Проектирование медицинских изделий

Перед задачей найти способ понять опыт пациента, исследователи обнаружили методику, называемую картографированием путешествия, которая проводит пациента через определенный процесс или стандарт ухода и заставляет пациента оценивать сложность каждого шага. Команда создала подробный вопросник о самокатетеризации и обратилась в социальных сетях к группе поддержки по вопросам недержания мочи. В итоге было получено почти 50 ответов. Результаты четко выявили самые сложные части процесса. Самым сложным для женщин была сложность поиска уретры для вставки катетера. Команда также узнала, что для женщин поиск уретры часто требует привязки зеркала к ноге, что может сделать процесс еще более трудоемким.

С глубоким пониманием проблемы команда начала рассматривать решения. Поэкспериментировав с несколькими техниками, они решили, что самым простым и интуитивно понятным подходом для женщин было бы использовать влагалище в качестве анатомического доступа, чтобы помочь найти уретру и расположить катетер у ее входа. Они разработали более 40 прототипов портативного устройства для достижения этой цели, а затем напечатали наиболее перспективные с помощью 3Д-печати.

Однако тестирование конструкций оказалось сложным, так как это инвазивный процесс, который не привлекает здоровых добровольцев. Исследователи проявили творческий подход. Они сделали несколько шорт с искусственным влагалищем и уретрой и использовали шорты, чтобы проверить каждый прототип на себе. Этот процесс помог им сузить количество вариантов до трех. После более чем 40 самокатетеризаций с завязанными глазами каждой командой был выбран свой лучший дизайн.

К концу весеннего квартала у студентов был рабочий прототип своего изделия. Они подали предварительный патент и, при расширении программы финансирования NEXT от Stanford Biodesign, выпустили еще более доработанное изделия с использованием медицинского пластика. Они приняли участие в конкурсе спонсируемом NIH, и выиграли венчурный приз в размере 15 000 долларов. Команда студентов – разработчиков в настоящее время изучают пути регулирования и планируют следующие шаги для продвижения изделия, включая тестирование удобства использования изделия с реальными пациентами.

3.2 Процессы проектирования

3.2.1 Последовательный дизайн

Отметим, что модели, представленные ранее в этой главе, фактически являются последовательными. Задачи выполняются одна за другой и в установленной последовательности (рисунок 3.9). Даже проекты с множеством видов деятельности имеют линии связи типа «нос к хвосту», как в эстафете. Для многих простых проектов или для очень маленьких микрокомпаний (1-2 человека) это единственная разумная модель, поскольку одновременно может выполняться только одна задача. Но для более крупных проектов и масштабных мероприятий это приводит к чрезмерно длительному времени выполнения заказа (время от начала до реализации). Существует только один способ ускорить последовательное проектирование – надежное управление проектами с использованием таких инструментов управления проектами, как диаграммы Ганта, PERT и т. д.

Рисунок 3.9 – Пример диаграммы Ганта

Пример диаграммы Ганта иллюстрирует, как одна задача следует за другой – и это основная проблема последовательной модели. Проблема определяется только после запуска задачи. На диаграмме «тестирование и оценка» принимает эстафету от дизайна, когда он завершен. Предположим, тестирование определило, что что-то не так. Эта информация возвращается к дизайнерам, которые меняют свои идеи, а затем эстафету снова принимают испытания. Этот обратный и прямой цикл распространен в плохо управляемых системах проектирования. Кроме того, как это случалось в прошлом, возможно, придется отказаться от всего проекта, а на это тратится много времени и денег. Примером того, как управление проектом может ускорить процесс, является одновременное выполнение полностью независимых задач (режим разработки тестов, рабочий проект (1) и рабочий проект (2)).

3.2.2 Параллельное проектирование

Параллельное проектирование предполагает, что каскадный подход и его ситуативный характер не способствуют созданию эффективной системы проектирования. Модель признает, что для достижения окончательного решения требуются итерации, и что команды будут создаваться (или выбираться) для получения ответов или решений конкретной проблемы. Процесс по-прежнему носит последовательный характер, но, по возможности, задачи, которые можно выполнять одновременно, планируются одновременно.

