DE102005048968A1

DE102005048968A1 - Verfahren zur Bewertung der Prozessparameter eines Sterilisationsprozesses

Info

Publication number: DE102005048968A1
Application number: DE200510048968
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ellwanger; Ulrich Prof. Dr. Junghannß; Günter Pastor; Reinhold Pfeiffer; Eberhard Dr. Steiger; Elvira Schneider; Wolfgang Prof. Dr. habil. Wildführ; Sabine Winterfeld
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2007-04-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung der Prozessparameter eines Sterilisationsprozesses, wobei während der Sterilisation in der mit den zu sterilisierenden Objekten bestückten Sterilisationskammer ein Chemoindikator mitgeführt wird, der chemische Substanzen aufweist, die nach einer Mindesteinwirkungszeit der notwendigen Prozessparameter einen Farbumschlag bewirken. Es wird die Aufgabe gelöst, ein solches Verfahren zu schaffen, das eine weitgehend objektive Aussage zu den Prozessparametern eines Sterilisationsprozesses ermöglicht, indem die mitgeführten Chemoindikatoren messtechnisch ausgewertet werden. Dies wird erreicht, indem die Oberfläche eines Chemoindikators vor dessen Einbringung in eine Sterilisationskammer vor dem Beginn der Sterilisation sowie nach dessen Entnahme aus der Sterilisationskammer nach dem Abschluss der Sterilisation unter jeweils gleichen Bedingungen mit einem Scanner abgetastet wird, wobei aus der Abtastung jeweils bildanalytische Kennwerte ermittelt werden und wobei durch einen Vergleich der bildanalytischen Kennwerte aus diesen beiden Abtastungen eine Bewertung zum Ergebnis der Sterilisation erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung der Prozessparameter eines Sterilisationsprozesses, wobei während der Sterilisation in der mit den zu sterilisierenden Objekten bestückten Sterilisationskammer ein Chemoindikator mitgeführt wird, der chemische Substanzen aufweist, die nach einer Mindesteinwirkungszeit der notwendigen Prozessparameter einen Farbumschlag bewirken.
Für verschiedenartige Anwendungen im medizinischen und pharmazeutischen Bereich sowie in der Lebensmittelindustrie ist eine Sterilisation von Geräten, Materialien und Produkten notwendig. Hierfür sind Verfahren geeignet, die durch Einwirkung von Hitze bzw. Dämpfen keimtötend wirken. Zur Anwendung dieser Verfahren werden insbesondere Vorrichtungen eingesetzt, die als geschlossene Systeme mit einer Kammer zur Aufnahme der zu behandelnden Objekte ausgestaltet sind, in der das keimtötende Medium über einen prozessabhängigen Zeitraum einwirkt. Unabhängig vom konkreten Sterilisationsverfahren, beispielsweise Dampfsterilisation, Heißluftsterilisation, Formaldehydsterilisation oder Ethylenoxidsterilisation wirken die keimtötenden Medien auf die Zellen der Organismen schädigend und zerstören diese.
Dabei ist problematisch, dass eine Prüfung eines jeden Produktes zwar theoretisch durchführbar wäre, wobei dieses nach einer solchen Prüfung jedoch für den Gebrauch nicht mehr zur Verfügung steht. Daher muss die zur Sterilisation verwendete Gerätetechnik kontinuierlich und diskontinuierlich geprüft werden. Hierfür sind sowohl vorgeschriebene periodische Überprüfungen als auch Eigenkontrollen bekannt. Für die überwiegend gesetzlich vorgeschriebenen periodischen Überprüfungen werden Validierungen oder Prüfungen auf Grundlage physikalischer Messdaten und mikrobiologischer Testobjekte durchgeführt.
Bei Validierungen handelt es sich um Parallel-Messungen von Temperatur und Druck in der Sterilisierkammer und im Sterilisiergut, z.B. mit Messfühler oder Datenlogger, um die Funktionsfähigkeit der Gerätetechnik in Übereinstimmung mit den normativen Vorgaben unter vorgegebenen Bedingungen zu prüfen. Diese physikalischen Kennwerte geben Aufschluss über die konkreten Bedingungen im System. Sofern die Untersuchungen bei Beladung mit Sterilisiergut durchgeführt werden, sind Aussagen zum Beladungsmuster möglich. Eine solche Validierung ist für Dampfsterilisatoren (außer Dampfkleinsterilisatoren) gefordert.
Überprüfungen mit mikrobiologischen Testobjekten werden für Gas-, Dampfklein- und Heißluftsterilisatoren angewendet. Die hierbei verwendeten widerstandsfähigen Testsporen müssen nach der Sterilisation sieben Tage kultiviert werden, wobei kein weiteres Keimwachstum auftreten darf. Diese mikrobiologische Untersuchungsmethode liefert zwar eine Aussage zur Funktionssicherheit der Gerätetechnik, sie ermöglicht jedoch kaum Aussagen zu konkreten Prozessbedingungen. Folglich sind bei negativen Prüfergebnissen zusätzliche Ermittlungen notwendig, um die Ursache einer ungenügenden Sterilisation erkennen zu können.
Zusätzliche Eigenkontrollen sind bei jedem Sterilisierprozess notwendig, weil die Freigabe des sterilisierten Gutes erst erfolgen darf, sofern alle Programmdaten den Sollzustand erreicht haben. Dabei sind Betreiber von Sterilisatoren verpflichtet, jeden Arbeitsdurchgang anhand der Prozessdaten zu dokumentieren. Dies ist bei modernen und/oder preisintensiven Geräten unproblematisch, weil diese überwiegend mit Druck-Temperatur-Schreibern und Druckern ausgestattet sind. Hingegen weisen ältere Geräte und zahlreiche Kleinsterilisatoren oftmals lediglich Armaturen für eine visuelle Kontrolle auf. Dabei werden von diesen Armaturen vorwiegend Daten von Messwerten außerhalb der Sterilisierkammer erfasst, während der Zustand in der Kammer und im Sterilisiergut nicht erfasst wird, so dass beispielsweise auch Beladungsfehler nicht registriert werden.

