医疗设备设计。基本的、逐步的指南

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瑟里尼德-乔希(Shrinidh Joshi), 医疗器械专家 Kolabtree网站提供了关于医疗设备设计、设计控制、验证和确认、监管要求和风险管理的全面指南。   

在上一篇文章中,我们看了一下从构思到发现阶段的医疗设备开发过程的概况。在这篇文章中,我们将更多地关注医疗设备设计、设计控制和合规性。

医疗设备设计。IEC和ISO法规和合规性

现在你知道,为了进入市场,你的医疗设备需要符合某些监管要求和标准。国际电工委员会(IEC)或国际标准化组织(ISO)等医疗设备标准允许医疗设备制造商、设计者、实验室和所有其他医疗设备开发服务提供商(如CDMO)按照一定的质量和可用性标准检查、评估和维护其设备和器材。

(IEC在1970年发布了第一个同类医疗器械标准。 IEC 60601-1.IEC 60601-1,医用电气设备-第1部分:这是国际公认的标准,涉及医用电气设备和装置的一般要求,包括基本安全和基本性能的标准。 [4].

IEC 60601-1文件一直在定期修订,以便与医疗设备领域的最新医疗发展和技术突破保持一致。最近的一次修改是在2012年(IEC60601-1的第1号修正案)。该修订标准包含了对人的因素的考虑、医疗设备的基本性能评估、可用性和指令的要求。它还包括作为医疗设备的软件,并规定其采用正式的开发生命周期。修订后的IEC60601-1的范围还包括更新和修订的危险(包括电气和机械)的技术规范、医疗设备的标签要求(包括新的标签标准)和文件。

医疗设备设计。ISO标准

国际标准化组织也有关于医疗设备标准的规范。 ISO 13485 ISO 14971 是全世界广泛使用的医疗设备质量管理标准。除这些国际标准外,某些标准是针对特定地区的,所有这些标准都是在国际标准的基础上进行了少量修改和限制。

如果一家医疗器械公司在美国生产或销售医疗器械,那么该医疗器械将受到美国食品和药物管理局的监管。美国国家标准协会(ANSI)是ISO标准在美国的代表。

还有两个类似的组织:医疗仪器促进协会(AAMI)和美国质量协会(ASQ),为美国定义标准。

如果医疗设备公司在设计设备时考虑了ISO标准,那么FDA也有可能不批准该设备。因为FDA有自己的一套来自国际和地区标准的风险管理程序,其中包括。

(国际标准。)

就质量管理标准而言,它并不遵循ISO 13485标准的国际或地区版本。这是因为FDA对美国市场的医疗设备的质量管理有不同的指导。

而如果医疗器械公司考虑的是欧盟,欧洲标准化委员会(CEN)是采用ISO的标准化,欧洲电工标准化委员会(CENELEC)是受IEC启发的区域标准。

CEN是一个有点修改,根据ISO的要求,写一个 "EN "前缀。例如。

国家成员采用欧盟的这些标准,同时加上他们的前缀。就瑞士而言,瑞士标准协会发布的标准以 "SN "作为前缀,如SN EN ISO 13485:2012和SN EN ISO 14971:2012。

就加拿大而言,加拿大标准局(CSA)是ISO的代表组织。

医疗器械法规和设计控制 

医疗设备制造商需要遵循设计控制准则,因为像FDA、欧盟委员会、加拿大卫生部等监管机构希望在制造商开始销售设备之前确保医疗设备对潜在用户是安全的。正如我在上节提到的,FDA不遵循ISO 13485,因为它对质量管理有不同的要求。设计控制的定义如下 FDA 21 CFR 820.30 这与ISO 13485指南中描述的第7.3节设计和开发的意图相似。此外,FDA将现行的《药品生产质量管理规范》(cGMP)要求纳入质量体系条例,以遵循医疗设备设计的良好质量规范。 [6].

该法规提供了一个框架,以实现对各种设备的设计控制。该框架为法规遵从以及内部设计和开发过程提供了灵活性。

为了成功实施医疗设备的设计控制,需要具有技术和非技术背景的专业人员,如工商管理、生命科学、工程、计算机科学和艺术。

图1: 整个产品生命周期。科学周期和监管周期(改编自 [7]).

