【専門家監修】QMSの設計開発とは？

QMSにおける設計開発とは？

具体的な定義

QMS（品質管理監督システム）における設計開発とは、医療機器の製造販売過程において、製品の構想から実際の製造に至るまでの一連のプロセスを体系的に管理し、安全で高品質な医療機器を設計開発するための重要な活動です。具体的には、顧客ニーズの分析、製品仕様の決定、設計の検証と妥当性確認、製造プロセスの計画など、製品の誕生から市場投入までの全ての段階を包括します。

この過程では、製品の安全性、有効性、信頼性を確保するために、厳密な品質管理基準に従って各段階を進めていきます。医療機器の場合、人の生命や健康に直接関わる製品であるため、特に高い水準の品質管理が求められます。

目的

QMSにおける設計開発の主な目的は、以下の通りです：

1. 安全で効果的な医療機器の開発
2. 製品の品質と信頼性の確保
3. リスクの最小化
4. 規制要件への適合
5. 開発プロセスの効率化と最適化

この活動が重要である理由は多岐にわたります。まず、患者の安全を最優先に考える医療機器業界において、設計段階から品質を作り込むことは不可欠です。適切な設計開発プロセスを通じて、潜在的な問題を早期に発見し、解決することができます。

また、厳格な規制環境下にある医療機器業界では、各国の規制当局が定める基準を満たすことが製品の市場投入の前提条件となります。QMSに基づいた設計開発は、これらの規制要件への適合を確実にする上で重要な役割を果たします。

さらに、体系的な設計開発プロセスを実施することで、製品の開発期間の短縮やコスト削減にもつながります。問題の早期発見と解決、効率的なリソース配分、重複作業の削減などが可能となるからです。

結果として、QMSにおける設計開発は、安全で高品質な医療機器を効率的に開発し、市場に投入するための基盤となる重要な活動と言えます。

QMSにおける設計開発の必要性

なぜ必要なのか？

QMSにおける設計開発が必要とされる理由は、主に以下の3点に集約されます：

1. 患者の安全確保： 医療機器は人の生命や健康に直接影響を与える製品です。そのため、設計段階から安全性を最優先に考慮し、潜在的なリスクを最小限に抑える必要があります。QMSに基づいた設計開発プロセスを通じて、製品の安全性を体系的に検証し、確保することができます。
2. 規制要件への適合： 医療機器業界は、各国の規制当局による厳格な規制の下にあります。例えば、日本では薬機法（医薬品、医療機器等の品質、有効性及び安全性の確保等に関する法律）、米国ではFDA（食品医薬品局）の規制、欧州ではMDR（医療機器規則）などが存在します。これらの規制に適合するためには、設計開発の各段階で要求事項を満たしていることを示す必要があります。QMSに基づいた設計開発は、これらの要件への適合を体系的に管理し、証明するための枠組みを提供します。
3. 製品の品質と信頼性の向上： 医療機器の品質と信頼性は、患者の治療効果や医療従事者の業務効率に直結します。QMSにおける設計開発プロセスを通じて、製品の要求事項を明確にし、それらを満たすための設計を行い、さらに検証と妥当性確認を行うことで、高品質で信頼性の高い製品を開発することができます。

これらの理由から、QMSにおける設計開発は医療機器産業において不可欠な活動となっています。

対象となる活動や範囲

QMSにおける設計開発の対象となる活動や範囲は、医療機器の構想から市場投入後の監視まで広範囲に及びます。具体的には以下のような活動が含まれます：

1. 市場調査と顧客ニーズの分析
2. 製品コンセプトの策定
3. ユーザビリティ評価とリスクマネジメント
4. 設計要求事項の定義
5. 設計インプットの作成
6. 設計アウトプットの作成
7. 設計レビュー
8. 設計の検証（Verification）
9. 設計の妥当性確認（Validation）
10. 臨床評価（必要な場合）
11. 設計移管（量産製造プロセスへの移行）
12. 規制当局への申請準備
13. 市販後調査と製品改善
14. 設計変更の管理

これらの活動は、製品のライフサイクル全体を通じて継続的に行われます。特に、設計の検証と妥当性確認は重要なプロセスです。設計の検証では、設計アウトプットが設計インプットの要求事項を満たしているかを確認します。一方、設計の妥当性確認では、最終製品が意図された用途や要求事項を満たしているかを確認します。

