監測醫療器械中的顆粒污染

本文隸屬于一體化解決方案系列，全文共 3949字，閱讀大約需要 18分鐘

摘要：

為了避免可能對患者造成負面健康的后果，應盡量減少任何醫療設備帶來的顆粒污染。有害顆粒所帶來的健康風險取決于設備以及它們進入體內的最終位置。進入靜脈系統的顆粒可能會引起靜脈炎、肺肉芽腫、局部組織梗塞和栓塞等，進而對人體造成傷害。有些醫療器械實際上可能不會與血液接觸，而最終可能會出現在身體的任何地方。在這種情況下，醫療風險取決于器械的放置位置以及顆粒的物理/化學性質。非血管植入器械的一個主要問題是異物反應，這是一種可能導致纖維化、炎癥以及裝置排斥的免疫反應。考慮到這些風險，醫療器械制造商應當監控并盡可能地減少顆粒污染。

一、

許多標準、指導文件以及信息報告為測試醫療器械上和來自醫療器械的顆粒污染提供了建議和要求。這些文件涵蓋了從廣泛的指導到非常具體的測試要求以及通過/未通過標準。

AAMI TIR 42為測試、識別和制定血管器械顆粒污染限值的分析方法提供了指導。液體顆粒計數器和對過濾器上捕獲的顆粒進行顯微分析被認為是潛在的測試技術，但沒有就最大允許顆粒計數的結論給出具體建議。相反，它建議制造商應根據顆粒的性質和器械的臨床應用設定自己的限值。本文件確實參考了FDA測試支架和相關輸送系統的指導文件以及USP <788>中關于設置顆粒污染限值的建議。

用于自體輸血裝置的ANSI/AAMI標準AT6描述了一種用低顆粒水填充裝置的方法。將水收集在膜過濾器上，對纖維的微觀顆粒以及所有尺寸大于10μm的顆粒進行計數。

ISO標準8536-4: 2010描述了一次性重力輸液器和靜脈注射器械的測試過程和驗收標準。基本測試過程是讓干凈的水流過10個器械，直到真空過濾器收集到500mL的水。然后對過濾器進行顆粒計數并記錄圖1所示尺寸范圍內的計數。

圖1. 出自ISO 8536

要計算零件是否通過，請將每個尺寸類別中的計數減去空白計數乘以評估系數。將這些值相加，除以10，結果必須小于90。標準中給出的方程為：

針對起搏器等有源植入式醫療器械的EN 45502和ISO 14708標準包括一項測試，以幫助確保沒有不可接受的顆粒物釋放。這里描述的測試包含將設備浸入裝有清潔液體的容器中，該液體的體積是設備表面積的五倍。將容器在37℃的溫度下攪拌8–18小時。將具有相同液體和應力條件但沒有浸入式裝置的參考容器用作對照組。兩個容器中的液體均使用液體顆粒計數器進行測試，設備計數減去參考容器計數必須低于圖2所示的濃度水平才能通過測試。

圖2.  出自ISO 14708-3

ASTM標準2394為構建測試臺提供了指導框架，以模擬中等難度的扭曲程度

圖3. ASTM 2394的測試跟蹤固定裝置

若干已發布和起草的 FDA 指導文件為使用曲徑測試夾具測試支架時流出液體的顯微檢測提供了不具約束力的尺寸范圍建議。

此測試的典型程序包括以下步驟：

1)  構建如圖3所示的曲折路徑設備

2)  將鞘管放入板的凹槽中

3)  將測試導管穿過護套

4)  將支架引導至導管中

5)  將設備擴展到最大壓力或標記直徑

6)  通過設備泵送清潔水

7)  將廢液留存在過濾器上

8)  對已獲取的顆粒進行顯微鏡計數

獲取到的顆粒應出三個尺寸范圍的報告：≥10 μm、≥25 μm，以及驗證測試產生>75%回收率的最大尺寸。最大尺寸的下限應>50 μm。在采樣過程中必須將顆粒混合/懸浮。驗證測試涉及將已知顆粒尺寸和計數的懸浮液引入測試臺和設備中。已知濃度的樣品通過設備后，對流出物進行另一次顆粒計數測試。流出物中的顆粒應非常接近初始濃度。在≥10和≥25μm的條件下回收率必須>90%，系統才能被視為通過驗證。還要確定回收率> 75%時的尺寸上限，以確定報告結果的第三個尺寸范圍。

雖然ASTM 2394和FDA指導文件的組合提供了構建曲折路徑測試臺和要分析的尺寸范圍的詳細信息，但沒有給出可接受的顆粒計數水平的建議。器械制造商負責界定合理的界限范圍。

