醫(yī)用內(nèi)窺鏡產(chǎn)品的設(shè)計要素與注冊技術(shù)審評關(guān)注點

金若男，賀偉罡

國家藥品監(jiān)督管理局醫(yī)療器械技術(shù)審評中心，北京市，100081

0 引言

在醫(yī)療機構(gòu)中，醫(yī)用內(nèi)窺鏡是微創(chuàng)外科手術(shù)中的常用器械，也廣泛應(yīng)用于各臨床科室的常規(guī)檢查中。內(nèi)窺鏡的基本功能是觀察成像，有些產(chǎn)品根據(jù)預(yù)期用途含有器械通道，因此在手術(shù)中，內(nèi)窺鏡可以配合一些手術(shù)器械、高頻電極、激光光纖一同使用。

從臨床應(yīng)用角度，市場上現(xiàn)有的內(nèi)窺鏡覆蓋了人體很多部位的應(yīng)用，如腹腔鏡、關(guān)節(jié)鏡、消化道鏡、椎間盤鏡、宮腔鏡、鼻咽喉鏡、耳鏡等。從成像原理的角度，市場上的內(nèi)窺鏡大體可分為光學(xué)內(nèi)窺鏡、電子內(nèi)窺鏡。光學(xué)鏡基于幾何光學(xué)成像原理，通過應(yīng)用光學(xué)鏡片組及光路設(shè)計實現(xiàn)成像功能。電子鏡基于光電信息轉(zhuǎn)換及圖像處理方法，通過應(yīng)用電子元器件，結(jié)合光學(xué)元件實現(xiàn)成像。根據(jù)功能的不同，結(jié)合應(yīng)用的部位，有些內(nèi)窺鏡是剛性的，不可彎曲的，如硬性光學(xué)腹腔鏡；也有些內(nèi)窺鏡是柔性的，可彎曲的，如電子上消化道內(nèi)窺鏡。

內(nèi)窺鏡的醫(yī)學(xué)應(yīng)用有相當(dāng)長的歷史，特別是光學(xué)內(nèi)窺鏡。微創(chuàng)手術(shù)使得手術(shù)的創(chuàng)口相對于常規(guī)手術(shù)，有可能更小，也給人體一些特殊部位的觀察提供了可能性。隨著柔性元器件的發(fā)展，軟性電子鏡在消化道觀察和治療中有著廣泛的應(yīng)用。結(jié)合一些成像的技術(shù)，內(nèi)窺鏡與圖像處理單元配合，可實現(xiàn)熒光顯示、三維立體視覺等功能。

在醫(yī)用內(nèi)窺鏡的發(fā)展過程中，有幾項對臨床使用有重大意義的技術(shù)更新，一是“霍普金斯棒狀鏡”的發(fā)明。英國的Hopkins H.H 教授在20世紀(jì)50年代末發(fā)明了棒狀鏡[1]，在內(nèi)窺鏡領(lǐng)域，替代了之前的小薄鏡片按照一定次序排列的光路系統(tǒng)，提高了通光口徑和裝配的同軸性，使得成像質(zhì)量有了很大的提升。二是冷光源及光導(dǎo)纖維的應(yīng)用。采用導(dǎo)光纖維外接冷光源的技術(shù)，使得內(nèi)窺鏡的照明有了很大的改善，使用安全性及成像的效果都有提高。三是電荷耦合器件（Charged Coupled Device,CCD）的發(fā)明。1983年，WelchAllyn公司將CCD引入內(nèi)窺鏡[1]，產(chǎn)生了早期的電子內(nèi)窺鏡，將圖像信息轉(zhuǎn)換為電信號并傳輸至圖像處理單元，由顯示器顯示。借助此項技術(shù)，使得內(nèi)窺鏡能夠攝像、貯存圖像及進(jìn)行計算機管理。

醫(yī)用內(nèi)窺鏡產(chǎn)品在我國的醫(yī)療器械注冊管理中，管理類別以三類和二類為主。在醫(yī)療器械的分類目錄[2]中，內(nèi)窺鏡類產(chǎn)品主要屬于編碼06“醫(yī)用成像器械”，其中通過建立創(chuàng)口進(jìn)入人體的光學(xué)內(nèi)窺鏡管理類別為第三類；通過人體自然孔道的光學(xué)內(nèi)窺鏡管理類別為第二類；電子內(nèi)窺鏡管理類別為第三類。此外，在分類目錄中編碼18“婦產(chǎn)科、輔助生殖和避孕器械”中，包含了宮腔鏡等婦產(chǎn)科使用的內(nèi)窺鏡。

