醫(yī)用制氧機(jī)使用期限的驗(yàn)證和分析及建議

李娟，賴玉菡，瞿倩，張磊(通信作者)

四川省藥品檢驗(yàn)研究院(四川省醫(yī)療器械檢測(cè)中心) (四川成都 611731)

近年來，在針對(duì)醫(yī)用制氧機(jī)的國家級(jí)抽驗(yàn)、省級(jí)抽驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)其氧濃度基本滿足制造商公布的要求，但是針對(duì)在用制氧機(jī)的檢驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)其氧濃度不能滿足制造商公布的濃度要求。在注冊(cè)型式檢驗(yàn)中，針對(duì)絕大多數(shù)產(chǎn)品，均未對(duì)其壽命進(jìn)行測(cè)試，僅依賴于企業(yè)說明書的聲稱。醫(yī)用制氧機(jī)雖然不屬于高值醫(yī)療器械，但是其使用場合廣泛，且患者群體涉及面廣。當(dāng)產(chǎn)品存在質(zhì)量問題時(shí)，若在保修期內(nèi)，則有途徑對(duì)問題進(jìn)行解決；若已脫保，則往往維修困難；若產(chǎn)品持續(xù)工作，可靠性不足，性能指標(biāo)降低，則可能對(duì)患者造成傷害?；诖?，本研究對(duì)醫(yī)用制氧機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)及質(zhì)量分析，驗(yàn)證醫(yī)用制氧機(jī)在其聲稱使用期限內(nèi)關(guān)鍵性能參數(shù)的符合性，分析影響制氧機(jī)電氣安全、性能、功能的關(guān)鍵指標(biāo)，提出使用期限驗(yàn)證的基本方法與思路，通過分析驗(yàn)證結(jié)果，尋找影響制氧機(jī)使用期限的因素并給出改善建議供制造商參考，為有關(guān)單位的下一步抽驗(yàn)工作提供指導(dǎo)依據(jù)，為監(jiān)管者提供監(jiān)管依據(jù)。

1 試驗(yàn)方法及過程

醫(yī)用制氧機(jī)主要由電子元器件組成，不同的電子元器件或組件有相應(yīng)的使用期限，部分關(guān)鍵元器件會(huì)隨時(shí)間產(chǎn)生累積的老化、磨損情況，而隨著制氧機(jī)的持續(xù)老化和磨損，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備效率下降，安全防護(hù)系統(tǒng)失效。

1.1 試驗(yàn)方法

本研究方案參考GB/T 34986-2017《產(chǎn)品加速試驗(yàn)方法》及相關(guān)文獻(xiàn)[1-3]，采用高加速應(yīng)力試驗(yàn)(highly accelerated stress test，HAST)，即為了縮短產(chǎn)品的試驗(yàn)時(shí)間而顯著地增大施加在產(chǎn)品上的應(yīng)力量值的試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)過程

選取試驗(yàn)樣品(醫(yī)用制氧機(jī)均取得注冊(cè)證)，通過整機(jī)壽命加速試驗(yàn)分析驗(yàn)證的方法評(píng)價(jià)驗(yàn)證試驗(yàn)樣品是否滿足產(chǎn)品銘牌標(biāo)識(shí)的使用期限(標(biāo)識(shí)5年)，為了方便同期對(duì)比，試驗(yàn)根據(jù)產(chǎn)品銘牌的壽命(或典型認(rèn)可)——5年進(jìn)行分析計(jì)算。

1.2.1壽命5年的分析計(jì)算過程

試驗(yàn)樣品均為上市醫(yī)療器械，銘牌上均未標(biāo)識(shí)運(yùn)行模式，按GB 9706.1-2007《醫(yī)用電氣設(shè)備 第1部分：安全通用要求》6.1m)運(yùn)行模式的要求，若無標(biāo)記，則認(rèn)為設(shè)備是連續(xù)運(yùn)行；且小型醫(yī)用制氧機(jī)使用場合多為門診(非住院部，晚上不工作)，按設(shè)備連續(xù)運(yùn)行的模式，每天連續(xù)工作8 h，以一年250個(gè)工作日為工作時(shí)間作為計(jì)算依據(jù)，則壽命周期內(nèi)的總工作時(shí)間為8×250×5=10 000 h，考慮到極限使用方式及使用頻率的差異，取1.2倍裕量因子，則總試驗(yàn)時(shí)間為10 000×1.2=12 000 h。

