用于确定用于灭菌器中医疗装置的灭菌过程的有效性的方法、数据处理系统、计算机程序产品和医疗装置与流程

1.本发明涉及一种用于确定用于灭菌器中医疗装置或包装的医疗产品的灭菌过程的有效性的方法。为简洁起见，以下公开内容主要指医疗装置，每提及医疗装置还应包括包装的医疗产品。


背景技术：

2.灭菌过程用于在医疗装置或包装的医疗产品使用之前对其进行灭菌，从而去除潜在的有害细菌。已知的灭菌过程包括蒸汽灭菌、干热灭菌、高压灭菌、伽马灭菌、电子束灭菌、环氧乙烷灭菌和等离子体灭菌。在本技术的框架内，医疗装置还表示医疗产品、特别是包装的医疗产品、进一步特别是袋装包装的医疗产品、进一步特别是袋装包装的用于腹膜透析的溶液和装置。
3.灭菌通常在灭菌器的密封灭菌室中进行，医疗装置被引入其中。
4.为了避免危及待使用医疗装置的患者，必须确保医疗装置在灭菌过程完成之后实际上是无菌的，即基本上没有细菌。
5.虽然已知的灭菌过程的基本有效性已经得到充分的科学证明，但灭菌过程在应用于特定医疗装置时的实际有效性取决于许多参数，包括医疗装置的形状和材料特性，以及所选的灭菌过程的过程参数，例如温度曲线、使用的介质量和过程持续时间。
6.由于在实践中单独检查医疗装置的无菌性、而在此过程中至少不限制医疗装置使用的可用性是不可能的，因此证明无菌性是通过对所使用的灭菌过程的验证来实现的。在这里，科学证明以特定参数执行的灭菌过程总能达到期望的结果。在这里，期望的结果是经由通过灭菌过程减少医疗装置中的细菌荷载的因数来定义的。例如当细菌荷载减少为10
12
分之一时，可以认为有效的灭菌已经完成。
7.一种用于确定灭菌过程的有效性的当前方法包括在医疗装置的临界部位处引入具有已知细菌荷载的样品。在这里的临界部位表示医疗装置的一部位，在所述部位处，例如因为该部位升温特别慢，或者因为用于灭菌的介质特别难以到达，所以预期灭菌过程的影响特别小。
8.然后对医疗装置进行灭菌处理。然后取出样品并确定剩余的细菌荷载。
9.通常使用接种了特别温度稳定的细菌、例如geobacillus stearothermophilus(嗜热脂肪地芽孢杆菌)的纸条作为样品。
10.如果对样品的评估表明已经实现了必要的细菌荷载减少，则认为灭菌过程是可靠的并得到验证。
11.虽然所描述的方法被广泛认可，但它在某种程度上确实有很大的缺点。首先，对样品的评估需要大量的设备和时间支出，因为在对剩余的细菌进行评估之前首先需要在培养基中孵育数天，以便再次获得可进行有意义评估的细菌密度。其次，将样品引入待灭菌的医疗装置通常很困难。例如，如果医疗装置具有密封体积，则可能必须将其打开以便引入样
品。验证的结果也可能因此而失真。此外，例如如果医疗装置包括细通道或管，则可能发生样品难以到达或根本无法到达医疗装置的临界部位的情况。进一步的破坏性影响包括影响灭菌过程中所使用的介质的浓度的样品，例如纸条吸收水分，从而降低其周围环境的湿度。
12.从专利申请wo 00/27228 a1和wo 00/27229 a1已知用于计算确定在热灭菌期间在食品的临界部位处实现的细菌荷载的减少的方法。然而，为此，仅模拟了产品所谓的“冷点”处的温度曲线，未考虑对其它介质的依赖性。
13.特别是在使用一种以上介质的灭菌过程中，这些过程是不够的。


技术实现要素：

14.因此，本发明的一个目的是提供一种用于确定用于灭菌器中医疗装置的灭菌过程的有效性的方法，所述方法相对于所描述的问题进行了改进。
15.本发明的另一个目的是提供一种用于验证用于医疗装置的灭菌过程的改进的方法。
