7月中旬，“腦機接口”話題引爆醫(yī)療圈，《黑客帝國》中“腦后插管”技術(shù)走進現(xiàn)實。素有“硅谷鋼鐵俠”之稱的馬斯克在創(chuàng)辦Neuralink兩年后，終于公布腦機接口新進展：運用超細聚合物管線和神經(jīng)外科機器人，解決植入物尺寸和管線硬度不足難以植入的問題。該公司的最終目標是在癱瘓患者身上植入設(shè)備，幫助其控制手機或電腦。作為醫(yī)療領(lǐng)域的前沿賽道，有關(guān)植入性醫(yī)療器械的每一步進展，都能在業(yè)內(nèi)掀起新的興奮點。

 

什么是植入式醫(yī)療器械

 

根據(jù)國家食品藥品監(jiān)督管理局《醫(yī)療器械分類規(guī)則》（局令第15號）第八條中對“植入器械”的定義：植入式器械是指借助手術(shù)全部或者部分進入人體內(nèi)或腔道（口）中，或者用于替代人體上皮表面或眼表面，并且在手術(shù)過程結(jié)束后留在人體內(nèi)30日（含）以上或者被人體吸收的醫(yī)療器械。

 

區(qū)別于人工關(guān)節(jié)、假肢、支架、人工心臟瓣膜以及一些組織工程產(chǎn)品等無源植入器械，本篇專題將重點介紹植入式心臟起搏器與除顫器、人工耳蝸、植入式藥療系統(tǒng)等有源植入器械。

 

從動脈網(wǎng)報道的數(shù)量來看，2019年，F(xiàn)DA批準了5款植入式醫(yī)療器械，分別涉及人工耳蝸、心臟起搏器、靜脈支架等產(chǎn)品。

 

與往年相比，2019年尚未出現(xiàn)新的植入式醫(yī)療器械品類。

 

植入式器械玩家

 

國外初創(chuàng)企業(yè)實力強勁，敢與巨頭叫板

 

在植入式器械細分賽道，國外頭部玩家有美敦力、波士頓科學、雅培、MED-EL等，國內(nèi)頭部玩家有樂普醫(yī)療、諾爾康等。

 

此外，國外近幾年先后涌現(xiàn)出一批有實力的初創(chuàng)企業(yè)，如Magenta Medical、CorMatrix、Senseonics等，大部分企業(yè)目前已有產(chǎn)品獲得FDA批準。未來，它們或許會成為巨頭們在這一領(lǐng)域的強勁對手。

 

反觀國內(nèi)，目前在植入式設(shè)備領(lǐng)域的發(fā)展尚處于初創(chuàng)階段，一些中小型企業(yè)目前的產(chǎn)品也多處于中低端水平，國內(nèi)在這一市場還有很大的發(fā)展空間。

 

植入式器械產(chǎn)品圖譜

 

植入式設(shè)備的落地產(chǎn)品主要有心臟除顫器、心臟起搏器、人工耳蝸、胰島素泵、藥療系統(tǒng)、腦神經(jīng)刺激器以及監(jiān)測系統(tǒng)等。

 

心臟除顫器+起搏器

 

心臟除顫器又名電復律機，是一種應(yīng)用電擊來搶救和治療心律失常的一種醫(yī)療電子設(shè)備。心臟除顫器用脈沖電流作用于心臟，使心臟恢復竇性心律，是目前臨床上廣泛使用的搶救設(shè)備之一。

 

心臟起搏器是一種植入于體內(nèi)的電子治療儀器，通過脈沖發(fā)生器發(fā)放由電池提供能量的電脈沖，通過導線電極的傳導，刺激電極所接觸的心肌，使心臟激動和收縮，從而達到治療由于某些心律失常所致的心臟功能障礙的目的。

 

據(jù)全球市場研究公司Allied Market Research發(fā)布的《植入式醫(yī)療器械市場報告》顯示，由于全球老年人口增加、心血管疾病發(fā)病率持續(xù)上升，以及技術(shù)不斷創(chuàng)新，2016年至2020年，心血管植入物市場預計以7.1％的復合年率增長，到2022年，全球市場規(guī)模預計將達到1163億美元。

 

人工耳蝸

 

人工耳蝸是一種植入式電子聽力裝置，旨在通過電刺激內(nèi)耳的神經(jīng)，幫助患有嚴重或深度神經(jīng)性耳聾的人產(chǎn)生一定的聽覺。

 

根據(jù)市場研究和咨詢公司Market Research Future（MRFR）發(fā)布的最新報告，到2023年，全球人工耳蝸產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達到32.04億美元。

 

耳部感染和語前聽力障礙患病率的增加，將推動市場需求的不斷擴大。預計2017年至2023年期間，監(jiān)管機構(gòu)批準數(shù)量的增加，以及各種助聽產(chǎn)品的上市，可能會推動該市場以9.86%的年復合率增長。

 

