根據產品功能和預期用途，體外膜肺氧合醫療器械可以分為體外膜肺氧合設備（簡稱ECMO設備）和體外膜肺氧合器具（簡稱ECMO器具）。

本文適用于ECMO設備，產品適用范圍相似的其他醫療器械，亦可參考本文內容。

參照《醫療器械分類目錄》，ECMO設備屬于子目錄“10-輸血、透析和體外循環器械”中的“一級產品類別05-心肺轉流設備”，具體涉及三個二級產品類別：01-心肺轉流用泵、02-心肺轉流監測設備、04-體外心肺支持輔助系統。

心肺轉流泵（分類編碼10-05-01）：此類產品可以實現“人工心”的作用，臨床配合其他體外循環設備和器具使用，在手術或搶救過程中暫時替代患者心臟功能進行體外循環或局部灌注，按照第三類醫療器械進行管理。

心肺轉流監測設備（分類編碼10-05-02）：此類產品可以用于連續監測動脈、靜脈血氣參數（氧飽和度值、氧分壓值、二氧化碳分壓值、pH值、溫度值等），按照第三類醫療器械進行管理。此類產品也可以僅用于體外循環手術過程中測量血液的壓力、溫度等，按照第二類醫療器械進行管理。

體外心肺支持輔助系統（分類編碼10-05-04）：此類產品一般為心肺轉流泵、心肺轉流監測裝置、心肺轉流控制裝置的組合產品，臨床預期與配套耗材聯合使用，可以在體外循環手術、長時間心肺功能支持或急救過程中，暫時替代患者心/肺功能，按照第三類醫療器械進行管理。

心肺轉流泵是體外循環設備的核心部件，按照技術類型可以主要分為兩類：滾壓泵和離心泵。目前在中國已經批準上市的ECMO設備均采用了離心泵技術。

滾壓泵：此類產品一般由滾壓式血泵、監測系統、底座、支架等組成，通常采用擠壓泵管的方式驅動血液流動，長時間使用可能累積較大的血液損傷。滾壓泵常見于人工心肺機產品，主要用于心肺旁路（Cardiopulmonary bypass, CPB）手術期間提供體外循環支持，其持續工作時間一般小于6小時，不屬于通常意義所指的ECMO設備范疇。

離心泵：此類產品一般由泵頭連接器、泵驅動模塊、緊急驅動裝置、流量傳感器等組成，需要配合離心泵泵頭使用。離心泵通過驅動泵頭內的轉子/葉輪轉動，為血液循環提供動力。離心泵一般為模塊化設計，可以獨立使用，也可外接適配的控制和監測設備聯合使用。

 

一、ECMO設備工作原理及結構組成

 

ECMO設備配套離心泵泵頭、體外循環管路、氧合器、空氧混合器、濾器、熱交換水箱等醫療器械，可以為患者提供安全、有效的心肺支持輔助治療。

ECMO設備一般由系統控制模塊、泵驅動模塊、監測模塊、緊急驅動裝置、推車、附件等組成。

ECMO設備主要工作原理包括持續工作時長、血流驅動方式、血泵最高轉速等方面。

 

1.持續工作時長

1.1、短時程心肺轉流

此類產品通常稱為“人工心肺機”，一般心肺轉流時間小于6小時，臨床適用于心肺旁路手術期間為患者血液循環提供機械支持，屬于體外循環的一種短時程應用形式。例如：心臟手術過程中，暫時停止心臟跳動，通過人工心肺機維持患者身體器官和組織的灌注。

目前，采用滾壓泵作為核心部件的心肺轉流設備一般屬于人工心肺機產品，某些人工心肺機也采用了離心泵技術。

人工心肺機此類僅具有“短時程心肺轉流”功能的產品，不屬于通常意義所指的ECMO設備范疇。

1.2、長時程心肺轉流

ECMO設備具有長時程心肺轉流的產品功能，一般心肺轉流時間大于24小時，臨床適用于為心肺功能障礙患者的血液循環提供機械支持，例如：急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome, ARDS）、心肺器官移植等。

ECMO設備配套氧合器等相關耗材構成了ECMO系統，能夠同時提供血液循環輔助和呼吸輔助等功能。ECMO系統通過將患者靜脈血液引流至體外循環回路，進行氧合和二氧化碳清除，再回輸患者體內，實現了部分或近似全部的血氣交換、血液循環功能。

 

2.血流驅動方式

2.1、離心恒流式

血泵輸出流量保持在預設的恒定值，血流波形呈現為平流模式。

2.2、離心搏動式

血泵輸出的血流波形具有搏動特征，在一定程度上模擬了人體正常血流模式。

 

