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嘉峪檢測網(wǎng) 2021-06-02 10:18
美國醫(yī)療器械和輻射健康中心（CDRH）依據(jù)當(dāng)前的臨床需求和前沿，在口腔科、骨科、心血管科、神經(jīng)內(nèi)科、放射學(xué)、感染控制等20多個臨床應(yīng)用領(lǐng)域開展約150個研究項目，包括醫(yī)療產(chǎn)品增材制造、生物相容性與毒理學(xué)、生物傳感、高分辨率光學(xué)成像等。目前，CDRH公布了部分專題研究項目，涉及有源醫(yī)療器械和計算機模擬領(lǐng)域的專題項目包括以下幾個方面。
1、醫(yī)療器械電氣安全
電氣安全是有源醫(yī)療器械最基本的要求之一。當(dāng)兩個或多個組件連接在一起制造醫(yī)療器械時，就需要使用結(jié)構(gòu)化的風(fēng)險管理方法來識別每個組件的風(fēng)險并采取相應(yīng)的保護措施。在實際設(shè)計中，這些保護措施會增加整個系統(tǒng)的復(fù)雜性，一些保護措施甚至?xí)胄碌娘L(fēng)險。該研究主要專注于了解與系統(tǒng)安全相關(guān)的組件如何相互作用、如何與患者以及與環(huán)境交互，關(guān)注醫(yī)療器械的基本安全性、必要的性能和風(fēng)險管理流程，為監(jiān)管提供指引。為此，研究人員通過系統(tǒng)工程方法、計算機建模、故障樹分析、失效模式與影響分析、危害/風(fēng)險分析等方法來分析和評估醫(yī)療器械的電氣安全[1]。通過器械的能量消耗、壽命評估、安全性能及基本的電氣安全性（如電池安全、可植入有源醫(yī)療器械使用的薄膜或聚合物材料的長期電導(dǎo)率特性）等項目的分析和建模，制訂相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)和測試方法以及各類指導(dǎo)性文件。
2、先進的患者監(jiān)控
分析、自動化和互操作性等技術(shù)的進步正越來越多地應(yīng)用于對安全至關(guān)重要的電子醫(yī)療器械中。這使來自多個參數(shù)的信息通過高級的患者監(jiān)視算法能夠用來更好地監(jiān)視、檢測和預(yù)測疾病，同時降低報錯率。它還可以用來開發(fā)生理閉環(huán)控制的醫(yī)療器械，該器械可跟蹤患者的生命體征并在檢測到潛在的不安全狀況時自動調(diào)整治療方案（例如通過輸液泵）或?qū)嵤┌踩胧┞?lián)動。這些先進的技術(shù)可以給患者護理帶來巨大好處，但也面臨著對醫(yī)療器械的設(shè)計和臨床使用的監(jiān)管提出復(fù)雜的挑戰(zhàn)。
目前，該項目研究的主題主要包括：
（1）開發(fā)用于患者監(jiān)測的高級算法的性能評估方法[2]；
（2）研究從生理信號中提取的生物標(biāo)記物如何反映疾病[3-6]；
（3）評估用作生理閉環(huán)監(jiān)控的生理監(jiān)護儀的傳感器[7]；
（4）評估用于測試生理閉環(huán)控制醫(yī)療器械的生理系統(tǒng)的計算模型；
（5）將計算模型與檢測方法相結(jié)合，對醫(yī)療器械進行實際測試；
（6）調(diào)查研究平臺和工程方法，探索醫(yī)療器械設(shè)計和使用中日益復(fù)雜的安全風(fēng)險[8]；
（7）將系統(tǒng)工程分析方法應(yīng)用于支持互操作系統(tǒng)的醫(yī)療平臺[9-10]。
3、電磁兼容性（EMC）
有源醫(yī)療器械可能會受到一系列電磁干擾的影響，從而造成危險和相關(guān)風(fēng)險。因此需要通過合適的設(shè)計、測試和應(yīng)用，使有源醫(yī)療器械可以與預(yù)期使用環(huán)境中的電磁能量兼容。醫(yī)療器械的電磁兼容性（EMC）本質(zhì)上與藥敏性相反，該器械要求不會發(fā)出影響附近其他醫(yī)療設(shè)備的電磁能，同時對使用環(huán)境中的電磁能具有高度的抵抗力。FDA的EMC研究由來已久，并且一直處于醫(yī)療器械EMC研究的領(lǐng)先地位，在許多活躍的醫(yī)療器械領(lǐng)域合作進行研究和測試，包括人體外部的器械或組件[11]，以及心臟起搏器、心臟復(fù)律除顫器、神經(jīng)刺激裝置（如腦深部刺激器）等植入器械[12]。研究還包括檢查常見的射頻發(fā)射器（如RFID）、安全系統(tǒng)（如防盜系統(tǒng)、金屬探測器、人體掃描儀）對有源器械產(chǎn)生電磁干擾的可能性。研究的成果應(yīng)用于制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)及指導(dǎo)文件，以進一步評估醫(yī)療器械的安全性和有效性。