16.根据本发明的第一方面，通过一种用于确定用于灭菌器中医疗装置的灭菌过程的有效性的方法来实现所述目的中的一个或多个，所述方法包括以下步骤：提供数据结构，其中，所述数据结构表示由多个三维单元形成的网格，在数据结构中重建布置在灭菌器中的医疗装置，以使得网格的第一类多个单元表示医疗装置的主体并且第二类多个单元表示未被医疗装置的主体占据的灭菌器的内部；在数据结构中重建初始状态，以使得第二类多个单元中的每个单元被分配关于在所述单元的位置处的存在的温度、位于所述单元的区域中的第一介质的量和位于所述单元的区域中的第二介质的量的数据；逐步重建在灭菌过程期间在第二类多个单元的每个单元中发生的温度、第一介质的量和第二介质的量的变化；考虑在每个步骤中各个单元中的存在的温度、第一介质的量和第二介质的量，计算在灭菌过程期间在第二类多个单元中的每个单元中实现的细菌荷载的减少。
17.令人惊讶地发现，使用从计算流体动力学已知的过程，其中连续空间被划分成离散单元，其中在每种情况下假定恒定的关系，不仅可以很好地重建介质流，而且通过它即使存在复杂的几何形状，也可以针对医疗装置的每个位置以高精度计算细菌荷载的累积减少。
18.在使用一种以上介质重建灭菌过程的情况下，数据结构的每个单元中的单一介质的量很重要，原因有多个。
19.首先，单一介质可以对单个单元之间的热传递、例如对于灭菌器的内部与医疗装置的主体之间的热传递产生实质性影响。在这里灭菌器的内部是指未被医疗装置的固体组成填充的总自由内部。因此，这也包括医疗装置的内腔。
20.其次，单一介质的量也可以直接影响细菌荷载的减少。
21.通常，医疗装置的一个部位处的细菌荷载n的时间进程可以用以下微分方程来描述：
[0022][0023]
在这里，k是所谓的失活率，它表示在无限短的时间间隔dt内有多少比例的细菌种群被失活或杀死。首先，失活率强烈地依赖于温度，其中，失活率随温度近似呈指数上升。其
次，失活率还取决于从细菌周围的介质到细菌本身的热传递。例如，在相同的温度下，环境大气中存在高比例的水蒸气的情况与空气干燥的情况相比，则会产生高得多的失活率。当然，诸如环氧乙烷等直接活性介质的量或浓度对失活率k也有直接影响。
[0024]
对于计算重建，上述微分方程替换为有限差分方程，所述差分方程以离散时间间隔δt计算：
[0025][0026]
在上述有限差分方程的情况下，由于流动和扩散引起的细菌荷载的变化被忽略；这些在通常的灭菌过程中没有发挥明显的作用。
[0027]
现在，在根据本发明的方法中，在许多单独的步骤中计算单一介质的温度和量在网格的单元中如何变化。介质量变化的原因例如是流动和扩散过程，但也例如是热传递过程，例如冷凝和蒸发。在每个步骤中，然后为网格的每个单元确定所产生的细菌荷载的变化，从而在重建完整的灭菌过程之后，对于网格的每个单元，最终实现的细菌荷载的减少是已知的。重建还涉及单元的边缘，并因此可选地涉及医疗装置的表面。整个灭菌过程因此在计算上重建或模拟。
[0028]
根据本发明的方法提供的优点在于，可以确定特定医疗装置的灭菌过程的有效性，而不必实际执行所述过程，并且随后不必以费力的方式评估样品。从而可以确定变化对所述过程的有效性的影响。在这里，既可以模拟医疗装置的设计变化，也可以模拟灭菌过程的参数变化。通过这种方式，医疗装置和灭菌过程都可以在材料和能源的使用方面得到优化。
[0029]
此外，根据本发明的方法提供的优点在于，在确定灭菌过程的有效性时也可以考虑样品不可接近的医疗装置部位。
[0030]
在根据本发明的方法的发展中，可以附加考虑每个单元中的第三介质的量。
[0031]
例如，在气体或等离子体灭菌中使用的环氧乙烷或过氧化氢可以被考虑作为第三介质。每个单元中这些介质的量对相应的失活率有直接影响。
[0032]
根据特定的发展，在灭菌过程的重建中可以考虑第一、第二和/或第三介质的相变。
[0033]
因此，例如，可以在高压灭菌器中灭菌之前为医疗装置提供水负载，以便为实际灭菌程序提供足够的水蒸气。为此，医疗装置或医疗装置的充气部件可以在预处理中首先暴露在真空中，从而将空气从医疗装置中吸出，然后可以实现用水蒸气的“充气”。然后，水蒸气进入到医疗装置中，并且大部分在医疗装置的表面凝结成水滴。
