內(nèi)容提要：當前設計類醫(yī)療器械軟件主要用于輔助制定手術(shù)計劃、設計醫(yī)療器械等，有多種重要用途，是一種比較特殊的軟件，在監(jiān)管工作中需要首先依據(jù)當前的相關(guān)法規(guī)明確此類產(chǎn)品管理屬性。文章分析了設計類醫(yī)療器械軟件產(chǎn)品的特點、目前產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合我國和美國、歐盟的監(jiān)管政策情況，根據(jù)《醫(yī)療器械分類目錄》等法規(guī)并結(jié)合產(chǎn)品的使用風險，詳細分析了對該類軟件產(chǎn)品按照術(shù)前規(guī)劃和生產(chǎn)加工兩個不同的應用領(lǐng)域進行屬性界定和管理類別劃分的技術(shù)要求，并對應用新技術(shù)的該類軟件的分類界定進行了探討，從而為此類產(chǎn)品的監(jiān)管工作提供技術(shù)參考。
關(guān) 鍵 詞：設計類醫(yī)療器械軟件 手術(shù)計劃 醫(yī)療器械設計 屬性界定 類別劃分
當前，醫(yī)療器械在疾病的防治以及保障人民生命健康方面發(fā)揮著越來越重要的作用，產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，規(guī)模越來越大，成為市場關(guān)注的熱點領(lǐng)域。為了在競爭中占據(jù)優(yōu)勢，醫(yī)療器械制造商紛紛致力于開發(fā)高質(zhì)量的創(chuàng)新型產(chǎn)品，以更好地滿足市場和臨床需求?！夺t(yī)療器械注冊與備案管理辦法》[1]的第三條規(guī)定“醫(yī)療器械注冊是指醫(yī)療器械注冊申請人（以下簡稱申請人）依照法定程序和要求提出醫(yī)療器械注冊申請，藥品監(jiān)督管理部門依據(jù)法律法規(guī)，基于科學認知，進行安全性、有效性和質(zhì)量可控性等審查，決定是否同意其申請的活動”。可見，醫(yī)療器械的開發(fā)與常規(guī)產(chǎn)品在許多方面存在較大的差異，它需要滿足預期的性能指標、便于醫(yī)務人員和患者安全使用，還應滿足所有相關(guān)的政府法規(guī)才能獲準上市。而醫(yī)療器械的設計奠定了產(chǎn)品有效性（包括外觀、輸入和輸出等）、安全性（機械和電氣結(jié)構(gòu)、電磁兼容性能）等關(guān)鍵要素的基礎，對醫(yī)療器械的獲準上市和臨床使用起著舉足輕重的作用。
本文所討論的設計類醫(yī)療器械軟件僅限于設計醫(yī)療器械的機械、電氣、水路、氣路等物理結(jié)構(gòu)的軟件，經(jīng)過后續(xù)生產(chǎn)加工的醫(yī)療器械用于臨床使用或輔助制定手術(shù)計劃等。醫(yī)療器械與常規(guī)器械的設計存在較大差異，其差異性表現(xiàn)較為突出的是醫(yī)療器械本身的特殊性，它本身是一個產(chǎn)品，但如前文所述，其設計要求又不同于普通產(chǎn)品[2-7]。設計類醫(yī)療器械軟件應用于醫(yī)療器械設計，從源頭上影響到了醫(yī)療器械的生產(chǎn)、加工、制造過程和最終產(chǎn)品的各項性能、安全和壽命等關(guān)鍵指標，關(guān)系到醫(yī)療器械臨床使用中的安全性和有效性，需要對其有相對更加嚴格和特殊的要求，這就需要對該類軟件的屬性界定進行研究，其中符合醫(yī)療器械定義的產(chǎn)品需要作為醫(yī)療器械管理。當前市場上存在多種設計類醫(yī)療器械軟件，監(jiān)管執(zhí)法中也遇到了產(chǎn)品管理屬性判定的爭議。本文針對設計類醫(yī)療器械軟件，通過相關(guān)法規(guī)文件的調(diào)研，從其預期用途等角度討論產(chǎn)品的屬性界定和類別劃分，以供監(jiān)管部門和參考。
1.我國和國際目前相關(guān)法規(guī)情況
國外在醫(yī)療器械設計技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展較早，包括美國、比利時、瑞典、德國等都推出了可用于醫(yī)療器械設計、手術(shù)規(guī)劃的軟件。此外，部分手術(shù)導航軟件也從最初不具備手術(shù)規(guī)劃模擬功能，發(fā)展到了目前標準配備有術(shù)前規(guī)劃模塊系統(tǒng)等。相比國外產(chǎn)品的高速發(fā)展，國內(nèi)在這方面的研究起步相對較晚，以至于目前部分高端設計類醫(yī)療器械軟件被國外的產(chǎn)品所壟斷，既使得患者治療成本大幅增加，也一定程度地限制了國內(nèi)技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展[8-10]。
