中国国际医疗器械设计与制造技术展览会(Medtec China)2018

专注于为医疗器械研发与生产服务

2019年 9月25日-27日 | 上海世博展览馆

【学术分享】物联网在体外诊断试剂的研发、生产、 质量管理方面的应用

2018-12-05

 随着体外诊断试剂在人类医疗活动中的重要程度不断提升,以及近几年体外诊断试剂行业产品质量问题频发,体外诊断试剂的质量安全越发受到重视。由于体外诊断试剂自身的特殊性,如储存温度非常温、有效期短等,导致试剂在生产、储存和运输等环节一旦脱离监管,就容易出现质量问题,导致严重后果。现阶段对体外诊断试剂的监管主要以市场抽检和记录回查为主,事后处罚的监管方式缺乏有效的先知防范措施与技术条件。如何从研发生产等环节有效控制监管产品质量,成为近些年监管部门与行业内企业共同思考与努力的方向。物联网技术具有很好的溯源性、实时性,能够实现对产品特性及生产经营活动等多种属性的信息采集与管理,基于上述前提,本文尝试探讨物联网技术在体外诊断试剂研发、生产质量管理等方面的应用。

 

1.物联网及其主要应用技术


1.1 物联网的定义

 

      “物联网”(Internet of Things),指的是将各种信息传感设备,如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络[1-3]。其目的是让所有的物品都与网络连接在一起,系统可以自动地、实时地对物体进行识别、定位、追踪、监控并触发相应事件。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术,广泛应用于网络的融合中,也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。

 

1.2 物联网的主要应用技术

 

      国际电联报告提出物联网主要有四个关键性的应用技术:标签事物的RFID,感知事物的传感网络技术Sensor technologies,思考事物的智能技术Smart technologies,传感器,智能技术[1]。物联网的应用范围很广泛,各细分领域中有不同的特定技术。

 

     射频识别(Radio Frequency Identifier,RFID):RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别过程无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便[4]。RFID技术与互联网、通讯等技术相结合,可实现全球范围内物品跟踪与信息共享[5,6]。

 

      传感器技术:传感器是机器感知物质世界的“感觉器官”,可以感知热、力、光、电、声、位移等信号,为网络系统的处理、传输、分析和反馈提供最原始的信息。随着科技技术的不断发展,传统的传感器正逐步实现微型化、智能化、信息化、网络化,正经历着一个从传统传感器- 智能传感器-嵌入式Web 传感器的内涵不断丰富的发展过程。无线传感器网络(WSN,Wireless Sensor Network)是集分布式信息采集、信息传输和信息处理技术于一体的网络信息系统,以其低成本、微型化、低功耗和灵活的组网方式、铺设方式以及适合移动目标等特点受到广泛重视,是关系国民经济发展和国家安全的重要技术。物联网正是通过遍布在各个角落和物体上的形形色色的传感器以及由它们组成的无线传感器网络,来最终感知整个物质世界的。目前发展的无线传感技术是传感器技术与无线传输技术的结合,它和传感器技术同样在物联网中扮演着重要的角色。现在在体外诊断领域也已有较为先进的传感器技术应用于宏观的物料、冷链、库存管理等,以及微观的设备检测、试剂配套识别等方面的应用[7]。

 

      智能技术:智能技术是为了有效地达到某种预期的目的,利用知识所采用的各种方法和手段。通过在物体中植入智能系统,可以使得物体具备一定的智能性,能够主动或被动的实现与用户的沟通,也是物联网的关键技术之一[4]。


       物联网就是要给物体赋予智能,可以实现人与物体的沟通和对话,甚至实现物体与物体互相间的沟通和对话。如果把物联网用人体做一个简单比喻,传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官,网络就是神经系统用来传递信息,智能控制技术则是人的大脑,在接收到信息后要进行分类处理。

 

2.物联网在体外诊断试剂行业中的应用探讨

 

      由于体外诊断试剂产品的特殊性,国家食品药品监督管理总局与2015 年颁布了《医疗器械生产质量管理规范附录体外诊断试剂》;对人员、厂房与设施、设备、设计开发、采购、生产管理、质量控制等各环节均提出了特殊要求。以下就物联网技术与体外诊断试剂研发生产等各环节的具体应用提出探讨与思考。

 

2.1 物联网在设计开发中的应用

 

      体外诊断试剂生产质量管理法规要求,设计开发过程应形成文件、记录。对设计开发策划、设计开发输出、设计开发到生产的转换、验证、确认、变更等各阶段均有明确要求。随着现代工业及信息技术的发展,企业研发项目管理也面临前所未有的考验。模块化、离散化与跨地域研发行为及部分设计开发人员对法规的陌生,使得产品实现过程中的实时溯源性、完整性难以得到有效控制;例如产品的设计开发变更:终端研发人员无法及时判断“产品设计优化”在法规中的要求,时有完成产品设计变动后,才知晓其设计变更违背了设计与开发策划中对于法规的引用;其连锁反应往往是造成人力、物力、时间等资源浪费,项目研发周期的拖延。通过物联网技术组织相应部门和人员进行变更阶段的工作,识别变更类型、等级,再由此自动明确该变更需要进行的试验、输出的资料和记录等内容。同时便于设计开发变更管理人员跨区域、部门的追踪。物联网技术将设计开发每个阶段所需完成的任务、输入输出的资料、参与评审的岗位等进行设定,使整个设计开发流程更加明确,更便于管理。通过物联网智能控制系统与项目管理有效结合,将设计开发过程中具体的职责要求、文件管理、评审流程等纳入系统,通过权限审批设置,可有效避免上述类似情况,提高产品设计开发效率,实现全过程透明化、溯源化,使设计与开发更清晰有效的满足法规的要求。