[0034]
这些水滴在实际的灭菌过程中必须首先蒸发掉，这对灭菌过程期间的温度和介质分布有很大的影响。通过考虑这种相变，过程的重建变得更加精确。
[0035]
根据根据本发明的过程的进一步设计，在灭菌过程的重建中可以附加考虑医疗装置的形状变化。为此，可以为代表医疗装置的网格的单元分配相应材料的弹性和/或塑性特性的值。
[0036]
例如，如果现在在灭菌过程期间，诸如血液、血清或透析袋之类的柔性医疗装置的内部的水储备蒸发，则医疗装置可能会膨胀，从而大大影响流动和扩散过程。考虑到这种变形，可以更精确地重建灭菌过程。
[0037]
在根据本发明的方法的另外的改进中，在灭菌过程的重建中可以考虑第一、第二和/或第三介质通过医疗装置的材料的扩散。
[0038]
介质的扩散可能是有意的，或甚至是必要的。因此，例如，在对包装的医疗装置进行环氧乙烷灭菌的情况下，环氧乙烷必须扩散通过包装才能到达实际的医疗装置。在本发明的含义内，在这里的包装应被理解为医疗装置的组成部分。然而，无意的扩散也会对灭菌过程的有效性产生明显的影响。总的来说，通过考虑扩散，可以进一步提高重建的有效性。
[0039]
通常，将空气考虑作为第一介质。可以以液体和水蒸气形式存在的水通常被考虑为第二介质。环氧乙烷或过氧化氢被考虑作为第三介质，或者在不存在水的情况下作为第二介质。
[0040]
根据本发明的第二方面，上述目的中的一个或多个是通过一种用于验证用于医疗装置的灭菌过程的方法来实现的，所述方法包括以下步骤：定义待通过灭菌过程实现的细菌荷载的减少；执行根据本发明的第一方面的方法；比较在第二类多个单元中的每个单元中确定的细菌荷载的减少；以及如果所述单元中的每个已经实现必要的细菌荷载的减少，则将灭菌过程分级为有效，或者如果所述单元中的至少一个没有实现必要的细菌荷载的减少，则将灭菌过程分级为无效。
[0041]
所描述的方法大大简化了灭菌过程的验证，因为可以省去样品的引入和随后的样品的评估。由于在许多法律体系中，对特定医疗装置的灭菌过程的验证是对灭菌过程和医疗装置本身的批准的先决条件，因此可以简化和加速对新的医疗装置的批准，从而使新的和创新的医疗装置可以更快地投放市场，从而使患者更快地受益。
[0042]
在根据本发明的用于验证灭菌过程的方法的进一步发展中，可以附加执行检查过程，所述方法包括以下步骤：在待灭菌的医疗装置的预定部位处引入具有已知细菌荷载的样品，在医疗装置上执行待验证的灭菌过程，确定通过灭菌过程实现的样品的细菌荷载的减少，以及仅当实际实现的样品的细菌荷载的减少与针对相应部位计算的细菌荷载的减少足够精确地对应时才将灭菌过程分级为有效。
[0043]
尽管样品的定位和随后的评估对于根据所描述的进一步发展的验证是必要的，但是与根据现有技术的验证相比，所述方法是有利的。因此，例如，可以通过模拟证明，样品被引入的位置实际上是医疗装置的临界位置，因此是灭菌过程导致细菌荷载最小减少的位置。即使样品无法到达医疗装置的临界位置，也可以通过所描述的方法证明，在引入样品的位置处的模拟结果与灭菌过程的实际结果相匹配。然后可以假设模拟结果对于实际临界位置也是正确的。
[0044]
根据本发明的第三方面，所述目的中的一个或多个通过一种数据处理系统来实现，所述数据处理系统包括至少一个处理器、存储器、输入装置和输出装置，并且被发展成将程序代码信息中存储在存储器中，当程序代码信息由处理器执行时，能够促使处理器执行以上描述的方法。
[0045]
数据处理系统可以包括行业中常用的计算机，所述计算机为cpu密集型过程方便地配备有一个或多个强大的处理器和足够的ram。
[0046]
除了诸如键盘、鼠标、触摸屏等的常用输入装置之外，输入装置还可以包括与网络的接口，经由所述接口，数据处理系统连接到数据库，在所述数据库中存储关于一个或多个医疗装置的几何和材料典型特性的信息。
[0047]
