移动医疗器械终端产品质控技术研究

王浩，李澍，王晨希，罗维娜，任海萍

中国食品药品检定研究院 医疗器械检定所，北京 100050

移动医疗器械终端产品质控技术研究

王浩，李澍，王晨希，罗维娜，任海萍

中国食品药品检定研究院 医疗器械检定所，北京 100050

移动医疗器械是有源医疗器械与移动互联网技术深度融合的产物，是医疗器械异军突起的新方向，是助推移动医疗服务、构建医疗健康大数据体系的重要基础。移动医疗器械的有效性和安全性的评价存在很多新的问题和挑战。如何解决这些质控技术问题，关系到新产品能否快速注册上市。本文讨论了目前移动医疗器械质控领域面临的几个突出的技术问题，包括反射式血氧、无创血糖、手机光辐射、柔性电池、柔性传感器等，对监管部门加强相关领域的质控工作给出了建议。

移动医疗器械；质量控制；反射式血氧；无创血糖；柔性材料

引言

移动医疗器械终端产品是移动医疗器械的硬件载体，是医疗与健康大数据的根本来源，是国内外医疗器械领域发展较快后劲十足的方向。在互联网+、大数据、人工智能等相关产业的推动下，移动医疗器械终端产品的种类、应用领域和覆盖人群必将不断扩大，其有效性和安全性不仅事关移动医疗器械行业的健康发展，也关系到未来以数据为基础的移动医疗、智慧医疗服务模式的成功与否和广大人民的用械安全。作为医疗器械的新家族，移动医疗器械终端产品的质控依托于传统有源医疗器械，但产品的新技术特点和预期用途决定质量控制面临很多新的挑战。本文针对当前移动医疗器械终端产品有效性与安全性评价的几个热点问题进行讨论，对监管部门加强质控工作提出了建议。

1 移动医疗器械终端产品质控工作的整体思路

移动医疗器械的质控目前并没有独立的标准体系和标准方法，属于开放的领域。移动医疗器械终端产品的质量控制，应着眼于以下几点思路：

（1）移动医疗器械终端的有效和安全控制应当符合（传统）医疗器械质控体系要求。移动还是传统器械，仅仅是载体媒介、表现形式的差别，在安全有效性方面要求没有本质的差别。移动医疗器械的有效性，体现在各种预期用途的实现，例如生理信号监控与预警（血压[1]、心率[2]、体温[3]等）、医学成像（超声[4]、内窥镜、电阻抗成像[5]、显微镜[6]、眼科光学[7]等等）、生化成分分析（血糖[8]、血氧饱和度[9]等等）、治疗作用（除颤[10]、中频治疗[11]等等），都要满足相关性能要求。移动医疗器械的安全性，体现在电气安全、生物相容性、电磁兼容等方面。这些要求都与传统医疗器械非常相似。但是，移动医疗器械也会有一些特殊性。比如，移动医疗器械应该满足一些特殊的环境试验的要求，以保证在不同地区、不同气候环境和运输环境下的正常使用。移动医疗器械的互联网化、智能化等新技术特征，并不能降低这些器械在有效性和安全性方面的要求，而应该顺应传统医疗器械标准在有效性和安全性方面的规定。

（2）移动医疗器械终端的零件、部件或附件可以直接来源于传统医疗器械，该类产品的质控并不是完全独立的分支。例如，心电电极、血氧饱和度探头、光纤探头等医疗器械附件，在传统有源医疗器械中常作为一类或二类器械管理。当移动医疗器械的注册范围包括这些附件时，它们的评价可以直接适用或引用传统的标准和方法。

（3）移动医疗器械终端的质控在某些方面与传统有源医疗器械相比具有特殊性，需要加强研究和布局。移动计算平台在移动医疗器械中扮演着数据处理核心的角色，而其来源以商业现有消费产品为主（例如智能手机、智能手表），设计和生产参照的标准来自其他工业标准，而不是传统医疗器械标准。如何对移动计算平台进行评价，如何规范它的技术参数，是一个移动医疗器械质控中值得探讨的问题，涉及到医疗器械与非医疗器械的标准体系和测试方法的比对。同时，移动医疗器械的可穿戴化、微型化、低功耗化等技术特点，以及互联网+的应用情景，决定了产品设计和工作原理的差异。传统医疗器械产品的标准和质控方法不完全适用于移动医疗器械终端产品，在某些方面甚至存在空白。

