Von Menschen inspirierte automatisierte visuelle Inspektion

Die Motivation, Produktionsprozesse zu optimieren und zu automatisieren, nimmt aufgrund der verschiedenen Herausforderungen der MVI zu. Wie jeder auf Menschen basierende Prozess ist die MVI anfällig für Voreingenommenheit und Ermüdung, mangelt es an Konsistenz und Reproduzierbarkeit. Darüber hinaus ist die ausgeführte Arbeit langsam und monoton, was den Prozess aus geschäftlicher Sicht irgendwie ineffizient macht.

Zusätzlich zu den Herausforderungen der MVI ist die effiziente Erfüllung regulatorischer Anforderungen ein wichtiger Treiber für den Wechsel zu AVI-Systemen. Die erneute Inspektion von Grauausgaben von einer Inline-AVI-Plattform, wie die Inspektion klinischer Studien oder Media-Fill, bietet großes Potenzial.

Die wichtigsten Anforderungen an solche Systeme lassen sich wie folgt zusammenfassen:

• Einfache Integration: Das System sollte nicht viel größer als 2 MVI-Stationen sein und muss sich nahtlos in bestehende Einrichtungen einfügen, ohne strukturelle Änderungen oder zusätzliche Medienversorgungen zu benötigen.
• Flexibel: Es muss möglich sein, das breitest mögliche Spektrum an Standardverpackungen zu verarbeiten. Es sollte möglich sein, sowohl flüssigkeitsgefüllte als auch lyophilisierte Behälter mit unterschiedlichen Füllständen zu testen.
• Einfacher Formatwechsel: Ein schneller Wechsel zwischen verschiedenen Formaten und Produkten ist entscheidend für kleine Chargen. Daher sollte ein Formatwechsel mit der entsprechenden Freigabe in weniger als 30 Minuten möglich sein.
• Durchsatz: Eine Inspektionsgeschwindigkeit, die 3–4 Mal schneller ist als bei einem menschlichen Inspektor, wäre wünschenswert.
• Konform: Das System gewährleistet die Einhaltung der regulatorischen Anforderungen für die visuelle Inspektion.
• Künstliche Intelligenz (KI): Eine KI-Integration muss möglich sein, um die Leistung zu steigern.

Roboter sind eine offensichtliche Transportlösung für die Automatisierung der visuellen Inspektion. Werden die menschlichen Bewegungen, die bei der MVI gemacht werden, im Detail analysiert, können sie auf ein Robotersystem übertragen werden. Dabei liegt der Fokus auf der Mobilisierung etwaiger sichtbarer Partikel. Um die Entstehung von Blasen zu vermeiden, die die visuelle Inspektion behindern könnten, haben Roboter Freiheitsgrade, um die Manipulation zu optimieren.

Reproduzierbare Probenmanipulation, schonende Handhabung und reibungsloser Produkttransport sind ebenfalls wichtige Faktoren, die besondere Aufmerksamkeit erhalten müssen, um optimale Inspektionsergebnisse zu erzielen. Diese werden dann mit fortschrittlichen Softwarealgorithmen zur Bildverarbeitung kombiniert, die nicht nur Bildsubtraktion verwenden können, um bewegte Objekte in aufeinanderfolgenden Bildern zu identifizieren, sondern auch ausgeklügelte Track-and-Trace-Algorithmen. Wenn sorgfältig abgestimmt, kann die Verfolgung einzelner Objekte die Position sowie die Geschwindigkeit eines sich bewegenden Objekts durch einen Stapel von ein paar Hundert aufeinanderfolgenden Bildern aufdecken.

Darüber hinaus wird die AI-Promptness des AVI-Systems eine leistungsstarke Erkennung gewährleisten, die den Anforderungen entspricht, auch wenn die Inspektionsaufgaben über die Möglichkeiten standardmäßiger regelbasierter Algorithmen hinausgehen. Insbesondere ist der Einsatz von Deep-Learning sehr vorteilhaft für die Analyse schwer zu inspizierender Parenteralien (DIPs) und für die Defektklassifikation.

Die Inspektionspräzision kann dank menschlich inspirierter automatisierter visuellen Inspektionssysteme gesteigert werden, die nicht nur über die nuancierten Fähigkeiten der menschlichen Inspektoren verfügen, sondern auch konsistente, reproduzierbare Ergebnisse liefern.

Die von den neuesten automatisierten Systemen angebotene Lösung ist bahnbrechend (Abb. 2).

