高流量呼吸治療設(shè)備國際標準ISO 80601-2-90:2021解析

【作 者】 馮元元，王偉，鐘佑錦，陳興文，郁紅漪，陳蓓

1 北京怡和嘉業(yè)醫(yī)療科技股份有限公司，北京市，100041

2 上海市醫(yī)療器械檢驗研究院，上海市，201318

3 國家藥品監(jiān)督管理局呼吸麻醉設(shè)備重點實驗室，上海市，201318

4 國家藥品監(jiān)督管理局醫(yī)療器械技術(shù)審評中心，北京市，100081

0 引言

經(jīng)鼻高流量濕化氧療（high-flow nasal cannula oxygen therapy,HFNC）是指一種通過高流量鼻氧管持續(xù)為患者提供可以調(diào)控并相對恒定的吸氧濃度、溫度和濕度的高流量吸入氣體的治療方式，是高流量呼吸治療設(shè)備的典型應(yīng)用之一。高流量呼吸治療設(shè)備也可用于上呼吸道被旁路的患者的治療。

高流量濕化氧療使用的高流量呼吸治療設(shè)備可以是完全集成的醫(yī)用電氣設(shè)備（medical electrical equipment,ME設(shè)備）或由分立的產(chǎn)品組合而形成的一個醫(yī)用電氣系統(tǒng)（ME系統(tǒng)）。具有高流量呼吸治療模式的其他類型的呼吸設(shè)備也可用于高流量濕化氧療。高流量濕化氧療的相關(guān)呼吸設(shè)備如圖1所示。

圖1 高流量濕化氧療的相關(guān)呼吸設(shè)備Fig.1 Respiratory equipment associated with high flow humidified oxygen therapy

2020年初，新型冠狀病毒（COVID-19）疫情暴發(fā)，高流量呼吸治療設(shè)備得到了推廣使用。在國內(nèi)，國家衛(wèi)生健康委辦公廳發(fā)布的多個版本《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案》中，均提到對重型病例使用高流量濕化氧療的治療手段；臨床反饋證明，該治療設(shè)備可以大幅降低重癥患者插管率和死亡率。在國際上，高流量呼吸治療設(shè)備也大量應(yīng)用于臨床一線，獲得了良好的臨床效果。因此，高流量氧療設(shè)備成了治療新冠肺炎患者的急需產(chǎn)品。然而，無論在國內(nèi)還是國際上，均無對應(yīng)的產(chǎn)品標準，業(yè)內(nèi)即刻意識到該類設(shè)備缺乏管控標準。

2020年2月中下旬，國家標準化管理委員會發(fā)布了《國家標準化管理委員會工作組秘書處關(guān)于公開征集新冠肺炎疫情防控相關(guān)國際標準提案的通知》。北京怡和嘉業(yè)醫(yī)療科技股份有限公司標準化專家和全國麻醉和呼吸設(shè)備標準化技術(shù)委員會（SAC/TC 116）秘書處在得知這個消息后，基于國內(nèi)疫情急需和前期多年同類設(shè)備國內(nèi)和國際標準化工作的經(jīng)驗積累，提出該類設(shè)備的國際標準的立項申請，并得到了主管部門的支持。

在SAC/TC 116秘書處的指導(dǎo)下，經(jīng)過與國內(nèi)相關(guān)制造商和標準化專家的共同研究，并與國際相關(guān)標準化組織ISO/TC 121/SC3的專家多次電話會議討論，擬定標準名稱Medical Electrical Equipment—Part 2-90: Particular requirements for basic safety and essential performance of ventilatory high flow therapy equipment（以下簡稱ISO 80601-2-90:2021）。由于該標準適用于防控新冠疫情的醫(yī)療器械，委員會在征集各成員國意見后，同意該項目按照標準研發(fā)的快速流程制定。同時，與該標準密切相關(guān)的呼吸濕化設(shè)備國際標準ISO 80601-2-74也同步立項，并開啟修訂工作（以下簡稱ISO 80601-2-74:2021）。