根据上述的几种情况，移动医疗器械终端产品的质控应有所侧重，强调新问题的解决。

2 移动医疗器械终端产品质控面临的技术难点

目前，我国已注册的移动医疗器械终端产品主要面向血氧饱和度、血糖、动态心电、体温等基本生理参数的测量。国外产品除了基本生理参数之外，也涉及电刺激、脑电[12]、超声成像、妊娠控制等其他功能；智能手机、PAD等个人移动终端平台自身也在尝试提供数据处理与通信之外的功能，如基于手机闪光灯开发的检眼镜、显微镜、体外诊断设备等等。同时，国内外的新能源、新材料在医疗器械领域都在积极拓展应用，以柔性传感器、电池方面为切入点，推动移动医疗终端产品的发展。

当前业态下，产品的质控工作面临一些技术难点。本文选择几个代表性的问题进行介绍。

2.1 新型检测装置缺乏导致有效性评价困难

很多新型移动医疗器械产品基于新的机理或者新的工程原理开发的，因此，在对其进行有效性评估的时候，如何用科学的方法、精确的装置对其进行实验室质量评测具有较大的挑战性。而问题又是相当个性化的，需要针对不同情况个例研究和分析。

具有代表性的例子是血氧饱和度的测量。它在传统有源医疗器械领域较为常见，脉搏血氧仪、多参数监护仪等设备大都具有血氧饱和度测量功能，共同的特征是基于郎伯比尔定律，使用两个或多个不同波长的激光照射人的手指、耳垂等组织，接收透射光，根据氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白在不同波长的吸收特性的差异，推算二者的浓度比例，从而获得血氧饱和度。透射式血氧饱和度的质控可以依据现有的国际标准ISO 9919:2005和国内标准YY 0784-2010，并且具有较完善的模拟器（利用电路模拟血液对光的吸收）。移动医疗器械测量血氧饱和度越来越多地利用漫反射光而不是透射光，好处是光源和探测器的距离可以大幅缩短，方便佩戴，但光路和信号来源的区别决定了其不适用于现有的标准和测试工装。反射式血氧饱和度设备的质控，需要建立能直接模拟反射光光路和衰减的模拟器和标定方法，这是质控领域的一大难点。

另一个具有代表性的例子是无创血糖的测量。糖尿病患者的无创血糖浓度测量一直是世界性难题，目前较常见的技术流派包括光谱测量[13]、能量代谢[14]、电化学、血液替代物等等。光谱测量具体包括拉曼光谱、近红外光谱等分析化学的常见工具，理论上通过光谱分析和化学计量学算法对血液中的血糖浓度进行量化。但在实际应用中，皮肤对光的衰减较强，具有明显的个体差异和部位差异，而葡萄糖对光的吸收又比较微弱，使得光谱测量的可重复性和信噪比较差，大大制约了该方法的有效性。能量代谢法指的是葡萄糖的氧化分解产生热量和二氧化碳，根据热量测量和二氧化碳的浓度可以推算血液中的葡萄糖浓度。电化学法指的是在皮下组织中施加电场，葡萄糖氧化时产生电信号，从而被检测和用于计算葡萄糖含量。能量代谢法和电化学法共同的难点是对人体的生理状况要求很高，人体体温的波动和体内的电活动都会影响测量结果。血液替代物法指的是通过测量眼泪或组织液中的葡萄糖浓度来间接推算血糖浓度，其难点在于血液替代物葡萄糖浓度与血糖浓度的实时相关性，局部差异和时间变化都会影响测量结果。

以上技术在质控方面存在共同的挑战，即如何建立和标定某种血液成分浓度的模拟器。与反射式血氧饱和度模拟器不同的是，该模拟器不仅要考虑光学吸收与测量，还需要测量热量、气体浓度与电化学信号，问题更加复杂。

