醫療器械的軟件相關召回分析

彭 亮于 一

醫療器械的軟件相關召回分析

彭 亮①于 一②

目的:基于軟件相關召回分析,探討醫療器械的軟件監管要求.方法:收集整理美國軟件相關召回數據,分析軟件相關召回的類型、情形、原因和發展趨勢,提供醫療器械的軟件監管對策.結果:自1983-2011年的4個時期內,美國軟件相關召回在醫療器械召回所占比重由6%增至19%,同比增長由47%增至164%,明顯高于同期醫療器械的整體水平(由13%增至54%),尤其是放射類醫療器械的軟件相關召回,其問題最為嚴重.結論:軟件監管形勢較為復雜和嚴峻,需要針對軟件特殊性進一步加強醫療器械的軟件監管工作,包括軟件確認、不良事件監測和可用性設計.

醫療器械召回;軟件相關召回;軟件確認;不良事件;可用性

彭亮,男,(1978- ),博士,助理研究員.國家食品藥品監督管理總局醫療器械技術審評中心,國際醫療器械監管機構論壇(IMDRF)獨立軟件(SaMD)工作組成員,從事醫療器械軟件的技術審評工作.

[First-author's address] Center for Medical Device Evaluation, China Food and Drug Administration (CFDA), Beijing 100044, China.

隨著信息技術的發展,軟件在醫療器械的設計、生產和使用等方面的應用日益普遍,作用日趨重要,但軟件相關召回(即與軟件失效有關系的醫療器械召回)的數量日漸增多,軟件質量問題不容忽視,根源在于軟件無物理實體,具有其特殊性[1-4].分析和評估軟件相關召回數據,不僅有助于提高對軟件相關風險以及發展趨勢的認識,而且有助于進一步推動軟件監管工作,從而保證醫療器械產品的安全性和有效性,保障公眾的健康和用械安全.

1 美國FDA軟件相關召回調研

美國食品藥品監督管理局(F o o d D r u g Administration,FDA)醫療器械上市后監管工作起步較早,召回數據較為系統和完整,因此可以基于美國FDA軟件相關召回數據來探討軟件相關監管要求.本研究通過美國軟件相關召回研究、美國FDA軟件指南的文獻調研,收集整理美國自1983-2011年的4個時期軟件相關召回數據.數據選用遵循以下3個基本原則:①盡量采用美國FDA官方公布的數據,以保證軟件相關召回數據的準確性;②采用長期數據而非短期數據,以體現軟件相關召回的總體情況;③時期盡可能相互銜接,以反映軟件相關召回的發展趨勢.

軟件相關召回在美國FDA并無明確定義,不同文獻的定義有所不同,如"與軟件有關系的召回"、"軟件失效導致的召回",同時不同文獻的研究方法和統計口徑有所差異[1].本研究采用長期總體數據進行分析,數據的異質性問題不會使分析結論受到影響.

1.1 美國軟件相關召回情況

美國醫療器械召回數量從1983-2011年的4個時期內,由2792次增至5792次,軟件相關召回數量由165次增至1122次,在醫療器械召回所占比重由6%增至19%,同時醫療器械召回同比增長由13%增至54%,軟件相關召回同比增長由47%增至164%,明顯高于同期醫療器械的整體水平(見表1)[1-4].

表1 美國軟件相關召回情況

1992-1998年的召回數據表明軟件相關召回有79%與軟件更新有關系,而1999-2005年的召回數據表明含有軟件醫療器械的召回有34%與軟件失效有關系[2-3].

1.2 美國軟件相關召回分布情況

美國FDA將軟件相關召回細分為7類:①放射類(如影像設備、放療設備);②體外診斷類(如生化分析儀、病理分析儀);③心臟類(如起搏器、除顫器);④呼麻類(如呼吸機、麻醉機);⑤手術類(如手術導航、電刀設備);⑥通用類(如監護儀、輸注泵);⑦其他類(如眼科設備、婦科設備).

從1983-2011年的4個時期內,放射類和體外診斷類所占比重一直較大,其中放射類所占比重由19%持續增至49%,已成為重災區,而體外診斷類所占比重先由18%增至35%再降至19%,表明前期軟件質量問題較多但現在已得到控制;心臟類和呼麻類總體呈下降趨勢,表明軟件質量問題已得到有效控制;通用類和其他類總體呈平穩趨勢,表明軟件質量問題已得到基本控制;手術類所占比重雖然一直都是最低,但發生過多次導致患者死亡或嚴重傷害的召回事件,因此不能輕視其軟件質量問題(見表2)[1,5].

表2 美國軟件相關召回分布情況(%)

2 軟件相關召回分析

2.1 軟件相關召回類型

軟件相關召回根據軟件與醫療器械關系的不同可以分為醫療器械軟件召回和質量相關軟件召回兩種基本類型.

(1)醫療器械軟件召回.醫療器械軟件包括獨立軟件(作為醫療器械或其附件的軟件)和軟件組件(作為醫療器械或其部件、附件組成的軟件)[6].醫療器械軟件召回即為醫療器械軟件失效導致的醫療器械召回,此時召回的醫療器械產品含有軟件,屬于有源醫療器械.