1.2.2加速應(yīng)力確定

整機(jī)加速壽命試驗(yàn)重點(diǎn)驗(yàn)證系統(tǒng)集成后整機(jī)的壽命，此部分驗(yàn)證對(duì)象均為電子電器類的部件，壽命周期內(nèi)經(jīng)歷的環(huán)境應(yīng)力主要為高溫及高濕導(dǎo)致的老化失效。根據(jù)使用說明書宣稱及GB 9706.1-2007中4.5的規(guī)定，醫(yī)用制氧機(jī)的正常工作溫度取23 ℃，濕度取60%RH，該設(shè)備使用的電子元器件中商業(yè)元器件的工作溫度范圍為0～+70 ℃，工業(yè)級(jí)元器件的工作溫度范圍為-40～+85 ℃。綜合考慮元器件可維持正常工作的溫、濕度范圍，本次加速壽命試驗(yàn)應(yīng)力選取60 ℃、80%RH的高溫、高濕組合應(yīng)力。

1.2.3加速因子計(jì)算

高溫、高濕加速服從Hallberg-Peck模型(在阿倫尼斯模型基礎(chǔ)上增加濕度應(yīng)力的影響)，加速因子計(jì)算如下：

其中，Tuse為正常條件下的溫度(K)，Tuse=23+273(K)；Tstress為應(yīng)力條件下的溫度(K)，Tstress=60+273(K)；RHuse為正常條件下的濕度(%RH)，RHuse=60%；RHstress為應(yīng)力條件下的濕度(%RH)，RHstress=80%；Ea為激活能，Ea=0.6 eV；m為濕度影響指數(shù)，m=2；KB為波爾茲曼常數(shù)，KB=8.6173×10-5eV/K。

將上述值代入模型中，即可求出加速因子約為24.26。

1.2.4整機(jī)加速試驗(yàn)時(shí)間計(jì)算

整機(jī)加速試驗(yàn)時(shí)間為總試驗(yàn)時(shí)間/加速因子，即12 000 h/24.26≈495 h(整機(jī)加速試驗(yàn)分為5個(gè)周期進(jìn)行，每個(gè)周期的加速試驗(yàn)時(shí)間為495 h/5=99 h)

1.2.5試驗(yàn)樣品數(shù)量統(tǒng)計(jì)

由于存在抽樣風(fēng)險(xiǎn)，因此，為使試驗(yàn)結(jié)果具有統(tǒng)計(jì)意義，選取5臺(tái)已上市醫(yī)用制氧機(jī)進(jìn)行整機(jī)測(cè)試。

1.2.6試驗(yàn)樣品工作狀態(tài)分析

在加速試驗(yàn)過程中，醫(yī)用制氧機(jī)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，在測(cè)試程序的控制下，模擬正常工作過程周期性循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.2.7接受準(zhǔn)則

基本電氣安全(依據(jù)GB 9706.1-2007)應(yīng)符合GB 9706.1-2007中條款7.1、15b)、19的要求。

基本性能(依據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求規(guī)定及實(shí)際使用需求)，醫(yī)用制氧機(jī)：氧濃度≥90%；試驗(yàn)過程中設(shè)備各部分應(yīng)正常工作(判斷設(shè)備各個(gè)控制部件功能是否完好，顯示屏顯示內(nèi)容是否正常，是否影響正常操作功能，按鈕操作是否準(zhǔn)確，能否通過正常操作完成功能)。

在每個(gè)加速試驗(yàn)周期完成后，應(yīng)對(duì)基本性能進(jìn)行功能驗(yàn)證。

在進(jìn)行整機(jī)加速壽命試驗(yàn)前應(yīng)按照上述接受準(zhǔn)則進(jìn)行驗(yàn)證，符合準(zhǔn)則要求后，再按照加速試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn)。