導入によるメリット

QMSに基づいた設計開発プロセスを導入することで、以下のようなメリットが期待できます：

1. 製品の安全性と有効性の向上： 体系的なアプローチにより、潜在的なリスクや問題点を早期に特定し、対処することができます。これにより、より安全で効果的な医療機器の開発が可能になります。
2. 開発プロセスの効率化： 標準化された手順と文書化により、開発プロセスが明確になり、作業の重複や無駄を削減できます。また、問題の早期発見により、後工程での大幅な修正や手戻りを防ぐことができます。
3. 規制対応の円滑化： QMSに基づいた設計開発プロセスは、多くの規制要件と整合しています。そのため、規制当局への申請や査察対応がスムーズになります。
4. 品質文化の醸成： 組織全体で品質を重視する文化が醸成され、継続的な改善活動につながります。
5. 市場競争力の強化： 高品質な製品を効率的に開発できることで、市場での競争力が向上します。また、顧客満足度の向上にもつながり、ブランド価値の向上が期待できます。
6. トレーサビリティの向上： 設計開発の各段階の文書化ならびに記録を残すことで、製品の設計履歴が明確になります。これは、設計開発中だけでなく市販後の問題発生時の原因究明や改善活動に役立ちます。
7. コスト削減： 効率的な開発プロセスと問題の早期発見により、開発コストを削減できます。また、市販後の不具合対応や回収のリスクも低減されるため、長期的なコスト削減にもつながります。
8. チーム間のコミュニケーション改善： 標準化されたプロセスと文書化により、開発に関わる異なる部門間（例：設計部門、製造部門、品質保証部門など）のコミュニケーションが円滑になります。

これらのメリットにより、QMSにおける設計開発プロセスの導入は、医療機器メーカーにとって大きな価値をもたらします。安全性と品質の向上、効率的な開発、規制対応の円滑化など、多面的な利点が得られるため、競争の激しい医療機器業界において重要な差別化要因となり得ます。

QMSにおける設計開発の具体例

※本記事で紹介している具体例や数値は、説明のために作成したイメージであり、実在の企業を基にしたものではありません。

成功事例：新型血糖値モニタリングシステムの開発

医療機器メーカーA社は、従来の血糖値測定器に比べて、より正確で使いやすい新型血糖値モニタリングシステムの開発に成功しました。この成功の背景には、QMSに基づいた綿密な設計開発プロセスがありました。

1. 市場調査とニーズ分析： A社は、糖尿病患者や医療従事者に対して詳細な調査を行い、既存製品の課題や新しいニーズを特定しました。その結果、「より少ない血液量での測定」「データの自動記録と共有機能」「長時間の連続モニタリング」などのニーズが明らかになりました。
2. ユーザビリティ評価とリスクマネジメント： 開発初期段階で、ユーザビリティ評価、ならびにリスクマネジメントを実施し、潜在的なリスクを特定し、評価しました。例えば、測定精度の低下、バッテリー寿命、誤使用、データセキュリティなどのリスクが挙げられ、それぞれに対する対策を設計に組み込みました。
3. 設計要求事項の定義： 市場調査とリスク分析の結果を基に、具体的な設計要求事項（設計インプット）を定義しました。例えば、「血液量0.3μLでの測定」「測定精度±5%以内」「7日間の連続モニタリング」「クラウドへのリアルタイムデータ送信」などが含まれました。
4. 設計・開発： 設計チームは、要求事項に基づいて製品の詳細設計を行いました。この過程で、新しいセンサー技術の採用、小型化設計、ユーザーインターフェースの最適化などが行われました。
5. 設計レビュー： 開発の各段階で、関連部門（設計開発、営業、製造、薬事、品質保証など）による設計レビューを実施し、設計の妥当性や実現可能性を評価しました。これにより、早期に潜在的な問題を発見し、解決することができました。
6. プロトタイプ作成と検証： 設計に基づいてプロトタイプを作成し、厳密な検証試験を行いました。この段階で、測定精度や耐久性などの要求事項への適合を確認しました。
7. 臨床評価： 実際の使用環境に近い条件下で臨床評価を実施し、製品の有効性と安全性を確認しました。この過程で、ユーザビリティの改善点も特定されました。
8. 設計の妥当性確認： 最終的な製品設計が、当初の要求事項と意図された用途に適合していることを確認しました。臨床評価結果、ユーザビリティ評価結果も含め、製品が期待通りの性能を発揮することを確認しました。
9. 製造移管と量産準備： 設計開発チームは、製造部門と緊密に連携し、スムーズな製造移管を実現しました。製造プロセスのバリデーションを通じて、一貫した品質の製品が製造できることを確認しました。
10. 規制対応と承認取得： 開発の各段階で生成された文書と記録を基に、規制当局への申請資料を作成しました。QMSに基づいた体系的な開発プロセスにより、承認取得がスムーズに進みました。