2.2 新器件带来新的安全问题

移动医疗器械中使用了一些新型器件，比如新的效率更高更节能的光源、更便于携带和储能更多的电池，以及导电织物材料、石墨烯传感器等。这些器件的安全性需要根据它们的预期用途和使用条件进行进一步深入研究。

具有代表性的领域是智能手机的光辐射问题。随着手机检眼镜、手机显微镜、基于手机或PAD的图像处理平台、手机监护设备等产品的问世，手机闪光灯和屏幕成为医疗器械光辐射安全领域关注的重要部件。这些部件主要用LED作光源，预期直接作用于人眼，那么LED光谱中的蓝光、红光分别有产生光化学危害和热危害的风险。特别要指出的是，LED光谱主要能量集中于蓝光，其光化学危害不可小视。常见智能手机的闪光灯根据ISO 15004-2:2007规定的方法进行过测试，结果表明其光辐射安全应归为二类设备[15]。由于手机闪光灯亮度较高，使用时间比较固定，光辐射安全的控制相对容易，而手机屏幕带来的风险更加隐蔽，值得关注。

手机屏幕可看作由不同光谱、面积、亮度的光源组成的不规则面光源，光谱和亮度跟随手机界面不断改变。由于手机的使用频率较高，屏幕对人眼的曝光时间长，潜在危害较大。手机屏幕的光辐射最不利点的选取是该类产品质控的难点之一，难以根据经验手动判断，而需要开发光场分布模型、智能搜索定位算法和设备进行测试。这是现有标准和测试方法中的空白。

另一个具有代表性的领域是移动医疗器械所采用的柔性电池的评价。柔性电池采用石墨烯附着于柔性基底上，前者提供高电导率，后者利用基底提供柔性支撑、力学性能，从而实现电池的可弯折，有望满足移动医疗器械对轻薄和柔性的需求，甚至取代锂离子电池。柔性电池的拉伸、弯曲、疲劳测试，是质控面临的新问题，需要模拟实际佩戴的生理情景设计测试系统和方法。同时，石墨烯电池的容量稳定性、充放电曲线是衡量电池电学性能的重要参数[16]，其质控方法同样有待开发。

柔性传感器也是具有代表性的领域。微型柔性电极与柔性电极阵列技术的发展，在不断缩小移动医疗器械终端产品的传感器尺寸和功耗的同时，也大大增加了测试难度。在电气安全方面，电介质绝缘强度、漏电流、接地阻抗、温升等参数的测试难以凭借现有主流设备完成，需要开发专门的试验设备和试验方法。在性能方面，柔性传感器的在体性能评价，如在人体内的变形、电化学特性、生化分析精度等参数，需要研发特殊的体模才能实现。

3 讨论

移动医疗器械质量控制面临的挑战，需要监管部门、企业和各种科研力量通力合作，共同完成。我国政府高度重视医疗器械的质控工作，由国家食品药品监督管理总局管理的国家级和各地方级检验检测机构对医疗器械开展注册检验、监督检验、进口检验、委托检验等型式检验工作，同时研究新产品的有效性和安全性的评价方法。这些机构对于移动医疗器械终端产品的质控扮演着重要角色。

近年来，为促进国产医疗器械的发展和科学研究成果转化，国家出台了不同的政策，大力支持医疗器械质控工作，加速创新产品上市。

在科研布局方面，国家以国家科技重大专项、国家重点研发计划等渠道资助和鼓励产、学、研、医、检等部门联合参与创新产品的研发和质控。在审批流程上面，国家食品药品监督管理总局相继出台了《创新医疗器械特别审批程序（试行）》（食药监械管[2014]13号）和《关于征求医疗器械优先审批程序意见的函》，鼓励具有自主知识产权的先进成果优先审批上市。

在这种大环境下，医疗器械生产企业、科研机构、医疗机构和其他社会力量应积极参与创新产品质控技术和平台的研发，与监管和检测部门共同解决质控面临的技术难题，共同推进质控体系的建设，共同加速移动医疗器械终端产品的注册检验和审批上市。

