有源植入式醫(yī)療器械的遠程監(jiān)護

【作 者】張宇晶

國家食品藥品監(jiān)督管理局醫(yī)療器械技術(shù)審評中心，北京市，100044

ISO標準化組織對有源植入式醫(yī)療器械(Active implantable medical device,AIMD)給出的定義是：植入人體內(nèi)的有源醫(yī)療器械，通過外科手術(shù)或內(nèi)科方法，部分或整體地植入人體體內(nèi)的；或通過醫(yī)療插入手段進入自然腔口的，并且手術(shù)后仍留在體內(nèi)的有源醫(yī)療器械[1]。AIMD包括各類植入式的心臟起搏器、心臟復(fù)律除顫器、神經(jīng)刺激器、藥物泵與血液循環(huán)支持器械(人工血泵)等，屬于高風險的三類醫(yī)療器械。

1 有源植入式醫(yī)療器械遠程監(jiān)護需求

AIMD在植入患者體內(nèi)后，通常需要進行定期的術(shù)后隨訪，由醫(yī)生進行跟蹤和調(diào)試以達到最佳的治療效果。日積月累的隨訪給患者增加了沉重的精神和經(jīng)濟負擔，同時，這種隨訪模式對AIMD無法進行連續(xù)的監(jiān)護，進而不能及時發(fā)現(xiàn)和制止AIMD的不正常工作狀態(tài)，成為醫(yī)療器械不良事件發(fā)生的促因。根據(jù)國家食品藥品監(jiān)督總局在2012年12月發(fā)布的醫(yī)療器械不良事件信息通報，自2010年1月1日至2012年8月31日，國家藥品不良反應(yīng)監(jiān)測中心共收到涉及植入式心臟起搏器可疑不良事件報告308份，其中嚴重傷害不良事件報告283份，可疑死亡不良事件報告25份，主要表現(xiàn)為：囊袋感染、電池提前耗竭、電極脫位、電極斷裂、電極穿孔、電極閾值升高等[2]?？梢钥吹剑掖腥就?，其余的不良事件均可通過遠程監(jiān)護的方法獲得電池電壓、電極阻抗等信息，掌握心臟起搏器的工作狀態(tài)并提示醫(yī)生和患者采取相應(yīng)的措施。

自上世紀50年代以來，遠程醫(yī)療技術(shù)發(fā)展迅速，2011年全球市場超過了10億美元[3]。遠程醫(yī)療依托逐步完善的技術(shù)基礎(chǔ)實現(xiàn)了多種多樣的監(jiān)護模式，其發(fā)展日新月異，利用這一技術(shù)實現(xiàn)對AIMD的遠程監(jiān)護，大大減輕了患者和醫(yī)療機構(gòu)的負擔，同時推動AIMD成為信息化醫(yī)療的重要組成部分。

2 植入式心律管理器械的遠程監(jiān)護

植入式心律管理器械(Cardiac Rhythm Management Device，CRMD)包括心臟起搏器和心臟復(fù)律除顫器，是應(yīng)用最廣的AIMD產(chǎn)品，經(jīng)過超過半個世紀的臨床應(yīng)用，目前全世界有上千萬的患者接受著這種醫(yī)療器械的治療。日益龐大的用戶群給CRMD的管理、患者術(shù)后的監(jiān)護帶來了極大的挑戰(zhàn)。隨著日益強烈的臨床需求和遠程醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，CRMD的遠程監(jiān)護發(fā)展迅速，當前已經(jīng)成為普遍被認可的手段，也成為唯一實現(xiàn)市場應(yīng)用的AIMD遠程監(jiān)護體系。

全世界有十幾家CRMD制造商，其中最大的四家公司是美國的美敦力(Medtronic)、圣猶達(St.Jude)、波士頓科學(Boston Scientific)和德國的百多力(Biotronic)。最先實現(xiàn)CRMD遠程監(jiān)護的是百多力公司，在2001年獲得PMA批準，批準號P950037/S19。至今，百多力公司的Home Monitoring監(jiān)護系統(tǒng)已覆蓋全球55個使用國家，配置在超過3800個醫(yī)療機構(gòu)內(nèi)[4]。在市場的帶動下，美敦力、波士頓科學和圣猶達公司也相繼推出了CRMD遠程監(jiān)護系統(tǒng)，形成了目前四大公司在該領(lǐng)域鼎立的局面。