該研究實驗室與運輸安全部門合作，對采用新一代毫米波成像技術(shù)的人員安全掃描儀系統(tǒng)可能造成戴有個人醫(yī)療電子設(shè)備的乘客的潛在電磁兼容性風(fēng)險進行分析和評估[13]。
4、電磁劑量學(xué)與電磁建模
電磁劑量學(xué)的研究可以提高我們對電磁場（EM）與人體或其他物體（例如植入心臟的心臟起搏器）之間復(fù)雜相互作用的認(rèn)識，而電磁建模主要結(jié)合人體解剖學(xué)上的計算模型和實驗測量數(shù)據(jù)，建立處于不同電磁場下的人體電磁模型[14-15]。兩個研究工作相結(jié)合，應(yīng)用于以下幾個有臨床意義的領(lǐng)域：
（1）磁共振成像（MRI）的安全性[16-26]；
（2）評估透熱療法和機場毫米波源（例如手機和廣播電視塔）產(chǎn)生的電磁能；
（3）可植入患者的無線技術(shù)效果評價[27-28]。
這些研究成果可以為監(jiān)管部門提供支持，應(yīng)用于制定相關(guān)指導(dǎo)文件，廣泛用于醫(yī)療器械的安全性和有效性評估。
5、磁共振成像（MRI）安全
磁共振成像（MRI）是一種廣泛使用的診斷方式，也被認(rèn)為是一種非常安全的方法，但是在掃描中使用的強電磁場有可能對患者造成傷害。此外，由于植入器械與MRI掃描中的電磁場會產(chǎn)生相互作用，也催生了磁共振安全領(lǐng)域新的焦點問題。該研究項目組主要研究的領(lǐng)域包括：
（1）通過電磁建模和實驗室測量結(jié)合的方法研究MRI導(dǎo)致的能量沉積和發(fā)熱分析[16-18]；
（2）回顧性評估和比較測試數(shù)據(jù)以了解被動式植入物的MRI安全性[19-21]；
（3）分析主動式植入器械（如深部腦刺激器和起搏器）的安全性和有效性[22-23]；
（4）分析磁共振成像中梯度誘導(dǎo)加熱和非預(yù)期神經(jīng)刺激對患者安全性的影響[24]；
（5）研究熱劑量的生理反應(yīng)（腦灌注成像）[25]；
（6）開發(fā)硅膠乳房植入物的標(biāo)準(zhǔn)化MRI方法[26]。
6、無線共存
越來越多的無線通信技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)療器械當(dāng)中，F(xiàn)DA發(fā)布了《醫(yī)療設(shè)備指南中的RF無線技術(shù)》，其中提出的關(guān)鍵問題就是無線共存。無線共存是指一個系統(tǒng)在給定的共享環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)的能力，其中執(zhí)行任務(wù)的其他系統(tǒng)可能會或可能不使用相同的規(guī)則，在非許可頻段中運行的無線通信的可靠性令人擔(dān)憂，并且可能會受到射頻的干擾。該研究組正在努力研究適當(dāng)?shù)臏y試方法，以解決無線共存問題，促進醫(yī)療器械中無線技術(shù)的創(chuàng)新使用。該項目主要的研究內(nèi)容包括：
（1）開發(fā)可用于監(jiān)管部門對無線醫(yī)療器械進行評估的方法和工具[29-32]；
（2）與相關(guān)監(jiān)管部門、研究機構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)合作，推進采用無線通信技術(shù)的醫(yī)療器械的創(chuàng)新發(fā)展；
（3）探索無線和信息技術(shù)在醫(yī)療中的新應(yīng)用。
7、軟件系統(tǒng)的驗證