到目前為止，本文檔中所討論的任何已被認可的標準或指南都不適用于許多醫療器械。在這種情況下，通常會參考美國藥典 <788> 關于亞可見顆粒的檢測方法，以便在使用清水沖洗設備后對清潔度進行量化。在沖洗設備之后，會使用諸如英特格（Entegris）公司的 AccuSizer SIS系統之類的液體顆粒計數器來對去除的顆粒進行分析，如圖4

圖4.  AccuSizer SIS 液體粒子計數

當按照USP <788>的操作流程，需對5mL的樣品進行四次測量。第一次測量結果將被舍棄，然后對第二次至第四次的測量結果取平均值。針對大容量注射劑（LVI）所規定的允許濃度限值為：

• 25/mL ≥10μm 

• 3/mL ≥25μm

使用美國藥典<788>中關于大容量注射劑（LVI）的限值時，通過/不通過的判定標準是基于每毫升的顆粒濃度。另一種方法是計算每個器械中的顆粒數量，然后采用美國藥典< 788 >中小容量注射劑（SVI）的標準，即：

• 6000 particle per device ≥10μm 

• 600 particles per device ≥25μm

該程序用于測試應特格（Entegris）Aramus™一次性袋子12。在此過程中，將這些袋子裝滿清潔水，放置在三維搖床上，并攪拌設定的時長。所采用的程序如下：

1)  將袋子連接到測試系統管道

2)  用經過0.45μm過濾器過濾的超純水沖洗工藝管線，繞過一次性袋子（進行沖洗操作）

3)  將超純水通過0.45μm過濾器泵入一次性袋中

4)  使用3D搖桿攪拌袋子兩分鐘

5)  從廢水流中抽取兩個50 mL樣品進行USP<788>測試

6)  對下一個樣品重復上述步驟

同樣的程序可以應用于多種醫療器械。可以通過這個測試確定清除產品表面顆粒優秀方法，以應用于其他器械。這方式可以是使沖洗液流經器械，亦或是將器械置于清水中并施加能量，從而讓所有顆粒污染物釋放出。

二、

使用Entegris的AccuSizer SIS液體顆粒計數器而非ISO 8536中描述的顯微鏡測定法，對一次性輸液器進行了研究。AccuSizer SIS計數器的動態范圍為0.5–400μm。該儀器通常用于各種USP測試，包括USP <787>、 <788>和<789>。圖5顯示了LE400傳感器的工作原理，即穿過傳感器的顆粒會散射并遮蔽入射光和校準，隨后借助校準曲線將脈沖信號轉換為顆粒尺寸。

圖5.  AccuSizer LE400傳感器的工作原理

首先，清潔500 mL瓶子，并裝滿過濾后的去離子水，然后使用AccuSizer SIS儀器分析去離子水的顆粒尺寸和數量來確定背景計數（空白）。接下來，經過濾的去離子水在重力作用下流經這些器械，并收集在潔凈的瓶子里。原始結果以每毫升多少顆粒數的形式呈現，因此將報告結果乘以500以反映 500毫升中的總顆粒數。

所有測量均使用相同的測量方法：

1)  抽取0.5mL的皮重體積

1)  每次取5mL樣品進行測試，共計4次

2)  舍棄第一次測量個結果

3)  將第二到第四個結果取平均值

4)  結果以顆粒/mL為單位進行報告

該測量方法符合USP <788>。結果以大于0.5、2、5、10、25、50和100μm的粒徑范圍進行報告。ISO 8536標準中未對25μm以下的尺寸做出要求，且在最終計算中也不使用這些尺寸的數據，但更小尺寸范圍的測量結果有助于量化輸液器清潔度之間的差異，而這種差異在僅統計大于25μm的顆粒時是不容易被注意的。

空白計數的結果如圖6所示。注意，當粒徑大于10μm的時候，其計數均為零。這意味著在最終計算中不需要進行空白扣除。

圖6. 空白背景計數

圖7展示了通過比較輸液器品牌B和輸液器品牌C所得到的以每毫升顆粒數形式的原始數據結果。

圖7.  品牌B和C原始數據的對比

按照ISO 8536中的說明，使用平均數據計算最終n值。這些計算結果如圖8所示。

圖8. 根據ISO 8536計算的n值

本研究的方法驗證是依托于制備10μm和25μm的聚苯乙烯乳膠（PSL）標準品混合物進行的。對初始濃度進行了分析，然后讓其在重力作用下流經一套靜脈輸液器，收集流經后再次進行分析。圖9展示了以每毫升顆粒數為單位的初始樣品（藍色）和留存樣品（紅色）的分析結果。