 

       新产品的设计与开发是一个从无到有的过程,涉及到研发、生产、质量、财务等多部门协同。传统的信息系统项目管理方法与思维方式已经不能适应高速发展的信息技术的要求。将协同管理应用于物联网应用系统项目管理中,能协同项目中不同的参与方,使项目中分散的参与方成为协调发展的有机体,有利于提高整个项目的效率,加快项目进度。运用协同论对物联网应用系统项目组织管理方面的问题深入分析,构建适合于物联网应用系统项目的组织协同管理模式,对于提高项目组织管理的效率和水平具有重要的意义[8]。

 

2.2 物联网在生产质量管理中的应用


      体外诊断试剂生产质量管理法规要求生产过程应建立管理体系。生产管理体系覆盖从原料采购至成品入库整个过程,涉及从物料使用情况、人员技能、厂房和设备状态、工艺实施情况、产品状态、贮存状态等各方面,要求企业建立完善的管理体系对每个工作程序的每个细节进行全面管理,才能使生产过程符合要求,保证产品质量。随着企业的高速发展,传统的人工监控方式显然已不能满足现在企业的需要。大部分中小体外诊断试剂生产企业的管理,长期徘徊于传统的事后管理阶段,平时主要任务是搞检查,发生事故时搞追查,安全工作随着事故的变化而变化,始终跟在事故后面。如何来解决当前企业人工管理所带来的滞后性等缺点已成为企业面临的重要问题。物联网通过传感器、射频识别技术、全球定位系统等技术,实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程,采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息,通过各类可能的网络接入,实现物与物、物与人的泛在链接,实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。其应用也可以使安全生产具有先知、先决的预计能力,能显著提高企业全方位安全防范能力[9,10]。以下详细探讨物联网技术在体外诊断试剂生产管理重要环节的应用。

 

2.2.1 生产计划管理

 

     生产计划需要综合考虑原材料、人员、厂房、设备等利用率,体外诊断试剂所使用的原材料大多效期较短不能大量备货,部分生产检验用设备器具需进行计量,厂房设施设备需定期进行确认、操作人员需经过培训考核等。通过物联网创建体外诊断试剂生产计划,系统直接查找上述指标是否符合要求,原材料短缺时及时下达采购计划,人员、厂房、设备不符合时及时作出反应。有了物联网进行监控,计划人员可对当前生产系统的状态一目了然,保证生产计划可实施。生产计划下达同时,物联网可为当前批次产品分配一个唯一批次识别码,该识别码结合智能标签技术,生成可用扫描方式识别的条形码或二维码,张贴于生产计划,只需扫描便可实现快速查询的功能。

 

2.2.2 采购、物料管理

 

      与传统的采购模式相比,物联网在采购过程中的作用主要表现在以下几个方面[11]。①实现了采购过程的智能化。企业在进行采购之前,首先要对原材料的需求情况进行分析。如果将物联网技术加入到供应链管理系统中,那么系统就可以根据当前企业的生产情况自动的生成物料需求计划,既节约了人力资源成本,又提高了采购效率。在采购过程中,物联网技术的最重要应用是对原材料进行识别和跟踪。最简单的方式就是采用RFID技术,对原材料贴上电子标签,内含原材料的各项属性信息,当通过RFID接收器时,这些信息就会自动的传输进信息系统中。由于这些信息是通过物联网技术自动生成的,大大降低了被人为篡改的可能,保证了原材料信息的真实性。②有利于采购过程中的实时监控。物联网技术的最大优势之一就是可以对物品进行实时地监控。将物联网技术应用于原材料的识别跟踪中,可以有效地敦促供应商及时发货,大大降低了原料不能按时到货等一些采购风险。此外通过物联网也可以对原材料的质量进行及时监督。尤其是一些对于外界温度、湿度等环境要求较高的物品必须要对其进行全程的质量监控,而物联网技术正好可以满足全程质量监控这一需求。综上所述,由于采购环节最重要的因素是采购原材料的价格、质量和时间,而传统的基于供应链的采购模式显然无法完全满足要求。如果将物联网技术有效地应用于采购管理中,必将在降低原料成本、缩短采购时间以及提升原材料质量等方面发挥重要作用。

 

2.2.3 生产过程监控管理

 