值得注意的是,从创新到监管部门批准和商业化的医疗设备生命周期是一系列相互关联的步骤,推动了设备的发展(见图1:产品总周期)。在开始的时候,由你的工程师设计的原型要进行台架测试,以优化设计,测试你的设备的生物相容性、可提取物、可浸出物、灵活性或整体强度。贵公司监管顾问的作用是浏览监管数据库,向您建议指导性文件,以帮助您确定您的产品是否会被作为医疗设备进行监管。你的医疗设备的预期用途及其操作或行动方式将指导你的设备设计,也将决定你的监管途径,无论是510(k)、PMA、De Novo、Pre-sub、IDE、HDE、主文件等。 

如图1所示,在整个产品生命周期中,科学和监管过程都是相互交织的。正如科学生命周期的不同部分是相互联系的,科学和监管要求也是相互交织的,每个部分都为另一个部分提供信息和决定。在FDA和制造商中都有机会建立联系,因此生命周期的各个部分不会有只被孤立考虑的风险。例如,在没有考虑类似产品的上市后经验的情况下审查上市前申请的情况并不少见。

图2: 医疗设备设计控制的水流设计过程(改编自 [8]).

设计控制开始的最初阶段是设计输入开发和批准,它包括设备设计和生产阶段要进行的制造过程。设计控制是一个整体的方法,并不以将设计转移到生产阶段而结束,一旦设计被确定下来。它还会根据设计阶段的变化甚至是生产后的反馈来影响制造过程。它是一个持续的过程,开发一个对用户来说可用的产品,因此对于增强的产品,它考虑了来自使用模式的革命性变化,以及对失败产品的分析。你可以在图2中看到,设计控制如何在瀑布式设计过程中进行。

  1. 用户需求:- 考虑到市场需求,需求被定义,设备被设计来满足该需求。经过一系列的演变,医疗设备的设计被最终确定,并转移到生产中进行制造。在这个过程的每一步中都需要反馈。
  2. 设计输入。 这是一个迭代的过程。当一个组织决定要解决特定的需求时,他们会审查和测试从需求中得到的设计输入的可接受性。这时,将需求转化为设备设计的迭代过程开始了。
  3. 设计过程。 这些设计输入通过将这些需求转换为高层次的规范(即设计输出)而转化为设计输出。
  4. 设计输出。 验证过程确认了规格是否满足要求。而输出则成为修改需求的输入,这个过程一直持续到设计输出与设计输入相一致。
  5. 医疗设备。 一旦最终设计完成,它将被传送到生产设施进行大规模生产。设计控制条例规定了设计历史文件(DHF),它说明了所有设计控制之间的联系和关系,并有助于追踪整个产品开发过程中的所有变化。

医疗设备公司可以采取基于纸张或基于软件的方法,特别是为设计控制而开发的方法;设计历史文件必须是可追溯的,并且所有团队成员都可以访问。

下面的流程图显示了一个医疗设备设计控制的案例研究。

医疗器械设计。为什么可追溯性很重要 

目前,在医疗设备行业领域,开发一个可追溯性矩阵是一个理想的做法,它可以说明用户需求、设计输入和输出、设计验证和确认之间的联系和关系。当你处于设备开发的早期阶段时,你可以使用电子表格或文件版本来维护设备的可追溯性,但当你向前推进时,最好使用基于云的项目管理和文件共享平台,如Microsoft Teams, Asana, Trello或任何适合你的组织的平台。目标是随着项目的进展,你需要找到一个可以节省时间的选项,因为老式的维护可追溯性矩阵的方法可能会消耗你大量的时间,而你应该把精力放在设计验证和确认上。

设计控制的可追溯性矩阵对于产品开发团队,特别是对于项目经理来说是至关重要的,因为可追溯性显示了所有设计控制之间的关系和联系。用户需求与设计输入的关系如何?设计输出与设计输入的关系是怎样的?设计验证如何与设计输入和设计输出相联系?设计验证如何与用户需求相关联?可追溯性矩阵是一个非常有价值的工具,它显示了一个高层次的观点和医疗设备产品开发从开始到结束的流程。

最佳实践的产品开发者依赖设计控制的可追溯性已经很多很多年了。而现在 ISO 13485:2016 也使可追溯性成为一项要求。正如ISO 13485:2016所引用的,7.1产品实现的规划,1.c)所要求的验证、确认、监测、测量、检查和测试、处理、储存、分配和产品特有的可追溯性活动,以及产品验收的标准;以及7.3.2设计和开发规划,1.e)确保设计和开发产出与设计和开发输入的可追溯性的方法 [9].

