移動醫(yī)療器械終端產(chǎn)品質(zhì)控技術研究

王浩，李澍，王晨希，羅維娜，任海萍

中國食品藥品檢定研究院 醫(yī)療器械檢定所，北京 100050

移動醫(yī)療器械終端產(chǎn)品質(zhì)控技術研究

王浩，李澍，王晨希，羅維娜，任海萍

中國食品藥品檢定研究院 醫(yī)療器械檢定所，北京 100050

移動醫(yī)療器械是有源醫(yī)療器械與移動互聯(lián)網(wǎng)技術深度融合的產(chǎn)物，是醫(yī)療器械異軍突起的新方向，是助推移動醫(yī)療服務、構建醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)體系的重要基礎。移動醫(yī)療器械的有效性和安全性的評價存在很多新的問題和挑戰(zhàn)。如何解決這些質(zhì)控技術問題，關系到新產(chǎn)品能否快速注冊上市。本文討論了目前移動醫(yī)療器械質(zhì)控領域面臨的幾個突出的技術問題，包括反射式血氧、無創(chuàng)血糖、手機光輻射、柔性電池、柔性傳感器等，對監(jiān)管部門加強相關領域的質(zhì)控工作給出了建議。

移動醫(yī)療器械；質(zhì)量控制；反射式血氧；無創(chuàng)血糖；柔性材料

引言

移動醫(yī)療器械終端產(chǎn)品是移動醫(yī)療器械的硬件載體，是醫(yī)療與健康大數(shù)據(jù)的根本來源，是國內(nèi)外醫(yī)療器械領域發(fā)展較快后勁十足的方向。在互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、人工智能等相關產(chǎn)業(yè)的推動下，移動醫(yī)療器械終端產(chǎn)品的種類、應用領域和覆蓋人群必將不斷擴大，其有效性和安全性不僅事關移動醫(yī)療器械行業(yè)的健康發(fā)展，也關系到未來以數(shù)據(jù)為基礎的移動醫(yī)療、智慧醫(yī)療服務模式的成功與否和廣大人民的用械安全。作為醫(yī)療器械的新家族，移動醫(yī)療器械終端產(chǎn)品的質(zhì)控依托于傳統(tǒng)有源醫(yī)療器械，但產(chǎn)品的新技術特點和預期用途決定質(zhì)量控制面臨很多新的挑戰(zhàn)。本文針對當前移動醫(yī)療器械終端產(chǎn)品有效性與安全性評價的幾個熱點問題進行討論，對監(jiān)管部門加強質(zhì)控工作提出了建議。

1 移動醫(yī)療器械終端產(chǎn)品質(zhì)控工作的整體思路

移動醫(yī)療器械的質(zhì)控目前并沒有獨立的標準體系和標準方法，屬于開放的領域。移動醫(yī)療器械終端產(chǎn)品的質(zhì)量控制，應著眼于以下幾點思路：

（1）移動醫(yī)療器械終端的有效和安全控制應當符合（傳統(tǒng)）醫(yī)療器械質(zhì)控體系要求。移動還是傳統(tǒng)器械，僅僅是載體媒介、表現(xiàn)形式的差別，在安全有效性方面要求沒有本質(zhì)的差別。移動醫(yī)療器械的有效性，體現(xiàn)在各種預期用途的實現(xiàn)，例如生理信號監(jiān)控與預警（血壓[1]、心率[2]、體溫[3]等）、醫(yī)學成像（超聲[4]、內(nèi)窺鏡、電阻抗成像[5]、顯微鏡[6]、眼科光學[7]等等）、生化成分分析（血糖[8]、血氧飽和度[9]等等）、治療作用（除顫[10]、中頻治療[11]等等），都要滿足相關性能要求。移動醫(yī)療器械的安全性，體現(xiàn)在電氣安全、生物相容性、電磁兼容等方面。這些要求都與傳統(tǒng)醫(yī)療器械非常相似。但是，移動醫(yī)療器械也會有一些特殊性。比如，移動醫(yī)療器械應該滿足一些特殊的環(huán)境試驗的要求，以保證在不同地區(qū)、不同氣候環(huán)境和運輸環(huán)境下的正常使用。移動醫(yī)療器械的互聯(lián)網(wǎng)化、智能化等新技術特征，并不能降低這些器械在有效性和安全性方面的要求，而應該順應傳統(tǒng)醫(yī)療器械標準在有效性和安全性方面的規(guī)定。