1 ISO 80601-2-90:2021主要內(nèi)容及重點關(guān)注的問題

1.1 ISO 80601-2-90:2021標準適用范圍

ISO 80601-2-90:2021標準規(guī)定了與附件組合使用的用于高流量呼吸治療設(shè)備的基本安全和基本性能。高流量呼吸治療設(shè)備適用于可自主呼吸的患者，其中包括上呼吸道被旁路的患者，這些患者將受益于肺泡氣體交換的改善和高流量濕化呼吸氣體。根據(jù)高流呼吸治療設(shè)備的適用范圍，高流量呼吸治療設(shè)備可用于家庭護理環(huán)境或?qū)I(yè)醫(yī)療機構(gòu)。ISO 80601-2-90:2021標準既涵蓋了將空氧混合、加溫濕化、氣體流量及氧濃度監(jiān)測集成為一體的集成式高流量治療設(shè)備，也涵蓋了由多個部分（如氣體混合器、濕化器、流量計等）組成的設(shè)備。該標準也適用于具有高流量呼吸治療模式的其他呼吸設(shè)備。

1.2 高流量呼吸治療設(shè)備定義

高流呼吸治療設(shè)備為醫(yī)用電氣ME設(shè)備或ME系統(tǒng)，預(yù)期用于向有自主呼吸的患者提供超過患者吸氣流量的連續(xù)加熱和加濕氣流。國際標準起草工作組界定高流量呼吸治療設(shè)備涵蓋以下3類：①集成式ME設(shè)備；②由獨立單元組成的ME系統(tǒng)；③具有高流量呼吸治療模式的其他呼吸治療設(shè)備。

高流量呼吸治療設(shè)備輸出氣體必須是經(jīng)加熱、濕化后的氣體；高流量呼吸治療設(shè)備旨在提供足夠高的流量，最大限度地減少患者吸入環(huán)境氣體；高流量呼吸治療設(shè)備的患者端通常是：非密封的高流量鼻氧管，或帶有氣罩的氣管造口管，或帶有大排氣口的口咽面罩或頭盔。

1.3 基本性能

ISO 80601-2-90:2021中列出了對IEC 60601-1:2020中4.3中基本性能補充的要求，并且明確說明與高流量呼吸治療設(shè)備一起使用的濕化器的基本性能要求應(yīng)符合ISO 80601-2-74:2021。

1.3.1 流量精度

高流量呼吸治療設(shè)備旨在提供高流量治療，其流量超過患者的吸氣流量。高流量呼吸治療設(shè)備在患者連接口處輸送的流量應(yīng)在其說明書中宣稱的精度范圍內(nèi)。國際標準化組織ISO/TC 121/SC3起草工作組（以下簡稱國際標準起草工作組）說明了流量超過允許誤差可能導(dǎo)致混合氣體或氧氣的缺失，從而導(dǎo)致低血氧癥，這對于患者來說是一項不可接受的風險。

1.3.2 氧氣濃度精度

高流量呼吸治療設(shè)備宜采用氧氣濃度可控且超過環(huán)境氧濃度的可吸入氣體。高流量呼吸治療設(shè)備在患者連接口處輸送的氧氣濃度應(yīng)在其說明書中宣稱的精度范圍內(nèi)。由于氧氣濃度超過允許誤差造成的低血氧癥或高血氧癥被視為不可接受的風險。國際標準起草工作組闡明了氧氣濃度過低將導(dǎo)致血氧過低；氧濃度過高將導(dǎo)致吸氧過量。

對于流量精度和氧氣濃度精度，ISO 80601-2-90:2021標準本身并未規(guī)定最低要求，但應(yīng)符合制造商在說明書中宣稱的要求。目前我們了解的流量精度和氧氣濃度精度示例如表1所示。

表1 流量精度和氧氣濃度精度示例Tab.1 Examples of flow accuracy and oxygen concentration accuracy

1.3.3 濕化輸出

ISO 80601-2-74:2021將高流量呼吸治療設(shè)備用濕化器的濕化輸出性能列為一項基本性能要求：高流量呼吸治療設(shè)備應(yīng)保證其濕化輸出性能。

