị trung bình, phục vụ cho các bước xử lý và so sánh tiếp theo.
Việc thực hiện phép đo lặp lại có ý nghĩa trong việc hạn chế một phần ảnh hưởng của sai số ngẫu nhiên vốn có trong quá trình phân tích. Một kết quả đơn lẻ có thể chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như dao động tín hiệu, quá trình hút mẫu, độ lặp lại của hệ thống phân phối thuốc thử hoặc các biến thiên kỹ thuật nhỏ khác. Do đó, sử dụng giá trị trung bình từ hai lần đo có thể cung cấp một ước lượng ổn định hơn cho từng mức nồng độ trong chuỗi mẫu.
Sau khi có các kết quả đo, bước tiếp theo là xác định các giá trị tương ứng giữa nồng độ dự kiến và nồng độ thực tế thu được. Về nguyên tắc, các kết quả này có thể được biểu diễn dưới dạng bảng hoặc được phân tích bằng các phương pháp thống kê thích hợp nhằm xem xét mức độ phù hợp với mối quan hệ tuyến tính.
Trong mô hình đơn giản, khi nồng độ kỳ vọng tăng dần, kết quả đo được cũng cần tăng theo một xu hướng tương ứng. Tuy nhiên, trong điều kiện thực tế, các điểm dữ liệu thường không nằm hoàn toàn trên một đường thẳng toán học lý tưởng. Một mức độ sai lệch nhất định có thể xuất hiện do biến thiên đo lường, đặc điểm của hệ thống phân tích hoặc ảnh hưởng của nền mẫu. Vì vậy, yếu tố quan trọng không phải là sự trùng khớp tuyệt đối mà là mức độ sai lệch có nằm trong giới hạn tuyến tính cho phép hay không.
Việc xác nhận khoảng tuyến tính vì thế thường được thực hiện thông qua so sánh độ lệch của từng mức mẫu với tiêu chí chấp nhận đã được xác định trước. Tiêu chí này có thể được thể hiện dưới dạng độ lệch tuyệt đối, độ lệch tương đối, tỷ lệ phần trăm hoặc một giới hạn sai số thích hợp tùy theo phương pháp xét nghiệm và quy trình của phòng xét nghiệm.
Khi tất cả các mức nồng độ được khảo sát đều không thể hiện mức sai lệch vượt quá giới hạn tuyến tính cho phép, khoảng nồng độ tương ứng có thể được xem là đã được xác nhận về tính tuyến tính trong điều kiện thực nghiệm được áp dụng. Nói cách khác, hệ thống được xem là duy trì được mối quan hệ đủ phù hợp giữa nồng độ của đại lượng cần đo và kết quả phân tích trong khoảng nồng độ đã khảo sát.
Ngược lại, nếu tại một hoặc nhiều mức nồng độ xuất hiện sai lệch vượt quá giới hạn đã thiết lập, cần xem xét khả năng tồn tại của hiện tượng không tuyến tính tại khu vực đó. Trong trường hợp này, việc đánh giá có thể cần được xem xét lại về các yếu tố liên quan đến quá trình pha mẫu, chất lượng vật liệu sử dụng, độ chính xác của thao tác thể tích, đặc điểm nền mẫu cũng như hiệu năng của hệ thống xét nghiệm.
Một điểm cần phân biệt là tính tuyến tính chủ yếu mô tả mối quan hệ giữa mức nồng độ của đại lượng cần đo và tín hiệu hoặc kết quả định lượng được hệ thống tạo ra. Vì vậy, một phương pháp có thể cho kết quả tương đối ổn định nhưng vẫn không đảm bảo hoàn toàn tính tuyến tính nếu mức độ thay đổi của kết quả không tương ứng với sự thay đổi thực tế của nồng độ mẫu trong toàn bộ khoảng khảo sát.
Ở góc độ thực hành, quá trình đánh giá tuyến tính có thể được nhìn nhận như một chuỗi thao tác bao gồm lựa chọn vật liệu mẫu thích hợp, xác định mẫu nồng độ cao và thấp, chuẩn bị các mức pha trung gian, tiến hành đo lặp lại, tính toán giá trị đại diện và cuối cùng là so sánh mức độ sai lệch của từng mức nồng độ với giới hạn được chấp nhận.
Mặc dù nguyên tắc tổng quát tương đối đơn giản, quá trình thực hiện vẫn cần được kiểm soát về các yếu tố tiền phân tích và phân tích. Đặc biệt, việc pha trộn giữa mẫu H và L cần bảo đảm độ chính xác thể tích, tính đồng nhất của mẫu và hạn chế các yếu tố có khả năng tạo thêm sai số không liên quan trực tiếp đến đặc tính tuyến tính của hệ thống.
Bên cạnh đó, khi sử dụng mẫu bệnh nhân hoặc mẫu gộp, cần lưu ý rằng đặc tính nền mẫu có thể khác với các vật liệu kiểm chuẩn hoặc vật liệu ngoại kiểm. Tuy nhiên, việc sử dụng nền mẫu bệnh nhân trong một số trường hợp có thể giúp quá trình xác nhận phản ánh gần hơn điều kiện phân tích thực tế của phòng xét nghiệm.
Từ góc nhìn tổng quát, kết quả của quá trình đánh giá tuyến tính không chỉ là việc xác định một đường hồi quy hay một hệ số tương quan, mà quan trọng hơn là xem xét sự phù hợp của các kết quả đo tại từng mức nồng độ so với mức độ sai lệch cho phép. Một đường hồi quy có hình thức gần tuyến tính hoặc một hệ số tương quan cao không nhất thiết đồng nghĩa rằng mọi mức nồng độ đều đáp ứng tiêu chí tuyến tính nếu vẫn tồn tại các sai lệch có ý nghĩa tại một số điểm cụ thể.
Do đó, khi diễn giải kết quả, cần kết hợp việc xem xét xu hướng tổng thể với đánh giá sai lệch tại từng mức mẫu. Khoảng tuyến tính cuối cùng được xác nhận nên là khoảng mà trong đó các mức nồng độ khảo sát đáp ứng tiêu chí chấp nhận đã được thiết lập và không có bằng chứng rõ ràng cho thấy mức độ không tuyến tính vượt quá giới hạn cho phép.
Nhìn chung, xác nhận tính tuyến tính là một bước đánh giá nhằm chứng minh rằng trong một khoảng nồng độ nhất định, hệ thống xét nghiệm có khả năng tạo ra kết quả thay đổi theo mức nồng độ của đại lượng cần đo theo một mối quan hệ đủ gần với tỷ lệ trực tiếp. Quy trình cơ bản bao gồm chuẩn bị mẫu nồng độ cao H và mẫu nồng độ thấp L, tạo các mẫu trung gian bằng phương pháp pha trộn, tiến hành đo lặp lại hai lần cho mỗi mức mẫu, tính giá trị tương ứng và đánh giá mức độ sai lệch.
Khi các kết quả ở tất cả các mức mẫu khảo sát đều nằm trong giới hạn tuyến tính cho phép, khoảng nồng độ được khảo sát có thể được xác nhận là phù hợp về tính tuyến tính. Kết luận này chỉ áp dụng trong phạm vi khoảng nồng độ và điều kiện thực nghiệm đã được kiểm tra, đồng thời là cơ sở để phòng xét nghiệm xác định khả năng sử dụng hệ thống trong khoảng đo tương ứng đối với hoạt động xét nghiệm thường quy.
