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醫療器械研發中如何考慮高海拔低氣壓的影響
開始之前,我們(men)先了解下什么是氣(qi)壓。氣(qi)壓是指大(da)氣(qi)對(dui)物體單位面積產生的壓強(qiang)(F/S)。氣(qi)壓的主(zhu)要影(ying)響(xiang)因(yin)素有:海拔、溫(wen)度(du)、濕(shi)度(du)等,他們(men)是相(xiang)互(hu)配合互(hu)相(xiang)影(ying)響(xiang)的結(jie)果。
注:
海(hai)拔高(gao)度 :大氣(qi)壓隨海(hai)拔高(gao)度的(de)(de)(de)(de)升高(gao)而減小(xiao)。這是因為離地(di)面越(yue)高(gao),空(kong)(kong)氣(qi)越(yue)稀薄,空(kong)(kong)氣(qi)分子的(de)(de)(de)(de)密度越(yue)小(xiao),單(dan)位(wei)體積(ji)內(nei)的(de)(de)(de)(de)空(kong)(kong)氣(qi)分子數量越(yue)少,對(dui)單(dan)位(wei)面積(ji)的(de)(de)(de)(de)物體表(biao)面撞擊的(de)(de)(de)(de)次(ci)數和力度減小(xiao),所(suo)以產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)壓強也越(yue)小(xiao)。
溫(wen)度 :一(yi)般(ban)來說(shuo),溫(wen)度升高,大氣(qi)(qi)壓(ya)(ya)會降低(di)。當空氣(qi)(qi)受熱膨脹時,空氣(qi)(qi)分(fen)(fen)子的間距增大,單(dan)位(wei)體積(ji)內(nei)的分(fen)(fen)子數量減(jian)少,在(zai)單(dan)位(wei)面積(ji)上受到(dao)的分(fen)(fen)子撞(zhuang)擊次(ci)數和力度也會相應(ying)減(jian)少,導致(zhi)大氣(qi)(qi)壓(ya)(ya)下降。
濕(shi)(shi)度(du) :在一定(ding)溫度(du)下,空(kong)氣中(zhong)水蒸(zheng)氣的(de)含(han)量(濕(shi)(shi)度(du))越(yue)大,空(kong)氣的(de)密度(du)越(yue)小,大氣壓也會相應降低(di)。
提到“高海(hai)拔(ba)”&“低氣(qi)壓”,我就想到“缺氧”、“煮沸(fei)的(de)水(shui)沒(mei)有(you)100℃”等,一般超(chao)過(guo)(guo)3500 m就沒(mei)有(you)什么(me)人長(chang)期生(sheng)活(huo)了。在醫療領(ling)域(yu)通(tong)常“高海(hai)拔(ba)”是(shi)指(zhi)當海(hai)拔(ba)超(chao)過(guo)(guo)2000 m時候所對應的(de)氣(qi)壓。在人們過(guo)(guo)往的(de)經(jing)驗中,通(tong)常認(ren)(ren)為在宣稱更高的(de)海(hai)拔(ba)時,只需(xu)(xu)要考慮GB 9706.1-2020 8.9.1.5 表8中電氣(qi)間隙的(de)倍增系數(shu)。(由(you)于舊(jiu)版(ban)標(biao)準默(mo)認(ren)(ren)的(de)是(shi)3000 m,這也導致(zhi)了很多制造商認(ren)(ren)為這是(shi)理所當然,無需(xu)(xu)證(zheng)明(ming)。)
亦或是ASTM D4169里面所提到(dao)的關于運輸過(guo)程中會遇到(dao)空運和高(gao)海拔的低氣壓(ya)情況(kuang)。
然而從近兩年的(de)審(shen)評中(zhong)心發補情況來看(見下(xia)圖),這些遠遠是不夠的(de)。其實道(dao)理很簡單,海拔(ba)或者氣壓跟其它(ta)(ta)環境因素有所(suo)關聯,制造商宣稱XXX kPa,不能隨意(yi)宣稱,凡事要(yao)拿出“證(zheng)據”。“證(zheng)據”的(de)方式可以是通(tong)過(guo)風險管理、可以是研究(jiu)性資料(liao)、測試、也或是其它(ta)(ta)形式。因此,我(wo)們(men)在(zai)注冊(ce)時,要(yao)特別注意(yi)下(xia)“高(gao)海拔(ba)”和“低氣壓”的(de)情形。