Zusätzlich zur Integration von fortschrittlicher Robotik und Bildverarbeitungstechnologien, die die Präzision und Anpassungsfähigkeit menschlicher Inspektoren nachahmen, wurden die folgenden Aspekte in die Lösung integriert:

• Produktzentrierte Prozesse sind für minimale Auswirkungen auf das Arzneimittel und den Behälter implementiert. Schonende robotergestützte Handhabung hilft, Beschädigungen des Behälters zu vermeiden. Menschlich inspirierte Partikelmobilisierung ermöglicht es, Spinning zu eliminieren.
• Reibungsloser Produkttransport und reproduzierbare Probenmanipulation helfen, das Risiko von Beschädigungen, Kontaminationen und falscher Manipulation zu minimieren.
• Die optische Station verwendet die neuesten Bildaufnahme- und Verarbeitungskomponenten sowie fortschrittliche regelbasierte und Tiefenlernalgorithmen, um die Erkennungsgenauigkeit zu erhöhen. Der statische optische Pfad, WILCO OptiX™, verzichtet auf jegliche Bewegung der optischen Komponenten und bildet die Grundlage für die Flexibilität, verschiedene Behältergrößen ohne mechanische Anpassungen der optischen Komponenten zu inspizieren.
• Die Abmessungen des Systems sind klein genug, um durch Standardtüren zu passen, und die Plug-and-Play-Installation erfordert nur einen elektrischen Anschluss. Beide Aspekte tragen wesentlich zur Vereinfachung der Installation und Integration bei.
• Schnelle Formatwechsel und kurze Rezeptentwicklungszeiten helfen, Ausfallzeiten zu minimieren. Die gute und einfache Zugänglichkeit der Maschine von allen Seiten hat ebenfalls eine positive Auswirkung auf die hohe Nutzung der Maschine.
• Das GMP-konforme Design ermöglicht eine einfache Reinigung und schnelle Linienräumung, was für die Aufrechterhaltung der Produktionseffizienz unerlässlich ist. Die interne Wärmeüberwachung ermöglicht einen sorgenfreien 24-Stunden-Betrieb.

Automatisierte Systeme zur visuellen Inspektion sind vielseitig genug, um verschiedene Anwendungsfälle zu unterstützen, wie:

• Kommerzielle Großserienproduktion: Auswurftests sparen Inline-Produktionssystemen unnötige zusätzliche Testverfahren.
• Klinische Studien und kleine Chargenproduktion: Wo Präzision und Anpassungsfähigkeit von größter Bedeutung sind.
• Media-Fill Inspektion: Automatisiert traditionelle manuelle Arbeiten.

Skalierbarkeit

Ein System, das auf vielfältige Weise genutzt werden kann, erhöht die Auslastung und beschleunigt die Amortisation. Wenn ein Bediener auch mehrere Systeme gleichzeitig verwalten kann, ist es möglich, das System über einen langen Zeitraum wirtschaftlich für viele Anwendungen zu nutzen.

Neben der Verwendung als Produktionssystem für die Inspektion kleiner Chargen ist die Lösung auch als Entwicklungssystem für Offline-Rezeptentwicklung oder für Validierungsläufe geeignet und vermeidet so Ausfallzeiten der Hauptproduktionslinie.

Einsatz während des Arzneimittel-Lebenszyklus

Aufgrund der Skalierbarkeit und der Nutzung mehrerer Systeme kann es im gesamten Lebenszyklus eines Arzneimittels genutzt werden. Verschiedene Anzahlen von Systemen können in den verschiedenen Phasen des Lebenszyklus eingesetzt werden, um das geplante Produktionsvolumen zu inspizieren.

Während in der klinischen Produktionsphase und der Startphase ein System ausreichend sein mag, können mehrere äquivalente Systeme während der Expansionsphase eine kostengünstige Lösung sein. In der Blockbuster-Phase kann ein solches System die Auswurfsinspektion eines Inline-Systems perfekt übernehmen. Sobald das Arzneimittelpatent abgelaufen ist, ist es möglich, wieder auf mehrere kleine Chargensysteme umzuschalten. Schließlich kann am Ende des Lebenszyklus des Arzneimittels nur ein System ausreichend sein, um die entsprechende Produktionsmenge zu inspizieren.

Aufgrund der variablen Nutzung solcher Systeme über einen langen Zeitraum sind die resultierenden Anschaffungs- und Wartungskosten nahezu vernachlässigbar. Je nach Produktionsvolumen sind kompakte automatisierte Systeme innerhalb kurzer Zeit amortisiert und reduzieren die Inspektionskosten um mehr als die Hälfte im Vergleich zur manuellen Inspektion.