この成功事例では、QMSに基づいた設計開発プロセスにより、市場ニーズに合致した高品質な製品を効率的に開発し、迅速に市場投入することができました。結果として、A社の新型血糖値モニタリングシステムは、市場で高い評価を得ることができました。

失敗事例：体内埋め込み型医療機器の設計不備

一方で、QMSにおける設計開発プロセスが適切に実施されなかった場合、深刻な問題につながる可能性があります。以下は、医療機器メーカーB社の体内埋め込み型医療機器開発における失敗事例です。

1. 不十分なリスク分析： B社は、新しい材料を使用した体内埋め込み型医療機器の開発を行いました。しかし、新材料の長期的な生体適合性に関するリスク分析が不十分でした。QMSに基づく適切なリスク管理プロセスが実施されていれば、この潜在的なリスクを早期に特定し、対策を講じることができたはずです。
2. 不適切な設計検証： 設計段階で、新材料の特性に関する十分な検証が行われませんでした。特に、生体内での長期使用に伴う材料の劣化や変性に関する検証が不十分でした。QMSに基づく厳格な設計検証プロセスがあれば、この問題を開発段階で発見できた可能性があります。
3. 臨床評価の不備： 臨床評価の検体数が少なく、長期的な安全性と有効性の評価が不十分でした。QMSに基づく適切な臨床評価計画があれば、より長期的かつ包括的な評価が行われたはずです。
4. 製造プロセスの検証不足： 設計から製造への移行が急がれ、製造プロセス設計の十分な検証が行われませんでした。その結果、量産段階で製品の品質にばらつきが生じました。QMSに基づく適切な設計開発と製造プロセスのバリデーションが実施されていれば、この問題を防ぐことができたでしょう。
5. 市販後調査の不備： 製品の市販後、患者から軽微な不具合の報告がありましたが、十分な調査が行われませんでした。QMSに基づく適切な市販後調査と苦情処理、是正措置のプロセスがあれば、早期に問題を特定し対処できたはずです。

結果として、市販から2年後、一部の患者で重篤な副作用が報告され、製品の大規模な回収に至りました。この事態は、患者の健康被害だけでなく、B社の信頼性と財務状況に深刻な影響を与えました。

この失敗事例は、QMSに基づく設計開発プロセスの重要性を如実に示しています。適切なリスク管理、設計検証、臨床評価、製造プロセスの検証、市販後調査など、QMSの各要素が適切に実施されていれば、この問題を防ぐ、あるいは早期に発見し対処することができた可能性が高いと言えます。

QMSにおける設計開発の進め方

QMSにおける設計開発プロセスを効果的に実施するためのガイドを以下に示します。このガイドは、医療機器の設計開発に携わる企業や組織が、体系的かつ効率的にプロセスを進めるための基本的なステップを提供します。

1. プロジェクト計画の立案

• プロジェクトの目的、範囲、タイムライン、必要なリソースを明確にします。
• 設計開発チームを編成し、各メンバーの役割と責任を定義します。
• 規制要件を確認し、必要な設計開発ステップと承認プロセスを計画に組み込みます。

2. 製品要求事項の定義

• 市場調査や顧客フィードバックに基づいて、製品に求められる要求事項を特定します。
• 要求事項に抜け漏れ、不整合がないかを製品関連部署（設計開発、営業、薬事、製造、サプライチェーンなど）で確認します。