2 結(jié)果

整機(jī)加速壽命試驗(yàn)前、中、后的測(cè)試結(jié)果見表1～3。(1)試驗(yàn)中：在第1輪試驗(yàn)后，有1臺(tái)樣品氧濃度低于80%，隨后每一輪試驗(yàn)后逐漸降低(第5輪試驗(yàn)后低于30%)，其他功能和安全性均滿足要求，該樣品不滿足1年的使用期限；另外1臺(tái)樣品在第3輪試驗(yàn)后氧濃度低于30%，其他功能和安全性均滿足要求，該樣品滿足2年的使用期限，不滿足整機(jī)5年使用期限。(2)試驗(yàn)后：有3臺(tái)樣品功能、性能、安全性均滿足要求，符合整機(jī)5年的使用期限。

表1 整機(jī)加速壽命試驗(yàn)前的測(cè)試結(jié)果

表2 整機(jī)加速壽命試驗(yàn)中的測(cè)試結(jié)果

續(xù)表2

續(xù)表2

表3 整機(jī)加速壽命試驗(yàn)后的測(cè)試結(jié)果

3 分析

通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，總結(jié)如下。(1)可能影響醫(yī)用制氧機(jī)使用期限的因素有與氧氣濃度有關(guān)的關(guān)鍵元器件本身的使用期限；設(shè)計(jì)過程中的防護(hù)措施，如軟件檢測(cè)工作環(huán)境；上市后產(chǎn)品缺乏后期的監(jiān)管和維護(hù)，不能保持產(chǎn)品的持續(xù)有效。(2)大部分醫(yī)用制氧機(jī)是Ⅱ類結(jié)構(gòu)+塑料外殼，根據(jù)安規(guī)測(cè)試項(xiàng)目分析，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)基本可以保證基本安全；由試驗(yàn)結(jié)果可知，安全指標(biāo)在經(jīng)過幾個(gè)階段的試驗(yàn)后并沒有明顯的降低，故現(xiàn)有產(chǎn)品設(shè)計(jì)都能滿足聲稱使用期限內(nèi)安規(guī)指標(biāo)的要求。(3)5臺(tái)樣品中1臺(tái)有設(shè)計(jì)報(bào)警功能，當(dāng)溫度過高時(shí)，報(bào)警啟動(dòng)，設(shè)備停止工作，進(jìn)入待機(jī)模式，當(dāng)溫度恢復(fù)后測(cè)試氧濃度滿足要求。(4)氧濃度低于30%的2臺(tái)樣品，其中1臺(tái)在第1輪試驗(yàn)后性能下降[氧濃度正常值為(93±3)%]，且隨著每一輪試驗(yàn)氧濃度逐步下降(圖1)，該樣品在第1輪試驗(yàn)后性能指標(biāo)異常，說明該產(chǎn)品不滿足1年使用期限，由于電子產(chǎn)品大概率會(huì)在第1年內(nèi)出故障，如第1年正常則使用期限內(nèi)都能正常使用，此類1年內(nèi)故障的情況經(jīng)老化試驗(yàn)應(yīng)能夠檢測(cè)出來，故合理懷疑可能是產(chǎn)品出廠前老化試驗(yàn)未做到位或者老化方案待改善；另外1臺(tái)在第3輪試驗(yàn)后氧濃度直接下降至28%(圖2)，該產(chǎn)品滿足2年預(yù)期使用，此種情況合理懷疑是虛標(biāo)高了使用期限，建議優(yōu)化設(shè)計(jì)提升使用年限。