圖1 典型的具有遠程監(jiān)護功能的CRMDFig.1 Typical CRMD with remote monitoring

各公司的CRMD遠程監(jiān)護系統(tǒng)總體框架基本相同，由CRMD（如圖1所示）、患者客戶端、遠程服務(wù)器、醫(yī)生客戶端以及數(shù)據(jù)鏈路組成。植入體內(nèi)的CRMD與體外的患者客戶端進行無線雙向通信；患者客戶端作為數(shù)據(jù)的中繼站，與遠程服務(wù)器通信；遠程服務(wù)器分析患者數(shù)據(jù)，做出友好的數(shù)據(jù)報告；醫(yī)生客戶端通過網(wǎng)絡(luò)接收來自遠程服務(wù)器的報告，獲取患者的狀態(tài)。

患者客戶端與遠程服務(wù)器之間的通信，既可以采用無線數(shù)據(jù)通信（如全球移動通信技術(shù)），也可以采用有線數(shù)據(jù)通信（如模擬電話線傳輸技術(shù)）。圖2和圖3分別為百多力公司的Home Monitoring系統(tǒng)和美敦力公司的Carelink系統(tǒng)的示意圖。

圖2 百多力公司的Home Monitoring遠程監(jiān)護系統(tǒng)程監(jiān)控界面Fig.2 Biotronic’s remote monitoring system-Home Monitoring

圖3 美敦力公司的Carelink遠程監(jiān)護系統(tǒng)Fig.3 Medtronic’s remote monitoring system-Carelink

研究表明，對CRMD采用遠程監(jiān)護可以大幅度降低患者的經(jīng)濟負擔，提高隨訪效率和醫(yī)療器械的安全性。一項針對1339位使用CRMD遠程監(jiān)護的患者的1年隨訪研究顯示，遠程監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)省了45%原來需要在醫(yī)院進行的醫(yī)療器械檢查(常規(guī)隨訪中90%的調(diào)查內(nèi)容無需在醫(yī)院進行)，同時，遠程監(jiān)護系統(tǒng)加強了問題檢測能力(采用遠程監(jiān)控系統(tǒng)的試驗組平均檢測問題需要時間＜2 d，遠少于常規(guī)隨訪組的36 d，其中心律失常是最常報告的事件）和及時的自測報告(如電極斷裂、功能紊亂)，無形中拯救了患者的生命[5]。另一項研究顯示，遠程隨訪平均隨訪時間為13.7 min，平均比常規(guī)隨訪方式少12.8 min，患者每次隨訪平均節(jié)省 90 km的路程[6]。

3 有源植入式醫(yī)療器械遠程監(jiān)護的技術(shù)發(fā)展趨勢

3.1 神經(jīng)刺激器成為下一個遠程監(jiān)護熱點

從20世紀80年代開始，植入式神經(jīng)刺激器陸續(xù)獲得批準并發(fā)展迅速，如人工耳蝸、腦深部刺激器、迷走神經(jīng)刺激器、脊髓刺激器、骶神經(jīng)刺激器等，廣泛應(yīng)用于治療耳聾、帕金森病、震顫、肌張力障礙、強迫癥、癲癇、抑郁、疼痛、尿失禁等功能性神經(jīng)疾病和精神疾病[7]。

面對全球上百萬并不斷增長的用戶群，植入式神經(jīng)刺激器的隨訪工作造成的負擔必將成為亟待解決的問題。神經(jīng)刺激器從原理上并不是對疾病的根治，而是控制癥狀，通常情況下患者的病情會逐漸發(fā)展變化，因此需要每隔一定時間（如6個月）返回醫(yī)院進行隨訪，評估患者病情并調(diào)試刺激參數(shù)，以使患者達到最理想的癥狀改善。但此類患者多為老弱、行動不便，遠程監(jiān)護成為極有價值的解決方案。

