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| 實(shí)驗(yàn)室模型、動(dòng)物模型、臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)模型，共同用于評(píng)估醫(yī)療產(chǎn)品的安全性和有效性。其中“模型”指對(duì)系統(tǒng)、實(shí)體、現(xiàn)象或過程的一種描述或表達(dá)形式。輸入模型中的數(shù)據(jù)被視為模型的一部分。模型可以是對(duì)系統(tǒng)、實(shí)體、現(xiàn)象或過程的數(shù)學(xué)、物理或邏輯表述。如果需要的話，建立的模型可用于仿真過程，用以預(yù)測(cè)產(chǎn)品的未來狀態(tài)。“仿真”指通過模型模擬系統(tǒng)、實(shí)體、現(xiàn)象或過程的各種特點(diǎn)，使用一組可生成相關(guān)量或多個(gè)相關(guān)量的參數(shù)進(jìn)行一次模型特殊“運(yùn)行”。 FDA已建立計(jì)算機(jī)建模和仿真研究工作組，對(duì)該方法在監(jiān)管科學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行深入研究，已有多項(xiàng)成功應(yīng)用的具體實(shí)例，如：利用計(jì)算機(jī)模型模擬在香煙中減少尼古丁含量的法規(guī)實(shí)施后對(duì)美國公眾的潛在的政策影響；利用計(jì)算機(jī)建模方法評(píng)估疫苗輔劑（鋁）對(duì)兒童的暴露量影響，得出結(jié)論是目前其含量對(duì)一歲嬰兒有較大的安全余量，包含鋁的疫苗對(duì)兒童的收益遠(yuǎn)大于之前關(guān)注到的風(fēng)險(xiǎn)；通過QSAR模型評(píng)估食品成分的安全性或預(yù)測(cè)其毒性；通過PHASE模型評(píng)估阿片類藥物對(duì)公眾健康的風(fēng)險(xiǎn)等。 一、計(jì)算機(jī)建模和仿真在醫(yī)療器械領(lǐng)域的應(yīng)用 對(duì)醫(yī)療器械產(chǎn)品而言，計(jì)算機(jī)建模和仿真在與其相關(guān)的物理、大數(shù)據(jù)及知識(shí)庫、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、統(tǒng)計(jì)等多領(lǐng)域中也均有較廣泛應(yīng)用，下面主要介紹3項(xiàng)與其相關(guān)的模型及應(yīng)用。 （一）虛擬家庭模型（VF） FDA與研究人員和機(jī)構(gòu)(the Foundation for Research on Information Technologies in Society、Schmid & Partner Engineering AG、the Hospital of the Friedrich-Alexander-University、Siemens Medical Solutions)共同創(chuàng)建了虛擬家庭模型，該系列人體模型是由一名成年女性（ELLA，26歲）、一名成年男性（DUKE，34歲）和兩名兒童（BILLIE ，11歲；THELONIOUS，6歲）組成的一組非常詳細(xì)且解剖學(xué)正確的全身模型。VF2.0模型較前版本提高了空間分辨率、表面質(zhì)量及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）處理的有效性。四個(gè)VF模型均基于健康志愿者的高分辨率磁共振成像（MRI）數(shù)據(jù)。模型中的器官和組織可由三維的，且無自交叉和間隙的詳細(xì)的CAD對(duì)象表示。該對(duì)象允許在建模過程中以任意分辨率進(jìn)行網(wǎng)格劃分，而不會(huì)丟失小特征。目前，VF模型用于電磁、熱、聲和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）模擬，這些模擬可以補(bǔ)充或替代醫(yī)療器械臨床研究的數(shù)據(jù)。具體實(shí)例包括：利用虛擬家庭模型和其他兒童模型執(zhí)行電磁和熱模擬用于計(jì)算暴露在1.5T和3T磁共振下全身和局部組織的特定吸收率；另外，也用于評(píng)估多通道全身射頻發(fā)射線圈及植入物在磁共振環(huán)境下的安全性以及評(píng)估磁血液動(dòng)力學(xué)效應(yīng)作為心輸出量的生物標(biāo)志物的適用性等等。 （二）基于多模態(tài)成像的人體頭頸部模型（MIDA ） MIDA模型是基于多模態(tài)成像的人體頭部和頸部的詳細(xì)解剖學(xué)計(jì)算機(jī)模型。該模型提供了大腦表面、腦膜、腦脊液分布、眼睛、耳朵和許多深部腦結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息，也提供了幾種不同的肌肉、骨骼和顱骨層、血管、顱神經(jīng)、牙齒結(jié)構(gòu)和腺體信息。MIDA模型的器官和組織由三維詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)CAD格式對(duì)象表示。