對于裝有計算機使用的任何醫(yī)療器械和系統(tǒng)，軟件都是一個重要因素[33]。醫(yī)療器械系統(tǒng)中使用的軟件的質(zhì)量，需要在上市前以及上市后持續(xù)的進行評估，評估軟件質(zhì)量的能力取決于質(zhì)量指標(biāo)的建立。通過建立軟件系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)，可以確保醫(yī)療器械在使用過程中更大的一致性以及器械按照預(yù)期運行的可能性。要建立軟件質(zhì)量指標(biāo)，通常是基于兩部分的方法：對開發(fā)過程以及運行設(shè)計的測量。
該研究組主要的研究項目包括：
（1）基于工程流程的模型的研究[34]（例如：建模的要求，模型運行的測試）；
（2）使用數(shù)學(xué)方法進行軟件安全性和可靠性的設(shè)計分析（例如：形式化設(shè)計要求和危害分析，模型檢查）；
（3）軟件程序的驗證和取證[35]（例如：模型驅(qū)動測試，架構(gòu)重新設(shè)計）；
（4）用于軟件評估的保證案例展示方法和程序；
（5）人機界面的研究[36]；
（6）互操作的醫(yī)療器械；
（7）人體傳感器網(wǎng)絡(luò)[37]；
（8）基于移動應(yīng)用程序的控制系統(tǒng)。
對于軟件程序的驗證和研究是跨領(lǐng)域的，即適用于所有使用軟件的醫(yī)療器械和系統(tǒng)，目前FDA已開發(fā)了一些程序平臺來促進這項研究（如開放式的通用輸液泵平臺[38-40]）。
8、人機交互
人機交互是新興的醫(yī)療器械技術(shù)，該技術(shù)逐步應(yīng)用于神經(jīng)學(xué)、物理治療、骨科、外科手術(shù)等領(lǐng)域，開發(fā)用于監(jiān)視和建模的各種先進醫(yī)療器械及功能，包括3D打印功能、運動和受力采集技術(shù)、計算機建模和仿真工具[41-42]、肌肉監(jiān)視、腦部監(jiān)視和眼動追蹤系統(tǒng)[43]等。該研究項目旨在通過研究現(xiàn)有的和新興的人機交互技術(shù)，解決影響醫(yī)療器械可用性的認(rèn)知因素和其他人為因素，從而推進監(jiān)管科學(xué)的發(fā)展。
當(dāng)前該項目研究的領(lǐng)域包括：
（1）新一代上肢假肢的測試方法開發(fā)[44]；
（2）膝蓋前交叉韌帶（ACL）損傷易感性的性別建模和分析；
（3）評估患者對創(chuàng)新修復(fù)技術(shù)的風(fēng)險-受益意向[45]；
（4）3D打印的患者匹配手術(shù)器械的人為因素的評估；
（5）真實世界數(shù)據(jù)的收集以進行更大、更智能的分布式臨床試驗；
（6）腦電生物標(biāo)記物的群體變異性具有的潛在診斷應(yīng)用。
9、神經(jīng)學(xué)器械
與神經(jīng)系統(tǒng)直接接觸的醫(yī)療器械正在成為包括麻痹、截肢、帕金森病、癲癇、腦外傷、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和失明在內(nèi)的疾病的基本治療和診斷手段。越來越多的新型神經(jīng)學(xué)器械有可能擴大器械對神經(jīng)系統(tǒng)的干預(yù)和治療，以改善患者的健康狀況。該研究項目關(guān)注最先進的技術(shù)和研究前沿，研究適用于中樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)學(xué)器械的安全性和可靠性，為監(jiān)管部門的科學(xué)監(jiān)管以及確?；颊吣軌蚩焖偈褂冒踩行У纳窠?jīng)學(xué)器械提供技術(shù)支持。
當(dāng)前研究的領(lǐng)域包括：
（1）中樞神經(jīng)系統(tǒng)研究，包括：
a) 植入電極的長期可靠性評估[46]；
b) 急性和長期神經(jīng)系統(tǒng)的表征以及對植入的被動和主動神經(jīng)裝置的功能響應(yīng)[47-49]；
c) 評估光遺傳學(xué)的長期安全性和可靠性；
d) 嚙齒動物模型診斷輕度顱腦損傷的新興技術(shù)研究；
e) 將輕度腦外傷的新型非侵入性診斷生物標(biāo)記物轉(zhuǎn)化為患者人群。
（2）外周神經(jīng)系統(tǒng)研究，包括：
