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医疗器械研发|超声骨密度仪研发实验要求、主要风险与相关标准

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来源:飞速度医疗器械咨询  发布时间:2021-01-04  浏览:

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  超声骨密度仪是通过测量跟骨、胫骨和/或桡骨的超声速度(SOS)和/或宽带超声衰减(BUA),反映骨骼密度状况。目前超声骨密度仪通常包括跟骨超声骨密度仪、胫骨和/或桡骨超声骨密度仪两大类。

超声骨密度仪

  超声骨密度仪的工作原理

  人体跟骨主要由松质骨组成,且跟骨部位软组织较薄,有较大的平行面易于测量,因此宜作为骨密度的测量部位。跟骨超声骨密度仪通过测量穿透人体跟骨超声波的超声速度(SOS)、宽带超声衰减(BUA)(如适用)来计算出一组反映骨骼状况的参数。仪器通常包括一组发射、接收探头,其中发射探头发射超声波,穿过人体跟骨后,由接收探头接收,探头可直接与人体接触,也可以由水、油或树脂等介质包裹。仪器通过接收波的到达时间计算SOS,通过接收波的频率特性计算BUA(如适用)。SOS主要用于反映骨的结构,骨结构与骨密度密切相关,随着骨密度的减小,超声传导速度也相应地减小。BUA(如适用)与骨特性有关,反映出超声波在穿透跟骨时的衰减特性,主要由骨吸收和散射所造成,骨密度高则声吸收大,衰减增大,反之亦然。研究表明,人体跟骨的超声SOS、BUA(如适用)特性,与X射线法测定的骨密度值具有高度的相关性。

  胫骨和/或桡骨超声骨密度仪的工作原理是通过轴向反射技术测量超声波沿平行于胫骨或桡骨方向的SOS,同时计算出一组参数来反应骨质状况。当超声波从一波疏介质入射到波密介质时,将在两种介质界面上产生反射波和折射波现象。随着入射角度增大,折射角度也逐渐增大,当入射角达到某一特定值时,其折射方向恰好与骨表面方向平行,并在骨表面前进一段距离后,又以相同的出射角从骨表面射出。第一次到达信号的传播时间即可以被测量并用于计算速度。仪器的探头通常由对称的四个晶片组成,如图4所示,其中A、B晶片发射超声波,C、D晶片接收超声波,仪器通过接收到超声波的时间差来计算轴向速度。该速度可以直接反映骨质密度的大小,骨密度下降时,超声传导速度减小。该方法的测量结果与X射线法测定的骨密度值也具有高度的相关性。

  超声骨密度仪的研究要求

  1. 产品性能研究

  1.1 应包含该产品整机的性能。

  性能指标的确定优先采用相应产品的现行国家标准及医药行业标准。

  应确定SOS的计算方法及实现方法、BUA的计算方法、提供样机探头的BUA曲线、带宽的选取依据、采样点数及依据。对界面显示和打印报告中涉及的各种参数应说明(建议列表)。应明确各参数的计算公式及依据、界面显示和打印报告的各种图表意义、各参数的范围、特定参数的设定以及这些参数确定理由或计算方法,如声工作频率、超声速度(SOS)、宽带超声衰减(BUA)、电源电压适应能力、连续工作时间等。对于提供校准模块的,应说明校准模块的材料特性,选择理由和依据;对于不提供校准模块的,应明确保证数据稳定性的理由和依据。

  构成系统的部件设计应符合相应的我国现行国家标准及行业标准,提供支持性资料,如第三方部件验证报告,注册证书。

  1.2 应明确产品数据表和技术说明书中声称的主要功能(含采集功能)的实现原理。提供设备可进行的所有测量的测量准确度以及可保持该准确度的预期范围。包括产品的基本参数(功耗,超声换能器标称声工作频率,电气要求等),性能指标(声工作频率,超声速度(SOS)、宽带超声衰减(BUA)、电源电压适应能力、连续工作时间等),对于超声探头浸泡在介质内的,还应对介质的声学性能进行研究。

  1.3 应对所有使用实测数值(SOS、BUA)计算获得参数的临床意义进行研究,明确计算方法的出处,并分析这些参数用于骨骼密度状况评价时的临床参考价值。

  1.4 电气安全应说明以下问题:产品的安全特性描述;电气绝缘图,电气绝缘要求和试验电压值;影响电气安全的关键件及其参数;设计开发过程中,在电气安全方面的考虑和验证。