各個(gè)CAD對(duì)象允許以任意分辨率進(jìn)行網(wǎng)格劃分而不會(huì)丟失較小特征。MIDA模型可用于所有能夠?qū)牒筒僮鰿AD數(shù)據(jù)的軟件。 為了增強(qiáng)特定組織的可見性，通過整合下列不同的磁共振成像（MRI）技術(shù)獲得多個(gè)MIDA模型：1、應(yīng)用T1和T2加權(quán)序列；2、應(yīng)用具有高神經(jīng)對(duì)比度的特定T2加權(quán)序列以增強(qiáng)耳朵和眼睛的結(jié)構(gòu)的顯示；3、應(yīng)用磁共振血管造影（MRA）對(duì)血管系統(tǒng)成像；4、應(yīng)用擴(kuò)散張量成像（DTI）以獲得組織各向異性和纖維方向信息。MIDA模型包括153種不同結(jié)構(gòu)的分割，除由于第三方許可限制的38張基于圖譜的丘腦核圖外，其他與MIDA模型相關(guān)的數(shù)據(jù)都可在遵守保護(hù)隱私的前提下免費(fèi)獲取。 與虛擬家庭模型一樣，MIDA模型可用于醫(yī)療器械在頭部中，頭部上或附近的安全性和有效性研究。例如，用于涉及經(jīng)顱交流電刺激（tACS）的非侵入性神經(jīng)刺激的病例研究以及侵入性腦深部電刺激（DBS）研究。 （三）電磁建模及仿真（Electromagnetic Modeling） FDA與多家研究機(jī)構(gòu)共同合作，通過電磁建模和仿真的方法深入研究電磁場與人體之間復(fù)雜相互作用，用于支持對(duì)相關(guān)醫(yī)療器械的監(jiān)管。通常，可將人體模型（包括大小、尺寸、體位、身體質(zhì)量指數(shù)、解剖結(jié)構(gòu)數(shù)量等信息）、射頻線圈的物理模型（包括幾何尺寸、線圈通道、源數(shù)、所用集總元件、整定/匹配元件等信息）或植入物模型（尺寸、物理特征、植入路徑等信息）輸入到不同的仿真計(jì)算軟件平臺(tái)下（Sim4Life 、XFDTD、 HFSS），在一定的數(shù)學(xué)模型的支持下進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算，通過對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析研究產(chǎn)品的安全有效性。結(jié)合試驗(yàn)測(cè)量該方法可應(yīng)用于如下多項(xiàng)內(nèi)容的分析評(píng)價(jià)，包括：1）磁共振成像（MRI）期間射頻（RF）發(fā)射導(dǎo)致的患者能量沉積分析; 2）在MRI掃描期間無源植入設(shè)備的產(chǎn)熱分析; 3）分析有源植入設(shè)備（如腦深部刺激器和起搏器）的安全性和有效性; 4）應(yīng)用MRI進(jìn)行介入手術(shù)期間人體受試者的射頻安全性; 5）分析患者在MRI環(huán)境下梯度致熱和非預(yù)期神經(jīng)刺激的安全性問題；6）評(píng)估可植入患者設(shè)備無線技術(shù)的有效性問題。 二、總結(jié) 從上述內(nèi)容可以看出，F(xiàn)DA已經(jīng)將計(jì)算機(jī)建模和仿真作為“監(jiān)管科學(xué)”的新工具和新方法應(yīng)用在對(duì)各類產(chǎn)品的評(píng)估之中。通過多項(xiàng)物理學(xué)模型（解剖學(xué)和生理模型/產(chǎn)品應(yīng)用場景模型/產(chǎn)品診斷、治療模型）和多項(xiàng)統(tǒng)計(jì)學(xué)模型（變異性及不確定性）的融合，該方法已體現(xiàn)出較實(shí)驗(yàn)室模型、動(dòng)物模型、臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)這三種評(píng)價(jià)方法在產(chǎn)品超標(biāo)簽多場景使用、多疾病狀態(tài)、變換醫(yī)療產(chǎn)品參數(shù)、花費(fèi)及評(píng)價(jià)時(shí)間等多方面的較顯著的優(yōu)勢(shì)。FDA希望隨著該方法的逐漸成熟，部分臨床證據(jù)將被計(jì)算機(jī)建模證據(jù)所代替，臨床試驗(yàn)總量將有所下降。 目前，我中心也已開始開展計(jì)算機(jī)建模和仿真新方法的研究工作。針對(duì)申請(qǐng)人運(yùn)用該類方法遞交的驗(yàn)證資料，評(píng)價(jià)其充分性和合理性。前期已有的具體案例涉及大型影像診斷系統(tǒng)、治療設(shè)備及有源植入物等有源產(chǎn)品，也涉及骨科植入物、心血管植入物等無源產(chǎn)品。隨著計(jì)算機(jī)建模和仿真方法的日益發(fā)展，對(duì)其開展系統(tǒng)、深入的研究，建立相應(yīng)的指南和評(píng)價(jià)體系，對(duì)于促進(jìn)醫(yī)療器械科學(xué)審評(píng)、完善規(guī)范高效的“監(jiān)管科學(xué)”有較重要的意義。 |
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