Medicinska apparater kan vara aktiva eller statiska. Statiska anordningar är de enklaste och har få eller inga rörliga delar. Stents, till exempel, håller artärer öppna genom sin form. Aktiva produkter är mer komplexa. Vissa aktiva medicintekniska produkter fungerar genom mänsklig rörelse eller genom gravitationseffekten. En spruta drivs av den kraft som patienten eller medicinteknikern använder, medan ett dropp drivs av gravitationen. Andra anordningar kan aktiveras av patientens naturliga kroppsrörelser, t.ex. när patienten går eller andas. Dessa anordningar kategoriseras som passiva. Begreppet ”aktiva medicintekniska produkter” avser produkter som kräver en artificiell kraftkälla, t.ex. ett batteri eller annan elektrisk försörjning. Sådana apparater utför i allmänhet mer komplexa funktioner än statiska eller passiva apparater. Tillbehör i denna kategori sträcker sig från sensorer för syrehalten i blodet till avancerade hjärt-lungmaskiner som kan ta över en patients hjärt- och lungfunktioner under en operation.
Aktiva implanterbara medicintekniska produkter är drivna produkter som förs in i patientens kropp, antingen genom en naturlig öppning eller med hjälp av kirurgiska medel, och som är avsedda att stanna kvar i patientens kropp efter ingreppet. Sådana anordningar är vanligtvis batteridrivna, och strömförsörjningen kan antingen finnas i instrumentet eller vara ansluten till ledningar som sticker ut från patientens kropp. Tidiga hjärtstimulatorer, till exempel, drevs (och sköttes) av en extern enhet som kunde bäras av patienten. De första helt implanterbara apparaterna drevs av plutonium, men de flesta moderna versioner använder interna litiumbatterier som kan hålla i upp till femton år.
På grund av deras interna användning, komplexiteten i deras funktion och deras relativt små storlek är aktiva implanterbara medicintekniska apparater bland de svåraste att tillverka. Medicintekniska produkter som kommer i kontakt med patienter måste uppfylla höga krav, och de som har långvarig kontakt – t.ex. implanterbara produkter – måste uppfylla de högsta kraven av alla. För att skapa dem krävs därför omfattande expertis i både konstruktions- och tillverkningsstadiet samt anläggningar och maskiner med kapacitet att tillverka komponenter som uppfyller stränga parametrar. Proven Process har den expertis, den personal, den utrustning och de anläggningar som krävs för att skapa aktiva implanterbara medicintekniska produkter av högsta kvalitet.
Exempel på aktiva implanterbara medicintekniska produkter
Ett exempel på en aktiv implanterbar medicinteknisk produkt är den interna, långtidsverkande blodtryckssensorn (visas till höger). Proven Process var det första företaget som utvecklade en sådan anordning. Denna rörformade apparat var utformad för att övervaka blodtrycket via en elektrisk motståndsspänningssensor. En av de största utmaningarna med en sådan anordning är att mäta blodflödet utan att kraftigt begränsa eller förändra hemodynamiken. Analyser av beräkningsflödesdynamik användes för att modellera blodflödet, medan finita elementanalyser identifierade de optimala platserna för deponering av töjningsmätare på membranets utsida.
Ett annat exempel är den implanterbara ventrikelassistansanordningen (visas till vänster), en kärlpump som hjälper försvagade hjärtmuskler att ge ett tillräckligt blodflöde. Proven Process försökte förbättra befintliga ventrikelhjälpmedel. Vi skapade en motor som samtidigt roterar och förflyttar en kolv, vilket gör att den kan underlätta blodflödet samtidigt som smörjningen bibehålls. Kolven fungerade tillsammans med två konstgjorda hjärtklaffar för att möjliggöra blodrörelse i endast en riktning. 3D-modellering, finita elementanalyser och simulering av styrsystem användes för att snabbt och effektivt ta fram en prototyp av enheten.
Standarder och föreskrifter
Förtillverkningen av medicintekniska produkter omfattas av ISO 13485:2016. Dessa standarder gäller även för aktiva implanterbara medicintekniska produkter. Men på grund av apparatens interna karaktär och deras långvariga livscykel gäller även ytterligare standarder. Dessa inkluderar:
- ISO 14708-1:2014 – Allmänna krav på säkerhet, märkning och information som ska tillhandahållas av tillverkaren
- ISO 14708-2:2012 – Hjärtstimulatorer
- ISO 14708-3:2017 – Implanterbara neurostimulatorer
- ISO 14708-4:2008 – Implanterbara infusionspumpar
- ISO 14708-5:2010 – Apparater för cirkulationsstöd
- ISO 14708-6:2010 – Särskilda krav för aktiva implanterbara medicintekniska produkter avsedda för behandling av takyarytmi (inklusive implanterbara defibrillatorer)
- ISO 14708-7:2013 – Särskilda krav för cochleaimplantatsystem
- ISO 14117:2012 – Testprotokoll för elektromagnetisk kompatibilitet för implanterbara hjärtstimulatorer, implanterbara kardioverterdefibrillatorer och kardiella resynkroniseringsanordningar
- EC 62304:2006 – Programvara för medicintekniska produkter
För produkter som ska användas i USA måste ytterligare bestämmelser följas. De flesta av dessa administreras av Food and Drug Administration (FDA). FDA ser genom sitt Center for Devices and Radiological Health till att aktiva implanterbara medicintekniska produkter överensstämmer med lämpliga standarder innan de släpps ut på marknaden. Vissa produkter – inklusive implantat som trådlöst kommunicerar med externa apparater – omfattas också av Federal Communications Commission. EU fastställer sina bestämmelser i MDR 2017/745, som antogs 2017.
