第五节　需求评估

一、紧急情况和灾难医学中的需求评估

2009年，世界上61%的医疗保健费用由政府支付。为减少全球的医疗保健费用，改善保健资源并提高护理标准，我们应该进行需求评估。需求评估是一种系统程序，用于决定和处理POC操作员的需求，同时也用于发现当前投放资源的不足以及指导现场决策。

在紧急情况和灾难中增加医疗保健的供应能够提高危机情况下的护理标准。在2004年的东南亚海啸、2006年的卡特里娜飓风、2010年的海地地震和2012年发生的超级风暴桑迪中，灾难的直接破坏、洪水的冲击、基础设施的毁坏(包括医院实验室和微生物学检验服务)都延长了患者治疗时间。公共卫生官员应该了解需求评估的方法及其重要性，同时也需要了解当前的保健供应模式，以便促进研发人员推出适当的POC技术以提高护理标准。

在策略上综合POC检验能在灾难中迅速提供诊断数据，促进分诊以加强对受灾人员的管理。POCT是在患者床边或附近进行的检验，最近的灾难已经证实了POC检验的可行性，但是POC设备缺乏决定性检验群并且在灾难恶劣环境中的应对能力仍然较弱。这部分内容的目标是在使实际需求转变为POC技术创新的背景下描述执行需求评估的程序。

(一)需求评估的方法和目的

需求评估活动包括下列事项:通过对需求的现有不足进行标识和定性，并对这些信息做出评价的程序;确定有可能解决标识出的不足之处的方法或技术;在医疗保健供应中的要求描述利益相关者(例如供应者、患者、付款人、监管人员和公共卫生官员)的愿望。

POC需求评估目标则包括:为一个问题提供背景资料，以便技术开发人员能就POC诊断工具的产品设计和发展方面做出正确的决定;指导开发适当的商业化和市场化策略，最终指向产品的需求;保证POC检验将有助于循证医学，促进决策制订并对设备使用者有用处。

(二)调查设计

最近的需求评估工作中，调查员邀请了一些科学期刊的读者和社论的专家(如: 《American Journal of Disaster Medicine》、《Point of Care》、《Disaster Medicine and Public Health Preparedness》)，还邀请了美国临床化学协会(AACC)的医疗保健专业人员(即内科医师、化验员和POC专业人员)、POC领导人员共同参与了需求评估调查。网站和书面调查则通过文献综述和多学科咨询进行，包括在生物工程、急诊医学、传染病学和重症监护医学方面有经验的专业人员。调查问题使用可视化的图像以便直观简洁地呈现问题和概念。

调查包括人口资料部分(职业、工作背景和地理位置)、病原体检测(细菌、病毒和真菌)、装置设计(分析前的处理、采样类型、处置和用户界面)等问题。调查需要得到当地伦理委员会的批准，在国外实施的调查还需要翻译成当地语言并取得参与机构伦理委员会的批准。可通过电话、电子邮件、正式邀请函或直接发送调查表的方式进行调查。如果参与者没有接入互联网，可通过信件方式发送调查表。美国某公司已开发网络调查平台以简化问卷分发并促进信息回收。

(三)调查统计分析

定性数据和定量数据分析方法取决于在需求评估研究中使用的研究目标和方法。使用SPSS15和SAS统计软件的非参数的卡方(χ2)拟合优度检验和二项式分布检验分析多项选择问题。使用方差分析和多次对比检验评估平均加权分数(WS)。使用非参数u检验核实方差分析的有效值。使用多元逻辑回归分析法分析交易问题。

调查对象分级: Rj，其中j=［1，nr］、当nr为每个因素可能性的等级数时，Fi，其中i=［1，nf］，nf为给定用于选择的系数。利用下列方程计算分数: Sj=(nr+1)－Rj。总和每个分数乘积和如下相应频率得到WS:

频率(Fij)为给定调查对象的独立系数具体等级的次数。当一个调查对象在同一等级中指定两个或更多的系数，每个系数须给定平均等级，低级系数的位置相应调整。统计显著性定义为P＜0.05，P＜0.01和P＜0.001。

(四)灾难期间诊断检验的优先级

泰国南部沿海的攀牙湾省在2004年曾受到海啸严重冲击，当时在24个医疗护理服务站点进行了需求评估调查，图1-4阐明了当灾害发生时对POCT检测项目的需求排行榜。

采样方法和样品收集装置的设计至关重要，特别是在灾难背景下采样时，必须要保证实验样本的完整性。在收集样本或分析前的处理步骤中所产生的污染物会损坏样本，导致得到错误的实验结果。如图1-5所示，调查对象更偏向于有一个可以存放分析生物标本的样品采集器的POC检验暗盒。调查对象偏向于直接采样，即不需要转移生物标本而直接连接到装置，调查对象(n=143)也偏向于就单个病原体测试不同的患者或就单个患者测试多个病原体。

