Medicinsk udstyr kan være aktivt eller statisk. Statisk udstyr er det enkleste, idet det har få eller ingen bevægelige dele. Stents holder f.eks. arterier åbne i kraft af deres form. Aktivt udstyr er mere komplekst. Nogle aktive medicinske anordninger fungerer ved hjælp af menneskelig bevægelse eller ved hjælp af tyngdekraftens virkning. En sprøjte drives af den kraft, som patienten eller den medicinske tekniker anvender, mens et IV-drop drives af tyngdekraften. Andre anordninger kan aktiveres af patientens naturlige kropsbevægelser, f.eks. ved at gå eller trække vejret. Disse anordninger kategoriseres som passive. Udtrykket “aktivt medicinsk udstyr” henviser til udstyr, der kræver en kunstig strømkilde, f.eks. et batteri eller en anden elektrisk forsyning. Sådanne apparater udfører generelt mere komplekse funktioner end statisk eller passivt udstyr. Udstyr i denne kategori spænder fra sensorer for iltniveauet i blodet til avancerede hjerte-lunge-maskiner, der kan overtage en patients hjerte-lunge-funktioner under en operation.
Aktivt implantabelt medicinsk udstyr er strømførende udstyr, der indsættes i en patients krop, enten gennem en naturlig åbning eller ved hjælp af kirurgiske midler, og som er beregnet til at forblive i patientens krop efter indgrebet. Sådant udstyr er normalt batteridrevet, og strømforsyningen kan enten være indeholdt i instrumentet eller være forbundet med ledninger, der stikker ud fra patientens krop. De tidlige hjertestimulatorer blev f.eks. drevet (og betjent) af en ekstern enhed, som kunne bæres af patienten. De første fuldt implantable apparater blev drevet af plutonium, men de fleste moderne versioner anvender interne litiumbatterier, der kan holde i op til femten år.
På grund af deres interne brug, kompleksiteten af deres funktion og deres relativt lille størrelse er aktive implantable medicinske apparater blandt de vanskeligste at fremstille. Medicinsk udstyr, der kommer i kontakt med patienter, skal opfylde høje standarder, og udstyr, der har langvarig kontakt – som f.eks. implantabelt udstyr – skal opfylde de højeste standarder af alle. Derfor kræver deres fremstilling omfattende ekspertise i både design- og fremstillingsfasen samt faciliteter og maskiner, der har kapacitet til at fremstille komponenter, som opfylder strenge parametre. Proven Process har den ekspertise, det personale, det udstyr og de faciliteter, der er nødvendige for at skabe aktivt, implantabelt medicinsk udstyr af højeste kvalitet.
Eksempler på aktivt, implantabelt medicinsk udstyr
Et eksempel på et aktivt, implantabelt medicinsk udstyr er den interne, langsigtede blodtrykssensor (vist til højre). Proven Process var den første virksomhed, der udviklede en sådan anordning. Dette rørformede apparat blev designet til at overvåge blodtrykket via en elektrisk modstandsspændingsmåler-sensor. En af de største udfordringer med en sådan anordning er at måle blodgennemstrømningen uden at indsnævre eller ændre hæmodynamikken væsentligt. Der blev anvendt computerbaseret væskedynamikanalyse til at modellere blodstrømmen, mens finite elementanalyse identificerede de optimale steder for placering af strækmålere på membranens yderside.
Et andet eksempel er det implantable ventrikulære assistentapparat (vist til venstre), en vaskulær pumpe, der hjælper svækkede hjertemuskler med at give tilstrækkelig blodgennemstrømning. Proven Process har forsøgt at forbedre de eksisterende ventrikulære hjælpemidler. Vi skabte en motor, der på samme tid roterer og translaterer et stempel, så det kan lette blodgennemstrømningen og samtidig opretholde smøring. Stemplet arbejdede sammen med to kunstige hjerteklapper for at tillade blodbevægelse i kun én retning. 3D-modellering, finite elementanalyse og kontrolsystemsimulering blev brugt til at lave prototyper af enheden hurtigt og effektivt.
Standarder og bestemmelser
Fremstillingen af medicinsk udstyr er omfattet af ISO 13485:2016. Disse standarder gælder også for aktivt implantabelt medicinsk udstyr. Men på grund af udstyrets interne karakter og dets langvarige livscyklus gælder der også yderligere standarder. Disse omfatter:
- ISO 14708-1:2014 – Generelle krav til sikkerhed, mærkning og til oplysninger, der skal gives af fabrikanten
- ISO 14708-2:2012 – Hjertets pacemakere
- ISO 14708-3:2017 – Implantable neurostimulatorer
- ISO 14708-4:2008 – Implantable infusionspumper
- ISO 14708-5:2010 – Kredsløbsunderstøttende udstyr
- ISO 14708-6:2010 – Særlige krav til aktivt, implantabelt medicinsk udstyr til behandling af takyarytmi (herunder implantable defibrillatorer)
- ISO 14708-7: 2008 – Implantabelt medicinsk udstyr til behandling af takyarytmi (herunder implantable defibrillatorer)
- ISO 14708-7:2013 – Særlige krav til cochlear implantatsystemer
- ISO 14117:2012 – Testprotokoller for elektromagnetisk kompatibilitet for implantable pacemakere, implantable kardioverterdefibrillatorer og hjertesynkroniseringsudstyr
- EC 62304:2006 – Software til medicinsk udstyr
For udstyr, der skal anvendes i USA, skal yderligere bestemmelser overholdes. De fleste af disse administreres af Food and Drug Administration (FDA). FDA sikrer gennem sit Center for Devices and Radiological Health (Center for Devices and Radiological Health), at aktivt implantabelt medicinsk udstyr er i overensstemmelse med de relevante standarder, inden det bringes på markedet. Nogle produkter – herunder implantabelt udstyr, der trådløst kommunikerer med eksterne apparater – hører også under Federal Communications Commissions ansvarsområde. EU fastsætter sine regler i MDR 2017/745, der blev vedtaget i 2017.
