體外診斷設(shè)備使用期限影響因素及評(píng)價(jià)探討

【作 者】牟鵬濤，張克，蔣碩

山東省醫(yī)療器械產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)中心 醫(yī)用電器室，濟(jì)南市，250101

0 引言

醫(yī)療器械是一種與人身健康安全直接相關(guān)的高風(fēng)險(xiǎn)特殊產(chǎn)品，在我國實(shí)行注冊(cè)管理制度，根據(jù)國家藥品監(jiān)督管理部門的有關(guān)文件規(guī)定，有源醫(yī)療器械在產(chǎn)品注冊(cè)申報(bào)時(shí)應(yīng)當(dāng)說明產(chǎn)品的有效期或使用次數(shù)并提供相關(guān)的驗(yàn)證報(bào)告。如何科學(xué)評(píng)價(jià)和制定產(chǎn)品的使用期限，既保證有效期內(nèi)產(chǎn)品安全、有效，又盡最大可能地使用產(chǎn)品、提高利用率，是擺在生產(chǎn)者面前的一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題。作為一類臨床上常用的醫(yī)療器械，體外診斷設(shè)備通常用于測(cè)定各種人體生化指標(biāo)，它結(jié)構(gòu)組成較為復(fù)雜，十分具有代表性，我們以一種體外診斷設(shè)備為例，就其使用期限影響因素及評(píng)價(jià)進(jìn)行探討。

1 體外診斷設(shè)備構(gòu)成

體外診斷設(shè)備通常用于對(duì)人體樣本（如血液、體液、組織等）進(jìn)行檢測(cè)而獲取臨床診斷信息，進(jìn)而判斷疾病或機(jī)體功能。許多全自動(dòng)化體外診斷設(shè)備完全模仿并代替了手工操作，不僅提高了工作效率，而且減少了測(cè)試誤差，提高了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確度與精密度。典型的體外診斷設(shè)備系統(tǒng)構(gòu)成，在結(jié)構(gòu)上通常由光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、液路系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)等組成?？梢钥闯?，體外診斷設(shè)備在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上是一個(gè)較為復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及到機(jī)械、光電、微電子、通信等多領(lǐng)域，這也必然導(dǎo)致分析相關(guān)設(shè)備使用期限的復(fù)雜性。

2 使用期限主要影響因素和評(píng)價(jià)方式與路徑分析[1]

2.1 主要影響因素

確定有源醫(yī)療器械的使用期限主要考慮以下幾個(gè)方面的影響因素：關(guān)鍵部件的壽命、使用頻率和強(qiáng)度、運(yùn)輸存儲(chǔ)及使用環(huán)境、清洗消毒滅菌影響、部件維護(hù)維修情況、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及商業(yè)因素等，下面對(duì)體外診斷設(shè)備使用期限的影響因素進(jìn)行分析。

（1）關(guān)鍵部件

對(duì)于體外診斷設(shè)備而言，通過表1對(duì)典型產(chǎn)品的分析，明確了其基本結(jié)構(gòu)和功能模塊。按照功能模塊主要包括進(jìn)樣模塊、控制模塊、檢測(cè)模塊和數(shù)據(jù)處理模塊等；按照結(jié)構(gòu)分析主要包括機(jī)械部分、光學(xué)部分、電路部分、軟件等。確定主要部件的使用期限可采用加速老化、疲勞試驗(yàn)、仿真建模等方式，不同結(jié)構(gòu)可采用的評(píng)價(jià)方法，如表1所示。在評(píng)估關(guān)鍵部件時(shí)，除了考慮關(guān)鍵部件的安全有效性能隨時(shí)間的退化，還要考慮這些部件之間是否存在著相互作用，從而導(dǎo)致部件的預(yù)期安全有效性能退化，另外還要考慮生產(chǎn)、制造過程對(duì)部件壽命的影響。