  1.5 EMC检测应说明以下问题:设备测试时选择的工作模式或状态设定,在EMC设计和试验整改中,尤其是辐射抗扰度、电快速瞬变脉冲群和静电放电等项目中采取的措施及验证数据,注册单元内多型号的检品典型性的选择依据。

  1.6 新技术的设计与实现采用了国际标准或技术规范的应提供以上文件作为附件。

  1.7 应明确数据库的选取依据及相关信息,至少包括数据来源(人群、人种信息)、数据量等。

  2. 消毒工艺研究

  根据与人体接触的应用部分、使用方式及材料特性确定推荐的消毒工艺(方法和参数),并提供消毒方法确定的依据,进行消毒对产品耐受性影响的进行研究。

  3. 生物相容性评价研究

  对于跟骨超声骨密度仪,与患者直接接触的应用部件主要为与脚踝接触的膜;对于胫骨和/或桡骨超声骨密度仪,与患者直接接触的应用部件主要是超声探头。

  应根据GB/T 16886.1标准进行生物相容性评价,应明确接触部件名称、患者接触类型、患者接触时间、患者接触材料名称。若进行生物学试验,至少包括以下方面的要求:细胞毒性、致敏性、皮肤刺激,并提供验证报告。豁免生物学试验,应论证合理理由。

  4. 产品使用期限和包装研究

  开发者应进行产品使用期限和验证报告。应基于风险分析,重点考虑元器件本身的老化、使用环境如温湿度等对产品风险的影响。另外,跟骨超声骨密度仪中与患者脚踝直接接触的膜属于耗材,应进行使用寿命研究。

  应对产品的包装及包装完整性进行研究,评价试验的有效性是对产品进行运输试验与跌落试验后都能保持工作正常且产品包装完整。

  产品包装标记应符合GB/T 191、GB 9706.1、YY/T 0466.1的要求,并提供符合证据和使用期限内完整性的依据。

  5. 软件研究

  除某些特殊情况外,超声骨密度仪设备通常都含有嵌入式的软件组件。对于设备的软件,应按照《医疗器械软件注册技术审查指导原则》(国家食品药品监督管理总局通告2015年第50号)的要求,提供一份产品软件的描述文档。

  6. 声能安全

  在满足GB 9706.9的基础上,还应规定声能输出的限值,以确保其安全性。应对声能输出限值设置的合理性进行分析,明确设定的依据,并提交设备实际声能输出能够满足限值要求的验证报告。限值的设定及测试的方法应参考业界通用的准则。

  超声骨密度仪的主要性能指标

  跟骨超声骨密度仪应执行YY 0774—2010《超声骨密度仪》的要求。YY 0774—2010标准是针对跟骨超声骨密度仪编制的,胫骨和/或桡骨超声骨密度仪除宽带超声衰减(BUA)不适用外,其他要求原则上应参照YY 0774—2010的要求。

  1. 性能指标

  1.1 声工作频率

  超声骨密度仪应给出标称声工作频率,实际的声工作频率与标称声工作频率的偏差应不大于±15%。

  1.2 超声速度(SOS)

  超声骨密度仪应能测量媒质中的声速,其误差应不大于±2%,测量重复性应不大于±1%。

  1.3 宽带超声衰减(BUA)(如适用)

  如超声骨密度仪具备测量宽带超声衰减(BUA)的功能,应标示计算宽带超声衰减(BUA)时所采用的频率范围,用起始频率和终止频率表示;其宽带超声衰减(BUA)的测量重复性应不大于±5%。

  1.4 电源电压适应能力

  采用交流电源供电的超声骨密度仪,在额定电压±10%的范围内,仪器应能正常工作。

  采用直流电源供电的超声骨密度仪,在额定电压±15%的范围内,仪器应能正常工作。

  1.5 连续工作时间

  超声骨密度仪在常温下,采用交流电源供电时,连续工作8小时以上,仪器应能正常工作。

  超声骨密度仪在常温下,采用直流电源供电时,连续工作2小时以上,仪器应能正常工作。

  1.6 功能要求

  应能设置日期、时间、患者年龄和性别。

  测量结束后应能选择打印菜单打印测量结果。

  超声骨密度仪宜有根据超声速度(SOS)、宽带超声衰减(BUA)(如适用)计算的综合评价人体骨密度的量,如T值及Z值,或其他量。

  超声骨密度仪宜有功能确认程序。

  1.7 脚踏开关(如适用)