美國食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）對于醫(yī)用軟件產(chǎn)品發(fā)布了管理屬性界定原則，明確規(guī)定用于規(guī)劃和執(zhí)行手術(shù)的3D建模軟件需要FDA批準。2017 年12 月5 日，F(xiàn)DA正式發(fā)布《3D打印醫(yī)療產(chǎn)品技術(shù)指導意見》[11]，以規(guī)范相關(guān)行業(yè)的生產(chǎn)制造活動。該指導意見不僅對醫(yī)療產(chǎn)品的增材制造流程和相關(guān)檢測提出了明確的操作建議，還對相關(guān)產(chǎn)品的3D打印方法、設計、功能性以及質(zhì)量體系提出了具體的要求。其中增材制造產(chǎn)品中包含的制造準備軟件和設計處理軟件屬于設計類醫(yī)療器械范疇。
歐盟官方在2020年4月公布了3D打印和3D打印產(chǎn)品合格評定程序的指導文件《歐盟用于COVID-19醫(yī)療環(huán)境的3D打印和3D打印的產(chǎn)品符合性評估程序》[12]，其中規(guī)定了醫(yī)療環(huán)境中3D打印產(chǎn)品的法律框架，包括“為了讓3D打印公司制造醫(yī)療器械的零件、組件或配件，他們應該與現(xiàn)有的醫(yī)療器械制造商取得聯(lián)系并索取所需的設計規(guī)范，這些規(guī)范將列出產(chǎn)品的技術(shù)設計和要求”等與其中設計類醫(yī)療器械軟件相關(guān)的要求。
在我國，對于包括設計類醫(yī)療器械軟件在內(nèi)的所有產(chǎn)品，均可按照《醫(yī)療器械監(jiān)督管理條例》[13] 中“醫(yī)療器械的定義”進行判定，即其中第一百零三條規(guī)定，直接或間接作用于人體、效用主要通過物理等方式獲得且能實現(xiàn)醫(yī)療目的的儀器、設備、器具、軟件等才可作為醫(yī)療器械管理，而不能同時滿足這三個基本要求的產(chǎn)品則不納入醫(yī)療器械管理。但是，設計類醫(yī)療器械軟件比較特殊，監(jiān)管人員和生產(chǎn)商在針對具體產(chǎn)品進行屬性判定時，直接使用該規(guī)定存在一定困難。在2018 年開始實施的《醫(yī)療器械分類目錄》[14] 的“21 醫(yī)用軟件-01 治療計劃軟件”中有相關(guān)規(guī)定，明確“數(shù)字化種植設計軟件”“牙科修復體設計軟件”等用于輔助制定手術(shù)計劃的醫(yī)療器械設計軟件應作為醫(yī)療器械管理，并規(guī)定了其管理類別。2019 年10 月，國家藥品監(jiān)督管理總局發(fā)布了《國家藥監(jiān)局關(guān)于發(fā)布無源植入性骨、關(guān)節(jié)及口腔硬組織個性化增材制造醫(yī)療器械注冊技術(shù)審查指導原則的通告》[15]，明確了相關(guān)增材制造3D產(chǎn)品所使用的設計軟件的輸入、輸出等注冊方面的要求，也涉及到了本研究所討論的軟件的監(jiān)管要求?！夺t(yī)療器械分類目錄》等法規(guī)或指導文件僅僅是對于其中作為醫(yī)療器械管理的相關(guān)產(chǎn)品的規(guī)定，并不能覆蓋所有的醫(yī)療器械設計類軟件，特別是仍有很多該類產(chǎn)品的監(jiān)管屬性需要根據(jù)實際情況進行具體研究。因此，有必要針對不同的產(chǎn)品情況，研究較為具體的屬性界定和類別劃分原則，以供監(jiān)管人員和制造商等相關(guān)方作為參考。
2.管理屬性界定和類別劃分探討
對于設計類醫(yī)療器械軟件產(chǎn)品的屬性界定和類別劃分，必須依據(jù)《醫(yī)療器械監(jiān)督管理條例》中第一百零三條關(guān)于醫(yī)療器械的定義。但要指出的是，這類軟件的應用場合非常多，在醫(yī)療機構(gòu)和工廠等均有使用，其預期用途等各異，對該類軟件中不同情形可以按照以下原則界定其管理屬性和類別。
2.1 術(shù)前規(guī)劃或計劃的設計類軟件
對于輔助制定手術(shù)計劃的設計類軟件，如前所述，《醫(yī)療器械分類目錄》中“21 醫(yī)用軟件”子目錄已有明確規(guī)定，“利用獲得的影像信息，以及對其分析處理結(jié)果，制定手術(shù)計劃或方案”的醫(yī)療器械設計類軟件應作為醫(yī)療器械管理，其中“用于在牙科、耳鼻喉術(shù)前制定手術(shù)計劃”的是第二類醫(yī)療器械，其他用途的是第三類醫(yī)療器械。此處的“制定手術(shù)計劃”是界定產(chǎn)品管理屬性的關(guān)鍵，對該用途如何理解，需要著重分析。