除了诸如监视器和/或打印机等的常用输出装置之外，输出装置还可以包括存储介质，在所述存储介质上将所描述的方法的结果存储为数据。这些数据可以包括表格，其中以数字方式表示结果。数据还可以包括图像和/或视频，通过这些图像和/或视频，所描述的方法的进程或结果被可视化。
[0048]
程序代码信息可以以可执行计算机程序的形式存储在计算机的存储介质上，例如存储在硬盘驱动器上。
[0049]
根据本发明的第四方面，所述目的中的一个或多个通过一种计算机程序产品来实现，所述计算机程序产品包括数据载体和存储在所述数据载体上的程序代码信息，所述程序代码信息在由处理器执行时，能够促使所述处理器执行如前所述的方法。
[0050]
根据本发明的第五方面，所述目的中的一个或多个通过一种灭菌的医疗装置来实现，所述医疗装置已经经过灭菌过程，其有效性已经通过上述方法确定，或者已经通过如上所述的方法验证。
[0051]
根据本发明的第六方面，所述目的中的一个或多个通过一种医疗装置来实现，所述医疗装置已经在灭菌器中生产，其中，所述灭菌器中使用的灭菌方法的有效性已经通过如上所述的方法确定，或已经通过如上所述的方法验证。
[0052]
灭菌器包括执行相应灭菌方法所需的所有装置。例如，灭菌器应包括用水蒸气充气所需的装置，以及高压灭菌室。
附图说明
[0053]
下面借助于一些示例性表示更详细地解释本发明。所表示的实施例示例仅仅用于更好地理解本发明，而不是限制本发明。
[0054]
这些示出在：
[0055]
图1是一种医疗装置，
[0056]
图2是一种用于医疗装置的灭菌器，
[0057]
图3a是根据图1的医疗装置的截面表示，
[0058]
图3b是图3a的具有网格结构的截面，
[0059]
图4a-图4c是模拟结果的可能可视化，
[0060]
图5是一种数据处理系统。
具体实施方式
[0061]
图1示出了一种医疗装置，在所表示的示例中，它是一个用于腹膜透析的袋组1。
[0062]
在腹膜透析中，透析流体经由腹壁中的导管进入患者的腹腔。经由透析流体与包围腹腔内所有器官的腹膜的广泛接触，有害物质从患者的血液中被洗出而进入透析流体，从而从血液中清除。在一定的停留时间之后，通常是大约四个小时，载有有害物质的透析流体，即所谓的透析液，从患者的腹部排出，并被新鲜的透析流体取代。
[0063]
袋组1包括溶液袋2，溶液袋2具有充满透析流体的两个室3、4，以及技术上需要的空室5。空室5也因其形状被称为λ室。室3、4、5中的每一个都设有连接件。透析溶液的两种成分，葡萄糖溶液和用于调节最终透析溶液的ph的缓冲溶液储存在室3、4中。葡萄糖溶液和缓冲溶液在使用之前不混合，因此直到被引入到患者的腹腔之前才会立即混合。
[0064]
此外，袋组1包括空的引流袋10，所述引流袋10设有两个连接件。引流袋10具有在图1中不可见的用于透析液的单个接收室11。为了使透析液更容易流入引流袋10中，引流袋10可以配备有加强杆(未示出)。
[0065]
袋组1的中央连接器15用于将袋组连接到患者的导管。中央连接器15经由管16、17连接到溶液袋2和引流袋10。溶液袋2或引流袋10可以经由未表示的阀连接到导管。
[0066]
管16将中央连接器15连接到溶液袋2。在包装状态下，管16被螺旋卷起，因此也被称为溶液盘管。在这个阶段，管16连接到溶液袋2的通向空室5的连接件。直到使用袋组1之前，管16才连接到先前彼此分开的室3和4，以便将现在混合的溶液引导到中央连接器15。
[0067]
管17将中央连接器15连接到引流袋10的连接件中的一个。例如可以提供第二连接件，以便借助于注射器接入引流袋。然后，例如，可以执行用于透析液分析的测试。管17同样在包装状态下卷起并且被称为引流盘管。
[0068]