医疗设备设计。核查和验证

每个医疗设备都必须满足功能、可用性和可靠性的目标,才能在市场上成功占有一席之地。 

此外,你的利益相关者(病人、处方者、监管者或最终用户)也会关注你的设备的安全性和有效性。你的设备很可能是为了解决未被满足的需求而设计的,这种需求可能对生命至关重要,例如呼吸机或可以检测心脏疾病的诊断设备。因此,对你的设备进行反复的测试,并进行验证和确认是至关重要的。设计过程中的这两个步骤旨在确认你的医疗设备与用户的要求相一致,并按照其预期用途进行操作。简单地说,设计验证和确认可以确保你的设备确实在做它应该做的事情。设计核查和验证也是为了确保医疗设备的监管要求、标准、产品质量和制造工艺。设计验证可以评估你的设计输出是否符合设计输入中规定的要求、规格或监管要求。另一方面,设计验证是为了评估您的医疗设备是否能根据最终用户的需要提供效益。

设计 核查 问道。"我们设计的设备对吗?"

设计 验证 问道。"我们是否设计了正确的设备?"

医疗设备可能由不同的技术形状、尺寸和不同的复杂程度组成。验证和确认(V&V)活动是由监管环境驱动的,必须遵循国际标准。标准化的V&V活动可以简化生产过程,并加强审批过程。此外,自动测试、诊断技术和数据收集工具可以加强V&V过程。 [10].

  • 产品验证与过程验证
  • 医疗设备设计/产品验证:--符合用户和病人的需求,即设备是否正常工作?
  • 过程验证:- 制造过程符合预定的规格。

值得记住的是设计/产品验证≠工艺验证。监管机构对设计/产品验证和工艺验证都有单独的要求,所以在提交监管材料时,这两个方面都需要同样考虑。

在开发过程中,我们应该多早考虑验证问题?一家医疗器械公司应该明白,开始验证工作永远不会太早,一家公司应该尽早开始验证,以弄清它是否走在正确的道路上,解决了正确的问题。

验证(也是V&V)是一个反复的过程,如果计划不周,会消耗大量的投资。一个明确的测试策略可以帮助你优化成本和测试时间,使产品按时进入市场。

任何测试策略的复杂性都取决于要使用的技术和地理目标市场。测试策略应至少涵盖以下六个参数。

  • 目标地理区域和相关标准。
  • 进入市场的时间。
  • 要遵循的标准是一个版本。
  • 测试实验室 - 内部或独立实验室。
  • 定义测试的顺序。
  • 提出测试结果

因此,用于验证和确认过程的测试也需要被验证。这是为了确保你测量你需要测量的东西,因为一个错误的测试将提供错误的可用性和功能输出。医疗设备公司需要一个有效的、有据可查的V&V,它符合相关法规。

医疗器械设计。风险管理

风险迁移战略与风险管理计划

医疗器械的风险管理程序是根据国际公认的合规标准执行的 ISO 14971:2007 医疗设备 - "风险管理在医疗设备中的应用".除此之外,风险管理政策需要被纳入医疗设备设计和开发的所有阶段,并且还应该与设计控制方面相关。 [10].

风险管理永远不会结束(至少在理论上!)。风险管理的理念是,它不应该是关于一套硬性的规则。风险管理和风险迁移战略是关于理解风险管理的意图,并以逻辑和系统的方式对待这一过程。换句话说。 不要只是遵循规则......要思考!

考虑到医疗设备设计的复杂性,有重点的风险管理实践有助于确保可用性、安全性和法规的遵守。它是一个识别、控制和预防可能对用户造成危害的故障的过程。它还规定要识别相关的风险。

图3显示了风险管理过程中涉及的所有步骤。该过程从识别危险开始,然后根据危险的后果及其风险的可能性来衡量相关风险。

图3: 医疗器械的风险管理过程(改编自 [11]).

