1月11日，CNIT创新周话第三十一期邀请伯尔尼大学生物医学与精密工程学院院长Jürgen Burger教授分享《医疗器械创新与研发过程-聚焦神经科学》。以下内容根据Jürgen Burger教授分享整理。

医疗器械创新与研发过程

医疗器械创新包括颠覆性和渐进式创新两种，其中，绝大多数的创新都是增量式创新或渐进式创新，而颠覆性或突破性创新仅占14%。这是因为其开发过程，以欧洲为例，受到欧洲医疗器械法规的高度监管，欧盟医疗器械法规和体外诊断法规对器械安全性和功能性有三点明确要求。一是医疗器械的设计必须在其整个生命周期内保持安全和有效的性能；二是器械制造商必须保持创新器械所有的设计特性；三是器械的临床使用必须与其设计时既定的使用方式保持一致。

因此，医疗器械研发的每一个阶段都需要被严格记录，即使是形式设计控制阶段。医疗器械的研发流程分为前期设计、产品立项、概念开发、产品验证、设计转移等几个阶段。其中，风险管理是关键，它贯穿产品研发的各个环节，同时，在前期设计阶段和最后转化阶段都要有市场评估和临床试验。

医疗器械设计控制涵盖用户需求、设计输入、设计输出、设计验证和工艺验证六个环节，用户需求来自临床医生和关键意见领袖，满足用户需求在医疗设备的整个开发过程中至关重要。因此，在研发过程中，要不断进行设计验证以确定产品是用户所需要的设计，并在最后的开发阶段，验证设计是否合适、合理，以及是否满足临床医生和关键意见领袖的需求。

当学术界谈论创新时，多数情况下都是颠覆性的创新，比如，特斯拉对汽车行业的颠覆，而医疗科技行业的创新必须符合安全性原则，以渐进式创新居多，比如，对马车进行微小的改进。在从安全性角度做风险管理时，要考虑整个系统的安全性，而不只是单一组件，这就需要进行风险分析。

风险分析通常是采用故障模式与影响分析（FMEA）和故障树分析（FTA）的方法，通过风险分析文件，发现各种潜在的质量问题、失效模式、原因及其解决方案等。同时，这些文件要持续地实时更新，不仅在器械设备的整个开发周期和制造过程中，还包括进入市场在临床使用的全过程。

由于安全和风险评估，创新医疗器械进入市场并不容易，需要花费大量时间，因而，市场进入战略尤为重要。值得参考的是，采用孤儿药或罕见病医疗器械的策略可以加快进入市场，通过直接在病人身上投入使用，缩短市场进入周期，不仅可以直接验证设备安全性，还可以增加治疗患者数量，获取更多数据，例如，治疗肌萎缩侧索硬化症（ALS）和帕金森（PD）等神经退行性疾病的医疗器械和药物。

此外，细节管理和质量管理也是医疗器械创新过程中的重要一环。通过使用质量管理系统，达到对设计控制、纠正和预防措施、生产和过程控制、器械质量控制、记录文件和变更控制、材料控制等各个流程的控制。

三大类神经外科医疗器械创新案例

为帮助国内创新同道了解国际神经外科治疗技术和医疗器械创新情况，Jürgen Burger教授围绕医疗技术中的增材制造/3D打印，机器人和影像引导疗法-临床证据和疗效，大脑监测、神经退行性疾病和⽣物材料三个领域列举了当前神经科学领域创新案例。

1.医疗技术中的增材制造/3D打印

增材制造在医疗技术领域日渐重要，目前，约有10%-15%的金属植入物可以通过增材制造的方式来解决和实现，预计到2026年，医疗植入物生产的复合增长率将达到29%。其中增长最快的细分领域包括膝关节重建系统、脊柱融合装置以及非承重四肢骨折装置。

在脊柱融合手术中，脊柱骨架用于治疗退行性椎间盘疾病（DDD）的网络结构脊柱笼，它根据用户需求选取特定材料和工艺，考虑生物相容性和降解产物等因素，以达到所规定的质量标准。在整个过程中，研发速度不可以太快，因为必须保证这些粉末状的纳米材料没有残留在器械表面而进入病人组织中这就需要反复实验和验证，并进行风险分析。

另外，作为增材制造的一种，3D打印技术可以制造任何东西，是一种有效的生产工具，在医疗器械领域也有广阔的发展前景。在医疗技术领域中，可以使用ABS材料、peek材料和尼龙材料等生物相容性好和可生物降解的材料，通过聚合物3D打印技术，制造出符合临床需求的医疗器械。3D打印技术要求使用生物相容性较好的材料，但对于现在是不太容易的。

针对术前培训3D打印应用，有一个治疗动脉瘤的案例——特定患者神经外科模拟器。一般情况下，颅内动脉瘤可以通过盘绕治疗，引入血管内的线圈进行栓塞，但当动脉瘤位于特殊位置时，就必须使用夹闭术，这就需要提前了解并进行术前计划，而特定患者神经外科模拟器可以模拟在特定环境下进行术前培训。

2.机器人和影像引导疗法-临床证据和疗效

机器人和影像引导疗法的应用也侧重于神经科学领域，这一部分的重点是效益和用户需求，以下两个案例展示了用户需求的重要性。

2000年，颅颌面外科手术机器人是一种开创性的创新，主要用于神经外科，具有强大的技术驱动力，但由于当时人们对机器人技术充满热情，并没有充分考虑临床需求，让临床工作适应机器人的干预，因此，这项技术在当时没有获得广泛应用。