3.血泵最高轉速

3.1、低速型

離心泵的最高轉速< 6000 r/min 。

3.2、高速型

離心泵的最高轉速≥ 6000 r/min 。

 

二、ECMO設備相關適用標準

ECMO設備相關適用標準

標準編號	標準名稱
GB 9706.1	醫用電氣設備　第1部分：基本安全和基本性能的通用要求
GB 9706.15	醫用電氣設備　第1-1部分：安全通用要求　并列標準：醫用電氣系統安全要求
GB/T 14710	醫用電器環境要求及試驗方法
YY 9706.102	醫用電氣設備　第1-2部分：基本安全和基本性能的通用要求　并列標準：電磁兼容要求和試驗
或	或
YY 0505	醫用電氣設備　第1-2部分：安全通用要求　并列標準：電磁兼容　要求和試驗
YY 9706.108	醫用電氣設備　第1-8部分：基本安全和基本性能的通用要求　并列標準：通用要求，醫用電氣設備和醫用電氣系統中報警系統的測試和指南
或	或
YY 0709	醫用電氣設備　第1-8部分：安全通用要求　并列標準　醫用電氣設備和醫用電氣系統中報警系統的測試和指南
YY 9706.112	醫用電氣設備　第1-12部分：基本安全和基本性能的通用要求　并列標準：預期在緊急醫療服務環境中使用的醫用電氣設備和醫用電氣系統的要求
YY 1412	心肺轉流系統　離心泵
YY 0781	血壓傳感器
YY 9706.234	醫用電氣設備　第2-34部分：有創血壓監測設備的基本安全和基本性能專用要求
或	或
YY 0783	醫用電氣設備　第2-34部分：有創血壓監測設備的安全和基本性能專用要求
YY/T 0316	醫療器械　風險管理對醫療器械的應用
YY/T 1145	人工心肺機術語

 

三、ECMO設備性能研究實驗要求

 

ECMO設備性能指標條款可以參照YY 1412的相關要求，結合產品特征進行制定。開發人需要依據產品實際應用情況，在性能指標條款中列明相關參數的具體數值，例如：范圍、誤差等。此外，需要考慮符合以下標準要求：

電氣安全：GB 9706.1。

電磁兼容：YY 9706.102或YY 0505。

報警系統：YY 9706.108或YY 0709。

其他（若適用）：YY 0781、YY 9706.234、YY 9706.112，以及選配件、附件的相關適用標準。

 

ECMO設備主要性能指標存在較大差異，難以合理選擇典型性產品型號，一般宜劃分為不同的單元。

例如：流量控制、轉速控制、溫度控制、壓力監測、報警限值等關鍵指標存在重大差異。

 

1、化學和物理性能研究、電氣系統安全性研究

開發人應對產品應用模式、運行模式、產品配置等，開展相應的測試驗證。

需要重點關注技術缺陷、故障、誤操作等相關的不良事件。

2、軟件研究

可依據《醫療器械軟件注冊審查指導原則》，進行軟件研究。軟件研究需要覆蓋全部軟件組件。

ECMO設備屬于高風險醫療器械，包含了涉及血泵驅動、監測、控制等可能導致患者死亡或嚴重傷害的軟件組件，其軟件安全性級別應定義為嚴重（C）級。

核心算法可以參考下表示例：

 

  核心算法示例

算法名稱	類型	預期用途	臨床功能
泵速控制算法	成熟	對泵速進行控制，調節流量	功能A…
反饋調節算法	全新	利用傳感信號反饋，實時調節泵速	功能B…
氧合器效能評估算法	全新	基于跨膜壓差、流量、血氧等數據信息，評估氧合器功能	功能C…
患者狀態評估算法	全新	基于生理監測數值，對患者生理狀態進行定量/定性評估	功能D…
…	…	…	…

開發人需要明確軟件完整版本的全部字段和字段含義，并確定軟件完整版本和發布版本。

開發人可以參照《醫療器械網絡安全注冊審查指導原則》開展網絡安全研究。

若ECMO系統各部件/組件之間采用了無線通訊技術，開發人應明確保證無線通訊質量的措施，以確保系統的安全性和有效性；必要的無線通訊安全措施；與其他無線通訊設備的共存問題，以及相關風險緩解措施。

3、生物學特性研究

一般而言，ECMO設備與患者不直接接觸。若適用，開發人可以依據GB16886.1《醫療器械生物學評價第1部分：風險管理過程中的評價與試驗》的方法，開展生物學評價研究。