如高流量呼吸治療設(shè)備的輸出氣體濕化水平不足，將導(dǎo)致干燥分泌物堵塞患者呼吸道，從而造成患者窒息。標準起草工作組認為，當濕化器的濕化輸出為10 mg/L時，不滿足使用高流量呼吸治療設(shè)備的患者的基本濕化需求，因為治療過程中鼻孔持續(xù)的高氣流可能會使鼻黏膜過度干燥。經(jīng)標準起草工作組專家討論，對于經(jīng)鼻吸入的高流量呼吸治療設(shè)備，濕化輸出不得低于16 mg/L的絕對最低水平（或相當于22 ℃時90%的相對濕度）[1]。對于應(yīng)用于上呼吸道被旁路的患者的高流量呼吸治療設(shè)備，濕化輸出不得低于33 mg/L。

當高流量呼吸治療設(shè)備無法達到流量精度、氧氣濃度精度以及濕化輸出3項基本性能，即設(shè)備無法在其宣稱的精度范圍內(nèi)向患者連接口處輸送連續(xù)的濕化氣流和氧濃度時，為了避免將患者暴露于不可接受的風險，高流量呼吸治療設(shè)備應(yīng)觸發(fā)如下報警：①如果配置流量監(jiān)測裝置，流量超過允許誤差報警；②氣源故障報警；③如果配備內(nèi)部電源，內(nèi)部電源即將耗盡應(yīng)報警；④阻塞報警；⑤如果配備氧氣濃度監(jiān)測裝置，氧氣濃度超過允許誤差報警；⑥如果配備內(nèi)部電源，內(nèi)部電源故障應(yīng)報警。

1.4 其他關(guān)鍵要點

1.4.1 測試不確定度要求

標準中測量誤差章節(jié)中增加了對測量不確定度的相關(guān)要求，具體要求來源于IEC Guide 115中4.4.2節(jié)，該要求值得國內(nèi)企業(yè)關(guān)注。標準起草工作組考慮在測試高流量呼吸治療設(shè)備性能時，由于受所能達到的精度的限制，如果沒有明確的測量不確定度，有幾個參數(shù)是無法測量的，尤其是在流量快速變化時測量體積。因此，制造商在聲稱參數(shù)精度時考慮這些不確定度是很重要的。

1.4.2 內(nèi)部電源

由于高流量呼吸治療設(shè)備預(yù)期用于轉(zhuǎn)運，移動時可運行的高流量呼吸治療設(shè)備應(yīng)配備內(nèi)部電源，并應(yīng)將內(nèi)部電源故障視為一項基本性能失效。在高流量呼吸治療設(shè)備用于新型冠狀病毒肺炎治療期間，在國外發(fā)生了幾起醫(yī)生誤認為高流量呼吸治療設(shè)備均帶有內(nèi)部電源，導(dǎo)致患者在轉(zhuǎn)運過程中失去氧氣支持的事件，從而對患者造成了不可接受的風險。因此ISO 80601-2-90:2021標準要求，如果高流量呼吸治療設(shè)備預(yù)期在移動時可運行，則應(yīng)配備內(nèi)部電源。

1.4.3 富氧環(huán)境中著火的風險

國際標準起草工作組一致認為，當高流量呼吸治療設(shè)備在密閉的室內(nèi)環(huán)境中使用時，環(huán)境氧濃度極有可能會超過25%。因此，在標準中設(shè)立一章專門說明高流量呼吸治療設(shè)備在富氧環(huán)境中的著火風險。

1.4.4 ME設(shè)備或ME系統(tǒng)的清洗和消毒

ISO 80601-2-90:2021標準中特別增加了在呼吸道傳染?。ㄈ缧滦凸跔畈《荆┍┌l(fā)時，高流量呼吸治療設(shè)備在受感染環(huán)境等應(yīng)用場景下使用的問題和風險考慮。

為了盡可能地避免交叉感染，并且提高醫(yī)護人員的可用性，高流量呼吸治療設(shè)備外殼的設(shè)計應(yīng)允許對表面進行清洗和消毒，以便將操作者、旁觀者或患者交叉感染的風險降至可接受的水平。