（2）移動醫(yī)療器械終端的零件、部件或附件可以直接來源于傳統(tǒng)醫(yī)療器械，該類產(chǎn)品的質(zhì)控并不是完全獨立的分支。例如，心電電極、血氧飽和度探頭、光纖探頭等醫(yī)療器械附件，在傳統(tǒng)有源醫(yī)療器械中常作為一類或二類器械管理。當移動醫(yī)療器械的注冊范圍包括這些附件時，它們的評價可以直接適用或引用傳統(tǒng)的標準和方法。

（3）移動醫(yī)療器械終端的質(zhì)控在某些方面與傳統(tǒng)有源醫(yī)療器械相比具有特殊性，需要加強研究和布局。移動計算平臺在移動醫(yī)療器械中扮演著數(shù)據(jù)處理核心的角色，而其來源以商業(yè)現(xiàn)有消費產(chǎn)品為主（例如智能手機、智能手表），設計和生產(chǎn)參照的標準來自其他工業(yè)標準，而不是傳統(tǒng)醫(yī)療器械標準。如何對移動計算平臺進行評價，如何規(guī)范它的技術參數(shù)，是一個移動醫(yī)療器械質(zhì)控中值得探討的問題，涉及到醫(yī)療器械與非醫(yī)療器械的標準體系和測試方法的比對。同時，移動醫(yī)療器械的可穿戴化、微型化、低功耗化等技術特點，以及互聯(lián)網(wǎng)+的應用情景，決定了產(chǎn)品設計和工作原理的差異。傳統(tǒng)醫(yī)療器械產(chǎn)品的標準和質(zhì)控方法不完全適用于移動醫(yī)療器械終端產(chǎn)品，在某些方面甚至存在空白。

根據(jù)上述的幾種情況，移動醫(yī)療器械終端產(chǎn)品的質(zhì)控應有所側重，強調(diào)新問題的解決。

2 移動醫(yī)療器械終端產(chǎn)品質(zhì)控面臨的技術難點

目前，我國已注冊的移動醫(yī)療器械終端產(chǎn)品主要面向血氧飽和度、血糖、動態(tài)心電、體溫等基本生理參數(shù)的測量。國外產(chǎn)品除了基本生理參數(shù)之外，也涉及電刺激、腦電[12]、超聲成像、妊娠控制等其他功能；智能手機、PAD等個人移動終端平臺自身也在嘗試提供數(shù)據(jù)處理與通信之外的功能，如基于手機閃光燈開發(fā)的檢眼鏡、顯微鏡、體外診斷設備等等。同時，國內(nèi)外的新能源、新材料在醫(yī)療器械領域都在積極拓展應用，以柔性傳感器、電池方面為切入點，推動移動醫(yī)療終端產(chǎn)品的發(fā)展。

當前業(yè)態(tài)下，產(chǎn)品的質(zhì)控工作面臨一些技術難點。本文選擇幾個代表性的問題進行介紹。

2.1 新型檢測裝置缺乏導致有效性評價困難

很多新型移動醫(yī)療器械產(chǎn)品基于新的機理或者新的工程原理開發(fā)的，因此，在對其進行有效性評估的時候，如何用科學的方法、精確的裝置對其進行實驗室質(zhì)量評測具有較大的挑戰(zhàn)性。而問題又是相當個性化的，需要針對不同情況個例研究和分析。

具有代表性的例子是血氧飽和度的測量。它在傳統(tǒng)有源醫(yī)療器械領域較為常見，脈搏血氧儀、多參數(shù)監(jiān)護儀等設備大都具有血氧飽和度測量功能，共同的特征是基于郎伯比爾定律，使用兩個或多個不同波長的激光照射人的手指、耳垂等組織，接收透射光，根據(jù)氧合血紅蛋白與脫氧血紅蛋白在不同波長的吸收特性的差異，推算二者的濃度比例，從而獲得血氧飽和度。透射式血氧飽和度的質(zhì)控可以依據(jù)現(xiàn)有的國際標準ISO 9919:2005和國內(nèi)標準YY 0784-2010，并且具有較完善的模擬器（利用電路模擬血液對光的吸收）。移動醫(yī)療器械測量血氧飽和度越來越多地利用漫反射光而不是透射光，好處是光源和探測器的距離可以大幅縮短，方便佩戴，但光路和信號來源的區(qū)別決定了其不適用于現(xiàn)有的標準和測試工裝。反射式血氧飽和度設備的質(zhì)控，需要建立能直接模擬反射光光路和衰減的模擬器和標定方法，這是質(zhì)控領域的一大難點。