植入式神經(jīng)刺激器的遠程監(jiān)護需求與CRMD不同。首先，醫(yī)生對于患者實際情況的判斷需要很多復(fù)雜的觀察（例如需要患者完成特定的行為實驗），這對植入式神經(jīng)刺激器的遠程監(jiān)護系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集功能提出了較高的要求，不僅需要刺激器工作參數(shù)，而且需要采集病人的實時音頻、視頻信息。其次，植入式神經(jīng)刺激器的調(diào)試過程復(fù)雜，參數(shù)種類繁多，變化靈活，需要多輪的反饋和測試才能達到良好的調(diào)試效果，并且往往需要醫(yī)生的經(jīng)驗判斷。上述兩點對于植入式神經(jīng)刺激器遠程監(jiān)護的數(shù)據(jù)量、實時性、安全性提出了很高的要求，成為其發(fā)展所面臨的巨大挑戰(zhàn)。

目前的遠程監(jiān)護系統(tǒng)大多處于實驗室設(shè)計及實驗階段。一項關(guān)于遠程調(diào)整神經(jīng)刺激器的研究闡述了其控制原理與過程。這項研究利用植入式神經(jīng)刺激器幫助中風患者進行康復(fù)，在刺激器中加入了ZigBee通信模塊，與配有同樣通信模塊的計算機直接進行通信，醫(yī)生在遠程可以直接控制神經(jīng)刺激器的參數(shù)等工作狀態(tài)，通過與患者進行語音通話得到反饋，達到遠程監(jiān)護的目的，該研究已經(jīng)進行了動物試驗[8]。

3.2 從監(jiān)護到程控的發(fā)展

如今，CRMD的遠程監(jiān)護系統(tǒng)已經(jīng)成熟，廣泛應(yīng)用于世界各地的患者家中。很重要的一個原因心臟起搏的機制已經(jīng)非常成熟，心電圖已經(jīng)成為診斷的金標準。因此，根據(jù)CRMD測量的患者心電圖，配合電池電量、電極阻抗等參數(shù)，醫(yī)生基本能夠判斷出該CRMD的工作參數(shù)是否合理，進而對患者進行報警、預(yù)警、建議。CRMD屬于生命支持設(shè)備，可能是考慮到風險，當前的遠程監(jiān)護系統(tǒng)只是從患者體內(nèi)的CRMD獲取信息，進行程控（即修改參數(shù)）還只處于研究階段，沒有得到商業(yè)化的應(yīng)用。隨著程控理論及其數(shù)學模型的逐步完善，相信發(fā)展到程控只是時間問題。

神經(jīng)刺激器是提高患者生活質(zhì)量的器械，風險相對較低，遠程程控將是未來的一個發(fā)展方向。尤其在我國，經(jīng)濟發(fā)展不平衡，大的臨床中心往往位于北京、上海、廣州等大城市，患者上千公里往返奔波進行程控，負擔過重，具有迫切的臨床需求。但是，結(jié)合語音和視頻通信后，遠程程控的數(shù)據(jù)傳輸量會較大，對通信網(wǎng)絡(luò)的速度和質(zhì)量提出了較高的要求。我國的寬帶網(wǎng)尚處于成長期，2011年底寬帶普及率僅為11.7%，而且?guī)捥峁┖徒尤肽芰€處于較低水平，中國互聯(lián)網(wǎng)接入速率為1.4 Mbps，國際排名僅為第90位[9]。在此情況下，研發(fā)和普及高實時性和高清晰的音視頻遠程監(jiān)護系統(tǒng)還有較大的困難。

隨著法律法規(guī)的完善，AIMD遠程監(jiān)護系統(tǒng)必然會遵循一個標準的運行模式。標準化的AIMD遠程監(jiān)護系統(tǒng)更有利于集成多種醫(yī)療器械，結(jié)合多種通信方式，構(gòu)建出小型的有源植入式醫(yī)療器械網(wǎng)絡(luò)（例如部署在患者家中），為患者提供全方位的監(jiān)護，為遠程監(jiān)護提供更加全面的參數(shù)支持，形成個性化的家庭看護。標準的、個性化的AIMD遠程監(jiān)護系統(tǒng)將具有更強的競爭力和適應(yīng)能力。

4 有源植入式醫(yī)療器械遠程監(jiān)護的風險分析

具有遠程監(jiān)護功能的CRMD在我國已經(jīng)注冊并臨床應(yīng)用，2009年國內(nèi)第一臺具有家庭監(jiān)護功能的心臟起搏器在北京阜外醫(yī)院成功植入[10]。從監(jiān)管的角度，關(guān)注點主要在于遠程監(jiān)護安全風險。