3. ユーザビリティ評価、リスクマネジメントの実施

• EC62366-1ユーザビリティエンジニアリング、およびISO 14971に基づいてリスクマネジメントプロセスを実施します。
• 潜在的な危害を特定し、リスク評価を行います。
• リスク低減策を検討し、設計に反映させます。

4. 設計インプットの定義

• 製品要求事項、ユーザビリティ評価、ならびにリスクマネジメントの結果を技術的要求事項、性能要求事項、安全性要求事項、規制要求事項、使用性要求事項などに分類し、具体的な設計仕様を明確にします。
• すべての要求事項を文書化し、レビューを行います。

5. 設計アウトプットの作成

• 設計インプットに基づいて、詳細な設計仕様を作成します。
• 図面、回路図、ソフトウェア仕様書、材料仕様書などを作成します。
• 設計アウトプットが設計インプットの要求事項を満たしていることを確認します。

6. 設計の検証（Verification）

• 設計アウトプットが設計インプットの要求事項を満たしていることを客観的に確認します。
• 試験計画を立案し、必要な試験（機能試験、安全性試験、耐久性試験など）を実施します。
• 試験結果を文書化し、不適合があった場合は是正措置を講じます。

7. 設計レビューの実施

• 開発の各段階で、関連部門によるレビューを実施します。
• 設計の妥当性、実現可能性、リスク対策の適切性などを評価し、新たな問題が発生していないか評価します。
• レビュー結果を文書化し、必要な改善策を実施します。

8. 設計の妥当性確認（Validation）

• 最終製品が意図された用途や要求事項を満たしていることを確認します。
• 臨床評価や使用性評価を含む、実際の使用条件に近い環境での評価を行います。
• 結果を文書化し、製品が期待される性能と安全性を有していることを確認します。

9. 製造工程設計

• 設計開発した製品を量産化するための製造工程インプットをもとに製造工程を設計します。
• 製造設備・機器の適格性を確認します。
• 製造方法、試験方法、教育訓練方法を確立し、製造プロセスのバリデーションを行い、一貫した品質の製品が製造できることを確認します。
• 設計の妥当性確認を実施する際に用いたサンプルが本量産製造工程で製造されたサンプルでない場合は、その同等性を検証します。

10. 設計移管

• 設計開発段階から量産製造段階への移行を計画し、量産製造するために必要な知識、文書、記録を製造部門に移管します。

11. 設計変更管理

• 設計変更の必要性が生じた場合、変更管理プロセスを通じて実施します。
• 変更の影響を評価し、必要な検証と妥当性確認を行います。
• 変更を文書化し、関連する文書を更新します。

12. 設計履歴ファイル（DHF）の作成

• 設計開発プロセス全体を通じて生成された文書や記録を体系的に管理します。
• 設計インプット、アウトプット、検証結果、妥当性確認結果、変更履歴などを含めます。
• DHFは規制当局の査察時や、将来の製品改良時の重要な参考資料となります。

これらのステップを活用することで、QMSに基づいた体系的な設計開発プロセスを実施することができます。ただし、各組織の特性や開発する医療機器の特性に応じて、このプロセスをカスタマイズすることが重要です。また、規制要件や業界標準の変更に常に注意を払い、プロセスを適宜更新していく必要があります。

QMSにおける設計開発の効果的な運用方法

QMSにおける設計開発プロセスを効果的に運用するためには、継続的なモニタリングと評価、そして発生する課題への適切な対応が不可欠です。以下に、効果的な運用方法とよくある課題への対応策を示します。

