פיתוח מכשור רפואי: מאב טיפוס למוצר מוכן לייצור

פיתוח מכשור רפואי לחברות טכנולוגיה מסתיים רק כשאפשר לייצר את המכשיר שוב ושוב, באותה איכות ולפי תיעוד שאפשר לבקר.
אב טיפוס שעובד על שולחן המעבדה מוכיח שהרעיון אפשרי, אבל הוא עדיין לא מוכיח שאפשר לייצר אותו בסדרה.
המעבר לייצור נשען על שלושה דברים: תיק תכנון ומסמכי איכות שנבנים לפי ISO 13485 ו-ISO 14971, "תכנון לייצור" (DFM, כלומר התאמת העיצוב ליכולות של קו ההרכבה) שנעשה לפני הקפאת העיצוב, ויצרן חוזה שמצטרף מוקדם, בונה סדרת פיילוט ומתקף את התהליכים.

ק.א.א הוקמה ב-1989 על ידי אמיל קמיע, מעסיקה כ-25 עובדים ומספקת פתרונות Full Turnkey לתעשיות ביטחוניות, רפואיות ואזרחיות.
בין השירותים הרלוונטיים לשלב הזה: הרכבות אלקטרוניות, הרכבת מעגלים מודפסים (PCB) וחיווט למכשור רפואי.
חברת טכנולוגיה שמחזיקה אב טיפוס ורוצה להבין מה חסר בדרך לייצור מוזמנת ליצור קשר עם ק.א.א ולתאם שיחה על הפרויקט.

מה משתנה בפיתוח מכשור רפואי כשעוברים מאב טיפוס לייצור?

באב טיפוס המטרה היא להוכיח היתכנות.
בייצור המטרה היא יכולת חזרה: כל יחידה זהה לקודמת, וכל סטייה מתועדת.
ההבדל הזה משנה כמעט כל החלטה הנדסית, מבחירת הרכיבים ועד השאלה מי מחזיק את נוהל הבדיקה.

באתר ק.א.א כבר יש מאמרים שסוקרים את שלבי הפיתוח מאב טיפוס לייצור סדרתי, ואת הפיתוח למכשור רפואי לתעשייה ולבתי חולים.
כאן נתמקד בנקודה שבה פרויקטים נתקעים בפועל: המעבר עצמו.
בשפת התקנים הוא נקרא "העברת תכנון" (design transfer), התהליך שבו מידע התכנון הופך להוראות ייצור מוגדרות ומאומתות.

אבות טיפוס הנדסיים נבנים בדרך כלל בשיטות שלא מתאימות לסדרה.
רכיבים מולחמים ביד, חוטים נחתכים בעין, לוחות פיתוח מחליפים חלקים מהמעגל, והקושחה רצה בגרסה שאף אחד לא סימן.
כל זה סביר בשלב ההוכחה, ובעייתי ברגע שצריך להסביר לרשות מאשרת או ללקוח מוסדי איך המכשיר נבנה.

לפני שעוברים לפיילוט כדאי לענות בכתב על שלוש שאלות.
האם העיצוב מוקפא, כלומר כל שינוי בו עובר בקרת שינויים רשמית.
האם לכל רכיב יש יצרן מאושר ומקור חלופי.
ומי אחראי על נוהל הבדיקה הסופי ועל הציוד שהוא רץ עליו.

אילו מסמכים ותקנים צריכים להיות מוכנים לפני שמתחילים לייצר?

היקף המסמכים תלוי בסיווג המכשיר ובשוק היעד, ולכן הצעד הראשון הוא קביעת מסלול הרגולציה: אגף המכשירים הרפואיים במשרד הבריאות בישראל, סימון CE לפי תקנת MDR 2017/745 של האיחוד האירופי, או הגשה ל-FDA בארצות הברית.
חברות מסוימות מגלות את הסיווג רק אחרי שהאב טיפוס בנוי, ואז נאלצות לשחזר תיעוד לאחור.

בכל המסלולים כמעט תמיד נדרש הבסיס הבא:

• ניהול סיכונים לפי ISO 14971, שמזהה מה עלול להיכשל ומה בתכנון או בייצור מונע זאת.
• בדיקות בטיחות חשמלית לפי IEC 60601-1 ותאימות אלקטרומגנטית לפי IEC 60601-1-2, בדרך כלל במעבדה חיצונית מוסמכת.
• מחזור חיי תוכנה לפי IEC 62304, כולל ניהול גרסאות, אם יש במכשיר קושחה או תוכנה.
• רשימת רכיבים (BOM) מאושרת, עם יצרן ומק"ט לכל פריט, לצד שרטוטי הרכבה ושרטוטי חיווט הכוללים אורכים, מחברים והוראות סימון.
• נוהלי בדיקה לקבלה ולבדיקה סופית, עם קריטריוני קבלה מספריים.
• הערכת תאימות ביולוגית לפי ISO 10993, כשהמכשיר בא במגע עם גוף המטופל.