Mazor脊柱手术机器人则很好地满足了临床需求，作为手术协助工具，该系统没有取代外科医生，而是帮助外科医生引入钻头和螺丝刀。同时，它从临床需求出发，轻巧便携，更换容易，拆卸速度快，因此，它得到了很好地发展。经过近20年的历程，Mazor 在2016年推出X隐形引导系统。

不仅在神经外科方面，普通外科也是如此。Dexter是一款混合型的机器人系统，提供了随需应变的机器人方案，医生可以在机器人系统与人工手术之间分割，在每个手术步骤中切换，灵活度更高。这体现了手术机器人在发展过程中，通过贴合用户需求，得以更好地应用于临床。

一般来说，机器人系统和手术系统的开发过程，无法由一个人或一个团体完成，它需要来自营销、研发、监管质量、临床、制造以及供应链等领域利益相关者共同参与，在项目团队中实现。

同时，欧洲的合规规则基本上规范了医生与公司之间的互动，医疗器械创新者要谨慎对待合规规则。由于道德原因，公司不被允许与医生直接互动，为了更好地开展合作，在创新之初就要建立合同关系以避免产生不必要的问题。

3.大脑监测、神经退行性疾病和⽣物材料

脑机接口是通过植入有电极的设备，建立一个与设备连接的脑计算机接口，与大脑监测息息相关。

电极材料要求具有很好的生物相容性，极大限制了神经系统领域的医疗器械创新。犹他阵列使用了由生物相容性材料、氧化硅和聚对二甲苯制成的电极，引入的电极被放置在脊髓皮层，穿透组织1.5mm的深度，以获取脑部信号。而在面对新材料时，例如，用于隔离的塑料材料，材料中含有的稳定剂、抗氧化剂、需求剂等对神经组织甚至会产生长期影响，必须充分考虑其植入性和注射剂的神经毒性，验证塑料材料的潜在风险。

脑机接口的传送方式可以通过外科干预手段，将大脑计算机接口、支架、电极植入血管内，不需要开颅手术，直接与中枢神经系统接触，实现大脑信息的获取。

大脑监测还具有其他优势，比如，可以帮助医院建立分层护理模式，实现高度专业化的医学诊疗，使其覆盖到预防、门诊、住院、早期康复以及晚期康复等各个阶段。

大脑监测的方式包括头皮脑电图、颅内脑电图以及皮下脑电图。其中，皮下脑电图位于头皮之上，不是侵入式的，损伤较小，具有长期稳定获取信号、覆盖广泛空间、增强脑监测效果的优点。

值得一提的是，创新产品进入市场，进入临床，并不意味着创新过程的结束。医疗器械创新是一个持续的过程，包括创新想法、概念验证和风险评估、设计工程、监管策略、初步产品定型、设计验证、制造、临床验证、毒理学等所有阶段。即使在上市后也要进行市场监督，及时跟踪，更新迭代，改进设计，并进行安全性和有效性验证。

注：本次创新周话由瑞士茵湃利诺生命科技有限公司（IMPELINNO GmbH）在拟定话题、课程设计、中英文翻译等方面提供了大力支持，该公司通过咨询、培训和资源对接的方式为医疗创新主体提供创新转化服务。为企业提供海外项目引进及收并购标的寻找、对接及协助尽调服务，并为有意出海欧洲的医疗器械企业提供一站式出海服务。 如果您想对接该公司，请在文章底部扫码联系联盟秘书处。

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嘉宾简介

Jürgen Burger

• 伯尔尼大学生物医学与精密工程学院院长，伯尔尼大学转化医学与精密工程教授，瑞士技术科学院成员。

• 曾就职于强生公司、瑞士电子和微技术中心、罗氏诊断等，并担任重要职务，如强生智能植入物和器械研发与国际转化中心负责人，同时参与了多种产品的开发和商业化。在此期间，与工业界、大学和政府机构拓展开发了复杂的商业模式。

• 撰写了 150 多篇出版物以及 20 项医疗技术方面的国际专利家族，并创立/共同创立了 3 家初创企业，其中一家公司在 2020 年获得了著名的瑞士医疗技术奖。
• 曾在澳大利亚墨尔本斯威本大学从事科学研究。之后，他被多所大学任命为生物医学工程领域的讲师和教授。其中包括德国查理特、德国柏林洪堡大学、澳大利亚悉尼大学和德国斯图加特大学。

CNIT创新周话

为打通医学创新转化“最初一公里”，2022年1月12日，神经医学创新与转化联盟（CNIT）创新周话第一季正式开启。

CNIT聚焦早期医学创新成果转化，周话每周三晚七点准时开讲，由行业知名临床专家、高校院所工程专家、器械厂商研发负责人、资深投资人等分享从“0”到“1”，从“1”到“10”和“100”的医学创新成果转化路径和创新创业经验。

自开讲以来，CNIT创新周话深受学员和行业好评，在业界已形成一定影响力，也日益成为CNIT助力医学创新成果转化的名片之一。

撰文｜黄章玉

审校｜刘鹤 张欣

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