对于多配置被动医疗器械,磁共振环境中的射频诱导加热评估：行业与FDA工作人员指南
Assessment of Radiofrequency-Induced Heating in the Magnetic Resonance (MR) Environment for Multi-Configuration Passive Medical Devices: Guidance for Industry and Food and Drug Administration Staff
发布日期：2016-03-22
状态：Final（最终） 类型：Guidance Document 类别：上市前 主题：Premarket、510(k)、Premarket Approval (PMA)、Investigational Device Exemption (IDE)、Anesthesiology、Physical Medicine、Orthopedic、Ophthalmic、Obstetrical & Gynecological、Neurological、Cardiovascular、General Hospital & Personal Use、General & Plastic Surgery、Gastroenterology-Urology、Ear、Nose & Throat、Dental、Radiology、Labeling、Safety - Issues、Errors、and Problems 案卷号：FDA-2015-D-2104
官方来源
https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/assessment-radiofrequency-induced-heating-magnetic-resonance-mr-environment-multi-configuration PDF：https://www.fda.gov/media/92447/download
INFO
本内容由英文原文机器辅助翻译，并经结构校对。如有歧义，以英文官方文本为准。
官方文件全文
评估多构形被动医疗器械磁共振环境中的辐射频率诱导加热
本指南代表了FDA目前对这一专题的想法。它没有规定任何人的任何权利,对FDA或公众没有约束力。您可采取另一种方式,即满足适用的法规和条例的要求。为了讨论另一种办法,请与标题页所列FDA工作人员或负责本指南的办公室联系。
I. 简介
本指南为磁共振环境中多配置被动医疗器械的射频诱发加热提供了一个评估模式,包括具有不同尺寸和形状的多构件和单构件器械类型。多构件被动器械,如整形固定器械,可能导致大量可能的器械配置和个别部件组合。 心血管支架等单构件器械也经常以多种尺寸或配置提供。利用RF引起的加热测试,从一种器械配置或组合到其他器械配置或组合,可能具有挑战性,因为该器械的几何或组合可能会以未知的方式影响加热。因此,需要评估一些被动器械在RF引起的加热时可能采用的组合或组合的总数可能非常大。 本文件为将可能的器械配置或组合数量减少到可管理的数量,以用于测试MR环境中RF引起的加热提供了一种方法。此外,本文件还就如何评估多配置被动医疗器械的RF诱发器械加热问题提供指导。本指南中提供的信息意在用于支持MR Conditional标签声称，并与FDA现行指南《Establishing Safety and Compatibility of Passive Implants in the Magnetic Resonance (MR) Environment》（https://www.fda.gov/downloads/MedicalDevices/DeviceRegulationandGuidance/GuidanceDocuments/UCM107708.pdf）一并使用。 对于本文件提及的FDA承认的标准的当前版本,见FDA公认的共识标准数据库网站: FDA的指导性文件,包括本指南性文件,没有规定法律上可执行的责任。相反,FDA目前对一个专题的想法,只应视为建议,除非引述具体的规章或法规要求。在FDA的指导意见中使用这个词意味着建议或建议了一些东西,但并不需要。
II. 范围
本文件就选择最坏情况器械配置或组合的建议方法提供指导,供在MR环境下测试RF引起的加热。 此外,本文件还就如何评估多配置被动医疗器械的RF诱发器械加热问题提供指导。 本指南适用于由多个组成部分组成的多配置被动器械,以及可用于多个组合的单构件器械。被动器械是无需外部供电即可发挥功能的器械,这些器械可以完全植入(例如心血管支架、脊椎固定器械等),部分植入病人身体(如外部骨折固定器械)或完全外部使用(如脑电图设备)。本文件适用于打算在包括MR有条件标签在内的MR环境中使用的所有电导多配置被动医疗器械,不论部件大小、数量和配置如何。 活动器械或需要使用内部和外部电力的器械不属于本指南的范围。此外,本指南文件并未为任何特定医疗器械设定一般加热可接受标准或任何特定医疗器械。这种标准将取决于该器械的预定用途和获益-风险简介。相反,本指南文件为评估该器械与电磁场在光学和光学管理环境中的相互作用引起的温度上升提供了依据。