筆者將從注冊技術(shù)審評的角度，討論與內(nèi)窺鏡產(chǎn)品相關(guān)的三個設(shè)計開發(fā)要素及審評關(guān)注點。

1 醫(yī)用硬性光學(xué)內(nèi)窺鏡的密封技術(shù)

醫(yī)用硬性光學(xué)內(nèi)窺鏡，比如腹腔鏡，在使用后需要進(jìn)行常規(guī)清洗、消毒和滅菌的程序。高溫高壓蒸汽滅菌是公認(rèn)的比較有效的滅菌方式，也被內(nèi)窺鏡的廠家確定為推薦滅菌方式。但是，并非所有的硬性光學(xué)內(nèi)窺鏡都能夠采用這種方式滅菌。原因很大程度來源于內(nèi)窺鏡的生產(chǎn)工藝，特別是所采用的密封技術(shù)。

市場上，有些內(nèi)窺鏡制造商采用激光焊接的方式密封，也有一些制造商選擇膠粘的方式密封。激光焊接對設(shè)備和工藝水平的要求相對高，固定和密封的牢固度相對好，耐用性較好；而膠粘的方式工藝比較原始，對操作工人手工能力要求較高，所用粘接劑的性質(zhì)也非常重要。內(nèi)窺鏡中鏡片之間、鏡片與金屬外管之間、金屬材料之間都有需要固定和密封的要求，采用何種方式和材料，使用何種生產(chǎn)工藝操作，對終產(chǎn)品的性能有至關(guān)重要的影響。兩種密封方式對內(nèi)窺鏡性能的影響體現(xiàn)在密封的效果、耐高溫壽命、生物相容性、可重復(fù)使用次數(shù)、消毒滅菌方式等方面。

制造商通常需要考慮上述滅菌方式的差異，在產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)中充分考量這些因素，設(shè)置合理的性能參數(shù)并采用合理的方式進(jìn)行驗證和確認(rèn)。例如，在生物相容性評價中，考慮粘接劑的因素。應(yīng)明確預(yù)期與人體接觸的粘接劑的種類、接觸性質(zhì)和時間，確定評價的項目，通過生物學(xué)試驗進(jìn)行驗證時注意通常情況下應(yīng)對終產(chǎn)品進(jìn)行試驗；在推薦消毒滅菌方法時，采用合理的方式，評估產(chǎn)品是否能夠承受高溫高壓滅菌方式以及驗證能夠經(jīng)受的滅菌周期的次數(shù)；在確定產(chǎn)品可重復(fù)使用次數(shù)時，結(jié)合產(chǎn)品本身特性和消毒滅菌方式及使用特點，確定科學(xué)、合理的使用期限，給使用者必要的指導(dǎo)和提示；在性能參數(shù)的設(shè)計中，除主要的光學(xué)性能和機械性能，還需關(guān)注密封性的設(shè)計和驗證。密封性還與內(nèi)窺鏡的防水特性相關(guān)，不同情形下使用的內(nèi)窺鏡，對防水特性的要求也有差異。通常情況下，在手術(shù)室中使用的設(shè)備和器械對防水特性的要求相對較高。應(yīng)綜合考量產(chǎn)品特性、使用環(huán)境等因素進(jìn)行設(shè)計。

2 三維立體成像技術(shù)（3D)

相對于傳統(tǒng)的二維成像，三維成像可以使使用者獲得立體視覺。除了圖像信息之外，使用者還能獲得物體深度或形狀的信息。三維內(nèi)窺鏡是近年來在醫(yī)用內(nèi)窺鏡領(lǐng)域比較熱門的產(chǎn)品。市場上，有三維光學(xué)內(nèi)窺鏡，還有三維電子內(nèi)窺鏡。特別是在手術(shù)機器人系統(tǒng)中，均是采用三維內(nèi)窺鏡。

考慮設(shè)計要素時，在成像性能方面，三維成像除了基本的光學(xué)成像評價指標(biāo)之外，由于其采用兩個成像光路，還需要對兩路的成像效果的一致性進(jìn)行評價。除此之外，對于深度和形狀的成像效果應(yīng)有相關(guān)的設(shè)計驗證和確認(rèn)。在直觀上，三維內(nèi)窺鏡能夠使得成像效果更加逼真，就技術(shù)角度而言，成像的真實性是需要考量的重要因素。真實性一方面體現(xiàn)在顏色的真實性，還體現(xiàn)在物體形狀和空間位置的真實性。這兩方面直接影響醫(yī)生的診斷和操作。