根據(ju)下面幾張發補單內容,在涉及“高海拔(ba)”和“低氣壓(ya)”的(de)(de)應當考慮包(bao)含(han)但不限(xian)于以下幾個方面:產品性(xing)能(neng)(功(gong)能(neng)、性(xing)能(neng)、基本性(xing)能(neng))、(電氣)安全(quan)、使用期限(xian)、包(bao)裝和運(yun)輸等。但是就目前而言,“證(zheng)據(ju)”的(de)(de)具體(ti)要求(qiu)及充(chong)(chong)分性(xing)(不充(chong)(chong)分也會被發補),并沒有給出明(ming)確的(de)(de)指(zhi)導和要求(qiu)。制造商應該發散思維,保(bao)持嚴謹、科學(xue)的(de)(de)態度,充(chong)(chong)分的(de)(de)、全(quan)面的(de)(de)、詳細的(de)(de)去準備“證(zheng)據(ju)”。
其實,關于“高(gao)海拔”和(he)“低氣壓”的要(yao)求,早在(zai)幾年前的國(guo)家藥(yao)監局(ju)培訓中就(jiu)已提出來(lai),只是大家還沒有注(zhu)意問題(ti)的嚴重性。俗話說的好:“人教人,教不(bu)會(hui),事教人,一(yi)次(ci)就(jiu)夠,不(bu)撞南墻不(bu)回頭!”。發補一(yi)次(ci)你就(jiu)會(hui)了!隨著最近關于“高(gao)海拔”和(he)“低氣壓”的發補越來(lai)越多,行業內似乎(hu)對此的討論逐漸變多,類似問題(ti)正(zheng)引起(qi)從業者的注(zhu)意。
那么從理(li)論(lun)角度,低氣壓究竟帶(dai)來啥影響(xiang)呢?審評老師為何會有這些要求呢?
根(gen)據(ju)標準GB/T 4797.2,低(di)氣壓對(dui)產品(pin)可能會有以下影(ying)響(不限于):
——氣體(ti)和液體(ti)會從容器的密封墊泄漏(lou);---防護(hu)措施、包裝
——容器內部(bu)受壓而破裂;
——低密度物質的物理(li)化學(xue)性(xing)能發生變化;---材料問(wen)題、性(xing)能
——隨著氣(qi)(qi)(qi)壓(ya)(ya)降(jiang)低,空(kong)氣(qi)(qi)(qi)減少(shao),電(dian)(dian)(dian)(dian)工產品(pin)和設備的放電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)、電(dian)(dian)(dian)(dian)暈電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)和電(dian)(dian)(dian)(dian)極間(jian)的擊(ji)穿(chuan)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)降(jiang)低,因而導致設備運行失(shi)常或失(shi)靈(ling)(巴申定律指出:對于(yu)給定的電(dian)(dian)(dian)(dian)極形狀和材料,均勻電(dian)(dian)(dian)(dian)場中,空(kong)氣(qi)(qi)(qi)的擊(ji)穿(chuan)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)決定于(yu)空(kong)氣(qi)(qi)(qi)壓(ya)(ya)力和電(dian)(dian)(dian)(dian)極間(jian)隙的乘積。實(shi)驗表明海拔每升高1000 m,電(dian)(dian)(dian)(dian)暈電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)和絕緣(yuan)電(dian)(dian)(dian)(dian)氣(qi)(qi)(qi)強度降(jiang)低8%~13%);---絕緣(yuan)性能、電(dian)(dian)(dian)(dian)氣(qi)(qi)(qi)間(jian)隙