如果在医疗设备的风险管理过程中发现的风险高于规定的标准,那么你将需要进行风险缓解。风险水平取决于几个参数,包括但不限于你的设备、技术,以及在某些情况下,你的公司处理风险缓解过程的方式。建议你对你的设备进行危险分析,看看哪些标准可以适用于你的设备。在最近修订的ISO 14971:医疗设备风险管理国际标准中,风险分析和初步危险分析(PHA)被确定为对你的医疗设备的首要要求。 [12].简而言之,PHA旨在为风险评估和管理提供初始框架,PHA包括风险分析和风险评估。根据定义,PHA包括一份危险、危害和任何危险情况的清单,这些危险、危害和情况是由你的设备的结构材料(MoC)、设备中使用的部件或原材料、人-设备或人工界面、使用环境、操作原理和其他相关因素构成的。 [13].

总结

最后,对于每一个医疗器械初创企业或成熟的组织来说,重要的是要记住,阅读法规不会给你带来任何好处,但理解理念却能给你带来很多好处。

一句话:当涉及到风险分析和规划时。

  • 应在早期和整个设计和开发过程中加以利用。
  • 经常产生新的信息,反馈到设计和开发过程中(à当前/未来的设备)。
  • 没有多少计划可以消除所有的危险和风险......但你可以减轻许多危险和风险!(遵循这里描述的设计控制理念可以自动减轻风险)。遵循这里描述的设计控制理念可以自动减轻风险!)。

由于需要考虑各种因素,如使用模式、材料、用户体验、法规等,每个医疗设备的上市路线都很复杂。

需要医疗设备设计方面的帮助?浏览有经验的 医疗技术行业专家 在Kolabtree上或免费发布您的项目以获得建议。 

参考资料和资源

  1. https://www.welldoc.com/health-plans/
  2. https://ec.europa.eu/docsroom/documents/10337/attachments/1/translations
  3. FDA,2005,产品全生命周期,FDA-CDRH主任David Feigal博士的演讲,http://www.fda.gov/cdrh/strategic/presentations/ tplc.html。
  4. Pietzsch, Jan & Shluzas, Lauren & Paté-Cornell, Marie-Elisabeth & Yock, Paul & Linehan, John.(2009).医疗设备开发的阶段-关卡流程。医疗设备杂志》。3(2).
  5. IEC60601-1第三版的监管策略,2020年9月9日检索。
  6. https://www.meddeviceonline.com/doc/an-introduction-to-international-medical-device-standards-0001
  7. https://www.fda.gov/files/drugs/published/Design-Controls—Devices.pdf
  8. Feigal DW.附录D.监管框架对医疗器械开发和创新的影响。医学研究所(美国)FDA 510(k)审批程序的公共卫生效果委员会;Wizemann T,编辑。FDA 510(k)审批程序的公共卫生有效性。平衡患者安全和创新。研讨会报告。华盛顿(特区)。国家科学院出版社(美国);2010年。附录D,监管框架对医疗设备开发和创新的影响。可参见。 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK209794/.
  9. 1997年,FDA CDRH 1997年,医疗设备制造商设计控制指南
  10. https://starfishmedical.com/blog/iso-134852016-section-7/?doing_wp_cron=1599995964.4528369903564453125000
  11. Teixeira, M. B., and Bradley, R., 2003, Design Controls for the Medical Device Industry, Marcel Dekker, New York.
  12. ISO 14971:2019 - 医疗设备 - 风险管理在医疗设备中的应用
  13. ISO/TR 24971:2020 - 医疗器械 - ISO 14971的应用指南

本系列的所有文章。
医疗器械开发与设计。一个权威的指南
医疗器械开发。3个成功的提示
医疗设备设计。基本的、逐步的指南
医疗器械商业化:从草图到上市的9个步骤
如何克服医疗设备商业化的挑战
医疗器械上市。将你的产品推向市场的关键步骤
医疗器械上市后监督。综合指南

 


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关于作者

Shrinidh Joshi在制药、临床、监管和医学写作方面有超过10年的经验。他曾在学术界内外为大学卫生网络、Krembil 研究所、Sun Pharma、Virgilant、CannTrust 和 ThermoFisher Scientific 等公司工作。他的专长是医药生物市场;抗体、再生医学、细胞和基因治疗、病毒产品、癌症免疫治疗、间质基质细胞和生物反应器、医疗设备、支架、大麻素等。他撰写了多篇白皮书、研究报告和一本书的章节。

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