另一個具有代表性的例子是無創(chuàng)血糖的測量。糖尿病患者的無創(chuàng)血糖濃度測量一直是世界性難題，目前較常見的技術流派包括光譜測量[13]、能量代謝[14]、電化學、血液替代物等等。光譜測量具體包括拉曼光譜、近紅外光譜等分析化學的常見工具，理論上通過光譜分析和化學計量學算法對血液中的血糖濃度進行量化。但在實際應用中，皮膚對光的衰減較強，具有明顯的個體差異和部位差異，而葡萄糖對光的吸收又比較微弱，使得光譜測量的可重復性和信噪比較差，大大制約了該方法的有效性。能量代謝法指的是葡萄糖的氧化分解產(chǎn)生熱量和二氧化碳，根據(jù)熱量測量和二氧化碳的濃度可以推算血液中的葡萄糖濃度。電化學法指的是在皮下組織中施加電場，葡萄糖氧化時產(chǎn)生電信號，從而被檢測和用于計算葡萄糖含量。能量代謝法和電化學法共同的難點是對人體的生理狀況要求很高，人體體溫的波動和體內(nèi)的電活動都會影響測量結果。血液替代物法指的是通過測量眼淚或組織液中的葡萄糖濃度來間接推算血糖濃度，其難點在于血液替代物葡萄糖濃度與血糖濃度的實時相關性，局部差異和時間變化都會影響測量結果。

以上技術在質(zhì)控方面存在共同的挑戰(zhàn)，即如何建立和標定某種血液成分濃度的模擬器。與反射式血氧飽和度模擬器不同的是，該模擬器不僅要考慮光學吸收與測量，還需要測量熱量、氣體濃度與電化學信號，問題更加復雜。

2.2 新器件帶來新的安全問題

移動醫(yī)療器械中使用了一些新型器件，比如新的效率更高更節(jié)能的光源、更便于攜帶和儲能更多的電池，以及導電織物材料、石墨烯傳感器等。這些器件的安全性需要根據(jù)它們的預期用途和使用條件進行進一步深入研究。

具有代表性的領域是智能手機的光輻射問題。隨著手機檢眼鏡、手機顯微鏡、基于手機或PAD的圖像處理平臺、手機監(jiān)護設備等產(chǎn)品的問世，手機閃光燈和屏幕成為醫(yī)療器械光輻射安全領域關注的重要部件。這些部件主要用LED作光源，預期直接作用于人眼，那么LED光譜中的藍光、紅光分別有產(chǎn)生光化學危害和熱危害的風險。特別要指出的是，LED光譜主要能量集中于藍光，其光化學危害不可小視。常見智能手機的閃光燈根據(jù)ISO 15004-2:2007規(guī)定的方法進行過測試，結果表明其光輻射安全應歸為二類設備[15]。由于手機閃光燈亮度較高，使用時間比較固定，光輻射安全的控制相對容易，而手機屏幕帶來的風險更加隱蔽，值得關注。

手機屏幕可看作由不同光譜、面積、亮度的光源組成的不規(guī)則面光源，光譜和亮度跟隨手機界面不斷改變。由于手機的使用頻率較高，屏幕對人眼的曝光時間長，潛在危害較大。手機屏幕的光輻射最不利點的選取是該類產(chǎn)品質(zhì)控的難點之一，難以根據(jù)經(jīng)驗手動判斷，而需要開發(fā)光場分布模型、智能搜索定位算法和設備進行測試。這是現(xiàn)有標準和測試方法中的空白。

另一個具有代表性的領域是移動醫(yī)療器械所采用的柔性電池的評價。柔性電池采用石墨烯附著于柔性基底上，前者提供高電導率，后者利用基底提供柔性支撐、力學性能，從而實現(xiàn)電池的可彎折，有望滿足移動醫(yī)療器械對輕薄和柔性的需求，甚至取代鋰離子電池。柔性電池的拉伸、彎曲、疲勞測試，是質(zhì)控面臨的新問題，需要模擬實際佩戴的生理情景設計測試系統(tǒng)和方法。同時，石墨烯電池的容量穩(wěn)定性、充放電曲線是衡量電池電學性能的重要參數(shù)[16]，其質(zhì)控方法同樣有待開發(fā)。

柔性傳感器也是具有代表性的領域。微型柔性電極與柔性電極陣列技術的發(fā)展，在不斷縮小移動醫(yī)療器械終端產(chǎn)品的傳感器尺寸和功耗的同時，也大大增加了測試難度。在電氣安全方面，電介質(zhì)絕緣強度、漏電流、接地阻抗、溫升等參數(shù)的測試難以憑借現(xiàn)有主流設備完成，需要開發(fā)專門的試驗設備和試驗方法。在性能方面，柔性傳感器的在體性能評價，如在人體內(nèi)的變形、電化學特性、生化分析精度等參數(shù)，需要研發(fā)特殊的體模才能實現(xiàn)。