4、清潔和消毒研究

4.1、使用者清潔和消毒

開發人應確定推薦的消毒周期、消毒方式、消毒劑的型號和供應商等。若適用，建議說明不同的消毒劑的消毒效果并開展相關研究。

4.2、殘留毒性

若清潔、消毒方法可能出現殘留，開發人需要開展殘留物毒性的相關研究。

5、動物試驗研究

開發人應對ECMO設備是否需要開展動物試驗研究進行科學決策，進行相關論證。動物試驗研究應確定試驗目的、實驗用動物信息、受試器械和對照信息、動物數量、評價指標和試驗結果、動物試驗設計要素的依據等內容，建議參考相關動物試驗指導原則。

ECMO設備動物試驗目的是通過活體動物的在體試驗來獲得產品安全性和有效性的數據，對設計定型的產品進行臨床前確認。對于新研制的ECMO設備，建議在人體臨床試驗前開展動物試驗。

對于已經上市應用于臨床或已經完成動物試驗確認的產品發生設計變更時，經過對變更部分與產品整體關系的評價后，可能會對產品重新進行動物試驗；或只針對產品變更部分進行動物試驗；若有充分證據表明，通過臺架試驗等方式，已經可以驗證產品變更部分的安全性和有效性，則不必再進行動物試驗。

6、穩定性研究

6.1、使用穩定性

開發人可以依據《有源醫療器械使用期限注冊技術審查指導原則》，進行產品使用期限的研究。開發人應考慮在正常條件和不利條件下對產品進行分析。

6.2、運輸穩定性

開發人需要開展運輸穩定性和包裝研究，證明在規定的運輸條件下，運輸過程中的環境條件不會對醫療器械的造成不利影響。

開發人可以參考GB/T 14710等相關標準進行研究。

7、其他研究（專題研究）

7.1、產品電池的研究

若適用，建議開發人開展產品電池的評價研究，可以參考本指導原則的附錄III。

關于電池的持續工作時間，一般需要考慮的主要影響因素包括：離心泵轉速、離心泵流量、電池壽命和充電狀態等。若適用，開發人需要確定在特定條件下的電池預計剩余工作時間的估算方法。

7.1.1、電池類型

按照是否可重復使用，產品電池一般可以分為兩種類型：

• 一次性使用的電池（預期不可充電）。
• 可充電電池（預期可重復充電，循環多次使用）。

ECMO設備電池一般采用可充電電池，通常為多塊電池構成的電池組形態，并考慮了備用電池的需求。開發人需要結合ECMO設備的實際配置情況，對電池或電池組開展評價研究。

7.1.2、可充電電池和電池組的要求

可充電電池的性能和壽命是產品評價研究需要考量的重要內容。開發人開展評價工作時，建議關注電池的工作條件和要求，例如：場景、溫度、電流損耗、充電/放電規程等。若開發人通過測試進行評價，則測試報告一般至少需要包括：試驗方案、驗收標準、試驗結果。

7.1.2.1、電池標稱值

一般包括：尺寸規格、電池類型、標準電壓、容量（安培小時）、包裝、連接方法、充電能力等。

7.1.2.2、電池壽命循環試驗

測試電池的有效充電和放電循環次數。

7.1.2.3、電池溫度試驗

測試電池安全工作的溫度范圍。例如：電池可用容量（%）vs. 工作溫度。

7.1.2.4、電池放電特性試驗

一般包括：電池可用容量vs. 放電速率；電池電壓vs. 放電速率；電池電壓vs. 放電時間（小時，低速率）；電池電壓vs. 放電時間（小時，高速率）。

7.1.2.5、單個電池和電池組的合格性試驗

驗證單個電池及其構成的電池組的最終電壓和安培小時數，確認是否符合要求。

7.1.2.6、電池功能性試驗

電池及其聯合使用的醫療器械需要進行完整的功能性試驗（例如：外部電源中斷時，內部電池可以為離心泵提供動力，驅動其正常運行）。若存在與其他電池或電池組聯合使用的情況，同樣需要考慮開展功能性試驗。

7.1.2.7、電池維護

明確電池維護信息，確保電池壽命和醫療器械的正常使用。明確電池充電/放電的具體要求，包括：允許/禁止充電的情況、充電/放電的操作流程等。

例如：某些電池在充電操作之前，要求先對其進行完全放電操作，所以在電池未用盡所有電量的情況下，可能需要提示用戶禁止進行電池充電操作。

7.1.3、其他

根據產品設計和臨床使用條件，建議開發人可以證明電池安全的第三方認證信息，以及滿足下列標準的驗證資料：

GB 31241-2014，《便攜式電子產品鋰離子電池盒電池組安全要求》

IEC 62133:2013，《含堿性或其它非酸性電解液的蓄電池和蓄電池組-便攜式密封蓄電池和蓄電池組的安全要求》

UN38.3，聯合國關于危險品運輸的建議、手冊及試驗標準，第6次修訂版。

 