圖1 樣品1每輪試驗(yàn)后的氧濃度

圖2 樣品5每輪試驗(yàn)后的氧濃度

4 建議

(1)通常情況下，醫(yī)用制氧機(jī)的使用期限應(yīng)通過參考同類產(chǎn)品、預(yù)估產(chǎn)品更新等方法制定，或以其采購的元器件產(chǎn)品的壽命來確定總裝產(chǎn)品的壽命，隨機(jī)文件不能無依據(jù)隨機(jī)標(biāo)稱醫(yī)療設(shè)備的使用期限，切勿未經(jīng)驗(yàn)證直接參考其他廠家隨意標(biāo)識(shí)。(2)醫(yī)用制氧機(jī)氧濃度有所下降，而電氣安全指標(biāo)未受影響，此種情況不會(huì)造成電氣安全風(fēng)險(xiǎn)，但在某些對(duì)氧濃度要求很高的場所尤其應(yīng)杜絕此種情況；由于氧濃度是醫(yī)用制氧機(jī)的重要臨床指標(biāo)，不滿足宣稱的濃度可能會(huì)影響臨床效果，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致不可接受的風(fēng)險(xiǎn)，因此，對(duì)于制造商而言，建議在隨機(jī)文件內(nèi)規(guī)定定期維護(hù)、保養(yǎng)和檢查的方法和措施，以便不定期檢測(cè)當(dāng)前氧濃度是否符合使用要求。(3)在進(jìn)行內(nèi)部研發(fā)時(shí)，制造商應(yīng)特別關(guān)注對(duì)關(guān)鍵性能有影響的重要元器件，在項(xiàng)目需求階段應(yīng)制定預(yù)期使用期限，選擇滿足要求的元器件，或者從軟件設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)對(duì)重要元器件的防護(hù)(如軟件設(shè)置報(bào)警等措施)，從設(shè)計(jì)源頭上解決問題。(4)對(duì)于故障和不滿足要求的設(shè)備，需要重點(diǎn)關(guān)注并維護(hù)與性能指標(biāo)相關(guān)的元器件，需要對(duì)主要元器件或部件進(jìn)行研究，建議通過定期維護(hù)、定期更換相關(guān)元器件來維持醫(yī)療設(shè)備的預(yù)期使用期限；若受條件限制不可更換，則應(yīng)在說明書及風(fēng)險(xiǎn)管理文檔中說明此類部件的購買及更換方法。(5)當(dāng)外部有類似事件時(shí)(如美國FDA官網(wǎng)產(chǎn)品召回)，或者質(zhì)量控制或售后反饋有異常時(shí)，首先自查產(chǎn)品，查找、分析原因，采用多樣品驗(yàn)證是屬于個(gè)別情況還是大概率事件，納入質(zhì)量監(jiān)督計(jì)劃，分析原因后再次驗(yàn)證，找到解決方案，穩(wěn)步提升產(chǎn)品質(zhì)量。(6)針對(duì)使用方，建議制定控制計(jì)劃，保證氧濃度，如縮短檢定的周期或購買氧濃度計(jì)不定期抽查氧濃度。(7)針對(duì)制造商，需要考慮整機(jī)驗(yàn)證的局限性，從更多方面(如失效模式與影響分析、過程失效模式與影響分析、設(shè)計(jì)失效模式與影響分析等)進(jìn)行分析，從源頭上保證產(chǎn)品的質(zhì)量，且售后可定期做回訪，收集使用方反饋信息并進(jìn)行分析，持續(xù)改進(jìn)。(8)醫(yī)用制氧機(jī)除了滿足聲稱使用期限的要求，因其為注冊(cè)醫(yī)療器械產(chǎn)品，同時(shí)也需滿足相應(yīng)的醫(yī)療器械標(biāo)準(zhǔn)要求，本次試驗(yàn)樣品中有1臺(tái)設(shè)備為Class Ⅰ，有3臺(tái)設(shè)備為B型應(yīng)用部分，不符合IEC/EN 60601-1-11家用醫(yī)療設(shè)備要求，即不能為Class Ⅰ且應(yīng)用部分需要為F型應(yīng)用部分，結(jié)構(gòu)滿足防水IP22及以上要求，故針對(duì)家用型醫(yī)用制氧機(jī)的設(shè)計(jì)同時(shí)需要考慮以上3個(gè)要求；GB 9706.1-2007要求電源線53 RVV及以上(該要求適用于任何醫(yī)療器械)，試驗(yàn)樣品中個(gè)別設(shè)備電源線為家用型電源線(52 RVV)，不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，而使用低于醫(yī)療絕緣要求的電源線可能影響產(chǎn)品使用期限內(nèi)的基本安全。

在當(dāng)今全球新型冠狀病毒肺炎疫情的嚴(yán)峻局勢(shì)下，醫(yī)用制氧機(jī)的出口需求巨大，建議制造商在設(shè)計(jì)階段納入現(xiàn)有適用的國際標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)滿足國內(nèi)及國際標(biāo)準(zhǔn)要求的高質(zhì)量制氧機(jī)，保證制氧機(jī)在其使用期限內(nèi)滿足電氣安全、性能指標(biāo)均符合要求。