モニタリングと評価方法

1. キーパフォーマンス指標（KPI）の設定と監視：
   • 開発期間、コスト、品質指標などのKPIを設定し、定期的に測定・評価します。
   • 例：設計変更回数、設計レビューでの指摘事項数、試験不適合率など
2. マイルストーンレビューの実施：
   • プロジェクトの重要な節目でレビューを行い、進捗状況と品質を評価します。
   • 必要に応じて、計画の見直しや是正措置を講じます。
   • 設計レビュー時に実施してもかまいません。
3. リスク管理の継続的な評価：
   • 定期的にリスク評価を見直し、新たなリスクの特定や既存リスクの再評価を行います。
   • リスク低減策の有効性を継続的に確認します。
4. 内部監査の実施：
   • 定期的に設計開発プロセスの内部監査を行い、QMS要求事項への適合性を確認します。
   • 監査結果に基づいて、プロセスの改善を図ります。
5. 設計レビューの効果性評価：
   • 設計開発の各段階におけるアウトプットをレビューし、製品の有効性や効率性を評価します。
   • 要求事項の変更が適切に製品に反映されているか確認します。
   • 必要に応じて、設計開発プロセスの改善を行います。
6. 顧客フィードバックの収集と分析：
   • 市販後の製品に対する顧客フィードバックを積極的に収集し、分析します。
   • 新たなリスクが発見された場合はリスクマネジメントを実施します。
   • 得られた知見を当該製品、ならびに今後の設計開発プロセスに反映させます。
7. トレーサビリティの確保：
   • 設計要求事項から設計移管までの文書、記録のトレーサビリティを確保します。
   • 設計開発各段階の文書、記録が設計開発履歴簿に含まれているか確認します。
8. 変更管理の妥当性：
   • 要求事項の変更、原材料、部品、製造プロセスの変更が適切に評価されているか確認します。

よくある課題とその対応方法

1. スケジュールの遅延：
   • 課題：複雑な要求事項や予期せぬ技術的問題により、開発スケジュールが遅延する。
   • 対応：
     • クリティカルパスの明確化と重点的な管理
     • リスクベースのアプローチによる優先順位付け
     • 並行開発や迅速なプロトタイピングの活用
     • 担当者責務の明確化
     • 定期的な進捗管理の実施

2. 部門間のコミュニケーション不足：
   • 課題：設計、製造、品質保証など、異なる部門間でのコミュニケーション不足により、問題が後工程で発見される。
   • 対応：
     • クロスファンクショナルチームの編成
     • 定期的な部門横断会議の開催
     • 情報共有プラットフォームの活用
3. 規制要件への適合性確保：
   • 課題：複雑化・厳格化する規制要件への適合が困難になる。
   • 対応：
     • 規制動向の継続的なモニタリングと社内への周知
     • 規制要件のチェックリスト作成と定期的な確認
     • 薬事、品質保証との密接なコミュニケーション
     • 必要に応じて規制当局との事前相談の実施
4. 設計変更の管理：
   • 課題：頻繁な設計変更により、文書管理や影響評価が複雑化する。
   • 対応：
     • 変更管理プロセスの最適化と自動化
     • 変更の影響を可視化するツールの活用
     • 設計担当者、供給業者、製造業者への周知徹底
     • 変更審査委員会の設置による変更の適切性評価
5. リソースの最適配分：
   • 課題：複数のプロジェクトが並行して進行する中、限られたリソースを適切に配分することが難しい。
   • 対応：
     • ポートフォリオマネジメントの導入
     • リソース配分の優先順位付けと定期的な見直し
     • スキルマトリックスの作成と活用
6. 技術的課題の解決：
   • 課題：新技術の導入や複雑な要求事項により、技術的な課題が発生する。
   • 対応：
     • 早期のフィージビリティスタディの実施
     • 外部専門家や研究機関との連携
     • 段階的な技術導入アプローチの採用
7. 品質目標の達成：
   • 課題：高い品質基準を満たしつつ、開発効率を向上させることが難しい。
   • 対応：
     • 品質目標の明確化と全社的な共有
     • デザインフォーシックス（DFS）の導入
     • 継続的な品質改善活動の推進
8. 文書化の負担：
   • 課題：QMSに基づく詳細な文書化要求により、開発者の負担が増大する。
   • 対応：
     • 文書テンプレートの整備と標準化
     • 文書管理システムの導入による効率化
     • 重複文書の削減化
     • 文書作成トレーニングの実施

これらの方策を組み合わせることで、QMSにおける設計開発プロセスをより効果的に運用することができます。重要なのは、これらの課題に対して事後対応ではなく、予防的なアプローチを取ることです。定期的なプロセスの見直しと改善、そして組織全体での品質文化の醸成が、長期的な成功につながります。