Um dennoch einen aktenkundigen Nachweis über die Sterilisation führen zu können, werden häufig sog. Chemoindikatoren genutzt. Diese Indikatoren sind chemische Substanzen, die nach einer Mindesteinwirkungszeit der notwendigen Prozessparameter einen Farbumschlag bewirken und beispielsweise aus DE 198 46 325 A1 bekannt sind. Chemoindikatoren sind normiert und in unterschiedliche Klassen unterteilt, wobei der Endpunkt des jeweiligen Farbumschlages vom Hersteller definiert und beschrieben ist. Demzufolge ist eine Aussage zur Wirksamkeit des Sterilisationsprozesses durch visuelle Bewertung des Chemoindikators prozessnah und mit geringem Aufwand möglich.

Ein Nachteil bei der Anwendung diesbezüglicher Chemoindikatoren ist jedoch der subjektive Einfluss bei der Bewertung des Farbumschlages durch die prüfende Person. Für eine weitgehend exakte Bewertung ist sowohl erfahrenes als auch sachkundiges Personal notwendig, das möglichst häufig derartige Arbeiten durchführt. Dies ist zumindest bei Nutzung von Kleinsterilisatoren in ärztlichen Praxen oder im nichtmedizinischen Bereich (z. B. in Fußpflegesalons oder Tätowierstudios) fragwürdig. Außerdem ist das Ergebnis der visuellen Bewertung neben der Erfahrung des Prüfpersonals auch erheblich von den jeweiligen Beleuchtungsverhältnissen und nicht zuletzt von der „Tagesform" des Prüfers abhängig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das eine weitgehend objektive Aussage zu den Prozessparametern eines Sterilisationsprozesses ermöglicht, indem während der Sterilisation innerhalb der Gerätetechnik mitgeführte Chemoindikatoren messtechnisch ausgewertet werden.