1.5 與其他標準的關(guān)系

1.5.1 與ISO 80601-2-74:2021濕化器標準的關(guān)系

ISO 80601-2-90:2021標準中要求與高流量呼吸治療設(shè)備一起使用的濕化器的基本性能要求應(yīng)符合ISO 80601-2-74:2021。

1.5.2 和其他呼吸設(shè)備專標的關(guān)系

當其他呼吸設(shè)備專標所覆蓋的呼吸設(shè)備包括高流量呼吸治療模式時，ISO 80601-2-90:2021標準也適用于該呼吸設(shè)備。

2 試驗評價中的關(guān)鍵問題

2.1 流量精度

為了確保準確測試高流量呼吸治療設(shè)備的流量精度，設(shè)置測試條件時，需同時考慮呼吸系統(tǒng)和氣路配置；為確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，標準要求取設(shè)備顯示值和流量計測量值的10 s平均值。

為了消除不同的氣體標準條件對流量精度測算的影響，標準要求設(shè)備顯示值和流量計測量值應(yīng)歸一化為同一氣體標準條件。當流量計選定的氣體標準條件與說明書中公開的氣體標準條件一致時，可省略后續(xù)對流量計測試值的歸一化步驟。

2.2 超溫測試要求

濕化器輸出氣體的比焓值≤197 kJ/m3是基于基本安全考慮而規(guī)定的要求，標準起草工作組通過限定比焓值以防止相關(guān)人員被灼傷。標準起草工作組考慮到已被證明可耐受的氣體焓不會對人體氣道造成熱損傷，并且臨床實踐中加熱的濕化器的超溫暴露時間非常短，可以使用120 s的干燥氣體，能量為197 kJ/m3作為傳輸氣體能量限值。研究表明，當濕化器的輸出氣體在患者端溫度不超過43 ℃時，比焓值也不會超過197 kJ/m3。即如果濕化器的輸出氣體在患者端溫度不超過43 ℃，可以省略附錄DD中比焓的計算步驟。

標準起草工作組考慮了可能導(dǎo)致超溫的條件，并構(gòu)建了預(yù)計能捕獲最不利情況的試驗條件。在所有情況下，測試用例都使用最大額定設(shè)定溫度，因為這表示測試刺激之前的最高熱能輸出。

2.3 流量傳感器檢測

標準起草工作組認為：如果高流量呼吸治療設(shè)備配備了流量監(jiān)測裝置，則應(yīng)保證流量監(jiān)測裝置的精度，從而保證設(shè)備傳輸?shù)牧髁烤取？梢酝ㄟ^一些檢測方法來判定該條款的符合性，這些檢測方法不僅考驗被測設(shè)備流量傳感器的精度，還綜合考察被測設(shè)備控制系統(tǒng)中流量算法設(shè)置的真實性。例如，測試時可將被測設(shè)備與流量計和流量調(diào)節(jié)閥串接，選擇設(shè)定某一流量值（如60 L/min）后啟動被測設(shè)備，并達到穩(wěn)定狀態(tài)。然后，通過調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥的開度，使被測設(shè)備的傳輸流量無法達到其設(shè)定的流量值（如外部流量計顯示的實際傳輸流量為40 L/min），并達到穩(wěn)定狀態(tài)。記錄流量計的測試值與被測設(shè)備的界面顯示流量值，兩者的差值即為測得的流量監(jiān)測設(shè)備的精度。

3 結(jié)語

國際專用標準ISO 80601-2-90:2021旨在規(guī)范目前已在市場上廣泛應(yīng)用的高流量呼吸治療設(shè)備，為應(yīng)對新冠疫情提供適用設(shè)備的制造及評價標準。

面對該項國際專用標準，國內(nèi)各方須積極準備以適應(yīng)新標準要求，盡快掌握標準中關(guān)鍵要求及試驗評價中關(guān)鍵問題。相關(guān)企業(yè)應(yīng)積極采取應(yīng)對措施確保產(chǎn)品順利通過相關(guān)評價。監(jiān)管方結(jié)合標準要求制訂科學合理的評價方案。檢測機構(gòu)結(jié)合測試實踐確定穩(wěn)定、可重復(fù)的標準檢測方法與檢測技術(shù)。