目前，在全球人工耳蝸市場上，有三大人工耳蝸設(shè)備制造廠商共占據(jù)全球人工耳蝸市場超過90%的份額，分別為澳大利亞的科利耳（55%）、美國的Advanced Bionics（20%）和奧地利的MED-EL（20%）。（該數(shù)據(jù)來源于cochlear implant help網(wǎng)站。）

 

藥療系統(tǒng)

 

藥療系統(tǒng)一般是通過植入式裝置進行有規(guī)律地緩慢給藥，把藥物直接釋放至最佳生理部位，這種裝置一般由電子及長壽命電源來控制和供電，在人體內(nèi)形成“藥物通道”。

 

其中，這種技術(shù)最顯著的應(yīng)用是治療糖尿病的胰島素泵，其優(yōu)點是減少常規(guī)治療的副作用，更好地控制生理參數(shù)，例如血糖等。胰島素泵是糖尿病治療中用于監(jiān)管胰島素的醫(yī)用設(shè)備,也稱為持續(xù)皮下胰島素輸注治療裝置。

 

此外，治療癲癇的植入式藥物以及用于皮下埋植的輸液系統(tǒng)也是藥療系統(tǒng)的重要應(yīng)用。

 

神經(jīng)刺激器

 

植入式神經(jīng)刺激器（Implantable Neuro-Stimulator）是一種新興的數(shù)字化治療儀器。

 

按作用靶點區(qū)分，植入式神經(jīng)刺激器包括腦深部刺激、脊髓刺激、迷走神經(jīng)刺激、骶神經(jīng)刺激、膈神經(jīng)刺激等多種治療模式。

 

按治療疾病區(qū)分，植入式神經(jīng)刺激器對帕金森病、疼痛、癲癇、膀胱功能障礙、呼吸功能障礙、高血壓、肥胖等疾病有巨大的臨床治療意義。

 

監(jiān)測系統(tǒng)

 

從動脈網(wǎng)報道的情況來看，目前，植入式監(jiān)測系統(tǒng)的作用主要有監(jiān)測心臟、血壓以及血糖指數(shù)等。

 

植入式心臟監(jiān)測儀可以幫助醫(yī)生通過植入裝置，遠程測量患者肺動脈中的血壓波動情況，并相應(yīng)調(diào)整藥物劑量。

 

而植入式血糖監(jiān)測儀可以代替頻繁且痛苦的扎針測試，與智能手機連接后，監(jiān)測設(shè)備可將血糖數(shù)據(jù)傳輸至智能手機。如果患者血糖出現(xiàn)問題，他們可以在手機上收到警報，根據(jù)情況通過服用胰島素降低血糖，或補充糖分提高血糖。

 

植入式器械政策紅利

 

作為技術(shù)和研究密集型領(lǐng)域，植入式醫(yī)療器械受到嚴格的審批法規(guī)管轄。尤其在國內(nèi)，我們國家多次出臺相關(guān)文件，指導植入式醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。

 

國內(nèi)政策

 

我們國家多次出臺植入性醫(yī)療器械相關(guān)引導性、鼓勵性政策，逐步形成重點發(fā)展植入性醫(yī)療器械良好氛圍。

 

2016年10月，食品藥品監(jiān)督總局發(fā)布《醫(yī)療器械優(yōu)先審批程序》，對品種的醫(yī)療器械實施優(yōu)先審批，其中包括肺動脈帶瓣管道、經(jīng)皮介入人工心臟瓣膜系統(tǒng)、全降解鼻竇藥物支架系統(tǒng)等植入性醫(yī)療器械。

 

2017年6月，科技部、國家衛(wèi)計委等多部門共同印發(fā)《“十三五”衛(wèi)生與健康科技創(chuàng)新項目專項規(guī)劃》的通知，旨在提升我國衛(wèi)生與健康科技創(chuàng)新能力，提出在醫(yī)療器械研發(fā)方面重點發(fā)展新型生物醫(yī)用材料、新型植入裝備等產(chǎn)品。

 

2019年7月，國家藥監(jiān)局發(fā)布《醫(yī)療器械唯一標識系統(tǒng)試點工作方案》。《方案》中規(guī)定將以心臟、顱腦植入物、假體類等高風險植（介）入類醫(yī)療器械為重要試點品種，同時覆蓋不同種類的典型產(chǎn)品。

 

此外，地方政府也先后發(fā)布文件，加強對植入式醫(yī)療器械的指導和監(jiān)管。

 

國外政策

 

從國外媒體報道來看，由于植入技術(shù)和植入材料依然存在未被攻克的難點，美國對植入式醫(yī)療器械的發(fā)展持謹慎態(tài)度。FDA采取多項舉措加強植入式醫(yī)療器械監(jiān)管：近期，美國食品藥品管理局負責人和醫(yī)療器械與放射健康中心(CDRH)負責人表示，因為越來越多的數(shù)據(jù)顯示某些植入式醫(yī)療器械中的材料可能會對患者造成傷害，F(xiàn)DA正在努力重新審視該類產(chǎn)品的監(jiān)管。同時，在上市前審評和上市后監(jiān)管期間，要求植入式醫(yī)療器械生產(chǎn)企業(yè)提供相應(yīng)的研究資料等。FDA還計劃發(fā)布一份同行評審的白皮書，匯總金屬植入物的科學知識，研究這些器械如何影響身體組織，肌肉和血液，以及金屬成分如何溶解和與免疫細胞相互作用。