血液传染病类列出了1～19种病原体，如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌MRSA、伤寒沙门氏菌、霍乱弧菌、大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌，其中MRSA被认为是血液系统传播疾病中最重要的一种(图1-6A)。泛呼吸道传染病类列出了16种病原体，其中2009H1N1流感病毒(猪流感)被认为是这一类病原体中最重要的。然而调查发现，H1N1与禽流感、SARS、甲型流感以及乙型流感在统计学上无明显差异(图1-6B)。值得注意的是，这些调查是在流行性感冒病毒H7N9出现之前完成的。

(五)需求评估含义

通过实施正式的需求评估，研发人员能减小产品开发的风险，节省精力和时间，而且正式的需求评估有助于在早期确定终端用户对产品的要求和特性需求。比如，需求评估指明能使用POC迅速检测艾滋病毒1型和2型(HIV-1和HIV-2)，这能保证在危机期间捐赠血液的供给安全，因此该评估结果能促进用于检测HIV-1和HIV-2的利用生物传感技术的新型POC装置的开发。

设备开发人员应该评估需求，确定如何使新型流行病病原体(如2009年暴发的H1N1流感病毒)的检测整合到设备测试群中(图1-6B)。目前有两种新型流行病呈上升趋势。截至2013年6月7日，累计报告132例H7N9病毒，其中37例死亡(死亡率为28%)。截至2013年6月5日，累计报告54例中东呼吸综合征(病原体为MERS-CoV)，其中30例死亡(死亡率为55%)。新型的流行病病原体必须纳入未来在聚合酶链反应(PCR)平台上执行的POC测试群中。

需求评估也有助于制订提高危机情况下的护理标准的方法。在此情况下，带有关键路径和反馈形式的逻辑模型(图1-1)从全球水准上促进一系列需求评估。有学者总结了POC需求评估的一般方法，包含POC神经技术、性传播疾病、全球健康、复杂紧急情况和灾难等各个方面。

需求评估能通过确定并优先考虑诊断检验需求、确定可能影响患者监护的技术缺陷以及用于新型POC技术的设计规范(图1-7)三种方式促进新产品的开发。已经成功地将需求评估应用于确定POC诊断检验，因此它可以广泛应用于POCT领域，用于加速POCT发展进度。需求评估调查也帮助确定了用于复杂紧急情况和灾难状态下的特定的POC检验，包括采样要求和样品收集方法、血液以及呼吸道感染测试群以及其他诊断检验。

我们应该经常确定当前的POC技术的可用性和不足之处，以确保最佳的患者监护效果、最高的医疗卫生系统效率和最强的恢复力。通过需求评估确认的规格应该并入新型POC测试装置设计中，以便部署有益且便于使用的POC设备，并为血液、呼吸道感染及其他医学难题提供重点检验群以达到测试要求。另外，需求评估能确定影响POC产品的特定因素，例如调查对象在不利气候中(可能会出现在日常紧急情况中)使用POC设备时的环境条件。

二、环境压力及防护措施

在危机响应中，POC诊断工具的战略综合，例如便携式多通路心脏病标志物检测，在候补护理设施中能促进分诊并改善患者的管理。对于排除或确诊疾病、迅速且正确的救生治疗和提高有限资源的利用率、及时鉴别诊断都至关重要。

1980～2013年间，美国共发生了640次灾难事件。其中64.5%(413/640)与天气有关。因天气因素引起的死亡占所有灾难死亡人数的87.8%。表1-5概述了在最近灾难中观测到的环境条件。在现场伤员验伤分类和诊断过程中，如果能实施细致的综合POC检验则很可能挽救更多生命。

保证准确而且安全地使用POC检验，能使其在任何使用环境中都发挥良好的性能。错误结果会导致严重的危害并会改变临床决策，例如胰岛素使用剂量的错误。紧急情况和灾难响应站应该配备用于迅速验伤分类和诊断的POC技术，并能在不利条件下有效地进行监测，尽管这些条件可能并不符合POC检验的试剂和仪器的存储以及操作规程。