表1 不同結(jié)構(gòu)的使用期限評(píng)價(jià)方法Tab.1 Evaluation method for service life of different structures

（2）使用頻率和強(qiáng)度

在同等環(huán)境條件下，使用頻率和強(qiáng)度對(duì)設(shè)備壽命的影響是必然的，如引言所述，體外診斷設(shè)備在醫(yī)療機(jī)構(gòu)屬于常用設(shè)備，日均連續(xù)使用時(shí)間約在6 h以上，使用頻率高，這是影響儀器使用期限的關(guān)鍵因素。

（3）運(yùn)輸存儲(chǔ)及使用環(huán)境

體外診斷設(shè)備預(yù)期使用環(huán)境通常是在醫(yī)療機(jī)構(gòu)固定的化驗(yàn)室內(nèi)，環(huán)境溫濕度及氣壓等相對(duì)穩(wěn)定，考慮該類設(shè)備隨機(jī)文件中通常規(guī)定的運(yùn)輸、存儲(chǔ)和使用環(huán)境，其壽命受氣候環(huán)境和機(jī)械條件影響不大，通過風(fēng)險(xiǎn)分析后運(yùn)輸和存儲(chǔ)使用環(huán)境不會(huì)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生不利影響，因此運(yùn)輸存儲(chǔ)及使用環(huán)境可不作為體外診斷設(shè)備使用期限考慮的內(nèi)容。

（4）清洗消毒和滅菌體外診斷設(shè)備整機(jī)基本不涉及清洗消毒和滅菌，主要是對(duì)一些部件如采樣部件、反應(yīng)部件、清洗部件、攪拌部件等需進(jìn)行檢查和清洗，清洗方式通常比較簡單，不涉及腐蝕性材料和對(duì)儀器使用期限產(chǎn)生影響的方式，但是清洗頻次高，可能每測(cè)量一次需進(jìn)行一次清洗，因此需考慮清洗對(duì)使用期限的影響。

（5）維護(hù)維修情況

一般而言，醫(yī)用儀器設(shè)備通常由生產(chǎn)商指定的維修人員進(jìn)行維修，不允許使用者擅自拆裝、改裝產(chǎn)品或者客戶委托非本公司指定的維修人員維修、拆卸產(chǎn)品，可避免部件維護(hù)維修在人員方面存在的風(fēng)險(xiǎn)。

除上述影響因素外，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及商業(yè)原因等通常也是制造商制定使用期限會(huì)考慮的因素，此文不予分析考慮。

2.2 評(píng)價(jià)方式與路徑

評(píng)價(jià)方式主要有兩種，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析預(yù)先假定儀器的使用期限值，然后通過一種或多種方法進(jìn)行驗(yàn)證證明預(yù)先假定值是否合理，另一種是不預(yù)先設(shè)定期限值，通過一種或多種方法最終確定產(chǎn)品的使用期限。在評(píng)價(jià)路徑的選擇上，可以直接對(duì)儀器進(jìn)行驗(yàn)證，也可以通過將儀器分解為不同的子系統(tǒng)或部件的方式分別進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而最終確定儀器整體的使用期限。

3 一種生化分析儀使用期限評(píng)價(jià)方法介紹[2-4]

下面以某公司生產(chǎn)的一臺(tái)QC-100型全自動(dòng)生化分析儀為樣品，舉例介紹一種使用期限的評(píng)價(jià)方法。

（1）產(chǎn)品信息：全自動(dòng)生化分析儀，型號(hào)：QC-100。

（2）評(píng)價(jià)方式：預(yù)先設(shè)定產(chǎn)品使用期限值7年，通過驗(yàn)證證明預(yù)先設(shè)定值是否合理。

（3）評(píng)價(jià)路徑分析及選擇：生化分析儀產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，不同結(jié)構(gòu)宜采用不同的評(píng)價(jià)方法，因此選擇將產(chǎn)品分解為不同子系統(tǒng)/部件的方式進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（4）產(chǎn)品使用狀態(tài)和使用環(huán)境產(chǎn)品使用頻率一般每天連續(xù)工作時(shí)間不超過6個(gè)小時(shí)，使用環(huán)境較為穩(wěn)定，主要是醫(yī)療機(jī)構(gòu)化驗(yàn)檢驗(yàn)室，環(huán)境溫度范圍：22～27 ℃，相對(duì)濕度范圍：30%～60%，大氣壓力范圍：75～106 kPa。