7.2、患者轉運的研究

ECMO設備的使用可能涉及緊急醫療環境，以及不同類型的交通運輸工具，建議開發人開展必要的環境試驗、電磁兼容試驗等產品評價研究。若適用，可供參考的國際標準如下表：

 

IEC 60601系列
IEC 80601-2-49: 2018 (IEC 60601-2-49: 2011)	Medical electrical equipment - Part 2-49: Particular requirements for the basic safety and essential performance of multifunction patient monitors
PREN 50447: 2004	Active implantable medical devices - Particular requirements for Heart-Lung Machines (HLM)
救護車輛及其設備的要求
EN 1789: 2007 + A2 2014	Medical vehicles and their equipment - Road ambulances
救護飛機及其設備的要求
EN 13718-1: 2020-10	Medical vehicles and their equipment -Air ambulances - Part 1: Requirements for medical devices used in air ambulances
環境試驗
EN ISO 11201: 2009	Acoustics - Noise emitted by machinery and equipment - Measurement of emission sound pressure levels
IEC 60529: 1989 + AMD1: 1999 +AMD2: 2013 CSV	Degrees of protection provided by enclosures (IP Code)
IEC TR 60721-4-2: 2001 + AMD1: 2003 CSV	Classification of environmental conditions - Part 4-2: Guidance for the correlation and transformation of environmental condition classes of IEC 60721-3 to the environmental tests of IEC 60068 - Transportation
IEC 60068-2-6: 2007	Environmental testing - Part 2-6: Tests - Test Fc: Vibration (sinusoidal)
IEC 60068-2-27: 2008	Environmental testing - Part 2-27: Tests - Test Ea and guidance: Shock
IEC 60068-2-31: 2008	Environmental testing - Part 2-31: Tests - Test Ec: Rough handling shocks, primarily for equipment-type specimens
IEC 60068-2-64: 2008 + AMD1: 2019 CSV	Environmental testing - Part 2-64: Tests - Test Fh: Vibration, broadband random and guidance
IEC 60068-2-80: 2005	Environmental testing - Part 2-80: Tests - Test Fi: Vibration - Mixed mode
RTCA DO-160G, Sect. 4	Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment - Sect. 4Temperature and Altitude
RTCA DO-160G, Sect. 7	Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment - Sect. 7Operational Shocks and Crash Safety
RTCA DO-160G, Sect. 8	Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment - Sect. 8Vibration
電磁兼容
RTCA DO-160G, Sect. 20	Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment - Sect. 20Radio Frequency Susceptibility
RTCA DO-160G, Sect. 21	Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment - Sect. 21Emission of Radio Frequency Energy
相關性能和測試方法
ISO 18242 (1st ED)	Cardiovascular implants and extracorporeal systems - Centrifugal blood pumps
ISO 15676 (2nd ED)	Cardiovascular implants and artificial organs -Requirements for single-use tubing packs for cardiopulmonary bypass and extracorporeal membrane oxygenation (ECMO)
ASTM F1830-19	Standard Practice for Collection and Preparation of Blood for Dynamic in vitro Evaluation of Hemolysis in Blood Pumps
ASTM F1830-97	Standard Practice for Selection of Blood for In Vitro Evaluationof Blood Pumps
ASTM F1841-97	Standard Practice for Assessment of Hemolysis in Continuous Flow Blood Pumps
ASTM F2172-02	Standard Specification for Blood / Intravenous Fluid / irrigation Fluid Warmers

 

7.3、流量、轉速和壓差的研究

開發人需要開展離心泵流量、轉速和壓差的流體力學分析和評價工作。若適用，建議開發人優先考慮以試驗方式開展相關評價研究工作。

7.3.1、適配的離心泵泵頭

開發人需要明確離心泵泵頭的必要信息，一般應包括型號規格、關鍵參數、上市情況等。

若申報產品測試時采用了第三方制造商生產的離心泵泵頭，需開展進一步關于泵頭的相關研究。

若申報產品宣稱可以適配多個不同型號規格的離心泵泵頭，在開展研究時需要考慮所有適配的離心泵泵頭。

7.3.2、血液粘度對離心泵運行的影響

開發人宜開展血液粘度與離心泵性能的研究，結合臨床真實應用場景，分析血液粘度對于ECMO設備正常運行的影響，并進一步研究轉速、流量、壓力等關鍵要素之間的關系。

7.3.3、ECMO設備的流量轉速曲線

開發人需要規定測試的環境要求，模擬臨床使用條件，開展ECMO設備流量和轉速分析的研究。相關評價研究結果建議在產品說明書等隨機文件中予以體現。在ECMO設備發生某些異常或故障的情況下，例如產品用戶界面流量顯示功能失效時，操作者可以依據流量特性曲線圖表（圖1），以及離心泵轉速、泵入口和出口的壓力差值等關鍵參數，對ECMO設備當前輸出的流量進行判定和控制。