מערכת האיכות של היצרן עצמו נבנית לפי ISO 13485, התקן הבינלאומי למערכות ניהול איכות במכשור רפואי.
באתר ק.א.א יש מאמר נפרד על מה שחשוב בייצור אלקטרוניקה רפואית לפי התקן הזה, ולכן לא נחזור עליו כאן.

לדברי מהנדס איכות ותיק בתחום המכשור הרפואי, השינוי היקר ביותר הוא זה שמתגלה אחרי שהתכנון הוקפא.
מי שמכניס את הייצור לשיחה רק בסוף משלם על כל תיקון פעמיים, פעם בעיצוב ופעם בתיעוד ובבדיקות החוזרות.

יש לכך סיבה מעשית: דוחות הבדיקה החיצוניים מתייחסים לתצורה מסוימת של המכשיר.
החלפת ספק כוח, כבל או מחבר אחרי הבדיקה עלולה לחייב בדיקה חוזרת, ולכן הקפאת הרכיבים הקריטיים צריכה לבוא לפני הגשה למעבדה.

איך מתכננים מכשיר רפואי כך שאפשר לייצר אותו באמינות?

מכשיר רפואי הוא בדרך כלל שילוב של אלקטרוניקה, חיווט ומכניקה, ותכנון לייצור נעשה בכל אחד מהם בנפרד.
הבדיקות שלהלן מבוצעות בסקירת תכנון משותפת עם היצרן, לפני שהעיצוב נסגר.

בלוח המעגל המודפס בודקים את סוגי המארזים.
רכיבי "BGA" (מארז עם כדורי הלחמה מתחת לגוף הרכיב) ורכיבים קטנים מאוד בגודל 0201 דורשים קו SMT מתאים ובדיקת רנטגן להלחמות.
בודקים גם שיש נקודות בדיקה נגישות לבדיקה במעגל (ICT) או לבדיקה פונקציונלית, ושחלוקת הלוחות לפאנל מתאימה לקו ההרכבה.

בהלחמות אלקטרוניקה דרישות התהליך מוגדרות לפי IPC J-STD-001 וקבלת העבודה נבדקת לפי IPC-A-610.
פרופיל החום בתנור ה-reflow נקבע לכל לוח, ורכיבים רגישים לחום או ללחות דורשים טיפול נפרד.
הלחמות ידניות עדינות נשארות לפעמים בלתי נמנעות, ואז הן מבוצעות לפי אותו תקן ועל ידי מלחימים מוסמכים.

בחיווט הכללים נוקשים יותר ממה שנראה באב טיפוס.
שרטוט רתמה מוגדר צריך לכלול חתך חוט, צבע, אורך עם סבולת, סוג מחבר וכלי הכבישה, בדיקת משיכה לכבישות, הגנה מפני מתיחה וסימון שמאפשר עקיבות.
התקן הרלוונטי הוא IPC/WHMA-A-620.
במכשור רפואי מוסיפים שיקול נוסף: הבידוד צריך לעמוד בחומרי חיטוי ובכיפופים חוזרים, ולכן נבחרים לעיתים חומרים כמו סיליקון או FEP.

גם בהרכבות אלקטרו-מכניות יש מה לסגור מראש: מומנטי הידוק, סבולות המארז, ורציפות חיבורי הארקה שנבדקת במסגרת IEC 60601-1.
בדיקה כזו אפשרית רק אם החיבור המכני בנוי כך שאפשר לבצע אותה.

נקודה אחרונה היא מחזור החיים של הרכיבים.
רכיב שנבחר ללא מקור חלופי ובלי בדיקת סטטוס "סוף חיים" אצל היצרן עלול להפוך לעצירת ייצור שנה אחרי שהמכשיר אושר.
עדיף לאתר את הסיכון בשלב פיתוח האלקטרוניקה ולא בשלב הרכש.

מתי כדאי להכניס יצרן חוזה לתהליך ומה לדרוש ממנו?

התשובה הקצרה היא בסקירת התכנון הראשונה, הרבה לפני הקפאת העיצוב.
יצרן שרואה את הסכמה, ה-BOM ושרטוטי המכניקה בזמן יכול להצביע על רכיבים בעייתיים, על מחברים שקשה לכבוש ועל לוחות שלא ניתן לבדוק, בעלות של שיחה ולא של שינוי הנדסי.

בשלב הפיילוט היצרן בונה יחידות בתהליך הסדרתי, והתוצאה מגלה פערים שלא נראו על הנייר.
כאן נבדקת גם "בדיקת פריט ראשון" (first article inspection), השוואה מלאה בין היחידה הראשונה לשרטוטים ולרשימת הרכיבים.
יחידות פיילוט משמשות לעיתים קרובות גם לבדיקות הרגולטוריות, כדי שהיחידות שנבדקו ייצגו את המוצר הסופי ולא אב טיפוס שונה ממנו.