3 討論

移動醫(yī)療器械質(zhì)量控制面臨的挑戰(zhàn)，需要監(jiān)管部門、企業(yè)和各種科研力量通力合作，共同完成。我國政府高度重視醫(yī)療器械的質(zhì)控工作，由國家食品藥品監(jiān)督管理總局管理的國家級和各地方級檢驗檢測機構對醫(yī)療器械開展注冊檢驗、監(jiān)督檢驗、進口檢驗、委托檢驗等型式檢驗工作，同時研究新產(chǎn)品的有效性和安全性的評價方法。這些機構對于移動醫(yī)療器械終端產(chǎn)品的質(zhì)控扮演著重要角色。

近年來，為促進國產(chǎn)醫(yī)療器械的發(fā)展和科學研究成果轉化，國家出臺了不同的政策，大力支持醫(yī)療器械質(zhì)控工作，加速創(chuàng)新產(chǎn)品上市。

在科研布局方面，國家以國家科技重大專項、國家重點研發(fā)計劃等渠道資助和鼓勵產(chǎn)、學、研、醫(yī)、檢等部門聯(lián)合參與創(chuàng)新產(chǎn)品的研發(fā)和質(zhì)控。在審批流程上面，國家食品藥品監(jiān)督管理總局相繼出臺了《創(chuàng)新醫(yī)療器械特別審批程序（試行）》（食藥監(jiān)械管[2014]13號）和《關于征求醫(yī)療器械優(yōu)先審批程序意見的函》，鼓勵具有自主知識產(chǎn)權的先進成果優(yōu)先審批上市。

在這種大環(huán)境下，醫(yī)療器械生產(chǎn)企業(yè)、科研機構、醫(yī)療機構和其他社會力量應積極參與創(chuàng)新產(chǎn)品質(zhì)控技術和平臺的研發(fā)，與監(jiān)管和檢測部門共同解決質(zhì)控面臨的技術難題，共同推進質(zhì)控體系的建設，共同加速移動醫(yī)療器械終端產(chǎn)品的注冊檢驗和審批上市。

4 結論

移動醫(yī)療器械終端產(chǎn)品作為移動醫(yī)療業(yè)態(tài)的硬件載體和有源醫(yī)療器械的新方向，尚未建立成熟完善的技術監(jiān)管體系。本文對該類產(chǎn)品質(zhì)控的整體思路和技術難點進行了討論。在質(zhì)控原則上，作為醫(yī)療器械，移動醫(yī)療器械在有效性和安全性上必須與傳統(tǒng)有源醫(yī)療器械保持一致。在具體操作上，適用于傳統(tǒng)有源醫(yī)療器械標準的移動醫(yī)療器械終端產(chǎn)品及其零件、部件、附件可以直接沿用傳統(tǒng)方法；對于缺乏標準和評價方法的新產(chǎn)品，應積極開展新型體模與測試平臺的研究，實現(xiàn)人體的血氧飽和度、血糖濃度、葡萄糖反應、皮膚表面特性等參數(shù)的模擬和溯源，并對柔性電池、柔性電極等新型硬件組件開展性能測試，引導新能源、新材料的使用符合醫(yī)療器械的規(guī)范，逐步填補現(xiàn)有質(zhì)控體系的空白。

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本文編輯 蘇欣

Study on the Quality Control Technology of the Terminal Products of Mobile Medical Device

WANG Hao, LI Shu, WANG Chen-xi, LUO Wei-na, REN Hai-ping
Institute for Medical Devices Control, National Institutes for Food and Drug Control, Beijing 100050, China

Mobile medical device originates from the integration between active medical device and mobile internet, and becomes a blooming branch of medical device industry. It is important basis to promote mobile health and construct medical big data system. The evaluation of effectiveness and safety of terminal products of mobile medical device is facing various challenges, which affects the registration period of these products. In this paper, several important technical issues on the testing of mobile medical device were discussed, including reflective oximetry, noninvasive glucose monitor, mobile optical radiation, flexible batteries and flexible sensors. Advice for corresponding departments to enhance related quality control was proposed.

mobile medical device; quality control; reflective oximetry; noninvasive glucose monitor; flexible material

TP181；TH772；TH776

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.06.003

1674-1633(2017)06-0009-03

2017-03-29

中國食品藥品檢定研究院中青年基金項目（2015C02）；中國藥品監(jiān)督管理研究會課題“移動醫(yī)療發(fā)展趨勢與監(jiān)管政策研究”。

任海萍，中國食品藥品檢定研究院光機電醫(yī)療器械檢驗室主任，主要研究方向為有源醫(yī)療器械、醫(yī)用軟件的檢測及質(zhì)量控制。

通訊作者郵箱：renhaiping@nifdc.org.cn