如果軟件用于手術(shù)前通過獲取患者病灶部位影像及其他相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合具有生理特征數(shù)據(jù)的統(tǒng)計學分析模型、自動參數(shù)化驅(qū)動設計方法、計算機圖形精準匹配模塊以及智能仿真系統(tǒng)等，最終獲得包含手術(shù)方法、流程、術(shù)式、路徑、器械選擇等信息的一整套手術(shù)規(guī)劃信息，為術(shù)者在術(shù)前及術(shù)中提供手術(shù)相關(guān)輔助信息，完成可直接用于臨床的手術(shù)導板、醫(yī)用外固定支具等的醫(yī)療器械設計，作為確定最佳手術(shù)方案的參考等，從而輔助治療方案的高精度預演和科學決策，提高手術(shù)準確性，降低并發(fā)癥的風險，最終達到優(yōu)化手術(shù)，提高患者康復速率的目的，則其預期用途應是“制定手術(shù)計劃”，符合醫(yī)療器械定義，應作為醫(yī)療器械管理，其管理類別可參考《醫(yī)療器械分類目錄》的規(guī)定。現(xiàn)有的可“制定手術(shù)計劃”的手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)可分為兩類，基于3D打印實體病灶模型的手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)和基于數(shù)字重構(gòu)的個體化虛擬手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)?；?D打印醫(yī)療模型的手術(shù)規(guī)劃是指根據(jù)患者影像學數(shù)據(jù)建立個體化疾病實體模型，體外預演心手術(shù)過程，開展植入器械選型、手術(shù)路徑規(guī)劃和術(shù)后治療效果預測的術(shù)前規(guī)劃應用。虛擬手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)則是借助計算機圖形學、人工智能、生物力學和三維仿真等手段，通過對個體化病灶進行數(shù)字重構(gòu)，量化模擬手術(shù)過程并實時預測治療效果，結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)人機交互，從而輔助個體化臨床治療方案決策[16-26]。近年來，該類軟件多用于肝膽外科、神經(jīng)外科、心血管外科、腫瘤切除、耳鼻喉科、整形修復外科等對手術(shù)操作有精細要求的科室。
現(xiàn)代醫(yī)學領(lǐng)域需要高質(zhì)量的教學演示、培訓模型等工具，很多典型的病例、病種往往缺乏教學道具，如心臟手術(shù)、心血管介入手術(shù)等，使用設計類醫(yī)療器械軟件設計后采用3D打印人體器官、醫(yī)療器械模型能夠較好的彌補這部分需求，可以更直觀地展示人體器官、組織的相關(guān)結(jié)構(gòu)以及病變組織的位置、大小等，輔助醫(yī)生更好地認識和模擬手術(shù)，以及教學、培訓、科研使用。如果軟件依據(jù)CT或MRI等設備獲得的醫(yī)學影像、生理參數(shù)等設計出醫(yī)療器械（如假肢矯形器、義齒、骨科植入物、手術(shù)導板等）或者病灶部位的三維模型等，僅用于醫(yī)生為患者進行手術(shù)前術(shù)前方案研討、手術(shù)方案模擬、醫(yī)患溝通、教學、科研等，有助于縮短手術(shù)時間并提高患者的滿意度，但不為制定手術(shù)計劃提供有針對性的具體參數(shù)、模型等，不參與制定手術(shù)計劃，則該類軟件不具備醫(yī)療用途，不符合醫(yī)療器械的定義，自然不能作為醫(yī)療器械管理[27-31]。
2.2 生產(chǎn)機構(gòu)使用的設計類軟件
生產(chǎn)機構(gòu)使用的設計類軟件用于醫(yī)療器械加工生產(chǎn)之前的設計，其具體用途包含兩種情況。