 

植入式器械核心技術(shù)+發(fā)展趨勢

 

植入式器械核心技術(shù)

 

有源植入式醫(yī)療器械由集成電路技術(shù)、能量供給技術(shù)、植入式電子系統(tǒng)材料、體內(nèi)外雙向通信技術(shù)，以及仿生技術(shù)為核心支撐。

 

集成電路技術(shù)：體內(nèi)植入部分的核心。

 

能量供給技術(shù)共分三種：植入式電池（鋰電池）、體外經(jīng)皮電磁耦合傳輸系統(tǒng)（TETS）以及生物電池。

 

植入式電池廣泛采用高能量密度和高效電容量的長壽命電池，如鋰電池等。不過，鋰電池使用十余年后，需要更換，而患者也要面臨再接受一次手術(shù)的痛苦。這是植入式電池最大的短板。

 

TETS供電方式一般在植入患者體內(nèi)的電子系統(tǒng)較為復雜時采用。

 

生物電池是將生命體自身的能量如化學能、動能、熱能等轉(zhuǎn)換成電能的自身發(fā)電方式。目前，科研人員正在研發(fā)生物電池，以解決鋰電池使用壽命以及安全性問題。

 

植入式電子系統(tǒng)材料是埋植在人體內(nèi)部的植入器械，其外殼封裝材料和一些動作裝置、傳感器、探頭均與體液和血液相接觸，這些材料要保證絕緣、無毒、無腐蝕性，并具有良好的生物相容性。

 

體內(nèi)外雙向通信技術(shù)：大部分植入器械通常由體內(nèi)植入部分和體外測量與控制部分組成。植入式系統(tǒng)需要解決體內(nèi)、外信息的交換問題，通常采用電磁波與紅外線作為信息載體，完成信息的遙控與遙測。

 

仿生技術(shù)：仿造生命的各種功能，包括仿造生命體的9大功能，即自動調(diào)節(jié)、自動診斷、自動恢復、自我修理、自我監(jiān)視、靈敏性、簡單性、穩(wěn)定性和耐久性。

 

植入式器械發(fā)展趨勢

 

繁忙的生活方式，不健康的飲食習慣，缺乏體育活動，以及老年人口持續(xù)增加引發(fā)慢性病發(fā)病率上升，它們正在成為驅(qū)動全球植入式醫(yī)療器械市場增長的重要引擎。

 

據(jù)全球市場研究公司IMarc發(fā)布的《全球植入式醫(yī)療設(shè)備市場報告》顯示，2018年，全球植入式醫(yī)療器械的市場規(guī)模達96.6億美元。隨著市場需求的不斷增長，預計到2024年，全球植入式器械的市場規(guī)模將達到1433億美元，預測期內(nèi)的年復合增長率為6.8%。

 

植入式醫(yī)療器械具有數(shù)據(jù)采集、無線連接、遠程監(jiān)控、近場通信等功能，不僅可以監(jiān)測人體健康指標，還能治療疾病，修復人體機能。隨著植入式醫(yī)療器械應(yīng)用場景的增加，不少樂觀人士認為，人類離“體聯(lián)網(wǎng)”時代不遠了。

 

不過，植入式醫(yī)療器械在解決諸多疾病難題的同時，也面臨著許多技術(shù)挑戰(zhàn)。

 

例如，在深層組織中，植入物能量的傳遞受到裝置線圈的限制；植入器械材料存在感染風險；植入器械電子引線易移動；電池壽命有限等，這些都是植入醫(yī)療器械所要面臨的問題，其中最重要的問題是電池的使用壽命問題。

 

植入式器械的電池位于人體內(nèi)，需要進行手術(shù)才能更換。對于患者來說，更換一次電池就是一次痛苦的體驗，甚至還會有感染的風險。此外，電池含有有毒物質(zhì)，萬一在患者體內(nèi)發(fā)生泄漏，則會危及患者健康。

 

另外，對于心臟起搏器來說，電池的存在會增加其尺寸，甚至會影響它的設(shè)計和性能。

 

針對上述挑戰(zhàn)，醫(yī)學界目前正在探索解決方案。瑞士有最新研究表明，心臟起搏器有望利用太陽能供電；美國科學家甚至提出利用胃酸為電池提供能量。這些方案目前多停留在設(shè)想及實驗階段。

 

令人驚喜的是，中國科學家于2019年4月研制出了共生型心臟起搏器。該起搏器可以從心臟跳動中獲取能量，依靠植入式摩擦電納米發(fā)電機為自身提供電能。目前，這款起搏器已在動物（豬）模型上實現(xiàn)植入。

 

隨著技術(shù)的不斷進步，難題總有被攻克的一天。當那一天來臨時，相信我們確實離“體聯(lián)網(wǎng)”時代不遠了。