      生产过程控制是体外诊断试剂生产企业管理的核心。也是医疗器械质量管理的核心内容。通过赋予产品原材料、外协件、生产实施者、生产设备等这些生产过程参与者电子射频标签,然后在关键位置和关键点安装所需传感器,并通过接收电子射频标签信号和传感器监测的数据,判断在生产过程中各个生产过程参与者状态、位置、以及需要生产过程中进行控制的参数。客观真实地记录生产状态,有利于成品向原材料以及生产设备、人员的逆溯的展开。而且由于在生产过程中,通过传感器记录下了产品生产的环节和需要控制的数据,可以实现产品与生产环境的追溯。基于物联网技术对水、空气、温度等在线环境监控技术已得到广泛应用[12-14]。体外诊断试剂生产在洁净厂房进行时,通过传感器技术监控空气、水、温度、光源等参数的实时监控,可实时有效的控制厂房环境,以保障生产过程满足对环境的要求。在人员着装和进出流程的监控过程,通过无线网络,有车间监督人员通过现场检查后将结果反馈至物联网系统。同时可通过无线射频技术,对进入的人员进行监控,系统自动记录已进入人员信息和数量,在人员数量已达到上限值或申请人员不符合要求时,自动向管理人员发送提醒信息,实现远程监控。体外诊断试剂的生产记录是追溯产品质量的重要依据,利用物联网进行生产记录的追溯管理时,记录人员在每个工序完成的同时,将上述关键要素录入物联网系统,系统将该批次产品指令和实际生产记录信息进行关联对比,检查是否符合指令要求,一旦发现偏差,第一时间提醒生产管理人员,对该偏差做出反应,及时遏止更严重的损失。通过物联网技术可以实现自动的信息采集,将生产环节中涉及到的厂房环境、生产设备、生产人员、原材料、生产工艺等各项生产要素进行数据化管理,有效的实现生产过程中的自动管控。

 

2.2.4 检验仓储管理

 

      体外诊断试剂产品大多效期较短,同时需要在特殊温度进行贮存,符合要求的温度对保持产品质量至关重要。传统的出入库流程中基本靠手工作业的操作方式,存在的问题也比较多,例如耗时长、信息化程度低,易出错、无法实时监控环境等。如果采用RFID技术,将RFID电子标签粘贴到各个物料上,记录每件物料的规格型号等信息,这样当粘贴有RFID电子标签的货物到达存储仓库后,在仓库的门禁系统中可以装备RFID接收器,这样当货物通过门禁系统时,系统就可以快速的识别出本次入库的所有物料的相关信息,如到货时间、检验数据、生产批号甚至生产记录等,并将其传输入供应链管理系统中,在系统中可以自动物料单据等信息进行核对,很方便的完成检验入库环节[11]。

 

3.通过物联网在质量管理的应用

 

      根据法规要求,体外诊断试剂企业需建立一套完善的、与产品相匹配的质量管理体系,同时由监督人员对整个体系的运行进行监督。由于体系涉及企业所有部门、人员、设施设备和所有管理规定和操作过程,类目繁多,在人工进行监督的过程中,常会发生监督遗漏的情况,给产品质量带来不断积累的隐患。在体系运行过程中发生不符合要求的情况需要就在预防时,由管理人员安排计划和任务连接所有相关的人员,通过物联网建立一项跟踪程序,由物联网直接跟进所有计划和任务的完成情况。利用物联网技术将检验过程中的质量状况反馈给实时监控平台,通过数据自动采集给出的标准化信息,经过只能质量评估对数据进行采样分析,跟标准数据进行对照,最后拿出产品质量评估结论反馈。通过监控平台实时输出的数据和警告信息,管理人员能清楚准确地看到产品在生产中出现的问题,从而更加迅速的解决问题,更加智能化的管理质量控制系统[15]。

 

4.物联网技术的应用局限性

 

4.1 缺乏统一标准

 

      物联网技术内容众多,所涉及到的标准组织也较多,不同的标准组织基本上都按照各自的体系进行研究,采用的概念也各不相同。总的来说,中国物联网标准的制订工作还处于起步阶段,但发展迅速。目前中国已有涉及物联网总体架构、无线传感网、物联网应用层面的众多标准正在制订中,并且有相当一部分的标准项目已在相关国际标准组织立项[16]。

 

4.2 信息安全无法保证

 

      物联网除了具有传统网络的安全问题外,还产生了新的安全和隐私问题,如对物体进行感知交换数据保密性、可靠性、完整性,以及未经授权不能进行身份识别和跟踪等问题[17]。这些在医疗行业中显得尤为突出。且现阶段网络安全方面的法律法规仍不完善,因此信息安全无法得到保障,企业技术机密或个人的隐私信息容易被窃取和侵害,给企业带来无法承受的损失,这是体外诊断试剂企业在使用物联网技术时的重要顾虑。

 

5.小结

 

      体外诊断试剂在医疗领域的质量监管一直备受国内外的广泛关注。本文详细讨论了物联网技术在体外诊断试剂生产企业的应用和研究现状。物联网作为一种互联网衍生技术,对于体外诊断试剂研发、生产与质量管理都有着重要的价值和作用。相信会有更多的学者,企业与监管部门关注和从事此方面的相关研究,为全面推进物联网技术进一步在医疗领域的应用奠定坚实的基础。


 来源: 本文刊登于《中国医疗器械信息》杂志2018年第19期