袋组1的各个部件在被组装之前经过预处理，以便将水沉积在所有充满空气的空间中以用于随后的灭菌过程。为此，部件被放置在真空室中。然后将该室抽真空至例如150hpa至300hpa之间的残余压力，然后例如借助于蒸汽喷嘴突然充满水蒸气，例如至大约1450hpa的压力。在此过程中，蒸汽渗透到医疗装置的部件的腔中并凝结成水滴。该预处理称为汽蒸。
[0069]
然后将袋组1组装并收缩包装在未示出的塑料袋中，用于储存和运输。
[0070]
最终包装的袋组1在使用之前必须进行消毒，以避免患者的感染。为此，通常将多个袋组引入灭菌器中，如图2所示。
[0071]
图2示出了用于医疗装置的灭菌器，所述灭菌器为高压蒸汽灭菌器20。高压蒸汽灭菌器具有灭菌室21，其中在所表示的示例中，24个包装的袋组1布置在合适的网架上。灭菌室21可以通过未示出的门以耐压的方式关闭。
[0072]
在灭菌过程期间，灭菌室21暴露于高压的过热蒸汽。例如，这里可以实现2600hpa的压力和大约130℃的温度。
[0073]
由于高压和高温的组合，袋系统1中存在的细菌被杀死，结果它们不再能引起患者的感染。
[0074]
灭菌过程的有效性取决于各种参数。除了灭菌室21中的压力和温度以及处理持续时间之外，这些还包括医疗装置中实际达到的温度以及腔内可用水的量、它们的蒸发速率和由此产生的水蒸气浓度。
[0075]
根据一种用于确定用于医疗装置的灭菌过程的有效性的常规方法，为待灭菌的医疗装置的一个或多个模型提供具有已知测试细菌负载的样品。通常，特别是温度稳定的细菌被用作测试细菌，例如geobacillus stearothermophilus(嗜热脂肪地芽孢杆菌)。
[0076]
然后对以这种方式配备的模型进行所讨论的灭菌过程，然后确定灭菌过程对样品的影响。为此，将它们在培养基中培养数天，并评估测试细菌的量。
[0077]
为了减少与常规方法相关联的费用，在这里提出了一种借助于模拟来确定灭菌过程的有效性的方法。为此，医疗装置和灭菌器的内部在三维网格中被重建。这在图3a和3b中示意性地表示。
[0078]
图3a示出了沿着穿过线a-a'(图1)并垂直于袋2、10的延伸平面延伸的平面穿过袋组1的截面。可以看出溶液袋2由沿着连接线32、33、34、35连接的下膜层30和上膜层31形成，
使得形成用于透析溶液的室3、4和λ室5。
[0079]
引流袋10同样由沿着连接线42、43连接的下膜层40和上膜层41组成，使得形成接收室11。
[0080]
在连接线32、33、34、35、42、43处，相应的膜层30、31、40、41可以胶合、热封或以其它方式彼此连接，使得产生基本上气密和液密连接。
[0081]
在图3b中，表示了图3a中区段x的放大图，其表示λ室5的区域中的溶液袋2的下膜层30和上膜层31。此外，在这里表示三维网格100，其用于在数据结构中重建袋组1。
[0082]
尽管为了清楚起见，图3b中的网格100以二维方式表示，但它实际上是由多个网格单元z组成的三维网格。在所表示的示例中，网格的所有单元z都是相同的尺寸和形状，例如四面体。根据医疗装置的形状的复杂性，各个单元也可以具有不同的形状和/或尺寸。
[0083]
对于每个单元z，在相应部位处在单元z1、z2的位置处定义是否存在医疗装置的物理组成，如溶液袋2的膜层30、31，或者是否是腔中的单元或医疗装置的周围的单元，例如单元z3、z4。
[0084]
对于网格100的每个单元z，在数据结构中提供数据集。
[0085]
对于由医疗装置的物理组成填充的单元，数据集包含医疗装置的存在的温度以及材料数据，例如材料的弹性特性、热容量、导热系数以及不同介质(空气、水、蒸汽等)的渗透率。对于其它单元，数据集包含存在于相应单元中的介质(空气、水、水蒸气等)的量以及关于它们的热力学状态(温度、压力、流动速率和方向等)的数据。附加地，对于表示腔的每个单元，提供关于细菌荷载或所实现的细菌荷载的减少的信息项。
[0086]
在图3b中可识别为线的边界表面g形成在相邻单元z之间。