a) 開發(fā)測試平臺以評估周圍神經(jīng)接口的性能和長期安全性[50-52]；
b) 超聲對神經(jīng)調(diào)節(jié)的安全性和有效性的評估[53]；
c) 評估用于功率傳輸和遙測的新型超聲動力植入物；
d) 在自主神經(jīng)調(diào)節(jié)安全性方面鑒定生物學(xué)性別差異；
e) 電刺激誘發(fā)的神經(jīng)損傷的預(yù)測性成像生物標(biāo)記物的開發(fā)。
10、心臟建模
計算建模和仿真正越來越多地用于醫(yī)療器械的開發(fā)、測試和驗證。對于心臟的計算模型正朝著臨床應(yīng)用快速發(fā)展，例如消融、除顫和心臟再同步治療的優(yōu)化。然而，對于計算機模擬的監(jiān)管決策往往落后于技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。對于這些計算模型，需要對其所有組成部分嚴(yán)格評估模型預(yù)測的可靠性、可信性和穩(wěn)定性，以及它們在診斷過程中可能存在的風(fēng)險。在物理和工程界有較為成熟的模型評估方法（驗證、確認(rèn)和不確定性量化，簡稱VVUQ），目前正逐步被生物醫(yī)學(xué)界采用。但是由于生理模型的復(fù)雜性，VVUQ的應(yīng)用極具挑戰(zhàn)性和繁瑣。該研究的目的就是通過開發(fā)基于VVUQ的用于評估心臟模型的工具和方法來實現(xiàn)創(chuàng)新[54-62]，從而為監(jiān)管部門提供指引和支持。同時，對心臟模型的評估方法也可以擴展到評估其他各類復(fù)雜的生理模型，如各種細胞模型的比較和預(yù)測。
11、個性化心臟療法
該研究是為了提高預(yù)測患者在使用心臟器械和治療中受益還是受損的準(zhǔn)確性[63]，從而為監(jiān)管部門提供指引，也為醫(yī)療器械產(chǎn)品的創(chuàng)新提供技術(shù)支持。研究團隊采用了一套轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的方法，包括：
（1）評估醫(yī)療器械全心臟和單細胞心臟模型的安全性和有效性；
（2）評估精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)中患者特異性誘導(dǎo)的多功能干細胞衍生的心臟細胞；
（3）評估人誘導(dǎo)的多功能干細胞衍生的心肌細胞以評估藥物性心律失常[64-65]；
（4）計算建模和仿真；
（5）患者的個體特征研究；
（6）臨床試驗中的個體患者薈萃分析[66-67]；
（7）上市后結(jié)果和比較有效性研究[68]。
目前主要的研究領(lǐng)域包括：
（1）為心臟再同步治療（心臟衰竭患者的專用起搏器）和使用植入式除顫器定義更好的選擇標(biāo)準(zhǔn)[69]；
（2）開發(fā)和測試新型的心臟毒性生物標(biāo)記物；
（3）利用患者特異性誘導(dǎo)的多功能干細胞衍生心肌細胞預(yù)測藥物的個體化反應(yīng) [70]。
12、VICTRE：用于監(jiān)管評估的虛擬影像臨床試驗
昂貴而漫長的臨床試驗可能會延遲對創(chuàng)新技術(shù)的監(jiān)管評估，從而影響患者獲得高質(zhì)量醫(yī)療器械產(chǎn)品的機會。盡管計算建模在產(chǎn)品開發(fā)中越來越多地使用，但它很少成為監(jiān)管應(yīng)用的中心環(huán)節(jié)。在此背景下，VICTRE項目試圖僅使用計算模型來復(fù)制先前進行的影像臨床試驗。VICTRE試驗不涉及人類受試者，也不涉及臨床醫(yī)生，所有試驗步驟均在計算機上進行，研究的基本問題是計算機成像試驗是否處于成熟的開發(fā)階段，希望能在新的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的監(jiān)管評估中發(fā)揮重要作用。目前，VICTRE試驗包括對2986位虛擬患者進行電子成像，比較了數(shù)字乳房X線攝影（DM）和數(shù)字乳房斷層合成（DBT）系統(tǒng)[71]。VICTRE試驗的結(jié)果與使用人類受試者和人類圖像解釋器進行的比較試驗結(jié)果一致。雖然需要進一步的研究來評估研究結(jié)果的通用性，但該研究工作提供了證據(jù)，表明最新的計算方法可以減少繁瑣的監(jiān)管評估方法。更重要的是，進行影像學(xué)試驗的全過程計算機方法并不是要替代而是要補充或最小化傳統(tǒng)的臨床試驗，從而將計算結(jié)果逐步納入監(jiān)管機構(gòu)的指導(dǎo)文件中，可以幫助減少傳統(tǒng)臨床試驗的規(guī)模和時間。VICTRE的未來研究需要解決其局限性，對包括病變類型和大小在內(nèi)的試驗參數(shù)進行系統(tǒng)的探索。