（5）影響因素

關(guān)鍵部件：產(chǎn)品主要由機(jī)械結(jié)構(gòu)、光學(xué)系統(tǒng)、電路系統(tǒng)和嵌入式軟件組成；供電方式屬于交流220 V、50 Hz普通網(wǎng)電源供電，供電電源電壓變化對(duì)產(chǎn)品使用期限有較大影響。

使用頻率和強(qiáng)度：根據(jù)絕大多數(shù)醫(yī)療機(jī)構(gòu)的使用情況，生化分析儀每天的連續(xù)工作時(shí)間一般不超過6 h，則7年共工作15 330 h（6 h/d×365 d/年×7年）。

運(yùn)輸、貯存環(huán)境：溫度-20～35 ℃；相對(duì)濕度≤85%；大氣壓力70～106 kPa。產(chǎn)品生產(chǎn)與儲(chǔ)存主要發(fā)生在制造商的生產(chǎn)部門，環(huán)境控制等同于使用方，而運(yùn)輸?shù)沫h(huán)境范圍的極端條件，通過GB/T 14710—2009《醫(yī)用電器環(huán)境要求及試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)行符合性驗(yàn)證，確認(rèn)對(duì)產(chǎn)品無影響。綜上，通過風(fēng)險(xiǎn)分析后，運(yùn)輸、儲(chǔ)存及使用環(huán)境條件并不會(huì)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生不利影響，可不作為使用期限判定的重點(diǎn)內(nèi)容。

清洗/消毒/滅菌：隨機(jī)文件載明的清潔保養(yǎng)方式為每次使用后應(yīng)用微潮或干抹布擦拭以進(jìn)行表面清潔，不存在清潔劑對(duì)產(chǎn)品腐蝕、破壞的情況。儀器內(nèi)部的自動(dòng)清洗對(duì)使用期限產(chǎn)生的影響，可通過疲勞和加速試驗(yàn)進(jìn)行模擬。

維修維護(hù)：產(chǎn)品維修由生產(chǎn)商指定的維修人員進(jìn)行，不允許使用者擅自拆裝、改裝產(chǎn)品，或者客戶委托非本公司指定的維修人員維修、拆卸產(chǎn)品，可避免部件維護(hù)維修方面存在的風(fēng)險(xiǎn)。

商業(yè)因素：不予考慮。

（6）評(píng)價(jià)方案

首先，通過分析選擇，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行疲勞測(cè)試，對(duì)嵌入式軟件進(jìn)行模型分析，確認(rèn)滿足7年使用期限。對(duì)電路部分和光學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加速老化試驗(yàn)，在38 ℃的固定溫度、85%的固定濕度的環(huán)境條件，以及110%額定電源電壓供電的條件下進(jìn)行加速老化。該溫度、濕度、供電情況是在綜合考慮了產(chǎn)品可正常使用的極限環(huán)境、供電情況，可避免各部件產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損壞以及材料發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的物理轉(zhuǎn)化。

