统计过程控制在医疗器械电子束辐照灭菌质量控制中的应用

岳芳名 李婷婷 孙开峰 齐 凯

1（山东威高集团医用高分子制品股份有限公司 威海264200）

2（利洁时集团 青岛266000）

3（威海市技术监督信息研究所 威海264200）

对于医疗器械辐照灭菌过程，需要建立一个灭菌剂量（Dster）以达到预期的无菌保障水平，以及一个最大可接受剂量（Dmaxacc）以确保产品、材料辐照后仍满足功能要求或法规要求［1］。由于辐照灭菌工艺的特点，装载内部各处受照剂量的量值并不相同。辐照灭菌确认阶段要对医疗器械产品灭菌装载模式进行剂量分布研究，目的是确定最大剂量（Dmax）与最小剂量（Dmin）点的量值和位置，以及两者与日常监测位置剂量（Dmon）之间的关系［2-4］。

辐照灭菌工艺应保证医疗器械产品所接受的Dmax与Dmin处于该产品Dmaxacc与Dster之间（如图1 所示）。图1 中，灭菌过程1～3 是符合要求的，而灭菌过程4～6则是不符合要求的。

图1 辐照灭菌过程剂量控制示意图Fig.1 Diagram of dose control in irradiation sterilization process

对常规监测中获得的剂量数据进行分析，可以评估电子束辐照灭菌过程持续、一致地传递规定剂量的能力。统计过程控制是一种应用统计方法对过程进行评估和监控，建立并保持过程处于可接受且稳定的水平，从而保证产品质量符合规定要求的一种管理技术［5］。在电子束辐照灭菌过程中，对监测剂量采用统计过程控制方法进行分析和控制，有助于及时发现异常波动，控制灭菌过程处于稳定状态，进而保证医疗器械产品质量。

1 数据收集

1.1 辐照装置

电子束辐照灭菌装置：比利时IBA 公司TT200，10 MeV，80 kW，最大束流8 mA。

1.2 检测设备

紫外-可见分光光度计（日本岛津UV-min 1240）、烘箱、辐射薄膜剂量计（美国GEX B3001）。

1.3 数据来源

某三类医疗器械电子束辐照灭菌监测位置剂量数据，该医疗器械灭菌剂量为25 kGy，不均匀度为1.7，辐照路径为双面辐照。在每一个辐照灭菌批次产品的开始与末端各放置一个监控箱，监测单面辐照的剂量结果。每个监控箱的固定位置布放一枚辐射薄膜剂量计。对于每一个灭菌批次读取两个监测剂量值（kGy）。

1.4 检测方法

每一批医疗器械产品灭菌后，回收监控位置上的辐射薄膜剂量计，置于60 ℃烘箱中加热15 min。经紫外-可见分光光度计读取吸光度，通过有效期内校准曲线计算监测剂量值。

2 建立控制图，判断过程是否稳定

2.1 选择控制图类型

2.2 绘制控制图

依据应用目的的不同，控制图分为分析用控制图和控制用控制图两个阶段。首先采集至少25组数据计算控制限，绘制分析用控制图。本例中对于同一种辐照灭菌工艺的医疗器械产品，连续取35 个灭菌批次的监测剂量数据，如表1 所示。分析控制图见图2。

国内学者对中国特色社会主义内涵的理解主要是从理论和实践两个层面进行诠释，具体包括思想理论、价值体系、发展道路、制度设计等方面。在研究视角上，主要包括整体性的角度、历史语境的特殊性、发展的角度等方面。

表1 监测剂量数据Table 1 Monitor dose data

图2 监测剂量分析用控制图Fig.2 Control chart for analysis of monitor dose

2.3 判断过程是否稳定受控

分析用控制图用于判断过程是否稳定受控以及过程是否出现异常。控制图判异原则为：

（1）1点落在控制限之外；

（2）连续9点落在中心线同一侧；

（3）连续6点递增或递减；

（4）连续14点中相邻点升降交错。

根据以上4条判异原则，若均值图和极差图均无异常，说明过程稳定受控。

3 计算过程能力，判断是否达到技术稳态

通过控制图确认过程出于统计控制状态后，进行过程能力分析，其目的在于判断过程能力是否满足技术要求。过程能力的衡量用过程能力指数（CP，Cpk）来计算和分析。

3.1 过程能力指数CP

过程能力指数CP是指容差与过程波动范围之比。容差即技术要求的过程上限（USL，记为LUS）与过程下限（LSL，记为LLS）之差，过程波动范围即6倍标准差，见公式（1）。

本例中监测剂量的上下限分别为LUS=11.89 kGy，LLS=9.66 kGy，σ用Rˉ/d2估计。经计算本例中CP值为2.49。

3.2 过程能力指数Cpk

从CP计算公式可看出，其计算与过程输出均值无关，而大多数情况下，过程输出均值μ并不与技术要求的上下限重合。因此，进一步计算过程能力指数Cpk，见公式（2）。

3.3 过程能力指数分析

在传统质量管理标准中，1.33＜CP＜1.67，即表明过程能力充分，而用更高标准的6倍西格玛管理眼光来看，CP≥2（公差超过12 倍西格玛）的过程更为理想［7-8］。CP值为2.49，Cpk为2.12，能够达到6倍西格玛管理水平的要求。

4 实现过程控制

通过以上两个阶段，确认了过程稳定受控，并且过程能力满足要求，此时可以对过程进行控制。将分析用控制图中获得的xˉ、Rˉ以及各自的UCL 和LCL 作为控制限。将随后采集的数据按照序列在控制图上逐个打点。本例中，在控制用控制图建立后取16 组数据绘图，如图3 所示。按照控制图判异原则分析，监测剂量值未出现异常点，说明过程保持稳定、受控状态。

5 讨论

电子束辐照灭菌监测剂量值的稳定性影响因素包括电子束辐照装置输出束流、扫描宽度、能量，以及束下传输装置速度4个参数，统计过程控制可以进一步运用于这些影响因素的过程控制中，有助于分析和控制影响监测剂量值的根本原因，进而保证灭菌质量。

本例中CP值为2.49，Cpk值为2.12，说明过程中心与容差中心存在偏离。在计算Cpk时（LUSμ）/3σ=2.86，（μ-LLS）/3σ=2.12，可知过程中心向过程上限偏移。辐射可能造成聚合物材料的重组、断链和交联。产品吸收剂量越高，聚合物性能损失的风险越大［9］。为降低医疗器械产品性能损失风险，另外从能源节约的角度考虑，尽量用较低的剂量来满足医疗器械产品无菌保障水平的要求。本例中过程输出稳定，仍有向过程下限调整的空间。调整需经大量试验数据验证支持，是下一步改进方向。

控制图有助于及时发现异常，消除异常。当控制图出现异常点时，要立即组织人员深入分析，消除异常波动原因，恢复过程的稳定状态。这里所说的异常并不意味着过程输出不符合技术要求，而是出现了特殊原因造成的过程变异。当剂量值出现异常，要对影响监测剂量值的电子束辐照装置输出束流、扫描宽度、能量及束下传输装置速度进行逐一排查，比较实测值与设定值之间的差异，确定导致异常波动出现的根本原因。辐照装置应做好预防性维护，进而保证各项参数按工艺要求输出，这对于防止医疗器械产品灭菌不合格有着重要意义。