코로나19의 영향을 받아 전 세계적으로 의료 기기 부족 현상이 발생하자, 많은 제조업체들이 증가하는 수요를 충족하기 위해 서둘러 생산 라인을 가동하고 있습니다. FDA(미국 식품의약국)는 손 세정제와 같은 일부 제품에 대한 지침을 일시적으로 완화했으나, 의료 기기 제조업체가 제품을 시판하기 위해서는 여전히 FDA의 표준 승인 과정을 따라야 합니다.
오늘은 FDA가 권장하는 5단계 목표를 알아보고, 그와 관련하여 일반적으로 활용되는 몇 가지 통계적 기법의 예를 살펴보겠습니다.
1단계: 기기 파악 및 개념 증명
Yo‘필요는 발명의 어머니’라는 유명한 속담을 들어보신 적이 있을 것입니다. 다른 일반적인 신제품 및 혁신과 마찬가지로, 의료 기기 제조업체도 아직 충족되지 않은 특정 요구사항을 발견하면 프로젝트에 착수하여 FDA 단계별 목표를 하나씩 달성하게 됩니다. 심박동기에서 카메라가 내장된 알약에 이르기까지 모든 의료 기기의 개발은 R&D 엔지니어와 기술자가 개념의 실제 구현 가능 여부를 검증하는 개념 증명부터 시작합니다.
때로는 몇 가지 비슷한 제품(또는 같은 제품이지만 다른 재료를 사용함)이 있을 수 있는데, 이때 신뢰도, 일관성 및 기타 여러 요인과 관련된 데이터를 Minitab의 변동성 차트에 연동해 보면 어떤 제품이 가장 적합한지 결정할 수 있습니다.
다음 예를 비롯한 여러 실제 사례를 참조하세요
2단계: 설계 및 프로토타입 만들기
이 단계에서 연구자는 사람이 직접 사용하려는 용도가 아니라 통제된 실험실 환경에서 테스트하기 위한 용도로 의료 기기의 초기 버전을 개발합니다. 이들은 프로토타입을 정교하게 다듬는 과정에서 사람들이 제품을 다른 용도로 활용할 가능성과 위험을 줄이는 방법을 더 자세히 알아봅니다.
예: 가속 수명 검사를 통한 제품 수명 주기 예측
이식형 의료 기기와 같은 일부 제품은 수년 동안 사용하는 경우가 많습니다. 따라서 모든 의료 기기에는 유효 기간 데이터에 기반한 사용 기한 라벨이 부착되어야 합니다.
이때 연구자는 고장 데이터를 수집하기 위한 방법으로 Minitab의 ALT(가속 수명 검사) 기법을 활용할 수 있습니다. ALT 기법을 활용하면 고온 또는 고압과 같은 극단적인 조건을 설정하여 제품이 더 빨리 고장나도록 유도하게 됩니다. 제품을 더 빨리 고장나게 하면 필요한 테스트 시간이 단축됩니다. 그런 다음 고장 데이터를 분석하여 일반적인 상황에서의 제품 수명 주기를 추정할 수 있습니다.
3단계: 승인 과정
의료 기기 승인 과정은 해당 기기의 위험 등급(Class I, Class II 또는 Class III)에 따라 다릅니다. 각 기기에는 안전성과 유효성을 합리적으로 보장하는 데 필요한 관리 수준에 따라 위험 등급이 지정됩니다. FDA 웹사이트에는 기기 분류 방법과 각 등급에서 요구되는 테스트 및 검증에 대한 자세한 설명이 나와 있습니다. 간단히 설명하면 Class I에는 붕대, 라텍스 장갑, 전동 칫솔과 같은 단순한 기기가 포함되는 한편, Class III에는 앞에서 예시로 든 이식형 의료 기기와 같이 일반적으로 생명 유지와 관련된 기기가 포함됩니다.
이 단계에서는 제품 배치를 제조하고 테스트하여 제품 규격에 따른 성능을 확인합니다.