III. 加热评估概览
以下方法描述了将大量可能的器械配置或组合减至可管理的数量(即:用于评估MR环境中RF引起的加热,以及评估所查明的测试集内器械的RF引起的加热的建议方法。
- 定义和描述拟议标签的MR M M 条件扫描扫描条件,如磁场强度、全身平均 吸收率(SAR)水平、B1+rms水平、线圈类型、标志位置(即该器械相对于MR承载的位置)和扫描区域。
- 利用以往人类试验、动物数据、动物数据、和/或出版文献,以确定加热接受标准(即医疗器械允许的最大体外或体外加热量)。这一标准应定义为15分钟时间内温度的高峰上升。
- 使用表格、列表和/或绘图定义和描述所有可能的器械配置和组合(CCall)。除了所有使用的材料外,其电能特性(即:电导率和受关注频率的放电率)和热特性(即热导率和特定热容量)。虽然没有必要描述每个单个的配置/组合,但尺寸、几何、大小的界限、大小、不同类型的配置/组合应明确标明,最好采用表格或表格格式。
- 使用科学理由或科学方法,如下文第四节所述,将CCall减为加热评估使用的最坏器械配置和组合(CCTest)的一个子集。用于将CCall降为CCTest的科学方法应包括详细描述所使用的算法和参数。科学理由应说明与临床有关的任何信息以及已知的RF引起的加热的最坏情况因素。此外,理由应包括考虑对病人的风险和潜在伤害。 影响RF引起的加热的因素包括但不限于以下因素:a. 器械尺寸和共振效应:1.5T系统患者体内电磁场的半波长约为25厘米,3.0T系统内部的电磁场半波长约为12厘米。尺寸为半波长至波长(即25至50厘米或12至24厘米)的植入物,该器械与电磁场之间的共振效应可导致极高的加热(即:1 如果器械尺寸因约
1 Kainz, W., (2007年)。MR临界植入的MR热测试,《磁共振成像杂志》,第26卷,第450-451页。 2 因此,应评估波长约十分之一的尺寸递增器械加热量(即:1.5T约5厘米,3.0T约2.4厘米)。 b. 器械几何:RF引起的加热取决于:1) 器械形状,2) 器械的横截面,3) 器械相对于RF传输线圈的位置。 c. 器械部件(如螺丝):所有可能的部件配置都应加以考虑。器械所有可能开口/孔的所有螺丝长度和螺丝,以及所有可能的方向都应加以考虑(例如:增加15度,科学上证明所检查螺旋形方向子集是合理的)。 d. 器械配置:相互电接触的分部件可显著改变RF引起的加热。因此,器械通常应作为整个构件而不是个别次级部件加以研究。如果分部件没有连接到电路,而且您可以证明个别分部件的加热是相互独立的,然后可以独立地评估各个次级组成部分。 e. 表面属性:表面平滑的器械通常热量较少,而边缘锋利的器械的热量往往更高。 (f) 器械建造:由连续导电材料(例如,光金属支架)的加热特性可能不同于由多个单个部件组成的器械,这些部件是通过非导体材料(例如,血管内支架移植物) 5. CCTest内部配置/组合的最低数量取决于CCall的数量、提议的扫描条件、器械大小和几何大小、所使用的器械材料的电和热特性。 6. 一旦确定了适当合理的 " CCTest " ,您应进行评估,以确定在CCTest中哪种器械配置/组合对每个MR环境来说是最坏的情况(即:该评估可以采用: a. 根据ASTM F2182,3 进行体外温度测量。
2 Ting, S.等人,(2015年),《对RF对小型被动医疗器械进行加热试验的数据的回溯分析》,摘要编号1856，,国际医学磁共振学会(医学磁共振学会)第23次年会和展览会,加拿大多伦多。 b. 确定温度的计算机建模、确定局部SAR的计算机建模或d. a、b和/或c的组合。 请注意,使用计算机模型的所有结果都应对照使用标准化方法(例如ASTM F2182)进行的测量结果加以验证,并包括详细的不确定性分析。确定器械表面的最大加热位置,以适应CCTest的所有器械。然后,应试验或计算确定该地点特定局部SAR的加热量。在进行加热试验之前,应先确定当地的SAR。 除了简单的延长式结构(例如支架)之外,最高加热量通常在结构的末尾,器械表面的最大加热位置应采用实验或计算方法估计。如果你器械的几何特征高度不规则 并且具有几何特征 朝不止一个方向发展在所有三种接触方向(即:应当对器械的三个主要轴相对于切向感应电场进行对齐) 。如果器械位于病人外部,您应确定空气中特定电场的加热量。