  应符合YY 1057—2016《医用脚踏开关通用技术条件》的要求。

  1.8 外观与结构

  超声骨密度仪外表应色泽均匀、表面整洁,无划痕、裂纹等缺陷。

  面板上文字和标志应清晰、持久。

  控制和调节结构应灵活、可靠,紧固部位无松动。

  2. 超声骨密度仪安全要求

  应符合GB 9706.1—2007《医用电气设备第1部分:安全通用要求》和GB 9706.9—2008《医用电气设备医用超声诊断和监护设备专用安全要求》的要求。

  对于属于医用电气系统的超声骨密度仪还应符合GB 9706.15—2008《医用电气设备第1-1部分:安全通用要求并列标准:医用电气系统安全要求》的要求。

  3. 电磁兼容性

  应符合YY 0505—2012《医用电气设备第1-2部分:安全通用要求并列标准电磁兼容要求和试验》的要求。

  4. 超声骨密度仪环境试验

  应至少按照GB/T 14710—2009《医用电器环境要求及试验方法》中气候环境Ⅰ组、机械环境Ⅰ组和注册申请人所规定的项目进行。

  超声骨密度仪的相关标准

  GB 9706.1—2007医用电气设备第1部分:安全通用要求
  GB 9706.9—2008医用电气设备第2—37部分:超声诊断和监护设备专用安全要求
  GB 9706.15—2008医用电气设备第1—1部分:安全通用要求并列标准:医用电气系统安全要求
  GB/T 14710—2009医用电器环境要求及试验方法
  GB/T 15261—2008超声仿组织材料声学特性的测量方法
  GB/T 16886.1—2011医疗器械生物学评价第1部分:风险管理过程中的评价与试验
  GB/T 16886.5—2003医疗器械生物学评价第5部分:体外细胞毒性试验
  GB/T 16886.10—2005医疗器械生物学评价第10部分:刺激与迟发型超敏反应试验
  GB/T 191—2008包装储运图示标志
  YY 0505—2012医用电气设备第1—2部分:安全通用要求并列标准电磁兼容要求和试验
  YY 0774—2010超声骨密度仪
  YY 1057—2016医用脚踏开关通用技术条件
  YY/T 0316—2016医疗器械风险管理对医疗器械的应用
  YY/T 0466.1—2009医疗器械用于医疗器械标签、标记和提供信息的符号第1部分:通用要求
  YY/T 0939—2014超声骨密度仪宽带超声衰减(BUA)的试验方法

  超声骨密度仪的主要风险

  1. 能量危害

  电击危害:保护接地阻抗,接地不良,对地阻抗大;患者漏电流、外壳漏电流超标;系统电介质绝缘强度不够;应用部分与带电部分没有充分隔离;设备的电源插头剩余电压过高;机器外壳的防护罩封闭不良;设备没有足够的外壳机械强度和刚度。上述情况的出现可造成对使用者或患者的电击危害。

  电磁能:可能共同使用的设备(计算机、打印机、移动电话、电磁炉、微波炉等)对超声骨密度仪的电磁干扰,静电放电对超声骨密度仪产生的干扰,超声骨密度仪产生的电磁场对可能共同使用的设备的影响等引发的危害。

  超声输出:探头发射参数设计不合理导致声能输出过高。

  超温:超声发射电压过大导致探头表面温度升高(适用时),异常时发射失控导致探头表面温度升高(适用时)。

  2. 生物学和化学危害

  生物学:公共场所未经清洗、消毒的与人体接触的部件引起的交叉感染;超声骨密度仪的原材料有毒有害对人体造成的危害。

  化学:使用的清洁剂、消毒剂残留引发的危害。

  3. 操作危害

  不正确的测量:产品的检测装置超过寿命或长时间未经校准,导致误差过大。

  未按使用说明书中的要求进行测量,造成的测量失败、测量误差过大。

  超出注册申请人规定的寿命期限使用,可能造成病人或使用者危险,测量失败或误差过大。

  在注册申请人规定的使用环境条件外使用产品,可能造成测量误差过大,产品寿命降低。

  在注册申请人规定的贮存环境条件外贮存产品,可能造成产品的损坏或无法正常工作,产品寿命降低。

  坠落:工作状态中移动产品或操作不当导致产品坠落。(适用时)

  4. 信息危害

  包括标记缺少或不正确,标记的位置不正确,不能被正确地识别,不能永久贴牢和清楚易认。

  不符合法规及标准的说明书,比如说明书中未对限制充分告知,未对不正确的操作、与其他设备共同使用时易产生的危害进行警告,未正确标示储存条件、消毒方法、维护信息,未对因长期使用产生功能丧失而可能引发的危害进行警告,未对合理可预见的误用进行警告等引发的危害。

  5. 软件危害

  不正确的软件控制状态造成发射失控,可能造成探头升温。

  出现断电、非正常关机等情况,可能导致软件数据损坏或丢失。

  过于复杂的界面设置或非预期输入导致操作易出现错误。

  软件被随意改动或因安装其他软件,可能导致软件无法正常工作。

  采用的数据库若未考虑人种差异或信息不全、数据量不足,可能导致测量结果不准确。

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