(2)質量相關軟件召回.質量相關軟件是指與醫療器械產品質量有關系的非醫療器械軟件,包括生產設備所含軟件和質量管理所用軟件.質量相關軟件召回即為質量相關軟件失效導致的醫療器械召回,此時召回的醫療器械產品不一定含有軟件,有源醫療器械、無源醫療器械或體外診斷設備皆有可能.

在現實情況下,有源醫療器械的召回可能同時涉及醫療器械軟件召回和質量相關軟件召回,即軟件相關召回情形較為復雜.

2.2 軟件相關召回情形

軟件相關召回大體可以分為4種情形:①醫療器械軟件召回,屬于如實統計;②質量相關軟件召回,屬于如實統計;③硬件失效導致醫療器械召回,但表現為軟件失效,屬于多統計;④軟件失效導致醫療器械召回,但召回報告未提及軟件,而歸為硬件失效,屬于少統計.

前兩種情形準確反映了軟件相關召回的原因,而后兩種情形則模糊了軟件相關召回原因,這增加了軟件相關召回原因的分析難度.美國FDA曾試圖人工區分軟件相關召回的具體情形,但由于召回報告所使用的語言不準確或不規范導致信息有限,難以確定全部軟件相關召回的真實原因[1].

2.3 軟件相關召回原因

美國FDA對軟件相關召回原因進行了分類研究,發現軟件相關召回原因早期主要是軟件的算法或計算、更新、配置管理、數據、異常處理、初始化、接口、邏輯、功能、需求、質量保證及同步等方面出現問題;而目前主要是軟件的接口、使用環境、更新、算法或計算及異常處理等方面出現問題[1,4].

隨著技術能力的發展和認知水平的提高,軟件相關召回原因已發生變化,部分問題已得到基本解決.但有些問題依然沒有得到有效控制,歸根結底都源自軟件的設計缺陷、更新異常和使用錯誤,因此需要進一步加強軟件的設計控制、變更控制和可用性設計.

3 軟件相關召回發展趨勢

美國醫療器械召回數據表明,軟件相關召回日益增多,在醫療器械召回所占比重越來越大,同時軟件相關召回增速明顯高于醫療器械整體水平,而且增速越來越快,因此軟件質量問題不容忽視,需要加強相應監管工作.此外,放射類醫療器械的軟件相關召回問題最為突出,尤其需要重視.

4 軟件相關召回應對策略

鑒于軟件相關召回情形較為復雜,形勢較為嚴峻,針對軟件相關召回的主要原因,結合我國軟件監管工作的實際情況,建議在以下3方面加強相應監管工作.

4.1 軟件確認

由于軟件測試不足以保證軟件質量,需要綜合考慮風險管理、質量管理和軟件工程的要求,建立良好規范的軟件生存周期過程才能保證軟件質量[7].因此,軟件確認不僅包括軟件確認測試,而且包括軟件生存周期過程的建立.

醫療器械軟件和質量相關軟件均需進行軟件確認.對于醫療器械軟件,軟件生存周期過程的建立可以基于相關標準要求,基于風險水平規范軟件的開發過程、維護過程、風險管理過程、配置管理過程和問題解決過程[7-8].而軟件確認測試通常指在真實或模擬使用環境進行的用戶測試,通過提供客觀證據認定軟件滿足用戶需求和預期用途[3,6].對于質量相關軟件,其生存周期過程的建立和軟件確認測試可參照醫療器械軟件,而關注重點則需改為軟件對醫療器械產品質量的影響程度.

醫療器械質量管理體系在設計確認和過程確認中均要求進行軟件確認,其中設計確認主要是對醫療器械軟件進行確認,過程確認主要是對質量相關軟件進行確認[9-10].因此,醫療器械質量管理體系檢查需要進一步加強軟件確認的檢查工作.

4.2 不良事件監測

醫療器械不良事件是指獲準上市的質量合格的醫療器械在正常使用情況下發生的,導致或可能導致人體傷害的各種有害事件[11].不良事件產生的主要原因在于設計缺陷,與軟件相關召回原因基本契合.

鑒于軟件的復雜性,不良事件監測需要在現有工作基礎上進一步強化軟件的要求.①加強基層監管人員以及相關人員的培訓工作,使其了解軟件的特殊性和監管要求;②明確不良事件術語集的軟件術語,保證不良事件報告和召回報告的用語準確,提高相關報告的數據質量和可利用程度,便于確定醫療器械故障原因;③提高不良事件報告和召回報告的結構化水平,增加軟件相關事件的類型描述(如軟件相關或軟件無關,醫療器械軟件或質量相關軟件),便于開展后續統計分析工作;④通過與醫院的醫療器械質量控制系統相對接等多種方式收集醫療器械不良事件數據,通過對軟件相關事件的大數據分析,進一步評估軟件的風險及風險控制措施.

