动态模拟助力医疗器械研发和监管

本文转自：中国医药报

动态模拟助力医疗器械研发和监管

——数字孪生技术在医疗器械领域的应用及展望

数字孪生技术是一种全新的模型模拟技术，采用物理模型、传感器数据和机器学习算法创建虚拟模型，将实体复制到数字世界中，在设计、测试和优化过程中模拟现实中设备的行为，以便进行分析和优化。将数字孪生技术应用于医疗器械领域，有助于更好地设计和验证医疗器械性能，评估其安全性和有效性。

□ 李安渝

目前，数字孪生技术已有应用于医疗器械设计、制造、使用和维护环节的案例，如心脏起搏器模拟测试等，帮助提升了设备性能，降低了设备研发和维护成本，同时提高了监管效率。然而，数字孪生技术在医疗器械领域的应用也面临一些挑战，如数据安全和隐私保护需加强、技术标准和规范不足、人工智能决策的透明性和公正性待增强等。为解决这些问题，我们需要建立严格的数据安全标准和管理制度，制定与数字孪生技术相适应的技术标准和规范，更好发挥先进技术作用，保障医疗器械安全有效。

数字孪生技术可用于器械全生命周期

数字孪生技术在医疗器械领域的应用可带来诸多便利，包括为制造商、医疗机构和监管部门提供更多决策依据，使医疗器械监管更加智能化和精确化，有助于提高医疗器械安全性、有效性

数字孪生技术将物理世界和数字世界相结合，创建实体设备的虚拟复制品。数字孪生技术在医疗器械领域的应用，为制造商、医疗机构和监管部门提供了更多决策依据，对保障医疗器械安全性、有效性具有重要作用。

在医疗器械设计和验证阶段，数字孪生技术通过建立设备的数字模型，使工程师能够在虚拟环境中进行多次测试和优化设计，从而满足产品安全和性能要求，避免在实体原型上花费时间和成本。这种方式可提高设计团队的工作效率，同时减少设计失败的几率，对于医疗器械制造商来说，数字孪生技术是一种高效且成本较低的设计和测试工具。

在医疗器械临床试验阶段，利用数字孪生技术，可在虚拟环境中模拟设备在临床环境中的表现，评估设备的安全性和性能，减少临床试验时间，降低成本，加快医疗器械研发进程。

医疗器械上市后，利用数字孪生技术可进行医疗器械的实时监控。医疗器械的运行数据可以实时反馈到其数字孪生模型，包括使用频率、使用环境、使用方式等，以及设备性能参数和设备健康状态。通过分析这些数据，可评估医疗器械的安全性和有效性，预测可能出现的故障或性能下降情况。利用数字孪生技术的实时监控和预警功能，可使医疗器械在出现问题前得到维护，延长器械的使用寿命，提高使用效率，有效提高医疗服务的安全性和质量。

数字孪生技术在医疗器械维护和修复过程中也可发挥积极作用。设备出现故障时，技术人员可以利用数字孪生模型对设备进行虚拟诊断，找出可能的故障原因，进行有针对性的维修，从而提高维修效率，减少停机时间。设备的数字孪生模型还能长期跟踪反映设备使用情况，预测设备的维护需求和更换时间，这对设备的预防性维护和全生命周期管理具有重要意义。

同时，数字孪生技术在医疗器械供应链管理中也可发挥重要作用。制造商可以通过数字孪生模型，更加精准地跟踪和管理设备生产、分销和使用过程，提高供应链的效率和透明度，有效降低运营成本。

此外，医疗器械监管部门利用数字孪生技术，可加深对产品设计和功能的理解。在产品审评环节，通过模拟运行，可预测性能问题或安全风险，深入审查产品安全性和有效性。在风险评估方面，可通过设备的数字孪生模型，模拟设备在特定情况下的表现，评估可能的设备故障或误操作影响。数字孪生技术可以在风险评估方面发挥关键作用，比如在审评新的心脏起搏器时，通过建立心脏起搏器的虚拟模型，预测产品在不同患者体内、不同环境条件下的性能和可能存在的安全风险，以便作出更准确的审批决定；在评估新的呼吸机的风险时，可利用数字孪生技术模拟该设备在电压波动、温度变化等特定情况下的运行状态，评估设备可能发生的故障或误操作，以及这些情况对患者的影响，预测可能出现的风险。在产品上市后监管中，通过实时收集设备使用数据、跟踪设备状态，可及时发现并管控安全问题。

