微生物质谱鉴定仪安全有效性评价

广东省药品监督管理局审评认证中心 （广东 广州 510080）

内容提要： 微生物质谱鉴定仪运用的基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）技术应用于临床微生物鉴定操作，极大地提高了临床微生物的鉴定效率。文章从医疗器械技术审评角度对微生物质谱鉴定仪安全有效性进行评价。在综述资料、研究资料、临床评价、说明书方面提出审评关注点，以期对该类产品注册申报和技术审评有所帮助。

微生物质谱鉴定仪运用的基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）技术，是近年来发展起来的一种新型的软电离生物质谱分析技术。MALDI-TOF-MS应用于临床微生物鉴定操作简单、速度快、成本低，且数据库可不断更新完善，极大地提高了临床微生物尤其是微需氧菌、厌氧菌、分枝杆菌及真菌等难培养微生物的鉴定效率[1]。随着国家“十三五规划”将“医用生物质谱仪”列为未来重点支持的十六个领域之一，越来越多的企业加入到微生物质谱鉴定仪的研发、生产。本文从审评的角度对微生物质谱鉴定仪的安全有效性进行评价，以期对该产品的注册申报提供参考。

1.综述资料

1.1 产品名称

产品名称应符合《医疗器械通用名称命名规则》，一般由一个核心词和三个以内的特征词组成。结合产品的技术原理、结构特点和临床预期用途，可命名为微生物质谱鉴定仪、微生物鉴定飞行时间质谱仪、全自动微生物质谱检测系统等。

1.2 工作原理

微生物质谱鉴定仪通过用激光照射样品与基质形成的共结晶薄膜，基质从激光中吸收能量传递给样品分子，而电离过程中将质子转移到样品分子或从样品分子得到质子，而使样品分子电离和气化。同时，在样品靶板和离子源之间形成一个高压电场，样品离子在电场作用下同向加速飞行，当离子飞出离子源后，在无场飞行管中匀速飞行，直至到达检测器，不同质荷比的离子到达检测器的时间是不同的，离子最终在检测器上产生电子信号，经过计算机的数字处理，获得数字信号，处理分析后获得相应样品的质谱图，再与微生物蛋白数据库中的参考图谱进行比对，完成对样品的微生物鉴定。

根据样品的电离方式、检测器的种类不同，质谱分析的方法很多，原理各异。在阐述产品的工作原理时，结合示意图，重点对电离方式、检测器的工作方式进行描述。

1.3 结构组成描述

微生物质谱鉴定仪通常包括但不限于真空系统、离子源、飞行时间分析器、进样系统、信号采集分析系统。

真空系统：提供真空环境，以完成样品的电离和分析。

离子源：在激光和基质的作用下将待检测的样品电离为离子，在经过加速脉冲电极后通过离子透镜聚焦进入飞行时间质量分析器。

飞行时间分析器：飞行时间质量分析器能够对离子源产生的有一定飞行速度的带电离子进行质量分析。飞行时间质量分析器是一个无电场飞行管，由离子源进入的带电离子质荷比越大速度越小，所以到达检测器的时间也不同，从而完成质量分析。

进样系统（包括样品靶）：进样系统完成将样品靶进入和取出。通过控制电磁阀将大气与内部真空环境隔绝以便进出样品靶。

信号采集分析系统：由检测器采集到的电压信号经过数据采集卡捕捉传输到计算机，然后由软件计算得到样品的质谱图，通过软件检索算法对数据库进行检索完成鉴定。

建议结合工作原理示意图，以实物照片/示意图加文字的形式对各主要模块逐一进行描述，标明每一主要模块的主要组成结构和主要元器件的名称，对于关键元器件，建议单独进行描述，列明基本参数。

2.产品研究资料

2.1 性能研究

应根据产品的技术特点、临床要求制定产品的质量控制、功能性和安全性指标。

2.1.1 质量控制指标。①质量分辨率：指的是在给定的样品条件下，仪器对相邻的两个质谱峰的区分能力。质量分辨率越高，图谱越精细，包含的图谱信息量越大，就越有利于提高检索准确性。②质量范围：MALDI-TOF-MS可以检测到数十万Da的大分子，对于微生物鉴定而言，核糖体蛋白分子质量范围主要集中在2k～20kDa，一般质量范围上限为满足临床要求即可。③灵敏度：指的是在规定的条件下，对于某个质谱峰，仪器对单位样品所产生的响应值。在进行微生物灵敏度检查时，除了仪器本身，还与靶板、基质、微生物种类、样本前处理方法有关。④重复性：在相同测试条件下对同一样品进行多次重复测量，得到质谱图中指定峰高或峰面积的一致性，是影响微生物鉴定准确性的关键性指标，依赖于仪器的设计及电学系统的性能。⑤质量准确性：是最重要的性能参数之一，质量准确性不仅取决于前面四个性能指标，还与分析算法、数据库系统软件有关，也受样品前处理、微生物种类等的影响，质量准确性一般需用具有溯源性的标准物质进行测量。⑥质量稳定性：是评价一台质谱仪在较长时间间隔内质量准确性的一种方法。