さらに、以下の点にも注意を払うことで、QMSにおける設計開発の運用をより効果的にすることができます：

9. 継続的な教育と訓練：
   • 課題：QMSや最新の規制要件に関する知識が組織内で不足している。
   • 対応：
     • 定期的な社内トレーニングの実施
     • 外部セミナーや講習会への参加奨励
     • e-learningシステムの導入による自己学習の促進
10. サプライヤー管理：
    • 課題：重要な部品やサービスを提供するサプライヤーの品質管理が不十分。
    • 対応：
      • 社内要求事項の明確化
      • サプライヤー評価システムの構築と定期的な監査
      • サプライヤーとの品質契約の締結
      • サプライヤーとの共同開発プログラムの実施
      • サプライヤー評価システムの構築と定期的な監査
11. デジタル技術の活用：
    • 課題：従来の紙ベースのプロセスでは効率が悪く、エラーも発生しやすい。
    • 対応：
      • 電子文書管理システムの導入
      • デジタルツインを活用した設計検証
      • AIやビッグデータ分析の活用による予測的品質管理
12. グローバル規制対応：
    • 課題：国際市場展開に伴い、複数国の規制に同時に対応する必要がある。
    • 対応：
      • グローバル規制情報データベースの構築
      • 地域ごとの規制専門家の育成
      • 複数規制に対応した設計開発プロセスの確立
13. ユーザビリティエンジニアリングの統合：
    • 課題：製品の使いやすさや人間工学的側面が十分に考慮されていない。
    • 対応：
      • ユーザビリティ専門家の育成と設計開発初期段階からの参画
      • 設計初期段階からのユーザビリティ専門家の参画
      • ユーザビリティテストの体系的な実施
      • ユーザーフィードバックの継続的な収集と分析
14. サイバーセキュリティ対策：
    • 課題：連携機器や医療機器へのサイバー攻撃リスクが増大している。
    • 対応：
      • サイバーセキュリティ対応の手順化
      • 設計段階からのセキュリティ対策の組み込み
      • 定期的な脆弱性評価とペネトレーションテストの実施
      • セキュリティインシデント対応計画の策定
15. 持続可能性への配慮：
    • 課題：環境負荷や持続可能性への配慮が不十分。
    • 対応：
      • ライフサイクルアセスメントの実施
      • 環境に配慮した材料選択や設計手法の採用
      • リサイクルや再利用を考慮した設計

これらの対応策を適切に組み合わせ、組織の特性や開発する医療機器の特性に応じてカスタマイズすることが重要です。また、QMSにおける設計開発プロセスは、固定的なものではなく、常に改善の余地があることを認識し、PDCAサイクルを回し続けることが肝要です。

組織のトップマネジメントのコミットメント、従業員の積極的な参加、そして顧客や規制当局とのオープンなコミュニケーションを通じて、QMSにおける設計開発プロセスを継続的に改善していくことができます。これにより、安全で効果的な医療機器を効率的に開発し、患者さんの生活の質の向上に貢献することが可能となります。

まとめ

QMSにおける設計開発プロセスは、医療機器産業において安全性、有効性、そして品質を確保するための重要な基盤です。これは単なる規制要件への対応ではなく、患者の安全を守り、医療の質を向上させるための戦略的なアプローチです。

本記事で見てきたように、QMSに基づく設計開発プロセスは、市場調査からリスク管理、設計検証、妥当性確認、設計変更、そして市販後管理に至るまで、製品のライフサイクル全体をカバーする包括的なフレームワークを提供します。このプロセスを適切に実施することで、潜在的な問題を早期に発見し、効率的な開発を実現し、規制要件への適合を確実にすることができます。

しかし、QMSにおける設計開発プロセスの効果的な運用には、継続的な改善と柔軟な対応が求められます。技術の進歩、規制環境の変化、そして市場ニーズの多様化に伴い、常に新たな課題が生じます。これらの課題に対して、組織は先を見越した対策を講じ、プロセスを最適化し続ける必要があります。

最終的に、QMSにおける設計開発プロセスの成功は、安全で効果的な医療機器の提供を通じて、患者の生活の質向上に貢献することにあります。この目標を常に念頭に置き、組織全体で品質文化を醸成し、継続的な改善に取り組むことが、医療機器産業の発展と社会への貢献につながるのです。