4.3 可用性設計

醫療器械可用性是指易于使用的用戶接口(用戶和醫療器械的交互方式)特性,即在預期使用環境中建立有效性、效率和用戶滿意所需的特性[12-13].用戶由于感知錯誤、認知錯誤或動作錯誤而發生使用錯誤,導致醫療器械非預期響應,從而產生醫療器械可用性風險,影響患者的安全.

醫療器械軟件可用性設計極為重要,軟件用戶界面設計不當將產生醫療器械可用性風險,因此需要關注軟件的用戶界面結構、互動方式、信息優先性、信息易讀性、美工與顏色、屏幕尺寸和兼容性等要求[14].歐盟和美國近年來逐漸加強了醫療器械可用性的監管要求,我國也將于2017年啟動可用性監管工作,而軟件可用性問題需要重點關注[12-15].

5 結語

軟件相關召回數據表明軟件監管形勢較為嚴峻,需要針對軟件特殊性進一步加強軟件相關監管工作.我國需要在借鑒國外監管經驗的基礎上,在有限的監管資源和條件下,針對軟件監管的薄弱之處,建立符合我國國情并行之有效的軟件監管機制.

[1]Simone LK.Software-related recalls:an analysis of records[J].Biomed Instrum Technol,2013,47(6):514 -522.

[2]Bliznakov Z,Mitalas G,Pallikarakis N.Analysis and classification of medical device recalls[J]. IFMBE Proceedings,2007,14(6):3782-3785.

[3]FDA.General principles of software validation;final guidance for industry and FDA staff[EB/OL].(2002-1-11)[2016-4-12].http://www.fda.gov/downloads/ MedicalDevices/DeviceRegulationandGuidance/ GuidanceDocuments/ucm085371.pdf

[4]Dolores R,Wallace D,Richard Kuhn.Failure modes in medical devices software:an analysis of 15 years of recall data[J].Int J Reliabil Qual Saf Eng,2001,8(4):351-371.

[5]Hongli Yang,William A Hyman.An analysis of software-related recalls of medical devices[J].J Clin Eng,2010,35(3):153-156.

[6]國家食品藥品監督管理總局.關于發布醫療器械軟件注冊技術審查指導原則的通告[EB/OL].(2015-8-5)[2016-4-12].http://www.cfda.gov.cn/WS01/ CL0087/126243.html

[7]國家食品藥品監督管理局.YY/T0664-2008醫療器械軟件 軟件生存周期過程[S].國家食品藥品監督管理局,2008-04-25.

[8]國家食品藥品監督管理局.YY/T0708-2009醫用電氣設備 第1-4部分:安全通用要求并列標準可編程醫用電氣系統[S].國家食品藥品監督管理局,2009-11-15.

[9]國家食品藥品監督管理總局.YY/T0287-2003醫療器械質量管理體系用于法規的要求[S].國家食品藥品監督管理局,2003-09-17.

[10]國家食品藥品監督管理總局.關于發布醫療器械生產質量管理規范的公告[EB/OL].(2014-12-29) [2016-4-12].http://www.sda.gov.cn/WS01/ CL0087/111642.html

[11]國家食品藥品監督管理局.關于印發醫療器械不良事件監測和再評價管理辦法(試行)的通知[EB/OL]. (2008-12-29)[2016-4-12].http://www.sda.gov. cn/WS01/CL0845/129146.html

[12]國家食品藥品監督管理局.YY/T1474-2016醫療器械可用性工程對醫療器械的應用[S].國家食品藥品監督管理總局,2016-01-26.

[13]IEC 62366-1:2015 Medical devices-Part 1: Appli cation of usability engineering to medical devices[S].IEC,2015.

[14]ANSI HE75:2013 Human factors engineering-Design of medical devices[S].ANSI,2013.

[15]Food and Drug Administration.Applying Human Factors and Usability Engineering to Medical Devices-Guidance for Industry and Food and Drug Administration Staff[S]. FDA,2016-02-03.

Analysis of software-related recalls of medical devices

PENG Liang, YU Yi

Objective: To discuss the regulation requirements of software based on the analysis of software-related recalls of medical devices. Methods: The data of software-related recalls of medical devices in America were collected and processed, and the type, situation, cause and trend of software-related recalls were analyzed, then the suggestions on the regulation requirements of software were proposed. Results: During the four periods from 1983 to 2011, the percentage of software-related recalls vs medical device recalls in America increased from 6% to 19%, and the year-on-year growth rate of software-related recalls rose by 47% to 164%, significantly higher than medical device recalls in the same period (from 13% to 54%). Especially, the problem of softwarerelated recalls in radiology medical devices was the most serious. Conclusion: The regulatory situation of software is more complicated and severe, so the regulation requirements of software, including software validation, adverse event monitoring and usability design, need to be further strengthened according to the particularity of software.

Medical device recall; Software-related recall; Software validation; Adverse event; Usability

1672-8270(2016)07-0097-04 [中圖分類號] R194

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.07.030

①國家食品藥品監督管理總局醫療器械技術審評中心 北京 100044

②國家食品藥品監督管理總局藥品評價中心(國家藥品不良反應監測中心) 北京 100045

2016-01-20