Если бы компания проектировала электродрель с самого начала, то последовательная модель предполагает, что только одна команда работает над проектом от начала до конца. Параллельное проектирование заявляет, что это не так и что над общим дизайном может работать более одной команды. Действительно, эти команды вполне могут быть узкоспециализированными. Так, например, одна команда может проектировать патрон, другая – блок привода, третья – аккумуляторную батарею, а последняя группа – корпус. Получается четыре команды. Одна команда может ждать завершения работы другой (как в последовательной модели), но параллельный дизайн предполагает, что они могут работать одновременно. Рисунок 3.10 иллюстрирует этот подход. Параллельное проектирование позволяет ускорить процесс дизайна изделия.

Чтобы модель, представленная на рисунке 3.10, работала, должна быть сильная роль управления проектом в целом. За каждую задачу нужно нести ответственность и управлять ею правильно. Между отдельными задачами должна быть хорошая связь. Если какая-либо из них отсутствует, почти наверняка система вернется к последовательной модели, и время на параллель будет потрачено впустую. Руководители проектов могут проводить регулярные встречи для понимания процессов, но на практике это может быть непредсказуемо.

Для небольших проектов дополнительные накладные расходы, создаваемые параллельными проектами, как показано на рисунке 3.10, могут превышать любые сэкономленные средства. В более крупных проектах, где отчетливо видны отдельные элементы, регулярно применяются параллельные методологии. Они особенно распространены в автомобильной и аэрокосмической промышленности.

Однако не следует упускать из виду преимущества признания итеративных аспектов проектирования и то, что для большинства проектов предусмотрена та или иная форма субподряда (например, упаковка). Именно здесь параллельные модели могут помочь небольшому проекту.

Рисунок 3.10 – Параллельное проектирование электродрели

3.2.3 Совместное проектирование

Даже параллельные модели предполагают то, что одна команда информирует другую об ошибке в аспекте спецификации. Появление интернета сделало более жизнеспособной новую методологию: совместное проектирование. Совместное проектирование – это модель, которая зависит от доступности облачной базы данных (рисунок 3.11). Все члены проектной группы имеют доступ к этому репозиторию. Это немного меняет модель, показанную на рис. 3.10.

Современные системы автоматизированного проектирования (САПР) почти всегда имеют встроенную совместную природу для проектирования. Исторически сложилось так, что этот обмен информацией нечасто использовался из-за недоступности специального программного обеспечения (часто очень дорогого) для доступа к данным и работы с проектами. Современные веб-разработки значительно облегчили жизнь совместным моделям.

Рисунок 3.11 – Совместное проектирование

Эта модель вовлекает заказчика в общий процесс проектирования. Доступ к данным стал проще. Но на практике это часто ограничивается стадией спецификации.

3.2.4 Целостные модели проектирования

Совместная модель по-прежнему позволяет одному человеку разработать спецификацию изолированно. Но один человек не может полностью понять требования всей системы, и это по своей сути делает невозможным создание хорошей и надежной спецификации.

Рисунок 3.12 – Целостная модель проектирования

В целостной модели важно, чтобы все потенциальные партнеры были включены с самого начала. Это позволяет использовать весь их опыт, ноу-хау и знания для проекта. На рисунке 3.12 показано, как это может выглядеть для типичного медицинского изделия. Кстати, это не нисходящая модель, в которой ведущий дизайнер инструктирует подчиненных, а гораздо менее диктаторская. Это не подход «снизу вверх». Ведущая команда дизайнеров имеет такие же общие полномочия, но они гораздо больше озабочены тем, чтобы совместная работа происходила на уровне, чтобы общий проект стал успешным.

РЕЗЮМЕ

Неконтролируемое проектирование медицинских изделий может привести к результатам, не соответствующим поставленной цели. Разработчики медицинских изделий должны работать качественно и продуманно с самого начала. Контроль процесса также экономит время и деньги (экономия расходов на персонал и т. д.). Это приводит к сокращению времени выхода изделия на рынок, что дает очевидные преимущества. Прежде чем выстраивать контроль, нужно понять процесс и как он изменяет входные данные на выходные. Для этого нужно измерить вход и выход. Именно отношения между ними и есть процесс.