예: 동등성 검정을 통한 두 의료 기기의 동등성 확인
통계적 동등성 검정을 이용하여 두 개의 의료 기기가 동등한지 평가할 수 있습니다. 동등성 검정은 동등성의 증거를 제공할 수 있는 분석적 접근법입니다. 동등성 검정을 수행할 때 귀무 가설과 대립 가설은 일반적인 경우와 반대로 설정됩니다. 즉, 귀무 가설은 두 개의 기기가 동등하지 않다는 것입니다(즉, 두 기기 간의 차이가 크다는 가설). 반면 대립 가설은 두 개의 기기가 동등하다고 설정됩니다. 예를 들어, 두 종류의 정맥 주사 기기가 동일한 양의 액체를 공급하는지 여부를 확인하려는 경우를 살펴 보겠습니다. 여기서 연구원은 과학적 동등성 영역을 주입량 평균차가 3ml 이하인 경우로 정의합니다. 이제 Minitab 동등성 검정을 수행한 결과를 보면 95% 신뢰 수준으로 평균 주입량 차이가 -1.84334ml와 0.798674ml 사이라고 할 수 있습니다. 95% 신뢰 구간이 -3과 3(과학적 동등성 영역) 사이에 있기 때문에 두 IV 기기는 주입량에 있어 동등합니다.
4단계: FDA 검토 및 배포
이 단계에서는 일반 대중에게 기기를 판매할 수 있도록 FDA에 관련 신청서를 제출할 준비를 하게 됩니다. 기기의 안전성과 유효성에 대해 양질의 정보를 충분히 보유하고 있다는 것을 증명해야 합니다. 이 단계에서는 프로세스가 안정적인지 모니터링하고 규격 한도 내에서 제품을 만들고 있는지 다시 확인합니다.
의료 기기 제조 프로세스를 개선하는 방법 중 하나는 SPC(통계적 프로세스 관리) 프로그램을 도입하는 것입니다. SPC 프로그램은 일반적으로 대량 생산에 사용되며, 기업은 이를 통해 제품의 개별 배치를 검사하는 대신 프로세스에서 비정상적인 변동성 패턴을 식별하도록 특별히 설계된 시계열도인 관리도를 사용하여 지속적으로 제품을 출시할 수 있습니다.
예: 정맥 주사 기기 주입량의 변화 확인
일주일 정도의 기간 동안 각 로트에서 정맥 주사 기기 5개를 무작위로 선택한 다음, 주입량을 측정합니다. 아래 관리도에서 엔지니어는 관리 범위를 벗어난 배치를 식별할 수 있으며, 해당 로그 파일을 확인하여 특수한 변동 원인을 모두 확인 및 제거할 수 있습니다. 아래와 같이 SPC 프로그램을 효과적으로 활용하면 안정적인 프로세스를 유지하고 효율성을 향상시키는 동시에 비용을 절감할 수 있습니다.
5단계: 시판 후 안전성 모니터링
이제 제품이 출시되었으니 생산 라인을 모니터링하여 제대로 유지되고 있는지, 그리고 프로세스가 계속 관리되고 있는지 확인해야 합니다. 시판 후 감독 단계에서는 기기 고장이나 오작동과 같은 모든 부작용이 보고 및 해결되어야 합니다. FDA는 제조업체 실사를 실시하며 제조업체, 보건 전문가 및 소비자가 문제를 신고할 수 있는 신고 프로그램을 운영하고 있습니다.
예: 신뢰성 분석을 이용한 예방적 유지 보수 일정 설계
이 단계에서는 적절한 수준의 서비스를 제공하고 시설 내 기기들의 가동 중지 시간을 제한하게 됩니다. 유지 보수 방법 중 하나로 일정에 따라 실시되는 PM(예방적 유지 보수)을 도입할 수 있습니다. PM 일정은 의료 기기의 위험 등급에 따라 다르게 계획됩니다. Minitab의 신뢰성 유효 기간 연구 및 다중 고장 모드 분석을 이용하면 제품 자체와 제품 내 각 구성품에 대해 수명 주기 중 서로 다른 시점의 고장 위험을 계산할 수 있습니다. 엔지니어는 그 결과를 바탕으로 수명 주기의 여러 단계에서 발생하는 고장 확률에 따라 유지 보수 일정을 설계할 수 있습니다.
정리
의료 기기 제조업체는 제품 수명 주기의 다섯 가지 단계에 대해 각각 품질과 내구성을 보장하고 해당 내용을 상세하게 문서화해야 합니다. Minitab의 다양한 분석 도구를 활용하는 여러 가지 예시가 제품 수명 주기의 각 단계를 이해하고 목표를 달성하는 데 도움이 되기를 바랍니다.
관련: FDA의 5단계에 대한 각 세부 사항에 대한 자세한 내용