如果器械在病人身体内外部分存在,您应该确定器械在临床相关位置上加热,即测试体模内外部分加热,以两种特定局部SAR,以及空气中指定的电场。 所有的测试以最坏情况配置进行计算或实验评估的加热应报告为15分钟的RF暴露温度峰值上升;您还应报告测试该器械的局部SAR(如10 W/kg)和/或当地电场(如100V/m)。您也应报告器械表面上最差的加热量被评估的地点。(2分钟)可以评估各组合/组合之间的相对加热情况,并评估每个组合/组合在器械表面的最大加热位置。然而,最坏情况配置/组合的加热应报告为15分钟RF暴露温度的峰值上升。 ASTM F2182的范围限于完全植入体内的器械,但对于具有其他植入条件的医疗器械(例如:
ASTM F2182, 磁共振成像期间辐射频率诱发加热或近近被动植入物测量标准测试方法。 4 Taylor, B.和Kuyatt, C.(1994年),《评价和表达NIST计量结果不确定性的指导方针》,技术说明1297, Gaithersburg, MD, NIST。 可采用类似于ASTM F2182所述的方法,对RF引起的加热进行实验和/或计算性评估。修改特定医疗器械和使用环境。ASTM F2182不应用于评估多道传输RF圈中使用的医疗器械的最坏情况MR引起的RF引起的热量。 7. 提供结果准确性的估计数(即对所有计量或计算结果进行不确定性分析)。应提供所有计算模型的验证数据。 8. 如果所观察到的体外加热中最坏情况超过你规定的加热接受标准,即温度在15分钟内上升的峰值,您可以估计体温加热中最坏的情况,以证明您在MR环境中的器械的安全性。由于ASTM F2182中概述的体外测试不考虑实际现场电场,体外加热结果可能大大高于体外加热的实际结果。体内估计评估应顾及表明您的器械所在的病人人数,并应包括最坏的扫描情况。或者,您可以选择为您的 MR 有条件标签界定额外的限制。 对于复杂的多构件器械,我们建议你提交事先提交材料,以获得关于您确定和评估CCTest的计划和在进行评估之前进行体外RF引起的加热测量的计划的反馈意见。请参看FDA关于医疗器械材料反馈的指导请求:与美国食品药品监督管理局工作人员举行Pre-Sub方案和会议( ts/ucm311176.pdf)。
IV. 减少用于测试的配置和组合数目的建议方法
如果组合中多重参数不同,或者每个参数有一系列选项,在RF引发的加热测试中,可能的器械配置数量可能非常大。例如,如果器械由三个参数(如长度、宽度和厚度)界定,每个参数都有100种不同的选项, CCall的组合将达到1003 = 100万个可能的组合。因为CCall内部的许多组合或配置 将与相邻组合或配置非常相似根据科学理由,对同一参数组进行统计或抽查抽样,并删除某些参数,可以大大减少要试验的器械数量,使其变成较小的子集(CCTest),同时仍提供CCall的准确数据。 为了将CCall减为CCTest,首先进行敏感度分析,以评估每个参数对RF引起的加热的影响。一种简单的敏感度分析是最低限度的
- 常值说明:如果设计配置之间有许多参数不同,某些参数可能对RF引起的加热影响很小或完全没有影响(即不到5%),而且有理由设定固定值以减少CCall。上文概述的最大限度最低限度办法可能是适当的敏感性分析,以支持这一理由。
- 抽样方法:CCall通常可以大量减少,同时通过使用非确定性、非确定性、可提供综合反应评价,蒙特-卡洛分析等伪随机抽样技术(例如Haldar和Mahadevan,2000年6月)。 蒙特-卡洛分析一般包括以下组成部分:a。创建确定模型,可靠地找到解决问题器械参数随机分布范围的解决办法。 b. 确定每个随机参数的适当概率特征,这些特征可以采取分布参数的形式(例如,和正常分布的平均值和标准偏差),或作为一组累计分布百分位数(没有标明分布)。为了确定RF引起的加热试验的最坏情况配置/组合,统一分布可提供有效的参数扫描。对于具有一套特定名义价值(如长度=10、15或20毫米)的离散随机变量的设计参数,每种名义价值的可能性相等,也许最有效。 c. 生成这些随机参数的样本供测试(以确定CCTest的器械)。a) 随机取样、b)拉丁超立方体取样和c)重要取样(Helton等人,2006年7)。 在随机抽样中,输入参数根据其概率密度功能进行抽样,每个样本独立于其他样本。 这种办法的优点是概念简单,如果不够准确,便能够方便地添加新的样本(见下文 " f " 项)。