Design og fremstilling
Design og fremstilling af aktivt implantabelt medicinsk udstyr kræver særlige overvejelser, der ligger ud over dem, der er forbundet med andre medicinske redskaber. Driftsparametrene for sådant udstyr skal specificeres med præcise tolerancer for at forhindre utilsigtet skade på patienten. Et eksempel på en sådan parameter ville være udstyrets temperatur. Selv om apparatet kan fungere ganske godt i et bredt temperaturinterval, kræver standarderne, at apparatet ikke må fungere mere end 2℃ over normal kropstemperatur (37℃). Med undtagelse af de dele, der er beregnet til at overføre en elektrisk ladning til kroppen, skal det ydre være elektrisk neutralt. Den ydre overflade af det aktive implantable udstyr skal også være fri for skarpe kanter eller hjørner, der kan forårsage irritation eller betændelse.
På grund af det aktive implantable medicinske udstyrs forlængede levetid og det faktum, at det er i direkte kontakt med patienterne i årevis, skal de materialer, der anvendes ved fremstillingen, vælges omhyggeligt med hensyn til deres biokompatibilitet. Navnlig skal materialets toksicitet være under et niveau, som ville påvirke patienterne selv efter den langvarige kontakt, som apparatet kræver. Materialerne skal også være holdbare nok til at holde i den planlagte periode og stabile nok til at sikre pålidelig funktionalitet i hele udstyrets levetid.
Den følsomme karakter af aktivt, implantabelt medicinsk udstyr betyder, at der skal udvises særlig omhu ved udformningen af deres emballage for at undgå skader under forsendelse og opbevaring. Miljøfaktorer som temperatur, luftfugtighed og barometertryk kan påvirke udstyret, og emballagen skal beskytte mod sådanne skader. Det kan være nødvendigt at dæmpe vibrationer under transport, og udstyret skal være dæmpet mod de kræfter, der opstår under forsendelsen. Emballagen skal også angive det rette miljø til opbevaring af det implantable udstyr før brug.
Selv efter at være blevet kirurgisk implanteret skal dette medicinske udstyr beskyttes mod skader fra ydre kræfter. Ud over de daglige fysiske belastninger af udstyret skal der også tages hensyn til ekstreme hændelser. Da aktivt implanterbart medicinsk udstyr drives af elektrisk strøm, kan eksterne stød forstyrre driften eller beskadige udstyret. Da nogle interne anordninger er livsnødvendige, skal svigt undgås. Disse elektriske stød kan være utilsigtede eller forsætlige. En defibrillator leverer f.eks. normalt mellem 200 og 1000 volt. Hvis den interne anordning er fastgjort til hjertet – som det er tilfældet med ventrikelhjælpemidler og pacemakere – vil den ligge direkte i vejen for den strøm, der skabes af den eksterne defibrillator. Når det er muligt, skal det interne apparat isoleres for at beskytte det under en sådan hændelse.
FDA kræver også, at aktivt implantabelt medicinsk udstyr skal påvise elektromagnetisk kompatibilitet. Producenterne skal vise, at deres udstyr fungerer som krævet, selv når de støder på interferens i form af elektromagnetisk energi, f.eks. radiobølger eller et stærkt magnetfelt. De fleste anordninger vil støde på ikke-ioniserende stråling, der har et energiniveau, som er lavere end naturligt lys, så det er denne type energi, der er det primære problem. Ioniserende stråling, som f.eks. røntgenstråler og gammastråler, vil patienterne sjældnere blive udsat for i høje doser. Apparatet må heller ikke i væsentlig grad forstyrre andre apparater på grund af dets egne emissioner. I tilfælde, hvor udstyret er uforeneligt med visse typer elektromagnetisk energi, og en sådan uforenelighed ikke kan elimineres, skal dette klart angives i specifikationerne og fremgå af den dokumentation, der udleveres til læger og brugere af udstyret. Især patienter med implanterbare pacemakere, der arbejder i nærheden af stærke elektriske felter – f.eks. en medicinsk tekniker, der arbejder med MRT – skal informeres om deres anordnings begrænsninger.
En sidste overvejelse i forbindelse med design og fremstilling af aktivt implanterbart medicinsk udstyr vedrører den interne strømforsyning. På trods af fortsatte fremskridt inden for batteriteknologien har lithiumbatterier en begrænset levetid, og hvis de udtømmes, vil det medføre, at apparatet svigter. I modsætning til en ekstern strømforsyning, som hurtigt kan udskiftes, kræver udskiftning af strømforsyningen i et aktivt, implantabelt medicinsk udstyr en operation. Dette indebærer koordinering af flere faktorer, herunder det kirurgiske teams tilgængelighed, patientens tidsplan og indkøb af enten en ny strømforsyning eller et nyt apparat. Det er derfor bydende nødvendigt, at det implanterede udstyr indeholder et system til at underrette patienten og lægen i god tid før batteriets udtømning.
Summary
Aktivt implantabelt medicinsk udstyr er blandt de mest komplicerede at fremstille. Deres design skal tage hensyn til adskillige faktorer, som ikke påvirker andet udstyr, og kræver derfor et højt specialiseret og erfarent team. På grund af deres forlængede livscyklus og langvarige kontakt med patienterne er de underlagt de strengeste standarder og bestemmelser. Som pioner på dette område har Proven Process den ekspertise, den erfaring og de faciliteter, der er nødvendige for at skabe aktivt implantabelt medicinsk udstyr af høj kvalitet.