手術(shù)機器人系統(tǒng)中的內(nèi)窺鏡，從成像原理及應(yīng)用上，與傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡沒有差異。由于與手術(shù)機器人系統(tǒng)配合使用，需要驗證配合性能，也涉及人因工程（可用性）的相關(guān)設(shè)計要素。

內(nèi)窺鏡的消毒滅菌方式也是應(yīng)該關(guān)注的，特別是在使用一次性滅菌罩的情況下，應(yīng)考量無菌罩的設(shè)計是否達(dá)到必要的滅菌水平以及應(yīng)對內(nèi)窺鏡使用的安全性、有效性進(jìn)行驗證和確認(rèn)。比如，當(dāng)無菌罩包裹整個鏡體的情形下，應(yīng)對產(chǎn)品成像效果的影響進(jìn)行分析和評估。此時，無菌罩的前端應(yīng)視為影響成像的光學(xué)元件。同時，無菌罩的裝配方式和可用性亦會影響臨床使用效果。另一方面，無菌罩本身的耐用性也應(yīng)考量，特別是在使用過程中的耐用性，也涉及到裝配方式是否科學(xué)、合理，甚至應(yīng)評價異常情況出現(xiàn)的風(fēng)險和影響，比如斷裂會直接導(dǎo)致無菌屏障失效，碎片還可能對人體造成損傷。

3 高分辨率成像技術(shù)

隨著CCD的發(fā)展，顯示圖像的清晰度不斷提高。分辨率水平是反映圖像清晰程度的指標(biāo)，分辨率越高，圖像顯示就越清晰，能夠包含更多的細(xì)節(jié)。在醫(yī)療器械領(lǐng)域，內(nèi)窺鏡配合圖像處理裝置的顯示清晰度也在提高，市場上逐漸出現(xiàn)“高清”“全高清”“超高清”的概念。這些詞匯表達(dá)的內(nèi)容是分辨率的提高，或者說是像素的提高。近年來，比較常見的“4K”概念，指的是圖像具有4倍于1080P圖像的數(shù)據(jù)量。

就CCD本身而言，像素是CCD晶片上的光敏單元。最高像素是感光器件上的所有像素，有效像素是參與成像的感光元素。那么，制造商宣稱的像素值是否能夠體現(xiàn)真實的分辨率是需要判定的，制造商如何驗證實際的分辨率是需要考量的。就使用的特定型號的CCD而言，其像素值是確定的，中間的圖像處理過程包括軟件的設(shè)計，可能對最終的真實分辨能力產(chǎn)生影響。因此，應(yīng)采用科學(xué)、合理的方式評價有效的像素值或者最終顯示的清晰程度。

作為醫(yī)療器械的成像部件的產(chǎn)品名稱建議不包含“高清”“全高清”“超高清”的描述。原因是如前所述，這個概念本質(zhì)是分辨率，只是分辨率值的大小不同，反映出清晰程度不同，并非是一個全新的特點或者要素；另外，目前市場上對這些概念還未統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，存在一些差異，因此不適合以此進(jìn)行分類和標(biāo)示。從通用的醫(yī)療器械命名的原則出發(fā)，也不建議包含“高”“全”“超”這類有一定修飾作用的描述。

醫(yī)療器械的技術(shù)審評關(guān)注設(shè)計開發(fā)的過程，也體現(xiàn)出好的產(chǎn)品一定是從好的設(shè)計開始的。

內(nèi)窺鏡的應(yīng)用在醫(yī)療史上，是具有里程碑式的進(jìn)展。無數(shù)患者通過此項技術(shù)受益，很多新技術(shù)，諸如手術(shù)機器人的發(fā)展，也基于內(nèi)窺鏡產(chǎn)品。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，國產(chǎn)內(nèi)窺鏡產(chǎn)品也迎來高速發(fā)展的時期。從上述三個方面的討論中可以看到，在內(nèi)窺鏡產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程中提前考慮內(nèi)窺鏡產(chǎn)品審評的相關(guān)要求，并將其作為生產(chǎn)質(zhì)量體系的一部分，能夠有助于產(chǎn)品上市并提升產(chǎn)品質(zhì)量，使其在疾病的診療方面發(fā)揮更重要的作用。