圖1 離心泵流量轉速曲線示例（新鮮牛血，hct 30%）。

 

7.4、產品長時間連續運行的研究

開發人需要調研臨床實際情況，模擬臨床應用場景，搭建ECMO設備和配套耗材的測試系統，可以采用體外管路循環模擬血液溶液的方式，開展產品長時間連續運行的試驗研究。模擬血液溶液應能夠復現出血液的關鍵物理特性，例如：粘度、溫度、密度等。試驗時間一般建議大于申報產品宣稱的持續灌注時間。

開發人可以結合臨床典型使用條件，確定產品試驗參數選取的科學依據。例如：流量、轉速、背壓、溫度、管路阻力、循環時間等，以及壓差的影響[2]。

7.5、產品對血液成分影響的研究

開發人需要開展ECMO設備和配套耗材所構成的ECMO系統對血液成分影響的相關研究。建議開發人考慮不同典型運行模式并開展溶血研究，明確溶血指標的定義依據以及對體外溶血進行研究，推薦參照ASTM F1841的方法進行體外溶血測試評估。若適用，建議結合動物試驗等進行研究。

 

四、ECMO設備主要風險

 

ECMO設備的主要危害

可能的危害		可能的原因	造成的后果
能 量 危 害	電磁能	設備產生電磁干擾；設備受到電磁干擾	影響其他設備正常使用； 影響操作者的健康；影響患者治療
	網電源	網電源不穩定	設備無法正常工作，影響患者治療
	漏電流	電擊	患者或操作者受到電擊傷害
	熱能	設備加熱或散熱功能失常	體外循環血液溫度過高或過低，傷害患者； 設備無法正常工作，影響患者治療
	重力	液袋墜落傷害（輸液架，若有）	砸傷患者或操作者
	貯存的能量（備用電源，若有）	電池超期使用； 電池容量或續航能力有限	設備某些功能失效，影響患者治療
	運動部件	意外接觸轉動中的手柄	夾傷手指
生 物 學 和 化 學 危 害	細菌、病毒、其他介質、再次或交叉感染	未能正確地連接體外循環管路	患者感染
	血路/氣路、組織、環境或設備暴露在外來物質中	清潔和消毒操作	導致患者或操作者受到化學灼傷
	化學成分的毒性	存在毒性材質部分	導致患者或操作者中毒
操 作 危 害	不正確或不適當的輸出或功能	軟件存在缺陷； 操作錯誤	影響患者治療
	不正確的測量	軟件存在缺陷； 產品器件損壞或受到干擾	監測數據不準確； 影響患者治療
	錯誤的數據轉換	軟件存在缺陷； 產品器件損壞或受到干擾	影響患者治療
	功能的喪失或變壞	心肺轉流等產品功能的喪失或變壞	影響患者治療
	使用錯誤	不正確的參數設置，錯誤的安裝	影響患者治療
	不遵守規則	不遵守醫囑設置參數	影響患者治療
信 息 危 害	不完善的使用說明書	使用說明書存在缺陷，過于復雜而難于理解，或缺少必要的步驟描述	不能正常使用設備； 影響患者治療
	不完善的操作說明書	使用說明書存在缺陷，過于復雜而難于理解，或缺少必要的步驟描述	不能正常使用設備； 影響患者治療
	醫療器械及其附件的描述不適當	型號不統一	不能正常使用設備； 影響患者治療
	不適當的標記	標記缺失，不明顯，不規范	導致誤操作； 影響患者治療

 

除上表外，亦可參考GB 9706.216《醫用電氣設備第2-16部分：血液透析、血液透析濾過和血液濾過設備的基本安全和基本性能專用要求》的附錄BB的適用項目進行風險分析。

若ECMO治療期間出現離心泵意外中斷工作、血流緩慢或者停滯的情形，可能的風險是泵驅動電機產生的熱量傳導至離心泵泵頭內的血液，導致潛在血液損傷，例如：凝血或溶血。

若適用，關于離心泵、配套耗材、供電部件之間的連接設計，建議開展產品可用性研究，提供必要的防止錯誤連接的安全措施。