4 结论

移动医疗器械终端产品作为移动医疗业态的硬件载体和有源医疗器械的新方向，尚未建立成熟完善的技术监管体系。本文对该类产品质控的整体思路和技术难点进行了讨论。在质控原则上，作为医疗器械，移动医疗器械在有效性和安全性上必须与传统有源医疗器械保持一致。在具体操作上，适用于传统有源医疗器械标准的移动医疗器械终端产品及其零件、部件、附件可以直接沿用传统方法；对于缺乏标准和评价方法的新产品，应积极开展新型体模与测试平台的研究，实现人体的血氧饱和度、血糖浓度、葡萄糖反应、皮肤表面特性等参数的模拟和溯源，并对柔性电池、柔性电极等新型硬件组件开展性能测试，引导新能源、新材料的使用符合医疗器械的规范，逐步填补现有质控体系的空白。

[1] Ovbiagele B,Jenkins C,Patel S,et al.Mobile health medication adherence and blood pressure control in recent stroke patients[J].J Neurol Sci,2015,358(1-2):535-537.

[2] Ehmen H,Haesner M,Steinke I,et al.Comparison of four different mobile devices for measuring heart rate and ecg with respect to aspects of usability and acceptance by older people[J].Appl Ergon,2012,43(3):582-587.

[3] Klingeberg T,Schilling M.Mobile wearable device for long term monitoring of vital signs[J].Comput Methods Programs Biomed,2012,106(2):89-96.

[4] Dickson BW,Pedersen PC.Wireless image streaming in mobileUltrasound[J].Telemed J E Health,2010,16(2):161-166.

[5] Granot Y,Ivorra A,Rubinsky B.A new concept for medical imaging centered on cellular phone technology (medical imaging by cell phones)[J].PLoS One,2008,3(4):e2075.

[6] Skandarajah A,Reber CD,Switz NA,et al.Quantitative imaging with a mobile phone microscope[J].PLoS One,2014,9(5):e96906.

[7] Gurram MM.Ophthalmic cell-phone imaging system: a costless imaging system[J].Can J Ophthalmol,2013,48(5):e135-e139.

[8] Carroll AE,DiMeglio LA,Stein S,et al.Using a cell phonebased glucose monitoring system for adolescent diabetes management[J].Diabetes Educ,2011,37(1):59-66.

[9] Zhu H,Sencan I,Wong J,et al.Cost-effective and rapid blood analysis on a cell-phone[J].Lab Chip,2013,13(7):1282-1288.

[10] Varma N,Piccini JP,Snell J,et al.The relationship between level of adherence to automatic wireless remote monitoring and survival in pacemaker and defibrillator patients[J].J Am Coll Cardiol,2015,65(24):2601-2610.

[11] Sweeney D,Quinlan LR,OLaighin G.Smartphone App design for the wireless control of a neuromuscular electrical stimulator device with integrated randomization allocation process for rct applications[J].Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc,2015, 2015:4574-4577.

[12] Rogers JM,Johnstone SJ,Aminov A,et al.Test-retest relia bility of a single-channel, wireless eeg system[J].Int J Psychophysiol, 2016,106:87-96.

[13] Cunningham DD,Stenken JA.In Vivo Glucose Sensing[M]. Hoboken, N.J.:Wiley,2010.

[14] 唐飞,王晓浩,王东生,等.代谢热整合法无创血糖检测技术研究[J].仪器仪表学报,2007,28(10):1857-1860.

[15] 王浩,孟祥峰,刘艳珍,等.手机闪光灯医用价值和风险评估[J].中国医疗设备,2016,(8):34-36.

[16] 闻雷,陈静,罗洪泽,等.石墨烯在柔性锂离子电池中的应用及前景[J].科学通报,2015,60(7):630-644.

本文编辑 苏欣

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

中国食品药品检定研究院中青年基金项目（2015C02）；中国药品监督管理研究会课题“移动医疗发展趋势与监管政策研究”。

任海萍，中国食品药品检定研究院光机电医疗器械检验室主任，主要研究方向为有源医疗器械、医用软件的检测及质量控制。

通讯作者邮箱：renhaiping@nifdc.org.cn