内容提要：当前设计类医疗器械软件主要用于辅助制定手术计划、设计医疗器械等，有多种重要用途，是一种比较特殊的软件，在监管工作中需要首先依据当前的相关法规明确此类产品管理属性。文章分析了设计类医疗器械软件产品的特点、目前产品的发展现状，结合我国和美国、欧盟的监管政策情况，根据《医疗器械分类目录》等法规并结合产品的使用风险，详细分析了对该类软件产品按照术前规划和生产加工两个不同的应用领域进行属性界定和管理类别划分的技术要求，并对应用新技术的该类软件的分类界定进行了探讨，从而为此类产品的监管工作提供技术参考。
关 键 词：设计类医疗器械软件 手术计划 医疗器械设计 属性界定 类别划分
当前，医疗器械在疾病的防治以及保障人民生命健康方面发挥着越来越重要的作用，产业迅速发展，规模越来越大，成为市场关注的热点领域。为了在竞争中占据优势，医疗器械制造商纷纷致力于开发高质量的创新型产品，以更好地满足市场和临床需求。《医疗器械注册与备案管理办法》[1]的第三条规定“医疗器械注册是指医疗器械注册申请人（以下简称申请人）依照法定程序和要求提出医疗器械注册申请，药品监督管理部门依据法律法规，基于科学认知，进行安全性、有效性和质量可控性等审查，决定是否同意其申请的活动”。可见，医疗器械的开发与常规产品在许多方面存在较大的差异，它需要满足预期的性能指标、便于医务人员和患者安全使用，还应满足所有相关的政府法规才能获准上市。而医疗器械的设计奠定了产品有效性（包括外观、输入和输出等）、安全性（机械和电气结构、电磁兼容性能）等关键要素的基础，对医疗器械的获准上市和临床使用起着举足轻重的作用。
本文所讨论的设计类医疗器械软件仅限于设计医疗器械的机械、电气、水路、气路等物理结构的软件，经过后续生产加工的医疗器械用于临床使用或辅助制定手术计划等。医疗器械与常规器械的设计存在较大差异，其差异性表现较为突出的是医疗器械本身的特殊性，它本身是一个产品，但如前文所述，其设计要求又不同于普通产品[2-7]。设计类医疗器械软件应用于医疗器械设计，从源头上影响到了医疗器械的生产、加工、制造过程和最终产品的各项性能、安全和寿命等关键指标，关系到医疗器械临床使用中的安全性和有效性，需要对其有相对更加严格和特殊的要求，这就需要对该类软件的属性界定进行研究，其中符合医疗器械定义的产品需要作为医疗器械管理。当前市场上存在多种设计类医疗器械软件，监管执法中也遇到了产品管理属性判定的争议。本文针对设计类医疗器械软件，通过相关法规文件的调研，从其预期用途等角度讨论产品的属性界定和类别划分，以供监管部门和参考。
1.我国和国际目前相关法规情况
国外在医疗器械设计技术领域的发展较早，包括美国、比利时、瑞典、德国等都推出了可用于医疗器械设计、手术规划的软件。此外，部分手术导航软件也从最初不具备手术规划模拟功能，发展到了目前标准配备有术前规划模块系统等。相比国外产品的高速发展，国内在这方面的研究起步相对较晚，以至于目前部分高端设计类医疗器械软件被国外的产品所垄断，既使得患者治疗成本大幅增加，也一定程度地限制了国内技术和产品的发展[8-10]。
美国食品药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）对于医用软件产品发布了管理属性界定原则，明确规定用于规划和执行手术的3D建模软件需要FDA批准。2017 年12 月5 日，FDA正式发布《3D打印医疗产品技术指导意见》[11]，以规范相关行业的生产制造活动。该指导意见不仅对医疗产品的增材制造流程和相关检测提出了明确的操作建议，还对相关产品的3D打印方法、设计、功能性以及质量体系提出了具体的要求。其中增材制造产品中包含的制造准备软件和设计处理软件属于设计类医疗器械范畴。
欧盟官方在2020年4月公布了3D打印和3D打印产品合格评定程序的指导文件《欧盟用于COVID-19医疗环境的3D打印和3D打印的产品符合性评估程序》[12]，其中规定了医疗环境中3D打印产品的法律框架，包括“为了让3D打印公司制造医疗器械的零件、组件或配件，他们应该与现有的医疗器械制造商取得联系并索取所需的设计规范，这些规范将列出产品的技术设计和要求”等与其中设计类医疗器械软件相关的要求。