В этой главе были представлены несколько моделей проектирования, такие как модель Пала и Бейтца. Мы выяснили, что генерация потенциальных идей и сокращение пространства проектирования до одного лидера являются важным аспектом в обеспечении надежности процесса проектирования. Принятие этого потенциального решения и воплощение его в жизнь является этапом детального проектирования. Кроме того, познакомились с рядом моделей, которые помогают управлять процессом проектирования.

1. Укажите, чем отличаются модели проектирования Пала и Бейтца от модели проектирования Пью.

2. Чем отличаются инновационные процессы для медицины от биофармацевтики?

3. Опишите основные процесса биодизайна инноваций в области медицинских технологий.

4. Чем процессы параллельного проектирования отличаются от последовательного проектирования?

5. Укажите причины необходимости контролировать процессы проектирования медицинских изделий.

1. Gill K., Schwarzenbach J. System Modelling and Control. Halsted Press, 1992.

2. Bicheno J., Catherwood Ph. Six SIGMA and the Quality Toolbox Paperback. PICSIE Books, 2005.

3. Pahl, G., Beitz, W., Feldhusen, J., & Grote, K. H. Engineering design: A systematic approach. London: Springer Verlag. 2007.

4. Pugh, S.Total design: Integrated methods for successful product engineering. Prentice Hall. 1990.

5. Peter J.O. Medical Device Design: Innovation from Concept to Market. Academic Press; 2nd edition, 2019.

6. Zenios S., Makower J., Yock P., Brinton T.J., et al. Biodesign: The Process of Innovating Medical Technologies. Cambridge University Press. 2009.

04 Внедрение процедур проектирования

В этой главе в качестве основы для процедур проектирования используются рекомендации стандарта ISO 13485 (и семейство ISO 9000). Важно, что нормативы по медицинским изделиям требуют одного – правильного выполнения проектной деятельности. Цель документа – установить требования к системе менеджмента качества, которые могут применяться организацией, участвующей в одной или нескольких стадиях жизненного цикла медицинского изделия, включая проектирование и разработку, производство, хранение и поставку, монтаж, техническое обслуживание, окончательный вывод из эксплуатации и утилизацию медицинских изделий или предоставление связанных с ними услуг (например, техническая поддержка).

В этой главе делается попытка представить процедуры и способы их реализации, однако в ней не показано, как должны выглядеть процедуры конкретного производителя.

4.1 Термины и определения

Сопроводительная документация – документы, прилагаемые к медицинскому изделию и содержащие информацию для пользователя или лиц, ответственных за установку, применение, техническое обслуживание, вывод из эксплуатации и утилизацию медицинского изделия

Жизненный цикл – все стадии существования медицинского изделия от первоначальной концепции до вывода из эксплуатации и утилизации. [ISO/IEC 63:2019, пункт 3.5]

Изготовитель – любое физическое или юридическое лицо, ответственное за проектирование и/или производство медицинского изделия с целью выпустить в обращение медицинское изделие под его собственным именем независимо от того, спроектировано и/или произведено такое медицинское изделие этим лицом или по его поручению другим(и) лицом(ами).

Примечания к определению:

1. Физическое или юридическое лицо несет конечную юридическую ответственность за обеспечение выполнения применимых регулирующих требований стран или юрисдикции в отношении медицинских изделий, для реализации в которых они предназначены, если только иное не установлено специальными требованиями регулирующего органа (РО) в пределах его юрисдикции.

2. Ответственность изготовителя описана в руководящих документах GHTF. Эта ответственность включает в себя как ответственность по выполнению требований до выпуска в обращение, так и послепродажных требований, таких как сообщения о неблагоприятных событиях и уведомления о корректирующих действиях.

3. «Проектирование и/или производство» могут включать в себя разработку спецификаций, продукции, производство, изготовление, сборку, обработку, упаковку, переупаковку, маркировку, перемаркировку, стерилизацию, монтаж или восстановление медицинского изделия, а также объединение изделий, возможно с другой продукцией, в единый набор для медицинского назначения.