Diese Aufgabe wird gelöst, indem die Oberfläche eines Chemoindikators vor dessen Einbringung in eine Sterilisationskammer vor dem Beginn der Sterilisation sowie nach dessen Entnahme aus der Sterilisationskammer nach dem Abschluss der Sterilisation unter jeweils gleichen Bedingungen mit einem Scanner abgetastet wird, wobei aus der Abtastung jeweils bildanalytische Kennwerte ermittelt werden und wobei durch einen Vergleich der bildanalytischen Kennwerte aus diesen beiden Abtastungen eine Bewertung zum Ergebnis der Sterilisation erfolgt. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, deren Merkmale in zwei Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden.

Der wesentliche Unterschied der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik ist die Überlegung, Chemoindikatoren mit einem definierten chemischen Reaktionsverlauf, die bei Einwirkung der Sterilisationsparameter quantitativ farblich messbare Veränderungen ergeben, während des Sterilisationsprozesses mitzuführen und photoanalytisch zu bewerten. Diese Chemoindikatoren müssen so empfindlich reagieren, dass jede mögliche Abweichung vom Sollzustand durch die Farbwerte analysiert und einem Prozessparameter zugeordnet werden kann. Dabei können die Farbwerte z. B. durch CIELAB- oder RGB-Farbsysteme, welche aus drei Zuordnungskoordinaten bestehen, mit einem Spektralphotometer eindeutig bestimmt werden.