2.1.2 功能指标。应该明确软件所有的临床功能纲要。

2.1.3 安全性指标。安全性指标的验证包括电气安全指标和电磁兼容指标两大类。微生物质谱仪属于测量、控制和实验室用电气设备，电气安全性能应当包括GB 4792.1-2007、GB 4793.9-2013、YY 0648-2008，电磁兼容性能应当包括GB/T 18268.1-2010和GB/T 18268.26-2010。

2.2 产品有效期和包装研究

应对申报产品中具有固定使用寿命不可更换的主要元器件及易损、易耗可定期更换的情况进行详细描述。详述确定产品使用期限或者失效期的具体方法并提供验证资料，可参考《有源医疗器械使用期限技术审查指导原则》的相关要求，给出产品使用期限或者产品失效期。如激光源可根据供应商提供的寿命参数进行确定或根据曝光次数推算。靶板如为可重复使用，建议结合清洗效果进行使用次数的验证。

在宣称的有效期内以及实际或模拟运输储存条件下，保持包装完整性的依据和相关验证数据，可结合环境试验进行。

2.3 软件研究

2.3.1 软件描述文档。产品含采集分析软件，提供一份单独的软件描述文档，其内容应当符合YY/T 0664-2017及《医疗器械软件注册技术审评指导原则》的要求。申请人应当根据产品预期的临床检测项目可能对患者造成的风险，确定申报产品随机软件的安全性级别。本产品的安全等级一般建议不低于B级。核心算法部分重点对微生物蛋白图谱的处理方法进行描述。

2.3.2 网络安全。产品一般需连接计算机进行微生物蛋白图谱分析，可能涉及到数据传输功能，应参照《医疗器械网络安全注册技术审查指导原则》进行网络安全研究。

2.3.3 数据库研究资料。数据库作为产品的重要组成部分，直接影响着微生物鉴定结果的准确性，应提交数据库的研究资料，详细阐述数据库的建立方法，包括但不限于菌种来源、菌种确定的方法、入库标准、菌株蛋白图谱的采集要求。提供鉴定结果可信度标准划分的依据，列出数据库所有菌种的名称，每种菌种建库用的菌株数，并明确临床常见菌。

3.临床评价

微生物质谱鉴定仪不属于国家局公布的免于进行临床试验目录内的产品。临床评价有两种途径：同品种对比和临床试验。

3.1 同品种对比

应按《医疗器械临床评价技术指导原则》的要求进行，在选择同品种医疗器械进行临床对比时，重点从工作原理、结构组成、性能指标、软件核心功能、适用范围、使用说明方面进行等同性分析。结构组成除了各组成部件一致，还需考虑核心部件如激光源、离子源、检测器等各关键参数是否一致；性能指标特别需考虑重复性、准确性、稳定性不低于对比产品；软件核心功能除考虑临床使用功能，还需考虑数据库的一致性。提供对比产品的未公开资料如临床试验资料、数据库研究资料应取得对方的授权。

3.2 临床试验

应遵循《医疗器械临床试验质量管理规范》的规定。一般选择两家及以上经备案的临床试验机构进行试验。

3.2.1 样本选择

鉴于菌种类型对质量准确性的影响，在临床方案制定时，应考虑入选样本的多样性和充分性，应尽可能的覆盖生产商宣称的可鉴定的临床菌种类型，包括革兰阳性及阴性球菌、革兰阳性及阴性杆菌、厌氧菌、分枝杆菌、苛养菌、酵母菌、丝状真菌等。临床试验应采用临床菌株进行。如有多种针对不同类型的菌种样本前处理方法不一致，临床试验应涵盖所有的前处理方法。如预期用于细菌和真菌的鉴定，细菌和真菌样本量应分别满足统计学的要求。

3.2.2 试验设计

一般采用开放、平行对照的非劣效试验设计。将从属水平、种水平计算试验仪器与对照仪器的符合率作为主要评价指标，并计算95%的置信区间。临床菌株的符合率应在90%以上。如申报产品可以鉴定，对照仪器鉴定不了的样品不宜直接剔除，建议用第三方进行验证。鉴定结果不一致，建议用更高一级的系统如基因测序的方法进行复核。

临床评价最终应能得出结论：产品的受益大于风险，产品可用于临床。

4.说明书

说明书应符合《医疗器械说明书和标签管理规定》，根据本产品的特点，还需重点关注下内容：①检测局限性说明：应对不能鉴定的情况进行详细说明，例如混合培养物、难以鉴定的菌种，如丝状真菌（如适用）、标准菌株库之外的菌种等。②如进行临床试验，建议对临床试验进行总结，阐明临床试验选择的菌种类型、样本量、符合率等。③对数据库菌种情况进行说明，包括总的入库菌种数量，临床常见菌的类型。④明确针对不同菌种的前处理方法。⑤明确质量校准和质控的方法和频次。

5.小结

微生物质谱鉴定仪在微生物鉴定中有着举足轻重的地位，在上市前需对安全有效性进行充分系统的评价。本文结合国家局对注册申报的要求，从综述资料、研究资料、临床评价、说明书方面提出审评要求，有利于指导注册申请人对该产品的研发、注册申报，规范和统一审评尺度。