תהליכים שאי אפשר לאמת במלואם בבדיקה של המוצר המוגמר, כמו הלחמה בתנור, צריכים "תיקוף תהליך" (process validation): הוכחה מתועדת שהתהליך מניב תוצאה עקבית.
בפועל זה כולל התקנה, הפעלה וביצועים (IQ, OQ ו-PQ) של הציוד.
אם היצרן לא מכיר את המונחים האלה, זה סימן שכדאי להמשיך לבדוק.

לפני בחירת ספק כדאי לשאול:

• אילו הסמכות ותקני איכות חלים על התהליך שאתם צריכים, ולא רק מה תלוי על הקיר.
• איך מתנהלת בקרת שינויים, ומי מאשר החלפת רכיב או ספק משנה.
• איך מושגת עקיבות לרמת אצווה או מספר סידורי.
• האם היצרן יכול לייצר ציוד בדיקה ייעודי, כמו מתקני בדיקה לרתמות וללוחות, ולא רק להרכיב.
• איך נראית האספקה: רכש, הרכבה, בדיקה ומשלוח במסגרת אחת (Full Turnkey), או חלוקה בין כמה ספקים.

ק.א.א בעלת הסמכות ותקנים בינלאומיים לניהול ובקרת איכות, ומומלץ לברר מול כל ספק, כולל ק.א.א, איזו הסמכה חלה בדיוק על הפרויקט שלכם.
ק.א.א משמשת גם כספק STS (Ship To Stock), כלומר מספקת מוצרים ישירות לקווי הייצור וההרכבה של לקוחותיה, ויכולה לבצע שירותי הרכבה באתר הלקוח.

שאלות נפוצות על המעבר מאב טיפוס לייצור

שאלות שחברות טכנולוגיה שואלות בדרך כלל אחרי שהאב טיפוס כבר עובד:

כמה זמן לוקח להגיע מאב טיפוס מוכן לסדרה ראשונה?

אין מספר קבוע, והוא תלוי בסיווג המכשיר, במידת השלמות של תיק התכנון ובתור במעבדת הבדיקות.
העיכובים הנפוצים הם כשל בבדיקת תאימות אלקטרומגנטית, זמינות רכיבים, וחוסר בנוהלי בדיקה כתובים.
כדאי לבנות את לוח הזמנים אחורה מתאריך הבדיקה הרגולטורית ולא קדימה מתאריך סיום האב טיפוס.

מה עושים כשצריך להחליף רכיב אחרי שהמוצר כבר בתהליך אישור?

פועלים לפי בקרת שינויים: מתעדים את השינוי, בודקים את השפעתו על ניהול הסיכונים ועל הבדיקות שכבר בוצעו, מאשרים, ומעדכנים את ה-BOM והשרטוטים.
בהתאם לרכיב, ייתכנו בדיקה חוזרת או דיווח לגוף המאשר.
מקור חלופי שאושר מראש חוסך את רוב המאמץ הזה.

האם חברה בלי ניסיון רפואי יכולה לבצע פיתוח מכשור רפואי?

כן, בתנאי שהיא מקימה מערכת איכות מתאימה, מצרפת יועץ רגולטורי ומתחילה את התיעוד מהיום הראשון.
חברות טכנולוגיה מביאות לרוב ידע חזק באלקטרוניקה ובתוכנה, והפער נמצא בדרך כלל בתיעוד, בניהול סיכונים ובעבודה עם ספקים מוסמכים.
שותף ייצור עם ניסיון בתחום מקצר את הלמידה.

אפשר להתחיל סדרת פיילוט לפני שהבדיקות הרגולטוריות הסתיימו?

לא רק אפשר, אלא מומלץ, בתנאי שהעיצוב כבר מוקפא ברמת הרכיבים הקריטיים.
הפיילוט נבנה בתהליכים הסדרתיים, ואותן יחידות נשלחות לבדיקות.
כך מתקבלת ראיה שהמוצר שנבדק הוא המוצר שייוצר בפועל.

פיתוח מכשור רפואי עם ק.א.א: מאב טיפוס לסדרה מתועדת

המעבר מאב טיפוס למוצר מוכן לייצור הוא תהליך של תיעוד, תכנון לייצור ותיקוף תהליכים, ולא רק של שכפול העיצוב הקיים.
מי שסוגר את סיווג המכשיר, את תיק הסיכונים ואת רשימת הרכיבים לפני הפיילוט חוסך את התיקונים היקרים ביותר.

ק.א.א מציעה את החלקים ההנדסיים והייצוריים של התהליך תחת קורת גג אחת: הרכבות אלקטרוניות, חיווט, הרכבות אלקטרו-מכניות, ייצור ציוד בדיקה ופתרונות Full Turnkey, ובנוסף אספקה לקווי הייצור בשיטת STS.
אם יש לכם אב טיפוס ואתם בודקים מה נדרש כדי להעביר אותו לייצור, פנו אל ק.א.א, שלחו את התיעוד הקיים ותאמו שיחה על השלב הבא בפיתוח מכשור רפואי שלכם.