13、數(shù)字病理學(xué)評估
這個研究項目主要開發(fā)和評估數(shù)字病理系統(tǒng)，如全玻片成像裝置（WSI）的安全性和有效性[72]，主要通過兩個方面進行：一是對數(shù)字病理掃描和顯示系統(tǒng)特性（特別是顏色轉(zhuǎn)移）的技術(shù)評估[73]；二是對病理學(xué)家解釋數(shù)字病理圖像的診斷能力進行觀察者研究。目標(biāo)是研究關(guān)于哪些技術(shù)特征是重要的，它們?nèi)绾斡绊懖±韺W(xué)家的解釋，以及如何測量它們的信息。充分描述這些技術(shù)特征可以減少臨床研究的規(guī)模、成本和持續(xù)時間。該項目組研究的主要工作包括：
（1）設(shè)計一個數(shù)字和模擬病理學(xué)的評估軟件（eeDAP）[74-75]。通過比較病理學(xué)家對數(shù)字病理圖像和對常規(guī)病理玻片的評估的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性，希望將eeDAP發(fā)展為臨床結(jié)果評價工具，以用于產(chǎn)品上市前的研究；
（2）使用數(shù)字病理學(xué)，對卵巢癌進行初步診斷以及檢測淋巴結(jié)組織上的轉(zhuǎn)移性卵巢癌[76]。主要研究內(nèi)容包括：
a)檢查病理學(xué)家對卵巢癌不同亞型進行分類的差異來源；
b)開發(fā)一組組織病理學(xué)模式和相關(guān)決策支持工具，以提高病理學(xué)家診斷的效果；
c)評估病理學(xué)家采用WSI和常規(guī)顯微鏡的表現(xiàn)；
d)評估WSI檢測卵巢微轉(zhuǎn)移的性能。
（3）開發(fā)了定量評估蛋白質(zhì)HER2/neu的算法，量化HER2/neu的組織學(xué)表達，檢查這種作為乳腺癌的生物標(biāo)記物對不同圖像采集協(xié)議的再現(xiàn)性，并通過觀察者研究，證明計算機輔助有助于病理學(xué)家的評估[77-78]；
（4）研究以數(shù)字化全玻片成像替代蘇木精和伊紅染色玻片及常規(guī)顯微鏡檢查，應(yīng)用于常規(guī)外科手術(shù)疾病的病理診斷。
14、診斷和生物標(biāo)志物的統(tǒng)計評估方法
評估成像設(shè)備和預(yù)測性生物標(biāo)記物的有效性在很大程度上取決于評估這些設(shè)備的研究設(shè)計和從這些研究中收集到的數(shù)據(jù)的統(tǒng)計學(xué)意義。該研究項目旨在開發(fā)數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)方法，以設(shè)計、分析和評估成像診斷設(shè)備、預(yù)測生物標(biāo)記物以及基于成像或生物標(biāo)記物數(shù)據(jù)的計算機算法[79-89]。研究包括在不同層次上評估這些設(shè)備的有效性的方法：（1）使用觀察者進行圖像質(zhì)量評估；（2）使用臨床數(shù)據(jù)評估設(shè)備的獨立性能；（3）在必要時評估醫(yī)生使用這些設(shè)備進行診斷的表現(xiàn)。
研究還包括根據(jù)生存結(jié)果數(shù)據(jù)和兩級接收者操作特征（ROC）數(shù)據(jù)確定生物標(biāo)記物或算法的有效性。研究的重點之一是在評估研究中適當(dāng)?shù)乜紤]各種可變性的來源，以便進行有效的統(tǒng)計推斷（如，案例多樣性和讀者技能差異是可變性的兩個重要來源）。
來源：廣東省醫(yī)療器械管理學(xué)會
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