Die Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens ergibt zahlreiche Vorteile. So wird die Bewertung nicht mehr visuell vorgenommen und unterliegt somit keinen subjektiven Einflüssen. Das Verfahren ist für Sterilisations- und Desinfektionsverfahren anwendbar, sofern zur Prozesskontrolle Nachweisreagenzien vorhanden sind, die in qualitativem und quantitativem Zusammenhang mit den Einwirkparametern stehen. Alle nicht validierbaren Geräte können mit diesem Verfahren schnell und kostengünstig überprüft werden. Eine laufende Eigenkontrolle mit Analysestreifen ist über Personalcomputer in Verbindung mit einem Scanner und Auswertesoftware kostengünstig und zuverlässig realisierbar. Die sofortige objektive Bewertung bedarf keines zusätzlichen Fachpersonals. Die Prozesssicherheit kann bei jedem Durchlauf objektiv sowie schnell und sicher dokumentiert werden. Bei nicht zu tolerierenden Abweichungen werden Fehlermeldungen und Ursachenhinweise durch den Rechner erstellt. Durch die Kommentierung von Abweichungen kann der Aufwand zur Fehlerermittlung wesentlich gesenkt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung durch zwei Ausführungsbeispiele ergänzend erläutert.
Beispiel A – Anwendung bei Formaldehyd-Dampf-Sterilisation:
Die Einwirkparameter bei einer Formaldehydsterilisation sind Formaldehyd-Wasserdampf-Gemisch mit einer bestimmten Wirkstoffkonzentration sowie Temperatur und Zeit. Wird als chemisches Nachweisreagenz beispielsweise das 2,4-Dinatriumsalz der Chromotropsäure eingesetzt, auf ein Substrat (z. B. Papier) aufgetragen und als Chemoindikator in Form eines Analysestreifens oder -systems dem Sterilisationsprozess unterzogen, so reagiert Formaldehyd quantitativ zu einer violetten Verbindung. Damit steht das farbige Reaktionsprodukt im direkten Zusammenhang mit der aufgenommenen Formaldehydmenge, die abhängig von der Einwirkzeit ist. Bekannt ist weiterhin, dass diese Reaktion temperaturabhängig ist und somit die Farbnuancen einen Rückschluss auf die Sterilisationstemperatur ermöglichen. Nach Abschluss des Sterilisationsprozesses werden diese Chemoindikatoren photoanalytisch bewertet. Anhand der drei Messwerte pro Farbton können die Korrelationen zu einzelnen Einwirkparametern ermittelt werden. Die Messwerte werden per Computer mit den Referenzwerten abgeglichen, so dass Abweichungen nicht nur sofort erkennbar sind, sondern auch auf die entsprechende Ursache hinweisen. Die Analysestreifen können mit porösen oder nichtporösen Stoffen ummantelt oder in Hohlkörpern eingebracht werden, um praxisrelevante Bedingungen zu schaffen. Ein Analysesystem kann auch durch Beigabe von Zusatzstoffen oder durch den Aufbau selbst so gestaltet werden, dass zusätzliche Sterilisatorfunktionen, wie Entlüftungszyklen und Dampfstöße über die messbare Farbdichte erfasst werden können. Die Messdaten dienen dem Anwender zur gesicherten Qualitätsprüfung. Sie geben auch der Patientendokumentation eine höherwertige Aussage.
Beispiel B – Anwendung bei Dampfsterilisation:
Die nachfolgenden Betrachtungen basieren auf einem Indikatorreagenz, welches für Chemoindikatoren angewendet wird und den Anforderungen entsprechend formuliert wurde. Der Farbwechsel vollzieht sich abgestuft von gelb nach schwarz, beruht auf einer Ionenaustauschreaktion und unterliegt den Gesetzmäßigkeiten der Chemie der wässrigen Lösungen und Ionenlehre. Auf dieser Grundlage wurden die möglichen Einflussfaktoren auf das Reaktionsverhalten des Indikatorreagenzes bei der Dampfsterilisation untersucht, wobei sich das Ergebnis folgendermaßen darstellt:
Die Löslichkeit einer reagierenden Komponente (Metallsalz) des Indikatorreagenzes nimmt mit steigender Temperatur zu. Wirkt also Wasserdampf auf den Indikator ein, wird dadurch die Reaktion ausgelöst und die Schwarzfärbung beginnt.
Je länger Wasserdampf auf das Indikatorreagenz einwirkt, umso intensiver wird die Färbung, d.h. die eingesetzten Metallsalze setzen sich im stöchiometrischen Verhältnis um.
Zum praktischen Einsatz des Indikatorreagenzes ist die Fixierung auf einem Substrat erforderlich. Diese wird erreicht, indem die Metallsalze in ein Polymer eingebettet werden, das sich bei Einwirkung von Dampf in ein elektrolytisches System umwandelt. Besonders eignen sich Polyvinylalkohole mit unterschiedlichen Kettenlängen. Ebenfalls sind Zusätze von weiteren wasserlöslichen Polymeren, wie z. B. Acrylate oder Polyvinylacetate möglich. Die Zusammensetzung des Einbettungsmittels hat einen direkten Einfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit.
Das Indikatorreagenz muss flächendeckend und gleichmäßig auf das Substrat aufgebracht werden. Dabei darf die Farbe des Substrats keinen Einfluss auf die spätere Auswertung haben. Besonders eignet sich hierfür das Siebdruckverfahren.
Wird das Indikatorreagenz mit unterschiedlichen Schichtdicken auf das Substrat aufgetragen, so sind weitere Farbabstufungen erkennbar. Somit können Aussagen zur Dampfqualität getroffen werden. Wählt man für die Farbmessung z. B. das CIELAB-System, so unterscheidet sich die Einwirkung von gesättigtem Dampf gegenüber nassen Dampf durch die b-Werte des Farbsystems.
Werden mehrere großflächige Chemoindikatoren an unterschiedlichen Stellen in der Kammer dem Sterilisationsprozess unterzogen, sind durch anschließende Messungen Aussagen zur Dampfverteilung in der Kammer möglich, so dass kritische Stellen erkannt werden.
Zur zusätzlichen Kontrolle der fraktionierten Vorvakuumstufen, die bei Dampfsterilisatoren der eigentlichen Dampfeinwirkzeit vorgelagert sind, werden sogenannte Helixmodelle als Prüfkörper zur Aufnahme des Chemoindikators angewendet, um die Vakuumleistung zu prüfen.
Ergebnisse darüber liefern auch die vorgenannten Indikatoren, wenn diese zwischen zwei dampfundurchlässigen Platten so fixiert werden, dass der Dampf nur von den Seiten durch das Papiersubstrat an das Indikatorreagenz gelangen kann. Die Eindringtiefe des Dampfes äußert sich durch die Verfärbung des Indikatorreagenzes und steht im Wirkzusammenhang mit der Vakuumleistung. Derartige Chemoindikatoren können auch in glasklare Systeme (z.B. Polyesterfolie) eingebettet werden, die mindestens eine Öffnung für den Dampfeintritt haben müssen. Vorteile dieses Systems sind der Wegfall von Prüfkörpern und der Einsatz für alle Typen von Dampfkleinsterilisatoren, sofern die Indikatorsysteme so gestaltet sind, dass auch beim Dampf-Strömungsverfahren mindestens eine Teilfläche des Indikators eine analytisch bewertbare Verfärbung des Indikatorreagenzes gewährleistet.
Durch experimentelle Untersuchungen ist es möglich, die Zeitabhängigkeit der Einwirkung von Sattdampf bei unterschiedlichen Temperaturen mit den drei Farbwerten des CIELAB-Systems zu definieren, mathematisch zu bewerten und Toleranzwerte festzulegen. Werden bei der Farbmessung die RGB-Werte genutzt, so lassen sich diese mit handelsüblichen Scannern über Computer verarbeiten.
Um die Handhabung des Systems für den Anwender zu erleichtern, wird ein PC-Programm erarbeitet, welches die Farbwerte im Computer erfasst und interpretiert. Für jedes hergestellte Indikatorsystem lassen sich die Farbwerte in Abhängigkeit der Prozessparameter ermitteln. Diese sind durch den Hersteller des Indikatorsystems dem Anwender für jede Produktionscharge zu übergeben.
Das vorgeschlagene Verfahren liefert nicht nur konkrete Aussagen zum Prozessverlauf der Sterilisationsverfahren und erhöht die Zuverlässigkeit der Eigenkontrolle, sondern beinhaltet ein Einsparpotenzial beim Dokumentationsumfang und Personalaufwand, der für die herkömmliche Begutachtung von Chemoindikatoren notwendig ist.