Design och tillverkning
Design och tillverkning av aktiva implanterbara medicintekniska produkter kräver särskilda överväganden utöver dem som är förknippade med andra medicintekniska redskap. Driftsparametrarna för sådana anordningar måste specificeras med exakta toleranser för att förhindra oavsiktlig skada på patienten. Ett exempel på en sådan parameter är anordningens temperatur. Även om anordningen kan fungera ganska bra i ett brett temperaturintervall, kräver standarderna att anordningen inte får fungera mer än 2 ℃ över normal kroppstemperatur (37 ℃). Med undantag för de delar som är avsedda att överföra en elektrisk laddning till kroppen måste utsidan vara elektriskt neutral. Den aktiva implanterbara anordningens yttre yta måste också vara fri från skarpa kanter eller hörn som kan orsaka irritation eller inflammation.
På grund av den förlängda livscykeln för aktiva implanterbara medicintekniska anordningar och det faktum att de är i direkt kontakt med patienterna i flera år måste de material som används vid tillverkningen väljas noggrant med tanke på deras biokompatibilitet. I synnerhet måste materialets toxicitet ligga under nivåer som skulle påverka patienterna även efter den långvariga kontakt som krävs för apparaten. Materialen måste också vara tillräckligt hållbara för att hålla under den avsedda perioden och tillräckligt stabila för att ge tillförlitlig funktionalitet under hela apparatens livscykel.
Den känsliga karaktären hos aktiva medicintekniska produkter för implantation innebär att särskild omsorg måste ägnas åt utformningen av deras förpackningar för att förhindra skador under transport och förvaring. Miljöfaktorer som temperatur, fuktighet och barometertryck kan påverka apparaterna, och förpackningen måste skydda mot sådana skador. Vibrationer under transport kan behöva dämpas, och anordningarna måste dämpas mot de krafter som uppstår under transporten. Förpackningen måste också ange lämplig miljö för förvaring av de implanterbara anordningarna före användning.
Även efter att de kirurgiskt har implanterats måste dessa medicintekniska anordningar skyddas mot skador från yttre krafter. Förutom de vardagliga fysiska påfrestningarna på anordningen måste man också ta hänsyn till extrema händelser. Eftersom aktiva implanterbara medicintekniska produkter drivs av elektrisk ström kan externa stötar störa deras funktion eller skada produkten. Eftersom vissa interna anordningar är livsuppehållande måste fel undvikas. Dessa elektriska stötar kan vara oavsiktliga eller avsiktliga. En defibrillator, till exempel, ger i allmänhet mellan 200 och 1 000 volt. Om den interna anordningen är fäst vid hjärtat – vilket är fallet med ventrikelhjälpmedel och pacemakers – kommer den att ligga direkt i vägen för den ström som skapas av den externa defibrillatorn. När det är möjligt måste den interna apparaten isoleras för att skydda den under en sådan händelse.
FDA kräver också att aktiva medicinska implantat ska visa att de är elektromagnetiskt kompatibla. Tillverkarna måste visa att deras apparater fungerar som de ska även när de stöter på störningar i form av elektromagnetisk energi, t.ex. radiovågor eller ett starkt magnetfält. De flesta anordningar kommer att stöta på icke-joniserande strålning som har energinivåer som är lägre än det naturliga ljusets, så denna typ av energi är det primära problemet. Joniserande strålning, t.ex. röntgen- och gammastrålar, kommer mindre ofta att påträffas av patienterna i höga doser. Anordningen får inte heller påtagligt störa andra anordningar på grund av sina egna utsläpp. Om anordningen är inkompatibel med vissa typer av elektromagnetisk energi och denna inkompatibilitet inte kan elimineras, måste detta tydligt anges i specifikationerna och tydliggöras i den dokumentation som tillhandahålls sjukvårdspersonal och användare av anordningen. Särskilt patienter med implanterbara pacemakers som arbetar i nära anslutning till starka elektriska fält – t.ex. en medicinsk tekniker som arbetar med MRT – kommer att behöva informeras om begränsningarna för sin anordning.
Ett sista övervägande vid utformning och tillverkning av aktiva implanterbara medicintekniska anordningar är relaterat till den interna strömförsörjningen. Trots fortsatta framsteg inom batteritekniken har litiumbatterier en begränsad livslängd, och om batterierna är uttömda kan det leda till att apparaten slutar fungera. Till skillnad från en extern strömförsörjning, som snabbt kan bytas ut, krävs det en operation för att byta ut strömförsörjningen i en aktiv implanterbar medicinsk anordning. Detta innebär att man måste samordna flera faktorer, bland annat kirurgiska teamets tillgänglighet, patientens schema och anskaffningen av antingen en ny strömförsörjning eller en ny anordning. Det är därför absolut nödvändigt att den implanterade anordningen tillhandahåller ett system för att meddela patienten och läkaren i god tid innan batteriet tar slut.
Sammanfattning
Aktiva implanterbara medicintekniska produkter är bland de mest komplicerade att tillverka. Deras utformning måste ta hänsyn till flera faktorer som inte påverkar andra anordningar och kräver därför ett mycket specialiserat och erfaret team. På grund av deras förlängda livscykel och långvariga kontakt med patienter omfattas de av de strängaste standarderna och bestämmelserna. Som pionjär inom detta område har Proven Process den expertis, den erfarenhet och de anläggningar som krävs för att skapa aktiva implanterbara medicintekniska produkter av hög kvalitet.