[0087]
然后用数据填充数据结构，使得其表示灭菌过程开始时的初始状态。例如，所有单元中都将存在大约室温，并且代表腔的每个单元中的压力大约为1000hpa。
[0088]
同时，空气和水蒸气的混合物，例如蒸汽或蒸汽-空气混合物，大约2.6到3.6bar的绝对压力和例如130℃的温度将存在于位于医疗装置外部的所有单元中。
[0089]
对于位于医疗装置的密封腔中的单元，由于先前的汽蒸可能产生其它关系。因此，在这里的一些单元可选地充满水，而在其它单元中存在空气和水蒸气以及冷凝水的混合物，这对应于完全饱和。
[0090]
对于充满流体的医疗装置的腔中的单元，所有单元都相应地充满相应的流体。
[0091]
随后，逐步通过计算确定在执行灭菌过程时网格的各个单元z中的关系是如何变化的。由计算步骤重建的时间间隔可以是例如一秒，但是也可以实现更长或更短的时间间隔。
[0092]
在灭菌过程的加热阶段期间，灭菌室21被供应过热蒸汽，结果在代表该空间的一些单元中，压力、水蒸气量和温度升高。一旦两个相邻单元之间存在差异，就会使得能量和/或介质通过单元之间的相应的边界表面传递。由此产生的各个单元的状态变化是通过计算确定的。待用于此的计算方法已从计算流体动力学中充分了解，因此无需在此更详细地解释。在这里主要考虑以下影响：
[0093]
温度均衡：如果两个相邻的单元之间存在温差，则热能会通过边界表面从较热的单元传递到较冷的单元，从而使温度均衡。
[0094]
压力均衡：如果两个相邻的单元之间存在压力差，则介质中的一些会从压力较高
的单元中通过边界面流入压力较低的单元中，从而使压力均衡。
[0095]
浓度均衡：如果两个相邻的单元之间的介质的浓度存在差异，或者介质的分压存在差异，则介质中的一些会通过边界表面扩散到浓度或分压较低的单元中，从而使浓度或分压均衡。
[0096]
重力：如果两个单元之间存在高度差，则介质中的一些会从较高的单元通过边界表面流入较低的单元。
[0097]
自然对流：如果两个相邻的单元之间的密度存在差异，则会使得自然对流。
[0098]
压力均衡、重力、对流和浓度均衡(扩散)的相互作用使得诸如空气、水蒸气和环氧乙烷的气态介质的混合比随高度发生变化。这可能会对灭菌过程的有效性产生影响，因此必须尽可能精确地的计算重建。
[0099]
在加热阶段完成之后，灭菌室21中的气氛状态保持恒定，结果是在医疗装置内基本上只发生均衡程序。然而，这些均衡程序的进展对于灭菌过程的成功非常重要，因此根据上述方法进一步重建或模拟灭菌过程的总持续时间。
[0100]
另一方面，可以可选地排除在灭菌过程的下游的冷却过程，其中首先要冷却存在于溶液袋中的所有透析溶液，以防止过早降解。
[0101]
在模拟中可以考虑其它介质。因此，例如，可以将诸如环氧乙烷之类的杀生物气体引入灭菌室并扩散到医疗装置中。相应的扩散程序可以通过模拟过程重建。例如，乙醇到插入式连接中的例如注入也可以因此重新调整。
[0102]
通过将关于单一介质的材料的吸收度的数据(例如作为渗透率或扩散数据)添加到数据结构中，介质通过医疗装置的材料的扩散可以在模拟中建模。例如，如果材料可以吸收一定量的水蒸气，如果相邻的单元中的水蒸气浓度足够高，则水蒸气将经由边界表面扩散到相应的单元中。因此，水蒸气可以逐个单元缓慢地分散在材料中，甚至在边界表面再次逸出到浓度较低的腔中。因此，例如，水蒸气可以从灭菌室通过膜层30、31扩散到λ室5中。以同样的方式，也可以模拟诸如环氧乙烷或乙醇等的其它介质的扩散。
[0103]
在灭菌过程期间，可能会出现进一步的影响，这些影响必须在模拟中加以考虑。因此，例如，在医疗装置的密封体积中，将产生内部压力的增加。当由于温度升高而蒸发的液态水在灭菌过程开始时存在于相应的体积中时，这种压力升高尤其相关。在模拟中必须考虑蒸发程序，因为它对医疗装置中的热分布有重大影响。同样，在医疗装置的某些可能部位会发生冷凝，这同样会影响温度分布。