同時(shí)考慮溫度、濕度影響，選用Hallberg-Peck模型，其加速因子計(jì)算式（1）如下：

其中，

Af1——加速因子；

Lu——使用應(yīng)力下的壽命；

Lt——加速應(yīng)力下的壽命；

Tu——使用環(huán)境絕對(duì)溫度；

Tt——加速應(yīng)力下的絕對(duì)溫度；

Ea——激活能，單位eV，綜合考慮后，取0.68 eV；

k——Boltzmann常數(shù)，8.617×10-5eV/K；

RHu——使用條件下的相對(duì)濕度值；

RHt——加速條件下的相對(duì)濕度值；

m——濕度影響指數(shù)，選取為3.0。

結(jié)合前文的分析，使用環(huán)境取室溫23oC，即絕對(duì)溫度Tu取296 K，加速應(yīng)力下的溫度取38oC，即絕對(duì)溫度Tt取311 K，使用條件下的相對(duì)濕度值RHu取常值45%，加速條件下的相對(duì)濕度值RHt取設(shè)備最大允許值85%。將各參數(shù)取值代入式（1），計(jì)算得出加速因子Af1=24.38。

考慮電應(yīng)力加速效果，使用逆冪律模型，其加速因子計(jì)算式（2）如下：

其中，

Vt——加速試驗(yàn)電應(yīng)力（電壓、電流等）；

Vu——正常工作電應(yīng)力（電壓、電流等）；

β——電應(yīng)力加速率常數(shù)，通常在0.5到1.0之間，此處取1.0。

結(jié)合前文的說明，設(shè)備正常工作電應(yīng)力Vu為220 V；根據(jù)體外診斷設(shè)備電氣安全標(biāo)準(zhǔn)GB 4793.1—2007規(guī)定，設(shè)備至少能在電源電壓波動(dòng)+10%條件下使用是安全的，因此加速試驗(yàn)電應(yīng)力Vt取242 V（220 V+10%）。將參數(shù)取值代入式（2），計(jì)算得出電應(yīng)力加速因子Af2=1.1。

綜上分析，總加速因子取A f=A f1×A f2=2 4.3 8×1.1=2 6.8；6 h/d×3 6 5 d/年×1 年/2 6.8=3.4 d，即加速條件下每測(cè)試3.4 d相當(dāng)于正常條件下使用1年，則7年使用條件下使用期限對(duì)應(yīng)的加速應(yīng)力下的時(shí)間為23.8 d。

全自動(dòng)生化分析儀每經(jīng)模擬1年加速老化和疲勞試驗(yàn)后，對(duì)設(shè)備的關(guān)鍵指標(biāo)包括加樣準(zhǔn)確性、攜帶污染率、穩(wěn)定性、重復(fù)性、精密度進(jìn)行驗(yàn)證，確認(rèn)滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，經(jīng)模擬7年加速老化和疲勞試驗(yàn)后，各關(guān)鍵指標(biāo)仍符合要求，由此可判定該生化分析儀符合7年使用期限的要求。

4 討論和總結(jié)

體外診斷設(shè)備是一種非常具有代表性的常用的臨床醫(yī)療器械，結(jié)合其主要構(gòu)成，分析了使用期限的主要影響因素，并以某型號(hào)全自動(dòng)生化分析儀為例詳細(xì)介紹了一種加速老化的評(píng)價(jià)方法。對(duì)于大多數(shù)體外診斷設(shè)備而言，它們的主要結(jié)構(gòu)組成和臨床使用情況與生化分析儀基本一致，因此，我們介紹的內(nèi)容也可用于評(píng)價(jià)其它體外診斷設(shè)備使用期限。當(dāng)然，由于醫(yī)用設(shè)備產(chǎn)品使用期限的概念在我國提出僅有幾年的時(shí)間，相關(guān)研究評(píng)價(jià)工作仍處于初步階段，如何科學(xué)有效地認(rèn)知、制定醫(yī)療設(shè)備使用期限，監(jiān)管機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)還在不斷的摸索、總結(jié)，生產(chǎn)企業(yè)可以探索確定和修正產(chǎn)品使用期限的方法，根據(jù)自身產(chǎn)品的具體情況選擇其他適用方法對(duì)預(yù)期使用期限進(jìn)行評(píng)價(jià)。