表1-6简述了POC设备和试剂的存储和操作规程。检验试剂一般冷藏保存在15～30℃的环境条件下。试剂也可以保存于其要求的环境条件(例如室温)，但是温度必须保持相对稳定。美国药典(US Pharmacopeia)定义的室温为20～25℃，允许短期扩宽为15～30℃，平均动力学温度(MKT)不得超过25℃。

1.平均动力学温度

平均动力学温度是一个简化方式，它表述一系列化学反应的整体温度影响，可以根据下列方程权衡延长时间的温度变动效应:

其中ΔE为活化热，83.144kJ mole－1; R为普适气体恒量，8.4144·10－3mole－1·Kelvin－1为开氏(绝对)温标; Tn为平均温度，测量间隔(通常为1小时) ; n为被考虑为平均温度的数字(等间隔获取的)。比如，当试剂暴露在温度为20℃(68°F) 1小时，下1小时暴露于30℃(86°F)，最后1小时(n = 3)暴露于45℃(113°F)，会得到一个平均动力学温度36.8℃(98.2°F)，相当于3小时的36.8℃(98.2°F)的热辐射量。

2.最近灾难中POC设备失效的例子

2005年8月的卡特里娜飓风，导致美国12家医院在飓风发生后因洪水和断电而停业，高温高湿导致了响应站POC血糖仪和便携式全血分析仪失效，从而降低了响应效力，并在国家准备和响应能力方面暴露出严重不足。在2010 年1月发生的海地地震灾害中，高温导致i-STAT手提式血液生化仪停止工作。以上最近发生的危机实例证明POC设备和POC试剂必须妥善保护。在专业医护人员需求评估调查中，调查对象优先考虑并且强调的是，在关键时刻、紧急情况、灾难响应的护理中，未来POC设备的设计应当首要考虑在温度、振动、湿度和冲击负荷等方面的保护(图1-8)。

3.表述环境效应的特征

紧急情况和灾难期间的动态气候变化会让POC及其他紧急情况资源暴露于环境的巨大压力之下，会影响其性能并可能影响临床决策。紧急情况和灾难期间的条件要求技术开发人员、操作人员以及紧急情况响应人员对仪器设备的操作条件有足够的了解。

目前还没有建立关于医疗器械环境要求的行业标准。然而，美国军队2008年研究的标准文件(MIL-STD-810)可资参考:定义环境压力的时序性和压力持续时间;确定设备寿命周期;确定设计、材料、制造、工艺、包装和保养中的缺陷和不足之处。虽然开发MIL-STD-810是作军用，但是该标准也可以用于民用产品。

制造商会为其产品给出存储和操作说明，然而这些条件可能不一定能够满足。制造商应该力求开发能适应极端温度和湿度条件的产品，特别是要适应使用地区的夏季和冬季。当制造商称其产品能在10～40℃(50～104°F)之间运行时，该制造商需要向管理机构(例如FDA)提供相关数据，证明其仪器的运行温度偏差比温度范围在最高值和最低值内(＜10%)。美国食品与药物管理局未指明医疗器械怎样受到环境压力(例如静态或动态应力)，也未指明压力持续时间(例如分钟数、周数或月份数)，所以需要由制造商自行说明设备和试剂评估规定压力测试协议。

制造商加快稳定性研究有助于失效风险的分析并且确定产品的搁置寿命。现阶段经常使用的是静态热应力模型，但是运用动态热、湿应力将为运行性能提供更为实际的评估。Ferguson等的研究提供了一种方法:利用新型的数学方法模拟紧急情况和灾难中的温度-湿度条件(包括模拟救护行动条件)并得到一般性的天气档案。

4.模仿动态天气档案

位于美国北卡罗来纳州阿什维尔的美国国家气候数据中心的数据是从距每个灾难发生地最近的气象站获取的，而精确到每小时的温度和湿度则是在每个小时的前30分钟时间范围内得到的，以便更好地在每个档案昼间模拟实际气象极值。必须协调各个独立气象站之间可能出现的问题，如记录范围的不同、天气诱导失效、建筑物内报告的极端温度以及测量站的误差。

新奥尔良使用昼间温度档案，图1-9由下列方程确定阐明了每小时中值温度:

其中a为最高小时中值温度减去总体中值温度，b为最高温度减去最高小时中值温度，c为延伸中值温度减去总体中值温度，d为中值温度减去延伸的中值温度。图1-10所示为4个延伸紧急情况和灾难响应期间的天气档案(A-D)，分别用于模拟在美国新奥尔良，路易斯安那州(A) ;中国四川(B) ;美国马萨诸塞州，斯普林菲尔德(C)和海地太子港(D)。这些天气档案已经用于环境压力检验研究。编程环境室是为了模拟发生模拟条件下的温度和湿度——医学响应站、医疗器械和检验试剂所经历的天气条件。图1-11展示的是位于美国加州大学戴维斯校区的可控环境模拟器。图1-12展示了POC设备和试剂在模拟环境器中进行的温湿度压力测试。