6 Haldar, A.和Mahadevan, S.(2000年),《工程设计中的概率、可靠性和统计方法》,纽约:John Wiley & Sons, Inc.,第9章。 7 Helton,J.等人(2006年),《基于抽样的不确定性和敏感性分析方法调查》,可靠性、工程和系统安全,第91卷,第1175-1209页。 与随机抽样相比,拉丁超立方体方法可能会提高采样效率,在这种方法中,样本数目(N)从一开始就被选定。每个参数被分层成N,即样本数量,同样可能间隔,每个样本只随机抽取一次(Helton等人,2006年8)。这种方法的相对效率来自分层,分层防止了重叠样品,保证了比随机抽样更完整的参数空间填充。 重要取样集中采样接近最有可能引起较高水平的RF引起的加热的参数值。这种方法可用于将测试重点放在那些参数组合上,而这些参数组合中,RF引起的加热最敏感。这种做法的缺点是,它要求对抽样分布进行扭曲,在评价系统结果时,应说明理由并加以纠正。 在制作样品时,首先必须估计达到所要求的准确度所需的样品数量。N=4/ε²，其中N为样本估计数量，ε为平均RF诱发加热的不确定性（例如<10%）（Haldar和Mahadevan, 2000）。 d. 解决所有样品的确定性模型。 e. 将单个模型解决方案合并为概率系统信息;在目前应用中,将RF所引起最大预期加热量量化。实际上,从所有试验中确定的最大加热量将取决于试验次数,因此,如果采样更多,最高加热量可能更高。因此,我们建议报告RF引起的加热的一致百分位数,例如第95或99百分位数;其他百分位数是可能的。您应该选择与您特定器械的RF诱导加热有关的风险的百分位数基数。 f. 评价模拟研究的准确性和进行更多分析的必要性。如上文 " e " 项所述,观察到的RF引起的加热结果将取决于样品数量,而中间、未取样的病例的不确定性仍然存在。因此,我们建议你评估RF引致的加热结果的趋同程度,以确保结论不取决于所使用的具体样本。
在随机抽样中,每个取样点独立于其他采样点之外,还可以增加其他随机点,直至达到停止标准。建议的停止标准可以是平均RF引起的加热的标准偏差(取自例如,20至50个子样本在平均RF引起的加热(例如:-10%)的预定义不确定性范围内汇合。注意这一标准可用于评估已完成的拉丁超立方体分析;然而,在热后增加抽样点将扰乱原计划,导致非 拉丁超立方体样本,因此,与停止标准的趋同速度比预期的要慢。 通常用于拉丁超立方体取样的另一种办法,是运行多个同等大小的样本组(例如两三套100样本)。 分析完成后,可以比较样品的结果(例如,以确认不同样本中中RF引起的平均加热量在统计学上相等。一旦证实这一点,不同样品的数据可以合并成一个数据集(Helton等人,2006年10月)。
V. 假设示例
骨折固定系统包含10个厚度相同的板块,但长度不同(5毫米递增50毫米至250毫米),宽度不同(8毫米和12毫米)。盘子可以用5到20个螺丝。只有一个可兼容螺丝直径,但有一个连续的可变螺丝长度(15-25毫米),螺丝可以角向任何方向,最高可达30度。 首先,对参数的敏感度分析表明,RF引起的加热在板块宽度方面没有重大变化(低于5%)。螺钉方向角以及钢板塑形（弯曲以贴合骨折）对加热无显著影响。因此,板块宽度在12毫米时保持不变(显示加热略高于8毫米宽时),螺旋向角保持在0度时保持不变,钢板保持未弯曲状态， 其次,样本数量估计在平均RF引起的加热量中约10%的不确定性。以上(即N=4/QQ2=4/0.12),为板板长度、螺旋号和螺旋长度等不同组合创建了400个骨折固定系统随机模型(CCTest)。板板长度定义为离散随机变量,其可能值在50-250毫米之间5毫米间距内相同。螺丝号被定义为离散随机变量,在5-20螺丝的间距为1时,同样可能值。螺丝长度的定义是统一分布,最低和最高值分别为15毫米和25毫米。每个参数都使用随机抽样方法来产生400个模型,以便解答。
在解决了所有400个模型之后对停止标准进行评估,以确认计算出的RF部队引起的平均加热平均值变化不超过10%,而不论是否增加更多的样品。这项工作分五个步骤进行:
- 计算了400个结果的RF引起的平均加热(例如3.5°C);
- 400个加热结果随机抽取为子样本(例如25个子样本),每个样本包含16个结果;
- 每个子抽样的平均值计算为25个不同的值;
- 计算了25个次抽样手段的标准偏差(例如0.31°C);以及
- 与所有25个子样本平均值的标准偏差不到400个结果中RF引起的平均加热量的10%(即0.31°C+#0)(见3.5°C的10%)),表示停止规则已经得到满足。 在所有400个模型中,都确定了导致最高加热量的器械配置/组合。最高器械加热量是在所有400个测试模型中观察到的RF引起的加热量分布的第99百分位数。
脚注
[^5]: 见上文脚注4。 最大差异性。使用这种方法,可以通过测试每个参数的最大值和最低值来评估RF引起的加热对每个参数的敏感度,而其他参数则按其平均值设定。一旦确定关键参数,即采用选择方法,例如,但不限于下文概述的方法,或两者的结合,应使用以下手段确定加热评估使用的器械配置和组合: