含無線技術(shù)醫(yī)療器械監(jiān)管思考

王曉玲，牛帥，仲志真

上海市食品藥品監(jiān)督管理局認(rèn)證審評中心，上海市，200003

0 引言

隨著通訊技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)的進步，全球無線醫(yī)療市場持續(xù)高速發(fā)展，預(yù)計2020年將達到1101億美元[1]。智能化、無線化、信息化已成為醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢。無線通訊技術(shù)作為主動健康網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)之一，為使用者在數(shù)據(jù)采集傳輸、交互控制等方面提供了更高效的應(yīng)用選擇。即將到來的5G時代也將為遠(yuǎn)程醫(yī)療、移動醫(yī)療、互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療等健康服務(wù)方式注入創(chuàng)新力量。常見的無線醫(yī)療應(yīng)用舉例如表1所示。

然而，含無線技術(shù)的醫(yī)療器械在提供優(yōu)質(zhì)醫(yī)療服務(wù)的同時，也將面臨著數(shù)據(jù)安全、輻射干擾等風(fēng)險。有必要對無線技術(shù)在醫(yī)療器械中的應(yīng)用進行研究探討，從而為產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)、科學(xué)監(jiān)管和行業(yè)健康發(fā)展提供初步參考。

表1 無線醫(yī)療應(yīng)用舉例Tab.1 Examples of application of wireless technology in medical care

1 無線技術(shù)可能引入的風(fēng)險

對于生命支持類或醫(yī)療決策類器械，正確、及時、安全地傳輸數(shù)據(jù)對于安全有效使用至關(guān)重要。由于無線信道開放、無線終端資源受限、無線環(huán)境錯綜復(fù)雜等特點，無線通訊面臨著比有線通訊更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。潛在風(fēng)險包括：

（1）無線傳輸數(shù)據(jù)丟失、損壞、延時；

（2）其他無線信號競爭或受到電磁干擾造成性能降級；

（3）缺乏適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)安全防護措施；

（4）產(chǎn)生輻射對人體健康造成危害；

（5）隨機文件信息不充分導(dǎo)致誤用。

關(guān)于醫(yī)療器械中無線技術(shù)安全風(fēng)險的報道屢見不鮮。2017年9月，國家互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)急中心發(fā)布公告，稱藍(lán)牙協(xié)議存在多個漏洞，攻擊者可利用該漏洞控制設(shè)備，訪問相關(guān)數(shù)據(jù)并傳播惡意軟件[2]。2017年8月，美國FDA審查確認(rèn)了圣猶達公司的心臟起搏器存在安全漏洞，未經(jīng)授權(quán)的訪問者可以借此修改起搏器控制程序，導(dǎo)致電量快速耗盡或不正確起搏，從而對患者造成傷害。2019年6月美國FDA發(fā)布安全通訊，提醒美敦力部分型號胰島素泵存在安全漏洞，攻擊者可能會通過無線方式連接到存在安全漏洞的部分胰島素泵，更改泵的設(shè)置并給患者輸入危險劑量的胰島素[3]。因此，對無線技術(shù)在醫(yī)療器械中的應(yīng)用和安全有效性研究不容忽視。

2 國內(nèi)外監(jiān)管現(xiàn)狀

由于頻譜資源的稀缺、有限、不可再生性，全球大部分國家和地區(qū)都已制訂無線產(chǎn)品的強制性法規(guī)認(rèn)證要求[4]。為保證含無線技術(shù)醫(yī)療器械及其周邊產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò)的正常工作，應(yīng)對日趨復(fù)雜的醫(yī)療環(huán)境，國內(nèi)外監(jiān)管機構(gòu)已將醫(yī)療器械在無線通信方面的要求納入監(jiān)管范圍。

2.1 美國

根據(jù)美國聯(lián)邦法規(guī)規(guī)定，凡具有無線電發(fā)射裝置的產(chǎn)品都需要聯(lián)邦通信委員會(FCC)授予認(rèn)證后方可進入美國市場。美國FDA在2013年發(fā)布了指南文件“Radio Frequency Wireless Technology in Medical Devices”，從醫(yī)療器械風(fēng)險管理、性能驗證和確認(rèn)、告知用戶的信息等方面提出了要求和建議。

2.2 歐盟

歐盟曾通過無線電及電信終端設(shè)備指令（R&TTE指令）管理無線射頻通訊醫(yī)療器械，自2016年起，新的無線電設(shè)備指令（the radio equipment directive,RED）取代原R&TTE指令。與R&TTE相比，RED指令的產(chǎn)品范圍直接聚焦于無線通訊和無線識別的射頻設(shè)備，并在該指令中明確了制造商、進口商、代理商、分銷商不同的職責(zé)、風(fēng)險評估、隨機文件等要求[5]。

2.3 中國

在我國，工信部無線電管理局負(fù)責(zé)全國的無線電管理事務(wù)。相關(guān)的法規(guī)文件包括：《無線電管理條例》《無線電頻率劃分規(guī)定》《微功率（短距離）無線電設(shè)備管理暫行規(guī)定》等。生產(chǎn)或者進口在國內(nèi)銷售、使用的無線電發(fā)射設(shè)備，都應(yīng)受相關(guān)法規(guī)管理和約束。然而，這些法規(guī)的關(guān)注點主要是無線設(shè)備的合法使用，對該技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療器械的要求和指導(dǎo)有限。

我國自2014年才將醫(yī)療器械電磁兼容性納入監(jiān)管范圍，目前對醫(yī)療器械無線技術(shù)的監(jiān)管研究處于起步階段。除電磁兼容外，國內(nèi)尚無系統(tǒng)完整的醫(yī)療器械無線技術(shù)安全及質(zhì)量評價方法。由于缺乏規(guī)范有效的指導(dǎo)，生產(chǎn)企業(yè)在進行產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)時，往往缺少關(guān)鍵性能的研究，以至于產(chǎn)品達不到安全有效性要求，成為影響產(chǎn)品快速上市的瓶頸。

3 無線技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療器械的要點探討

為保證含無線技術(shù)醫(yī)療器械產(chǎn)品的安全有效和質(zhì)量可控，在產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)、注冊審評和上市后監(jiān)管時，除考慮無線技術(shù)法規(guī)要求、電氣安全、性能指標(biāo)、軟件、風(fēng)險分析、不良事件等因素外，還需要關(guān)注以下幾個方面的內(nèi)容。

3.1 無線技術(shù)的合規(guī)性

無線電模塊是醫(yī)療器械中無線通訊技術(shù)的載體。我國《無線電管理條例》第四十四條規(guī)定：“除微功率短距離無線電發(fā)射設(shè)備外，生產(chǎn)或者進口在國內(nèi)銷售、使用的其他無線電發(fā)射設(shè)備，應(yīng)當(dāng)向國家無線電管理機構(gòu)申請型號核準(zhǔn)”。因此，如果醫(yī)療器械中包含的無線電模塊，符合微功率、短距離設(shè)備技術(shù)要求，則無需進行型號核準(zhǔn)，但應(yīng)該主動滿足規(guī)定的技術(shù)要求，在隨機文件中說明相關(guān)技術(shù)指標(biāo)和使用場景。微功率、短距離設(shè)備的技術(shù)要求可參見《微功率（短距離）無線電設(shè)備的技術(shù)要求》（信部無〔2005〕423號）。以生物醫(yī)學(xué)遙測設(shè)備為例，規(guī)定其使用頻率范圍為174～216 MHz、402～425 MHz、608～614 MHz，發(fā)射功率限值不超過10 mW(e.r.p)，頻率容限為100×106。

如醫(yī)療器械中包含的無線電模塊，不符合微功率短距離設(shè)備技術(shù)要求，則需要向國家無線電管理機構(gòu)申請型號核準(zhǔn)，即SRRC認(rèn)證。若產(chǎn)品的無線模塊接入公共電信網(wǎng)，還需要申請進網(wǎng)許可等。根據(jù)工信部發(fā)布《非獨立操作使用的無線電發(fā)射模塊型號核準(zhǔn)管理辦法（試行）》的規(guī)定，對于嵌入了“完整的非獨立操作使用的無線電發(fā)射模塊”的醫(yī)療器械，無需再單獨進行型號核準(zhǔn)測試，僅需在說明書或標(biāo)簽中標(biāo)明嵌入的無線電模塊型號核準(zhǔn)代碼；而當(dāng)嵌入或使用“限制性非獨立操作使用的無線電發(fā)射模塊”的醫(yī)療器械，則需要進行型號核準(zhǔn)。

3.2 無線技術(shù)的選擇

無線技術(shù)的選擇依賴醫(yī)療器械預(yù)期用途、處理對象以及使用場景。例如，對于實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，優(yōu)先考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?；對于傳輸實時影像的醫(yī)用成像器械，優(yōu)先考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。安全性、功耗、容量、頻譜等需求也是選擇無線技術(shù)的重要考量因素。

根據(jù)傳輸距離大小，無線技術(shù)可分為短距離通訊和廣域網(wǎng)通訊兩大類。短距離通訊技術(shù)是應(yīng)用最廣泛的無線通訊技術(shù)，具有覆蓋頻率寬、使用范圍廣、設(shè)備數(shù)量大、價格低、移動靈活、易于組網(wǎng)等特點。廣域網(wǎng)通訊技術(shù)包括2G/3G/4G蜂窩移動通信技術(shù)、NB-IoT、LoRa等，具有帶寬低、功耗低、距離較遠(yuǎn)等特點[6-7]，常用無線技術(shù)對比如表2所示。

3.3 無線服務(wù)質(zhì)量

服務(wù)質(zhì)量指所提供的無線業(yè)務(wù)的質(zhì)量應(yīng)達到的要求，可通過設(shè)備/影像/語音數(shù)據(jù)通信的多個性能參數(shù)來描述，如可用性、吞吐量、時延和丟包率等。無線傳輸?shù)拈_放性導(dǎo)致了信號易于衰落和受到干擾，無線信道的時變以及發(fā)射/接收功率的不同造成了高誤碼和低效率。在沒有警告的情況下丟失連接、無法建立連接或服務(wù)降級將會造成嚴(yán)重后果。

不同的醫(yī)療業(yè)務(wù)對無線服務(wù)質(zhì)量有著不同的要求，例如，與心電監(jiān)護設(shè)備相比，無線內(nèi)窺鏡成像設(shè)備對數(shù)據(jù)丟包率的容忍度相對較大。在非實時采集場景下，無線網(wǎng)絡(luò)具有無實時聯(lián)網(wǎng)需求、采集速率差異大、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓蟮忍攸c，無線服務(wù)質(zhì)量側(cè)重于數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，需考慮由于內(nèi)存溢出導(dǎo)致的丟包、信號傳輸路徑損耗帶來的誤碼等因素。在實時監(jiān)控傳輸?shù)膱鼍跋?，醫(yī)療數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至遠(yuǎn)端控制節(jié)點供實時觀察，無線服務(wù)質(zhì)量側(cè)重于實時性和可靠性兩個方面，需關(guān)注丟包率、時延容忍度、突發(fā)情況處理能力等因素[8]。

3.4 無線共存能力

無線共存是指不同類型無線醫(yī)療器械處于共同電磁環(huán)境下，保證自身正常運行的能力。隨著無線技術(shù)的廣泛應(yīng)用，同一環(huán)境中多種無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議共存的情況日益普遍。眾多無線設(shè)備為訪問同一頻譜而競爭，對彼此造成干擾，導(dǎo)致信號丟失或延遲，影響設(shè)備性能。

以2.4 GHz頻段為例，該頻段為全球開放的ISM頻段，藍(lán)牙、WiFi、ZigBee等信號源可共享該頻段。有研究表明，當(dāng)ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)與WiFi共存時，WiFi會明顯干擾ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸，丟包率高達87%；同時，WiFi設(shè)備的吞吐量也會受影響而下降14.51%[9]。

表2 常用無線技術(shù)對比Tab.2 Comparison of common wireless technology

在選擇工作頻率和協(xié)議時，建議考慮在預(yù)期使用環(huán)境中可能共存的干擾源的類型和數(shù)量、造成信號丟失或延遲的風(fēng)險，測試無線系統(tǒng)的共存情況，在風(fēng)險分析的基礎(chǔ)上明確風(fēng)險緩解措施及可接受的風(fēng)險水平。

3.5 無線網(wǎng)絡(luò)安全

無線醫(yī)療器械運用無線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)交換或遠(yuǎn)程控制，在提高醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量同時也面臨著更多樣、更廣泛的網(wǎng)絡(luò)攻擊威脅。與有線網(wǎng)絡(luò)相比，無線網(wǎng)絡(luò)具有一定的開放性，以“廣播”的方式向空中發(fā)射信號；不受線纜限制，具備一定移動性，使用環(huán)境相對復(fù)雜；沒有較為穩(wěn)定的傳輸信道，容易受到干擾。

2017年1月24日，國家藥監(jiān)局發(fā)布《醫(yī)療器械網(wǎng)絡(luò)安全注冊技術(shù)審查指導(dǎo)原則》，醫(yī)療器械網(wǎng)絡(luò)安全能力得到普遍重視。醫(yī)療器械制造商在產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)和驗證中需要考慮網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險以及對健康數(shù)據(jù)或設(shè)備數(shù)據(jù)的防護能力。具體對策包括：在網(wǎng)絡(luò)安全威脅識別方面，開啟防火墻、入侵檢測等技術(shù)；在安全防護方面，采用訪問控制、加密以及數(shù)字簽名等技術(shù)。

3.6 無線的電磁兼容性

自2014年1月1日起，醫(yī)療器械電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)在全國范圍內(nèi)全面實施，電磁兼容性已成為評價有源醫(yī)療器械安全有效性的重要內(nèi)容之一。含無線技術(shù)的醫(yī)療器械，既是影響周圍設(shè)備運行的干擾源，也是易受復(fù)雜電磁環(huán)境影響的敏感設(shè)備。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YY 0505—2012，對醫(yī)療器械中所含無線電模塊，在滿足一定條件下可豁免發(fā)射和抗擾度的試驗。實際上，豁免試驗不意味著由無線模塊引入的風(fēng)險不存在。企業(yè)在對產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)進行驗證時，仍需要評估無線模塊面臨干擾時，整個系統(tǒng)可正常運行的保證能力。

含無線技術(shù)的醫(yī)療器械在設(shè)計開發(fā)需要充分考慮電磁兼容要求，在進行電磁兼容能力驗證過程時，確保無線功能處于激活狀態(tài)，同時通過風(fēng)險分析確定評價準(zhǔn)則。當(dāng)設(shè)備在惡劣電磁環(huán)境中無法正常運行時，應(yīng)當(dāng)提供充足信息，幫助用戶識別干擾源，采取緩解措施。

4 含無線技術(shù)醫(yī)療器械的注冊相關(guān)資料要求探討

醫(yī)療器械在上市前，申請人應(yīng)當(dāng)依據(jù)國家藥品監(jiān)督管理局發(fā)布的《關(guān)于公布醫(yī)療器械注冊申報資料要求和批準(zhǔn)證明文件格式的公告》，向監(jiān)管部門遞交產(chǎn)品的性能研究、風(fēng)險評價等資料，充分闡述含無線技術(shù)醫(yī)療器械的安全有效、質(zhì)量可控。

4.1 綜述資料和研究資料

申請人可在綜述資料中對擬申報的含無線技術(shù)的醫(yī)療器械的基本情況進行簡要陳述，例如無線技術(shù)的形式和具體類型、無線技術(shù)的使用場所和方式、射頻輻射功率、頻率范圍、調(diào)制特性、通訊距離等。

申請人可在研究資料中描述進行了何種研究和驗證工作，以保證無線數(shù)據(jù)及時、準(zhǔn)確、安全的傳輸。所選擇的無線技術(shù)的性能和無線服務(wù)質(zhì)量應(yīng)當(dāng)與醫(yī)療器械的預(yù)期用途、實際使用環(huán)境條件相匹配，包括頻率范圍、數(shù)據(jù)傳輸速率、延遲、通信可靠性等。對于無線共存可能導(dǎo)致的風(fēng)險，建議考慮是否與其它設(shè)備通過無線連接、是否預(yù)期在同一位置附近存在多個無線干擾源。申請人可對預(yù)期共存的無線設(shè)備進行共同測試，并在研究資料中說明測試使用的干擾源的參數(shù)設(shè)置（無線射頻頻率、最大輸出功率、間隔距離）、測試標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)果分析等。

4.2 風(fēng)險分析資料

風(fēng)險分析是企業(yè)識別和控制產(chǎn)品風(fēng)險的重要環(huán)節(jié)，具體可參考YY/T 0316《醫(yī)療器械風(fēng)險管理對醫(yī)療器械的應(yīng)用》的有關(guān)要求。在能量危害方面，可以考慮射頻能量對人體健康造成影響和對其他無線信號的干擾；在操作危害方面，可以考慮所選擇的無線技術(shù)類型能否滿足醫(yī)療行業(yè)的使用需求、無線服務(wù)質(zhì)量的風(fēng)險水平、防止未經(jīng)授權(quán)而訪問醫(yī)療數(shù)據(jù)等；在信息危害方面，考慮由于隨機文件信息不充分導(dǎo)致的設(shè)備誤用、未明確無線設(shè)備的環(huán)境需求而造成信號干擾等。

4.3 隨機文件

產(chǎn)品說明書、標(biāo)簽等隨機文件包含產(chǎn)品基本介紹、使用指導(dǎo)、風(fēng)險控制措施等相關(guān)信息，是指導(dǎo)產(chǎn)品上市后安全有效使用的重要文件。除《醫(yī)療器械說明書和標(biāo)簽管理規(guī)定》的內(nèi)容外，申請人可考慮在隨機文件中明確：無線技術(shù)類型與功能、頻率功率及工作范圍、占用帶寬、安全有效運行所需的無線服務(wù)質(zhì)量、推薦的無線安全措施（如IEEE 802.11技術(shù)的WPA2無線加密）、無線共存信息（如與電磁干擾源的推薦間隔距離、預(yù)防措施）、電磁兼容等標(biāo)準(zhǔn)的符合性、射頻無線通信信息（如中國無線電管理法規(guī)的要求）、其它無線設(shè)備可能造成干擾的警告等事項。

5 結(jié)語與展望

無線技術(shù)在醫(yī)療器械中的應(yīng)用越來越廣泛，未來市場巨大。結(jié)合醫(yī)療器械監(jiān)管的要求，對無線技術(shù)在設(shè)計開發(fā)、注冊申報等階段開展重點研究，有助于監(jiān)管機構(gòu)更準(zhǔn)確地評價產(chǎn)品的安全有效性，充分釋放無線技術(shù)對醫(yī)療產(chǎn)業(yè)帶來的創(chuàng)新驅(qū)動力，提供高質(zhì)量的醫(yī)療服務(wù)。筆者對無線醫(yī)療器械的技術(shù)特點、監(jiān)管現(xiàn)狀、設(shè)計開發(fā)要點和成文資料進行了初步探討，旨在為無線醫(yī)療器械的產(chǎn)業(yè)發(fā)展及監(jiān)管研究提供一定的理論參考。