[0104]
此外，由于水的蒸发，λ室5或接收室11还可以膨胀，借此相应体积的几何形状改变。
[0105]
可以通过不同的方式为这种效果做准备。首先，医疗装置的材料的弹性和/或塑性变形能力可以存储在数据结构中。在每个计算步骤中，然后可以确定力是否作用在表示医疗装置的物理组成的单元上而使其移动。如果在单元中建立了材料移动，则网格可以保持不变，且将该移动体现为相应的状态数据被分配给材料已经移入的相邻的单元。还可能需要添加或删除各个单元。然而，这可能使得在转变之后单元虽存在却未被分配任何状态数据，从而导致问题。
[0106]
更好的解决方案是动态构建整个网格，使得各个网格单元的尺寸和位置可以改变，以便允许这种扩展效果。在这里，要记住，在预期有明显体积变化的区域中，选择足够精
细的网格结构，以便结果不会由于网格单元最终太大而变得不精确。
[0107]
作为模拟的决定性部分，在每个计算步骤中，对于网格的不对应于医疗装置的物理组成的每个单元，计算相应的存在的状态对可能的细菌种群的影响。在初始状态的定义期间，每个单元都可以被分配一个特定的细菌荷载，例如被106个嗜热脂肪地芽孢杆菌细菌占据。
[0108]
借助于有限差分方程δni＝-ki*ni*δt，然后确定细菌荷载和剩余细菌荷载的变化。在本方法中，根据各自存在的环境参数来确定失活率k，例如温度、水蒸气浓度和/或诸如环氧乙烷等活性介质的浓度。
[0109]
代替计算名义细菌荷载，在每个计算步骤中，并且对于每个计算单元，还可以确定对数细菌减少f，然后将其相加，以确定在总灭菌过程期间实现的细菌减少：
[0110][0111]
模拟的结果可以用不同的方式表示或可视化。一种可能性是将医疗装置中实现的最小细菌减少作为数字输出。
[0112]
感兴趣的参数在灭菌过程的持续时间内的分布可以作为所选单元的图表输出。
[0113]
进一步的可能性是在医疗装置的截面表示中表示颜色编码或灰度编码的所选参数。在这里，可以表示灭菌过程中特定时间点的状态，例如在1000秒之后、2000秒之后和灭菌过程结束时的温度或实现的细菌减少。
[0114]
例如，在图4a至图4c中，表示了在灭菌过程之后透析溶液的温度的可视化。图4a示出了溶液室3、4的外表面的温度；图4b示出了平行于溶液袋2的延伸表面的截面中的温度；图4c示出了与其垂直的截面中的温度。可以看出，在所表示的本示例中，已经实现溶液的非常均匀的最终温度。
[0115]
相应的参数在灭菌过程的持续时间内的进展也可以作为视频提供。在类似的表示中，还可以表示压力、水蒸气浓度和/或实现的细菌减少。
[0116]
所描述的模拟过程可以用于确定特定医疗装置、例如所示示例中的袋组1的灭菌过程的有效性。以这种方式，例如在医疗装置的设计变更或重新开发之后，可以检查已知的灭菌过程是否足以可靠地对医疗装置进行灭菌。通过这种方式，可以测试调整对可灭菌性的影响，而无需为每次调整制造和消毒样品副本。
[0117]
因此，新的或改进的医疗装置可以快速投放市场，因为可以快速显示合适的灭菌方法的有效性。
[0118]
灭菌过程中的参数变化同样可以通过所描述的模拟过程来测试它们对结果的影响，而不必接受所描述的性能和采样费用。
[0119]
为了测试医疗装置的各个部件的灭菌性，最初将模拟限制在这些部件及其紧邻环境中是有意义的。因此，可以大大减少必要的计算费用。然而，为了得出结论性的评估，应始终进行完整的模拟。
[0120]
最后，甚至可以想象使用所描述的模拟过程的结果来验证用于合法批准新的或改变的医疗装置或灭菌过程的灭菌过程。
[0121]
为此，待通过灭菌过程实现的细菌减少是预定义的，其例如是12-log减少，因此细菌减少为10
12
分之一。然后，借助于模拟检查在医疗装置的每个部位处都实现了所需的细菌减少。如果达到了所要求的减少，则验证成功的灭菌，并且可以批准该医疗装置。