Die Automatisierung des visuellen Inspektionsprozesses für parenterale Produkte bietet mehrere Vorteile, wie z. B. einen höheren Durchsatz und eine höhere Kapazität im Vergleich zu manuellen und halbautomatisierten Varianten sowie Reproduzierbarkeit und Konsistenz der Ergebnisse. Voreingenommenheit und Ermüdungseffekte sind komplett ausgeschlossen, und mit der Entwicklung der spezifischen optischen Stationen kann eine große Bandbreite an Defektkategorien und -standorten präzise angezielt werden. Systeme für AVI haben andererseits nur einige Nachteile, hauptsächlich im Zusammenhang mit der schlechten Anpassungsfähigkeit an neue Defektkategorien ohne vorherige Anpassung der optischen Stationen oder Feinabstimmung der Algorithmen und dem Auftreten von Falschausschlüssen. Mit sorgfältigem und wohlüberlegtem Maschinendesign, sowohl auf der Hardware- als auch auf der Softwareseite, können diese Probleme leicht überwunden werden.

Wenn der Fokus auf der visuellen Inspektion kleiner Chargen liegt, ergeben sich beim Wechsel von MVI- zu AVI-Systemen die folgenden Vorteile:

• Betriebseffizienz: Bis zu 4 Mal höherer Durchsatz als MVI sowie schneller Formatwechsel und Nutzung des Systems über den gesamten Arzneimittel-Lebenszyklus erhöhen die Gesamtproduktionseffizienz.
• Qualitätssicherung: Verbesserte und konsistente nachvollziehbare Erkennungsfähigkeiten gewährleisten Produktsicherheit, regulatorische Konformität und reduzieren die Raten falscher Zurückweisungen.
• Wirtschaftliche Effizienz: Deutliche Reduzierung der Arbeitskosten, da ein einziger Bediener mehrere Systeme verwalten kann und die Anzahl der manuellen Inspektoren erheblich reduziert werden kann.

Diese Vorteile machen die anfängliche Investition für ein AVI-System, sowohl aus Komplexitäts- als auch aus Geschäftsperspektive, zu einer robusten Wahl.

Die manuelle visuelle Inspektion kleiner Chargen pharmazeutischer Arzneimittelprodukte stellt verschiedene Herausforderungen dar. Ein Wechsel zu automatisierten Systemen findet in der pharmazeutischen Industrie statt. Die Anforderungen an solche Systeme dürften relativ ähnlich sein, aber bislang waren kaum adäquate Lösungen auf dem Markt verfügbar. Durch die Übertragung menschlich inspirierter Bewegungen auf Roboter können die kleinsten Systeme höchste Inspektionsqualität garantieren. Sie liefern konsistente Ergebnisse und effiziente Inspektionen. Die Anwendungen sind vielfältig und reichen von klinischen Studien bis zur grauen Reinspektion von Inline-Systemen. Die einfache Umstellung auf andere Formate und Rezepte sowie die Skalierbarkeit solcher Systeme werden deren Einsatzmöglichkeiten weiter ausbauen. Sie werden wahrscheinlich ihren Weg in die pharmazeutische Produktion finden, da sie flexibel einsetzbar und wirtschaftlich sehr effizient sind.

[1] United States Pharmacopeia (2023). Allgemeines Kapitel, 〈1〉 Injektionen und implantierte Arzneimittel (Parenteralia) – Produktqualitätstests. USP-NF. Rockville, MD: United States Pharmacopeia.

[2] United States Pharmacopeia (2024). Allgemeines Kapitel, 〈790〉 Sichtbare Partikel in Injektionen. USP-NF. Rockville, MD: United States Pharmacopeia.

[3] ASTM E2587-12 (2023). EU GMP Anhang 1 Herstellung von sterilen Arzneimitteln. Die Regeln für Arzneimittel in der Europäischen Union, Band 4 EU-Richtlinien für die gute Herstellungspraxis für Arzneimittel für den menschlichen und tierischen Gebrauch.

[4] United States Pharmacopeia (2024). Allgemeines Kapitel, 〈1790〉 Visuelle Inspektion von Injektionen. USP-NF. Rockville, MD: United States Pharmacopeia.

[5] China (2020). Pharmacopoeia der Volksrepublik China. Peking: China Medical Science Press.

[6] Knapp, J. Z., & Kushner, H. K. (1980). Generalisierte Methodik zur Bewertung von parenteralen Inspektionsverfahren. PDA Journal of Pharmaceutical Science and Technology, 34(1), 14–61.