在我国，对于包括设计类医疗器械软件在内的所有产品，均可按照《医疗器械监督管理条例》[13] 中“医疗器械的定义”进行判定，即其中第一百零三条规定，直接或间接作用于人体、效用主要通过物理等方式获得且能实现医疗目的的仪器、设备、器具、软件等才可作为医疗器械管理，而不能同时满足这三个基本要求的产品则不纳入医疗器械管理。但是，设计类医疗器械软件比较特殊，监管人员和生产商在针对具体产品进行属性判定时，直接使用该规定存在一定困难。在2018 年开始实施的《医疗器械分类目录》[14] 的“21 医用软件-01 治疗计划软件”中有相关规定，明确“数字化种植设计软件”“牙科修复体设计软件”等用于辅助制定手术计划的医疗器械设计软件应作为医疗器械管理，并规定了其管理类别。2019 年10 月，国家药品监督管理总局发布了《国家药监局关于发布无源植入性骨、关节及口腔硬组织个性化增材制造医疗器械注册技术审查指导原则的通告》[15]，明确了相关增材制造3D产品所使用的设计软件的输入、输出等注册方面的要求，也涉及到了本研究所讨论的软件的监管要求。《医疗器械分类目录》等法规或指导文件仅仅是对于其中作为医疗器械管理的相关产品的规定，并不能覆盖所有的医疗器械设计类软件，特别是仍有很多该类产品的监管属性需要根据实际情况进行具体研究。因此，有必要针对不同的产品情况，研究较为具体的属性界定和类别划分原则，以供监管人员和制造商等相关方作为参考。
2.管理属性界定和类别划分探讨
对于设计类医疗器械软件产品的属性界定和类别划分，必须依据《医疗器械监督管理条例》中第一百零三条关于医疗器械的定义。但要指出的是，这类软件的应用场合非常多，在医疗机构和工厂等均有使用，其预期用途等各异，对该类软件中不同情形可以按照以下原则界定其管理属性和类别。
2.1 术前规划或计划的设计类软件
对于辅助制定手术计划的设计类软件，如前所述，《医疗器械分类目录》中“21 医用软件”子目录已有明确规定，“利用获得的影像信息，以及对其分析处理结果，制定手术计划或方案”的医疗器械设计类软件应作为医疗器械管理，其中“用于在牙科、耳鼻喉术前制定手术计划”的是第二类医疗器械，其他用途的是第三类医疗器械。此处的“制定手术计划”是界定产品管理属性的关键，对该用途如何理解，需要着重分析。
如果软件用于手术前通过获取患者病灶部位影像及其他相关数据，结合具有生理特征数据的统计学分析模型、自动参数化驱动设计方法、计算机图形精准匹配模块以及智能仿真系统等，最终获得包含手术方法、流程、术式、路径、器械选择等信息的一整套手术规划信息，为术者在术前及术中提供手术相关辅助信息，完成可直接用于临床的手术导板、医用外固定支具等的医疗器械设计，作为确定最佳手术方案的参考等，从而辅助治疗方案的高精度预演和科学决策，提高手术准确性，降低并发症的风险，最终达到优化手术，提高患者康复速率的目的，则其预期用途应是“制定手术计划”，符合医疗器械定义，应作为医疗器械管理，其管理类别可参考《医疗器械分类目录》的规定。现有的可“制定手术计划”的手术规划系统可分为两类，基于3D打印实体病灶模型的手术规划系统和基于数字重构的个体化虚拟手术规划系统。基于3D打印医疗模型的手术规划是指根据患者影像学数据建立个体化疾病实体模型，体外预演心手术过程，开展植入器械选型、手术路径规划和术后治疗效果预测的术前规划应用。虚拟手术规划系统则是借助计算机图形学、人工智能、生物力学和三维仿真等手段，通过对个体化病灶进行数字重构，量化模拟手术过程并实时预测治疗效果，结合虚拟现实技术实现人机交互，从而辅助个体化临床治疗方案决策[16-26]。近年来，该类软件多用于肝胆外科、神经外科、心血管外科、肿瘤切除、耳鼻喉科、整形修复外科等对手术操作有精细要求的科室。