Claims

Verfahren zur Bewertung der Prozessparameter eines Sterilisationsprozesses, wobei während der Sterilisation in der mit den zu sterilisierenden Objekten bestückten Sterilisationskammer ein Chemoindikator mitgeführt wird, der chemische Substanzen aufweist, die nach einer Mindesteinwirkungszeit der notwendigen Prozessparameter einen Farbumschlag bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eines Chemoindikators vor dessen Einbringung in eine Sterilisationskammer vor dem Beginn der Sterilisation sowie nach dessen Entnahme aus der Sterilisationskammer nach dem Abschluss der Sterilisation unter jeweils gleichen Bedingungen mit einem Scanner abgetastet wird, wobei aus der Abtastung jeweils bildanalytische Kennwerte ermittelt werden und wobei durch einen Vergleich der bildanalytischen Kennwerte aus diesen beiden Abtastungen eine Bewertung zum Ergebnis der Sterilisation erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung der bildanalytischen Kennwerte des Chemoindikators vor dem Beginn der Sterilisation Bezugswerte softwareseitig definiert sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten bildanalytischen Kennwerte des Chemoindikators nach dem Abschluss der Sterilisation mit Bezugswerten verglichen werden, die softwareseitig definiert sind.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die softwareseitig definierten Bezugswerte vom Hersteller des Chemoindikators festlegbar sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Scanner erfassbaren Farbwerte durch CIELAB- oder RGB-Farbsysteme, die jeweils drei Zuordnungskoordinaten umfassen, mittels Spektralphotometer bestimmt werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren für Desinfektionsprozesse anwendbar ist.