[0122]
如果除了模拟之外还用样品进行抽样并将模拟结果与抽样结果进行比较，则可以进一步提高证明的可靠性。然后，可以根据结果匹配进行批准。
[0123]
在这里，与常规的验证过程相比，抽样可以在医疗装置的非临界部位进行，因为只需要证明与模拟结果的匹配。因此，可以减少抽样费用。可以在模拟中考虑样品对医疗装置中介质分布的影响，或者通过相应的介质添加或减少来补偿。
[0124]
与常规的验证过程相比，证明模拟与抽样之间的匹配可以可选地在中断的灭菌过程中实现，例如当实际需要的细菌减少尚未实现时。这样做的优点是，在灭菌过程之后，样本上仍然存在大量的测试细菌，这些测试细菌可以更容易地进行评估。
[0125]
通过上述验证过程，可以更快地将新的或改进的医疗装置推向市场。
[0126]
在所描述的模拟过程中，必须考虑到每个单独的医疗装置的初始状态可能不同。因此，特别地，由于汽蒸而进入医疗装置的水滴的位置和/或尺寸可以是随机的，并且可以因医疗装置而异。准确地说，在具有棘手的几何形状的医疗装置(例如长管区段)的情况下，管区段中的水滴的位置可以对灭菌过程的结果产生相关影响。
[0127]
因此，有必要对水滴的一些可能分布进行建模并分别模拟这些效果。对于验证，则必须基于给出最差灭菌结果的分布来进行。
[0128]
为了确定医疗装置的汽蒸和由此产生的水滴在医疗装置中的分布的效果，可以同样地对汽蒸过程执行类似于上述灭菌过程的模拟过程的模拟过程。然而，在这里一方面必须考虑到实际位置和尺寸会受到由于冷凝而形成的水滴的强烈随机影响，因此至多可进行估计。另一方面，如果医疗装置在汽蒸与灭菌之间移动，则水滴可以在医疗装置中移动和融合。
[0129]
所描述的模拟过程可以在数据处理系统上执行，如图5所示。
[0130]
数据处理系统100包括具有至少一个处理器102和存储元件103的中央处理单元101。所述至少一个处理器102可以是为执行复杂数学任务而优化的功能强大的多核处理器。存储元件103可以包括可写部件(ram)和不可写部件(rom)。存储元件103优选地具有大的存储容量和高的写入和读取速度。
[0131]
中央处理单元101可以由行业中常用的计算机、例如pc形成。
[0132]
中央处理单元连接到输入装置和输出装置，经由所述输入装置和输出装置可以输入和输出关于待模拟的灭菌过程的信息。输入装置可以包括例如键盘104和鼠标105。输出装置可以包括监视器106。如果监视器106是触摸屏，则它同时也可以用作输入装置。
[0133]
中央处理单元可以连接到数据库111，在数据库111中，直接或经由网络110存储用于一个或多个医疗装置、一个或多个灭菌器的设计数据和/或用于一个或多个灭菌过程的数据。处理器102可以访问存储在数据库111中的数据，以便在数据结构中重建医疗装置和/或灭菌器，和/或以便借助于上述模拟过程重建灭菌过程。
[0134]
中央处理单元101还连接到用于数据载体113的写入/读取装置112。在所表示的示例中，数据载体113是cd或dvd，替代性地可以使用其它已知的可移除或不可移除数据载体。
[0135]
可以由处理器102传送到存储元件103中的程序代码信息可以存储在数据载体113
上。然后，处理器102可以从存储元件103分步读取并执行该程序代码信息，借此促使处理器执行上述模拟过程。
[0136]
中央处理单元同样可以使用写入/读取装置将模拟过程的结果存储在数据载体113上。替代性地，结果可以在监视器106上可视化和/或存储在数据库111中。
[0137]
为了更好的概览，图5中的数据处理系统100的表示被大大简化。特别地，真实数据处理系统中的至少一个处理器102不直接连接到外围装置104、105、106、112，而是经由合适的接口元件连接到外围装置104、105、106、112。