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Seuil de décision et limite de détection : estimation, interprétation et optimisation. 1^re partie : les principes de base

Decision threshold and detection limit: estimation, interpretation and optimization. 1st part: basic principles

¹ CEA, Institut National des Sciences et Techniques nucléaires, Centre de Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex, France
² CEA, Laboratoires d’analyse bio-médicale LABM Centre de Cadarache, 13115 Saint-Paul Lez Durance, France
³ Société Automatisme et Mesures, Parc d’activité de Vausbesnard, 91410 Dourdan, France

Reçu : 7 Janvier 2010
Accepté : 2 Avril 2010

Résumé

La mise en œuvre des concepts de seuil de décision et de limite de détection pose souvent des problèmes aux métrologues des laboratoires d’analyse de biologie médicale chargés de la surveillance des salariés exposés aux rayonnements ionisants. Les problèmes mis en avant sont souvent relatifs au choix à faire entre diverses formules, dont les résultats numériques présentent cependant rarement des différences significatives. Les raisons plus profondes des difficultés rencontrées sont en fait d’une part la signification et l’interprétation de ces tests statistiques, et d’autre part les valeurs utilisées dans ces formules parmi lesquelles l’estimation du bruit de fond reste la grandeur essentielle et la plus délicate à définir. L’objectif de ce premier article est de revenir dans un premier temps sur les fondements des concepts de seuil de décision et de limite de détection, en distinguant d’une part la méthode de détermination du seuil de décision basé sur un risque d’erreur a priori de première espèce, d’autre part l’interprétation du résultat après mesure de l’échantillon. Nous exposerons ensuite quelques exemples d’optimisation de ces seuils et limites en spectrométrie gamma, où nous verrons que tout repose sur la recherche de la meilleure estimation possible du bruit de fond qui nécessite bien plus une maitrise de la mesure que des outils de statistique. Un second article, mettant en œuvre les principes exposés ici, sera plus particulièrement consacré à la démarche d’optimisation des seuils de décision en spectrométrie alpha pour les dosages d’uranium dans les urines.

Abstract

The use of decision threshold and detection limit concepts often poses many problems for metrologists in biological analysis laboratories in charge of the management of nuclear plant workers. These problems are frequently related to the understanding of a normalized formula or to the possible choice between several formulas whose numerical results are exceptionally significantly different. The true problems are in fact firstly the significance and the interpretation of these statistical tests, and secondly the numerical values used in these tests. Among those, the background estimate remains the essential and the most delicate value to define. The aim of this first article is to go back to the initial bases of the concepts of the decision threshold and detection limit. In the first step, a distinction will be made between the methods of decision threshold determination based upon definition of a priori first species error risks (i.e. before sample measurement) and the a posteriori interpretation of the sample measurement result. In the second step, some examples of decision threshold and detection limit optimization in gamma spectrometry will be described. These examples will show that the essential parameter is the optimization of the estimation of background values, which requires the control of measurement rather than the management of statistical tools.