4.1 電磁兼容性風險

現(xiàn)在具有遠程監(jiān)護功能的CRMD與體外客戶端無線通信的方式有兩種：一種是傳統(tǒng)的近場磁耦合原理，通信距離在幾個厘米的量級，安全性問題不大；另一種是使用402 MHz～405 MHz頻段的射頻通信，通信距離在幾米的量級。這個頻段在國外被聯(lián)邦通信協(xié)會(FCC)和歐洲無線通信組織(ERC)規(guī)定為植入通信（Medical Implantable Communication Service,MICS）專用頻段，但在我國則沒有這樣的專門規(guī)定，因此CRMD可能會受到其它無線電設(shè)備的干擾。此時CRMD的電磁兼容性如何，應(yīng)該得到分析和評估。

4.2 網(wǎng)絡(luò)安全風險

體外客戶端通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)連接遠程服務(wù)器，雖然使用國際標準的網(wǎng)絡(luò)體系，而且現(xiàn)在有多種加密技術(shù)，但是黑客攻擊也同樣成為網(wǎng)絡(luò)安全的大患。在國外的論壇活動上，曾有人現(xiàn)場演示通過無線網(wǎng)絡(luò)以黑客手段入侵胰島素泵[11]。因此，AIMD是否具有足夠的抗網(wǎng)絡(luò)攻擊能力、數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸以及在遠程服務(wù)器的存儲是否足夠安全，應(yīng)該得到分析和評估。

4.3 醫(yī)療信息管理風險

CRMD采集的患者心內(nèi)心電圖，屬于醫(yī)療信息，但是它并不由醫(yī)院采集，也不由醫(yī)院存儲，而是存儲在國外企業(yè)在境外的服務(wù)器，國內(nèi)醫(yī)生只能通過境外服務(wù)器獲取醫(yī)療信息。因此，存在醫(yī)療信息由公司而非醫(yī)療機構(gòu)管理，而且未經(jīng)控制地向國外泄露的情況，這是遠程醫(yī)療飛速發(fā)展和我國高端醫(yī)療器械技術(shù)落后雙重背景下出現(xiàn)的新問題，是否符合我國有關(guān)法規(guī)，應(yīng)該得到分析和評估。

[1]ISO14708-1:2000,Implants for surgery – Active implantable medical devices – Part 1: General requirements for safety,marking and for information to be provided by the manufacture [S].

[2]國家食品藥品監(jiān)督管理總局.關(guān)注植入式心臟起搏器的使用風險[R].醫(yī)療器械不良事件信息通報,2012-9.

[3]BBC Research.Global markets for telemedicine technologies[EB/OL].http://www.bccresearch.com/report/telemedicinetechnologies-global-markets-hlc014e.html

[4]Biotronic.BIOTRONIK Home Monitoring [EB/OL].http://www.biotronik.com/wps/wcm/connect/en_us_web/biotronik/sub_top/healthcareprofessionals/products/home_monitoring/

[5]Varma N,Epstein AE,Irimpen A,et al.Efficacy and safety of automatic remote monitoring for implantable cardioverterdefibrillator follow-up: The Lumos-T safely reduces routine office device follow-up (TRUST)Trial[J].Circulation,2010,122(4): 325-332.

[6]Bikou O,Licka M,Kathoefer S,et al.Cost savings and safety of ICD remote control by telephone: a prospective,observational study[J]. J Telemed Telecare,2010,16(7): 403-408.

[7]Krames J ES,Peckham PH,Rezai AR.Neuromodulation[M].Academic Press,2009.

[8]Kim G,Yun H,Ryu M,et al.ZigBee-based wireless neurostimulator for improving stroke recovery[J].Exp Neurobiol,2010,19(3): 165-172.

[9]程永志.“寬帶中國”發(fā)展戰(zhàn)略簡析與思考[J].電信快報,2013(1): 22-25.

[10]萬雷,趙新然.國內(nèi)首次植入帶監(jiān)護起搏器[N].科技日報,2009-03-05.

[11]Ido Sarig.安全防護不容一絲輕忽—黑客入侵胰島素泵的啟發(fā)[J].計算機安全,2012(2): 86-87.