5.环境压力影响研究证据

温度和湿度会影响POC设备的性能。表1-7总结了1990～2013年PubMed收录的POC检验环境压力检验研究。Louie等的研究表明:冻结血糖试纸会导致错误的低值结果的报告，但是解冻试纸能恢复试剂功能，而使用备选系统加热会升高检验结果。在动态热应力实验中，研究者模拟了卡特里娜飓风期间的天气条件，观察到血糖仪系统之间血糖测量偏差大小和方向不同，此外随着暴露时间的增加，对试剂试纸的损害呈现出不断累积且不可逆的影响(图1-13)。

短期暴露于异常温度(如42℃)和湿度(83%)也会对血糖仪性能产生严重影响。暴露在上述温度25分钟后，血糖测量偏差高达1.83mmol/L或30.1%(1.83/6.07)(图1-14)。17个案例中观察到偏差为1.39mmol/L或更高，占实验数据的21.2%(17/80)。另外，实验表明环境压力影响了仪器和试纸的性能，而且对整个系统产生综合影响。

试剂中酶活性的变化会得到过高或过低的错误读数。高温环境中，过高的温度会通过降低反应活化能，增大基底(例如葡萄糖)和酶的碰撞频率，从而增强酶的活性，这样读数会偏高。另一方面，高温也可能使蛋白质变性而使酶失活，使血糖测量得到偏低的数值。

在寒冷环境中，冷温会影响酶的结构和性能，酶与底物的相互作用也会受到影响。随着温度降低，蛋白质表面的水分子顺序变得更整齐，从而与蛋白质的关联更少。低温还会导致实验介质黏度的变化而降低反应速度。温度每下降10℃，预计反应速率可能下降2～3倍。

除了温度和湿度，还需要考虑其他环境因素包括振动、冲击、高度和加速度等。研究高度效应必须调查大气压力、温度和湿度的综合变化。高海拔与低温相关，每增加2000m的高度，温度相应降低4℃。和温度类似，海拔增加2000m，大气压下降约6750Pa，而气压的下降会导致传热分子减少。在不同的环境压力下可能会发现设定的培养时间不再正确。

6.减少环境因素的影响

为保证POC设备的安全运行，医学响应站工作人员和患者需要知晓POC设备和检测试剂的存储和操作规程，并认识到当设备暴露于短期和长期压力状态下的性能改变以及错误的检测结果对决策过程的影响。危机发生后必须遵守良好的实验室管理规范，正确处理POC设备和检测试剂，从而保证可用的检测项目得到准确的结果。

在不利环境中进行POC检验处理与操作需要质量保证准则。该准则须说明用于严峻的实验条件下的检验质量控制程序，包括在检验执行地的检验频率。医学技术专家或POC协调员在管理设备和试剂时，须将外部质量评价方案(EQAS)考虑为质量管理和操作能力评估的一部分，以确保质量检验结果能够正确的用于患者治疗并减小误差。如果环境条件超出存储规范，那么无论是使用还是处置试剂，都需要相应的协议。为确定产品暴露的条件是否超出存储和操作规范，制造商可以在检验管瓶及其他包装中放入不可逆变色的温度感应标签，警告用户哪些是曾经暴露于操作规范规定范围以外的试剂。

为保证POC检验操作符合制造商规范和安全防护规定，在一些POC设备的设计中已经加入例如温度锁定功能及其他功能。为所有POC设备(包括用户系统)配备锁定功能至关重要，这样可以在条件超出操作规范的规定时，阻止操作人员使用该设备。一些POC设备，如血气分析仪还会因海拔变化需要测量大气压。

为保护检验试剂免受高湿度的影响，试剂试纸须使用铝箔包裹或包装后放入有干燥剂的管瓶内以保护试剂不受极端因素的影响，但即使这样仍存在许多不确定性。如果需要在低温条件下运行POC设备，则需要在检验期间进行温度调控，如加热样品和试剂试纸/暗盒(图1-15)。要解决热应力问题仍然是一个挑战，相关行业和学术界应该投资研发稳固的化学试剂，以及低成本的便携式防护型温控容器解决方案，以提高试剂的稳定性并保持其在高低温条件下的性能。技术开发人员正在研究一种颇令人感兴趣的非酶电化葡萄糖生物传感器，它能消除酶在运行或贮存过程因温度而影响其稳定性的担忧。