圖9. 顆粒滯留研究

盡管這份應用筆記的作者擁有超過35年的粒度測量經驗，但此次滯留研究仍是一項艱巨的挑戰，并且圖9中所展示的僅僅是最佳結果。建議購買市面上可買到的顆粒計數標準品以推動這個流程。

本研究中所檢測的輸液器非常干凈，很容易就通過ISO 8536標準。雖然顯微鏡檢測法的優勢在于能夠更好地鑒別纖維，但液體顆粒計數器檢測速度更快、操作更簡便，并且能夠報告低至0.5μm的檢測結果，通常能就相對清潔程度提供更多細節信息。

三、

在這項研究中，通過網絡購買了幾包容量為1200mL的腸內營養輸送袋。盡管對于這些特定的醫療設備并沒有相關標準或限制，但所購買的產品包括靜脈輸液（IV）型袋以及輸送裝置，這為顆粒污染檢測提供了一種成本低廉且具有代表性的輸送系統。對這些設備采用了與輸液器類似的測試程序。首先通過對過濾后的去離子水和瓶子進行測試，來建立一個干凈的背景環境。將這些袋子里裝滿了1000mL的清潔水，在重力作用下讓水依次流經整個設備，然后將水收集在一個潔凈的瓶子里。按照USP<788>的操作規程，在AccuSizer SIS系統上對收集到的水進行了分析，即測量四批5mL的樣品，然后計算并報告第二次到第四次測量所得的每毫升顆粒濃度。

干凈水和瓶子的結果如圖10所示。由于不存在>10 μm的顆粒，因此其他實驗不需要扣除背景。

圖10. 空白瓶和干凈瓶中的顆粒計數

流經三個袋子和輸送系統后所收集到的流出物的顆粒濃度結果（以每毫升的顆粒數表示）如圖11所示。然后將袋子1重新裝滿水并手動攪拌，以確定通過施加額外能量來去除袋子表面的顆粒是否會增加流出物的顆粒計數。

圖11.  腸內營養袋中的顆粒計數

AccuSizer SIS軟件能夠自動報告USP<788>中大容量注射劑的合格/不合格標準，如圖12中針對袋子1測試所展示的那樣。所有經過測試的器械都通過了USP< 788 >中大容量注射劑的限制要求。

圖12. 袋子1 USP<788>大容量注射劑報告

眾多標準、美國藥典（USP）測試以及美國食品藥品監督管理局（FDA）的指導文件都為醫療器械中的微粒污染提供了測試方法和驗收標準。但終端用戶往往需要對這些文件進行解讀，將相關原則應用到他們特定的器械上，并限定可接受的微粒數量。使用英特格（Entegris）公司的AccuSizer SIS液體微粒計數器可實現微粒尺寸和計數及報告的自動化，這通常使得分析測量成為整個流程中較容易的部分。

參考文獻

[1]  AAMI TIR42:2010, Evaluation of Particulates Associated with Vascular Medical Devices

[2] FDA Guidance for Industry and Staff, Non-Clinical Engineering Tests and Recommended Labeling for Intravascular Stents and Associated Delivery Systems

[3] USP <788>, Particulate Matter in Injections

[4] ANSI/AAMI AT6:2013, Autologous Transfusion Devices

[5]  ISO 8536-4:2010, Infusion equipment for medical use – Part 4: Infusion sets for single use, gravity feed

[6]  BS EN 45502,Implants for surgery – Active implantable medical devices.

[7]  ISO 14708-3:2017, Implants for surgery – Active implantable medical devices—Part 3: Implantable neurostimulators

[8]  ASTM F2394-07 (2017) –Standard Guide for Measuring Securement of Balloon Expandable Vascular Stent Mounted on Delivery System

[9]  FDA Guidance for Industry and FDA Staff – Non-Clinical Engineering Tests and Recommended Labeling for Intravascular Stents and Associated Delivery Systems, April 2010

[10]  FDA Guidance for Industry – Coronary, Peripheral, and Neurovascular Guidewires – Performance Tests and Recommended Labeling

[11]  FDA Guidance for Industry (Draft) – Peripheral Percutaneous Transluminal Angioplasty (PTA) and Specialty Catheters – Premarket Notification (510(k) Submissions

[12]  USP <787>, Subvisible Particulate Matter in Therapeutic Protein Injections.

[13]  USP <789>, Particulate Matter in ophthalmic Solutions.

[14]  Micro Measurement Labs