关于医疗器械设计验证中样本量的制定方法

一一

来源：微信公众号“叶涛哥就好了    医械研思社”  ，2025.9.27
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1、数据类型

计数型数据：这类数据是对产品是否符合某个标准的定性判断，结果通常是二次元的（如：合格/不合格、通过/不通过、存在/不存在）。例如：在无菌包装密封性测试中，通过染色法观察染色液是否泄漏；产品外观检查中，无毛刺和无划痕等缺陷；软件菜单功能的实现，功能正常和功能异常等。这类数据都是计数型数据，其统计基础是二项分布或泊松分布。

计量型数据：这类数据是通过测量得到的集体树脂，并能反应产品性能的量化程度和分布趋势。例如，导管的外径尺寸、植入物的拉伸强度、监护仪的血压测量误差、体外诊断试剂的检测限等。这类数据都是计量型数据，其统计基础是正态分布。

2、置信度和可靠度

置信度（C）：指的是我们采用的抽样和统计推断方法，其结论（例如，估计的合格率范围）能够覆盖真实总体情况的可信程度。通常表示为（1-α），其中α是I类错误的概率。例如，95%的置信度意味着，如果我们重复进行100次抽样和计算，大约有95次得出的结论区间会包含总体的真实参数。

可靠度（R）：指的是产品总体中满足规定性能指标的个体所占的比例。比如，99%的可靠度意味着我们期望总体中至少99%的产品是合格的。

3、风险分析和风险等级划分

通过故障模式与影响分析（FMEA）等工具，识别出产品所有潜在的失效模式。对于每个失效模式，评估其严重度（S）、发生概率（O）和可探测度（D）。

严重度（S）：失效可能导致的对患者、对使用者或环境的伤害程度。

发生概率（O）：失效发生的可能性。

可探测度（D）：在产品出厂前，通过设计控制或检验手段发现该失效的能力。

计算风险优先数RPN=S×O×D。

风险等级划分

风险等级划分必须在风险管理文件中，根据自身产品的特点和风险可接受准则，自行定义风险等级与RPN数值的对应关系。

风险等级划分示意：

风险等级	定义	推荐的置信度/可靠度
高	RPN＞100	95%/99%
中	30＜RPN≤100	95%/95%
低	RPN≤30	90%/90%

这个表格是在公司内部文件中定义的，作为样本量制定的决策依据。

4、计数型数据的样本量评估

对于计数型数据，最常用的方法是基于二项分布的“零失效”抽样计划。其逻辑是：如果我们测试了n个样本，且没有发现任何一个失效，那么我们可以有多大的信心（置信度C）说产品的合格率（可靠度R）至少是多少？

其背后的数学公式为：
C=1-(1-R)^n

反过来，为了达到预设的C和R，所需的“零失效”最小样本量n可以通过以下公式计算：
n=ln(1-C)/ln(R)

示例计算与应用：

中风险目标：C=95%，R=90%n=ln(1-0.95)/ln(0.90)≈28.4，取整为 n=29。高风险目标：C=95%, R=99%n=ln(1-0.95)/ln(0.99)≈298.07，取整为 n=299。

5、计量型数据的样本量评估

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]计量型样本量评估采用查K表的方式进行评估，K表内共有4个相关变量，即样本量n，置信度y，可靠度P，和系数K，样本的上下限可以通过以下公式来进行计算：标准上/下限=均值±K*标准差。[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]以某器械长度为例：

外径接收标准在技术要求中制定为：16mm±4mm（12-20mm）

序号	测试值	序号	测试值	序号	测试值
1	16.40	6	16.59	11	15.89
2	15.94	7	15.70	12	15.72
3	16.23	8	15.46	13	16.17
4	16.20	9	16.03	14	16.39
5	15.66	10	16.18	15	15.91

计算得出：平均值=16.03     标准差=0.32

按照公式上/下限=均值±K*标准差，因为平均值距离上限20mm更近，K值更小，所以选择上限来计算K值。

K=（上限-均值）/标准差=（20mm-16.03mm）/0.32=12.406

查K值在FMEA内对应的RPN=12，置信度和可靠度为95%/90%，查双边K表对应小于12.406的K值等于8.390，其对应的n值样本量为3。

6、其它标准推荐的样本量

生物相容性测试：在ISO 10993系列标准中，对动物实验的数量有明确的规定。

无菌包装验证：在 ISO11607系列标准中，对于加速老化和运输测试提供了推荐的样本数量。

特定产品的性能标准：在ASTM F3172标准中，对血管内医疗器械的设计验证提供了关于样本量选择的指导性建议。