一些管理机构，例如我国的FDA、美国FDA、欧洲药品管理局EMA及其他组织(例如IFCC、CLSI、ISO)可能帮助研究用于医疗器械和检验试剂表征环境稳固性的准则和协议。产品标签应该标明，如果暴露于不利条件或在存储及适用范围外应该怎样处理仪器和试剂。

三、生物危害的风险和预防

美国每年大约报告200万例医院获得性感染案例，其中8.8万例导致死亡，相关费用投入为40亿美元。医院感染会增加患者发病率、死亡率、延长住院治疗时间以及增加治疗费用。

任何床边设备，包括血液污染过的血糖仪，都是传播感染源的潜在风险因素。实施国家调查是为了了解当前POC检验的生物危害控制的状态。实施该调查时，有34%的受调查机构没有为POC测试仪器规定消毒协议，而只规定了一般性的预防措施，66%的机构在其护理程序或者重叠感染防制政策中规定了消毒协议。通过POCT传播且最令人担心的病原体是乙型肝炎病毒和丙型肝炎病毒(表1-8)。令人担心的POC检验的生物危害控制主要包括:仪器污染、交叉感染、医院感染以及生物废弃物处置不当(表1-9)。

研究者通过对多个医疗中心的调查了解到，血糖仪引起的血液污染比较普遍，而且该污染的存在有部分原因是与使用血糖仪的操作员人数有关。由于不同的操作员使用同一仪器，使用仪器的操作员人数越多其污染风险就越大，这也许是因为每个操作员在执行传染控制政策时执行的严格程度不同而引起的。ICU内仪器的污染风险尤其严重，ICU中使用的设备污染风险是非ICU区域的两倍，ICU患者的医院获得性感染风险比率比一般内科楼的患者高出5～10倍。血糖仪试纸造成的仪器污染可能性为24.5%，仪器外(试纸插入血糖仪前)的污染可能性为17.8%。单独调查泰国社区医院和基层医疗单位的血糖仪发现，被调查的设备中有55.6%出现了血液污染。

血液的存在则意味着有暴露于感染原的潜在风险。在此情况下，患者和医院工作人员均暴露于该风险中，可能通过直接接触而暴露于污染物，或由医院工作人员携带污染物传染到其他患者及工作人员引起的间接感染。特别是某些POCT仪器如血糖仪，一个病房或诊所的患者都可能使用同一个仪器，那么传染的可能性就更大。有些血液可能存在细菌和病毒性病原体，如病毒性乙型肝炎在干燥血的环境下的传染性可以维持一周甚至更久，这么长的传染期部分原因可能是乙型肝炎患者血液中病毒滴度较高。据报道，被污染的医疗器械如手指针刺设备和血糖仪曾传播过乙型肝炎、丙型肝炎和疟疾。为保护患者安全，美国食品与药物管理局建议(www. fda. gov/)绝对不能使用别人已经使用过的手指针刺物;在血糖监测中使用一次性的、自动报废的手指针刺设备。只要有可能，每个患者单独使用POC设备，处理不同患者标本时须更换手套。2013年，CLSI出版了新的准则“POCT12-A3”，建议在手指针刺监测期间带到患者床边的检验用品，例如检验试纸，即使是没有使用，也不得再用于其他患者，以免因疏忽而造成污染。

仪器存放区可能是被忽略的高风险场所，平均有20%的血糖仪存放区受到污染，一些机构的存放区污染率甚至高达52.7%。存放区包括仪器存储箱和仪器数据传输配接站。不同医院的仪器存储箱地点不同，有些位于护士站、有些位于清洁杂物室、还有些位于污物杂用室。存放在清洁杂物室的已污染设备可能会污染医院的其他材料及设备，而在护士站存放污染仪器会增加工作人员产生污染的概率。解决措施是在每个医院单位内指定单独的POC检验工作站并划分出清洁区域。

Orsi的研究图解释了怎样实施监督和传染病控制协议才能减小ICU内医院获得性感染比率。可以采取类似方法对医院血糖仪及其他POCT设备实行定义明确的感染控制计划，以减小污染设备感染原传播的风险。此外，有科学家证实了对医疗保健工作人员进行教育的重要性，如培训课程对医学ICU中心静脉导管血液感染发生率减少的影响。遵守感染控制协议对减小医院内ICU及其他区域的感染风险至关重要。