——隨(sui)著氣壓降低,空(kong)(kong)(kong)氣減少,以空(kong)(kong)(kong)氣對流和傳導方式散(san)熱(re)的(de)產品和設備的(de)散(san)熱(re)效率降低,影響(xiang)冷卻效果,致使溫(wen)(wen)升(sheng)升(sheng)高(gao)(gao)(一(yi)個(ge)向周圍空(kong)(kong)(kong)氣散(san)熱(re)的(de)箱形(xing)物體,在(zai)100 mm至200 mm的(de)距(ju)離范圍內,其表面(mian)輻射系數為0.7,對應于(yu)海拔3000 m高(gao)(gao)度,氣壓下降了30%,溫(wen)(wen)升(sheng)將增加12%。如果是(shi)其他形(xing)狀和表面(mian)狀況(kuang),例(li)如是(shi)有(you)散(san)熱(re)器(qi)的(de)結構(gou),或者(zhe)是(shi)擦亮的(de)金(jin)屬表面(mian),則溫(wen)(wen)度可能會增加得更高(gao)(gao)一(yi)些。實驗表明海拔每升(sheng)高(gao)(gao)1000 m,溫(wen)(wen)升(sheng)增高(gao)(gao)3%~10%);---散(san)熱(re)效率
——預期的物理(li)效應加速,例如可塑(su)劑的揮發(fa)、潤滑劑的蒸(zheng)發(fa)等;---液體(ti)蒸(zheng)發(fa)
——隨著氣(qi)(qi)(qi)壓(ya)降低(di),空氣(qi)(qi)(qi)減(jian)少,以空氣(qi)(qi)(qi)為滅弧介質(zhi)的(de)開關(guan)電(dian)器產品的(de)通斷能(neng)力和電(dian)壽命將受(shou)到一定的(de)影響。---電(dian)氣(qi)(qi)(qi)性(xing)能(neng)變化、壽命
最(zui)后,作為制造商(shang),我們(men)(men)應當注(zhu)重元(yuan)器件(jian)(jian)選型與設(she)(she)計。并關(guan)注(zhu)可(ke)靠性試(shi)驗(yan)(yan)與相關(guan)的(de)驗(yan)(yan)證(zheng)。那(nei)么(me)相關(guan)試(shi)驗(yan)(yan)我們(men)(men)該怎么(me)做(zuo)呢?最(zui)理想(xiang)的(de)狀態莫過于去實地做(zuo)試(shi)驗(yan)(yan)。聽說國(guo)內(nei)某些(xie)頭部大廠(土(tu)豪),為了嚴謹(設(she)(she)備產生氣體,跟氣壓(ya)關(guan)系(xi)大),不惜(xi)重金前(qian)往青藏高原(yuan)進行試(shi)驗(yan)(yan)。有(you)條(tiao)件(jian)(jian)的(de)都建議(yi)去實地。
當然,除了實地(di)試(shi)驗(yan),也可以在(zai)模擬(ni)環(huan)境(jing)下(xia)進行試(shi)驗(yan),經濟實惠。比如模擬(ni)海(hai)拔氣壓箱(如下(xia)圖,下(xia)圖只有氣壓參數(shu)。如果配置溫度、濕度的(de)模擬(ni)海(hai)拔氣壓箱也不便宜),就是一致(zhi)性做不到(dao)完全一比一復(fu)刻(溫度、濕度等環(huan)境(jing)因素)、體積受限、還有就是試(shi)驗(yan)時,設(she)備的(de)設(she)置操作(可配置氣動手指)、性能(neng)觀察(可配置監控,通訊口(kou)協議(yi)控制)等不是很方便。
這就需要(yao)國內的設(she)備制造商(shang)擔起責(ze)任,積極研(yan)發,降本同時及(ji)時解決行業痛點(dian)。其(qi)實也有個(ge)省事的辦法(fa),就是不(bu)要(yao)宣稱(cheng)高(gao)海拔的使用情形(xing)。當然這個(ge)也要(yao)考量銷售地區或產品(pin)競爭力了。
總結(jie):在(zai)產品涉及到(dao)“高(gao)海(hai)拔(ba)”和(he)(he)“低氣(qi)壓”的時(shi)候,制(zhi)造商(shang)還(huan)應該考慮到(dao)“高(gao)海(hai)拔(ba)”和(he)(he)“低氣(qi)壓”對產品性能(neng)(功能(neng)、性能(neng)、基本(ben)性能(neng))、(電氣(qi))安全、使用期限、包裝和(he)(he)運(yun)輸(shu)等帶來的影響,并在(zai)風險(xian)管(guan)理中對“高(gao)海(hai)拔(ba)”和(he)(he)“低氣(qi)壓”使用情況(kuang)進(jin)行詳細分(fen)析,并提供充分(fen)的“證據”。
本文由(you)廣州(zhou)佳譽(yu)醫療器(qi)械有限公(gong)司(si)/佛山浩(hao)揚(yang)醫療器(qi)械有限公(gong)司(si)聯合編輯