一是軟件屬于質(zhì)量管理或工具軟件，在生產(chǎn)機構(gòu)僅用于設計醫(yī)療器械，根據(jù)其設計參數(shù)等生產(chǎn)的醫(yī)療器械后續(xù)經(jīng)備案或注冊審批后上市銷售，則該類軟件不參與手術(shù)計劃的制定，類似于生產(chǎn)醫(yī)療器械的中間環(huán)節(jié)使用的軟件工具，不符合醫(yī)療器械的定義，應不作為醫(yī)療器械管理，其設計的醫(yī)療器械的安全有效性在備案或者注冊審批過程中予以評估。這一類產(chǎn)品通常應用于生產(chǎn)單位，由研發(fā)人員使用，其功能類似于一般的機電設備、家用電器、生活用品等的設計軟件[32-36]。這一類軟件憑借3D建模、電氣設計、仿真和數(shù)據(jù)管理功能，可以在設計和制造流程中實現(xiàn)工程過程的數(shù)字化、驗證并改進產(chǎn)品性能、驗證設計并確認設備是否符合法規(guī)要求及全過程可追溯，幫助醫(yī)療器械制造公司更好地設計高性能的醫(yī)療器械。
二是在生產(chǎn)機構(gòu)，根據(jù)醫(yī)療機構(gòu)或者第三方委托，用于設計定制式醫(yī)療器械產(chǎn)品的軟件。在《定制式醫(yī)療器械監(jiān)督管理規(guī)定（試行）》[37] 中給出了定制式醫(yī)療器械的定義等，并規(guī)定對定制式醫(yī)療器械實行上市前備案管理等具體要求。因此，用于設計定制式醫(yī)療器械的軟件屬于定制式醫(yī)療器械加工生產(chǎn)過程中采用的工具，也不作為醫(yī)療器械管理，經(jīng)過其設計后生產(chǎn)的產(chǎn)品按照醫(yī)療器械進行備案或者注冊[38-40]。如定制式義齒產(chǎn)品，根據(jù)目前《醫(yī)療器械分類目錄》中“17 口腔科器械”中的規(guī)定，應按照第二類醫(yī)療器械管理，對其進行設計用的軟件僅僅視為生產(chǎn)加工過程中的工具，不作為醫(yī)療器械管理。
2.3 采用新技術(shù)的設計類軟件
隨著技術(shù)的發(fā)展和市場需求的提高，各種新技術(shù)被應用于設計類醫(yī)療器械軟件，對其分類界定則需要綜合考慮各方面的因素[41-43]。以采用新型人工智能技術(shù)的設計類醫(yī)療器械軟件為例，除了前文所述的分類界定原則外，還應符合國家藥品監(jiān)督管理局發(fā)布的《人工智能醫(yī)用軟件產(chǎn)品分類界定指導原則》[44]，該原則明確了人工智能醫(yī)用軟件產(chǎn)品管理屬性和管理類別的判定依據(jù)。原則中強調(diào)了，產(chǎn)品的核心功能是“對醫(yī)療器械數(shù)據(jù)的處理、測量、模型計算、分析等”，作為醫(yī)療器械管理的設計類醫(yī)療器械軟件其處理對象是醫(yī)學影像等醫(yī)療器械數(shù)據(jù)，符合該要求。另外，對于按照醫(yī)療器械管理的此類軟件產(chǎn)品的類別劃分，需將原則的規(guī)定和《醫(yī)療器械分類目錄》的規(guī)定結(jié)合起來，將其中較高的類別作為軟件的管理類別。例如，“用于在牙科、耳鼻喉術(shù)前制定手術(shù)計劃”的醫(yī)療器械設計軟件，在采用人工智能技術(shù)時，如果其算法“成熟度低”，根據(jù)原則中“四 管理類別界定”中“若用于輔助決策，如提供病灶特征識別、病變性質(zhì)判定、用藥指導、治療計劃制定等臨床診療建議，按照第三類醫(yī)療器械管理”的規(guī)定，需要作為第三類醫(yī)療器械管理，而不能僅僅依據(jù)《醫(yī)療器械分類目錄》將其按照第二類醫(yī)療器械管理。
除了人工智能技術(shù)外，虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實和3D打印等技術(shù)也與醫(yī)療器械設計類軟件相結(jié)合，更好地實現(xiàn)其預期用途，對其屬性界定和類別劃分也需要不斷地進行研究和探討[19-21,45]。
3.小結(jié)
當前設計類醫(yī)療器械軟件在各領(lǐng)域廣泛應用，主要用于輔助制定手術(shù)計劃、設計醫(yī)療器械等，有多種重要用途，在監(jiān)管工作中需要依據(jù)當前的相關(guān)法規(guī)明確此類產(chǎn)品管理屬性。本文依據(jù)現(xiàn)行《醫(yī)療器械分類目錄》和相關(guān)法規(guī)，根據(jù)設計類醫(yī)療器械醫(yī)用軟件產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，通過對產(chǎn)品的技術(shù)風險進行分析，從技術(shù)角度對其屬性界定和類別劃分進行了詳細的探討，對于《醫(yī)療器械分類目錄》中相關(guān)內(nèi)容進行了解讀；同時，對于采用人工智能等新技術(shù)的醫(yī)療器械設計類軟件的類別劃分提出了建議，供監(jiān)管和技術(shù)部門參考。
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