现代医学领域需要高质量的教学演示、培训模型等工具，很多典型的病例、病种往往缺乏教学道具，如心脏手术、心血管介入手术等，使用设计类医疗器械软件设计后采用3D打印人体器官、医疗器械模型能够较好的弥补这部分需求，可以更直观地展示人体器官、组织的相关结构以及病变组织的位置、大小等，辅助医生更好地认识和模拟手术，以及教学、培训、科研使用。如果软件依据CT或MRI等设备获得的医学影像、生理参数等设计出医疗器械（如假肢矫形器、义齿、骨科植入物、手术导板等）或者病灶部位的三维模型等，仅用于医生为患者进行手术前术前方案研讨、手术方案模拟、医患沟通、教学、科研等，有助于缩短手术时间并提高患者的满意度，但不为制定手术计划提供有针对性的具体参数、模型等，不参与制定手术计划，则该类软件不具备医疗用途，不符合医疗器械的定义，自然不能作为医疗器械管理[27-31]。
2.2 生产机构使用的设计类软件
生产机构使用的设计类软件用于医疗器械加工生产之前的设计，其具体用途包含两种情况。
一是软件属于质量管理或工具软件，在生产机构仅用于设计医疗器械，根据其设计参数等生产的医疗器械后续经备案或注册审批后上市销售，则该类软件不参与手术计划的制定，类似于生产医疗器械的中间环节使用的软件工具，不符合医疗器械的定义，应不作为医疗器械管理，其设计的医疗器械的安全有效性在备案或者注册审批过程中予以评估。这一类产品通常应用于生产单位，由研发人员使用，其功能类似于一般的机电设备、家用电器、生活用品等的设计软件[32-36]。这一类软件凭借3D建模、电气设计、仿真和数据管理功能，可以在设计和制造流程中实现工程过程的数字化、验证并改进产品性能、验证设计并确认设备是否符合法规要求及全过程可追溯，帮助医疗器械制造公司更好地设计高性能的医疗器械。
二是在生产机构，根据医疗机构或者第三方委托，用于设计定制式医疗器械产品的软件。在《定制式医疗器械监督管理规定（试行）》[37] 中给出了定制式医疗器械的定义等，并规定对定制式医疗器械实行上市前备案管理等具体要求。因此，用于设计定制式医疗器械的软件属于定制式医疗器械加工生产过程中采用的工具，也不作为医疗器械管理，经过其设计后生产的产品按照医疗器械进行备案或者注册[38-40]。如定制式义齿产品，根据目前《医疗器械分类目录》中“17 口腔科器械”中的规定，应按照第二类医疗器械管理，对其进行设计用的软件仅仅视为生产加工过程中的工具，不作为医疗器械管理。
2.3 采用新技术的设计类软件
随着技术的发展和市场需求的提高，各种新技术被应用于设计类医疗器械软件，对其分类界定则需要综合考虑各方面的因素[41-43]。以采用新型人工智能技术的设计类医疗器械软件为例，除了前文所述的分类界定原则外，还应符合国家药品监督管理局发布的《人工智能医用软件产品分类界定指导原则》[44]，该原则明确了人工智能医用软件产品管理属性和管理类别的判定依据。原则中强调了，产品的核心功能是“对医疗器械数据的处理、测量、模型计算、分析等”，作为医疗器械管理的设计类医疗器械软件其处理对象是医学影像等医疗器械数据，符合该要求。另外，对于按照医疗器械管理的此类软件产品的类别划分，需将原则的规定和《医疗器械分类目录》的规定结合起来，将其中较高的类别作为软件的管理类别。例如，“用于在牙科、耳鼻喉术前制定手术计划”的医疗器械设计软件，在采用人工智能技术时，如果其算法“成熟度低”，根据原则中“四 管理类别界定”中“若用于辅助决策，如提供病灶特征识别、病变性质判定、用药指导、治疗计划制定等临床诊疗建议，按照第三类医疗器械管理”的规定，需要作为第三类医疗器械管理，而不能仅仅依据《医疗器械分类目录》将其按照第二类医疗器械管理。
除了人工智能技术外，虚拟现实、增强现实和3D打印等技术也与医疗器械设计类软件相结合，更好地实现其预期用途，对其属性界定和类别划分也需要不断地进行研究和探讨[19-21,45]。
3.小结
当前设计类医疗器械软件在各领域广泛应用，主要用于辅助制定手术计划、设计医疗器械等，有多种重要用途，在监管工作中需要依据当前的相关法规明确此类产品管理属性。本文依据现行《医疗器械分类目录》和相关法规，根据设计类医疗器械医用软件产品技术发展和产业现状，通过对产品的技术风险进行分析，从技术角度对其属性界定和类别划分进行了详细的探讨，对于《医疗器械分类目录》中相关内容进行了解读；同时，对于采用人工智能等新技术的医疗器械设计类软件的类别划分提出了建议，供监管和技术部门参考。