携手应对新技术带来的新挑战

数字孪生技术在医疗器械领域的应用存在诸多挑战，包括对技术人员的专业知识和能力要求高、数据安全和隐私保护等问题，需要制造商、医疗机构、研究机构、监管部门携手应对

数字孪生技术在医疗器械领域的应用虽然带来了许多便利，但也面临新的挑战，包括数据管理和保护、模型验证、技术更新、监管制度建设等。

数据管理和保护是数字孪生技术应用于医疗器械领域的关键问题。数字孪生模型需要大量的实时数据才能正确反映设备的运行状态，这涉及数据收集、存储和处理。医疗设备数据往往包含敏感信息，保证数据安全和患者隐私、防止数据泄露至关重要。监管部门需建立严格的数据安全标准和管理制度，加强数据安全监管，严厉打击违法违规行为，保障数据在收集、存储、使用和传输过程中的安全；医疗器械生产企业要制定并执行严格的数据管理和保护措施，使用加密等技术手段保护数据安全。此外，还可利用区块链等技术，提供透明、安全的数据处理共享平台，并进一步强化数据加密和匿名化处理，以更好保护用户隐私。

数字孪生技术通过复杂的模型模拟设备运行状态，模型准确性验证是一个难题。在实际应用中，需要采用统计分析、实验验证等多种方法确保模型的可靠性和准确性，还需要建立模型更新机制，以适应设备的更新和改进。监管部门需要制定数字孪生模型评估和认证标准，确保模型有效性；科研机构和企业可通过联合研发，共同建立模型验证流程和方法，提高模型的透明度和可靠性；还可引入第三方机构，进行独立验证，以确保模型的公正性和公信力。

技术更新也是必须关注的方面。数字孪生技术在不断发展，如何跟上技术发展步伐是监管部门面临的挑战之一。监管部门应与相关科研机构、技术企业等保持良好的沟通，及时了解和掌握最新技术动态；并根据技术发展情况，制定与之相适应的技术标准和规范，调整和优化监管方法，引导和规范数字孪生产业健康发展。另外，随着人工智能等尖端技术的应用，数字孪生模型将具备更强自主决策能力，在医疗器械领域，如何确保人工智能决策的透明和公正、防止算法偏见和歧视是必须关注和思考的问题。这不仅需要监管部门对人工智能决策进行有效监管，确保其遵循公平、公正、公开原则，还需要科研机构和生产企业深入研究和探讨，制定有效的机制和手段，保证人工智能公正决策。

应对上述挑战，需要政府部门、科研机构、企业等社会各界共同协作。各界需认识到数字孪生技术在医疗器械领域可发挥重要作用，共同推动数字孪生技术发展应用；同时，合力探索解决新技术带来的新问题，实现数字孪生技术在医疗器械监管领域的健康、稳定和持续发展。

虽然数字孪生技术在医疗器械领域的应用面临挑战，但通过持续的技术研发、合理的政策制定以及跨领域的合作，我们完全有可能克服这些挑战，实现数字孪生技术在医疗器械监管领域的广泛应用。同时，数字孪生技术也将为医疗器械研发、生产和使用带来巨大便利，推动医疗器械产业高质量发展。

数字孪生在器械领域应用前景广阔

随着数字孪生技术的不断发展和完善，将在医疗器械领域得到更深入和广泛的应用。通过数字孪生技术，可以实现医疗器械的更好设计、更安全有效使用，提高医疗服务的质量和效率

数字孪生技术在医疗器械领域已有应用，这种技术提供了一种独特的方式，使我们能够深入探索设备在实际运行中可能出现的问题，以及可能带来的结果，从而更准确、全面地理解医疗设备运行状况，提高风险评估和审批等工作的效率和效果。随着数字孪生技术的不断发展和成熟，其在医疗器械领域应用前景十分广阔，将呈现以下发展趋势。

数字孪生技术将在监管中发挥更重要的作用。随着数字化和信息化程度的不断提高，监管部门可更多利用数字孪生技术进行医疗器械全生命周期监管，在产品设计、生产、使用、不良事件监测各环节，通过数字孪生模型进行精确模拟和监控，大大提高监管效率。同时，数字孪生技术还可以帮助监管部门预测和预防医疗器械潜在质量安全风险，提前采取措施，保证医疗器械的安全性、有效性。

数字孪生技术将进一步提升医疗器械个性化和智能化水平。借助数字孪生技术，监管部门和生产企业可根据每位患者的具体情况，精确模拟医疗器械的使用效果，开发出更加个性化、符合患者需求的产品。同时，通过引入人工智能等技术，医疗器械可具备更强的自主决策能力，实现更高级别的智能化。

数字孪生技术将带来更全面的数据管理和分析。监管部门可通过数字孪生技术收集和分析大量的医疗器械使用数据，掌握产品使用情况，优化监管策略。此外，这些数据还可为医疗器械研发和优化提供参考，推动产品持续创新和改进。

数字孪生技术将进一步促进医疗器械行业的全球化发展。通过数字孪生技术，不同国家和地区的监管部门可以实现数据的无缝共享和协同工作，共同维护全球医疗器械的安全性和有效性。同时，数字孪生技术也将帮助企业更好地适应不同市场的监管需求，推动产品的全球布局和销售。

总体来说，数字孪生技术将成为医疗器械监管的重要工具，推动监管数字化、智能化和全球化。数字孪生技术还将深刻改变医疗器械的研发、生产和使用方式，在实现医疗服务更加个性化和高效的同时，进一步优化患者的治疗体验和效果。