国际十大重要医疗器械技术发展趋势

国际十大重要医疗器械技术发展趋势 前言 医疗器械产品是防病治病、医疗保健、抗灾除疫的特殊商品，从其自然属性来看，它的服务主体对象是 人。医疗器械产品在保障社会发展原动力延长人的生命和提高生存质量方面的作用，已日益为人民所认 识。随着社会的进步，人类对生命的日益关怀，作为医疗卫生事业三大重要支柱之一的医疗器械产品的持 续发展更是与时俱进。 医疗器械产品是多学科的高技术密集型产品，而且往往是边缘学科的知识交叉，故是最及时最迅速应用 新技术、新材料和新工艺的工业产品群。它的发展是社会经济和科学技术发的必然结果。 上世纪末，医疗器械工业不断采用新的物理、化学方法以及各种现代工程技术，得到空前发展，已成为 一个国家科技进步和国民经济现代化水平的标志，被誉为具有高增长率，聚集着大量高新技术（诸如现代 计算机技术、精密机械技术、放射技术、激光技术、核技术、磁技术、检测传感技术、化学检测技术、宇 航技术、生物医学工程技术以及信息技术等）的朝阳或明星工业。本世纪将是生命科学和信息科学两大科 学高速、同步、相互渗透和协调发展的世纪，其发展将进一步促进医用诊疗设备的高度数字化、信息化和 网络化。换言之，医疗器械精密类产品将具备更强的信息综合分析处理能力，智能化工作程度更高，通过 网络化和系统化使得诊断、监护和治疗能相互结合，以在临床应用中发挥最佳效能。 新世纪以来，医疗器械界有许多新出现的技术和产品，使得临床医学得到许多的根本性的提高和改善， 并又向前迈进了一大步。按照医疗器械全面发展的形势，要选择出若干个重要的技术和应用领域，确实很 难。MDDI 期刊编辑部根据新技术、新产品对医疗卫生事业所做出的贡献，选择出以下所叙十大技术，虽 然不能说绝对正确，但基本上反映了最近几年的发展和研制情况。该刊编辑部亦承认，尽管做出这样的选 择，但并不意味未入选的其它技术就不重要或不够重要了，并以纳米技术为例说明。这样说法是明智的。 因为，以纳米材料研究为标志的纳米技术已掀起高潮，并已深入到生物医学领域，在今后几年若有突破性 的进展，也在意料之中。 有专家指出，生物学和纳米技术对医疗器械的未来是相当重要的。未来的医疗器械必须组有信息技术、 纳米技术和生物科学。在今后十年内，医疗器械公司如果要继续立足医疗器械界，就必须做出改变。他们 无原则要具有分子和细胞生物学方面的新，需要由纯粹的医疗器械思路转移到新的技术领域来。在新一代 的医疗器械中，大多数困难将存在于这两者的互相融合方面，也就是说融合这门技术比以前更显重要。 目前，分子医学正推动治疗疾病方法的发展。然而，医疗器械公司却将大部分时间用在其机械的和电子 的装置上，因为这是他们的强项。但是为取得更佳的结合效果，医疗器械公司应该组合更多的生物学。例 如对糖尿病的治疗，就为医疗器械公司提供了这样的机会。糖尿前不见古人是一种依检测数据作治疗的疾 病，要处理逐日的数据。除器械的进展外，还须解决如何获取数据和将其用于日常生活中的问题。 医疗器械的趋势是制造更小的、低能源的、由传感器作用的器械，诸如基于蛋白质的疗法的新科学为此 提供了新目标和新机会。这些疗法将需要缓释装置，药丸并不是使这些疗法能获得成功的唯一方法。现今， 许多电刺激都是采用新电极在原有的脉冲发生装置上进行的。采用内置智能器件、生物制品极有可能提高 疗效。例如，自从采用 细胞治疗糖尿病，应用纳米技术就可能确定生物制品和器械的结合。 对于医疗器械公司来说，基因治疗是另一个机会。大多数基因治疗是采用逆转录酶病毒进行的，这就是 采用合成装置的机会。可采用纳米技术构成物，以进入局部位置的组织中（例如，进入脑部） 。 热点医疗器械方向预测 美国 Frost Sullivan 市场信息公司在 2003 年发布的报告中，对 2013 年时医疗器械工业的概貌作了前瞻性 描述，同时也预测了某些主要类别的产品情况。 据 报告分析，心血管类产品即将成为医疗器械工业最为关注的部分，是竞争激烈、变化迅速的市场 之一，在今后几年内可望有极大的增长。此外，矫形医疗器械也将是最大的、增长最为迅速的产品领域之 一，其中重建植入物占有最大的份额，并将持续增长。且可肯定地说，脊柱和生物制品部分的增长率将是 非常高的。 报告还预测，使得能在所有临床中进行微创手术的医疗器械，将大幅度地增长，特别是当 这些手术成为众多治疗的医疗标准时。 报告 认为， 医疗研究和技术发展将较少着重于传染性病症和急性疾病的诊断和治疗，而更多集中于 慢性疾病的诊断和治疗，以改变目前花费甚大而效果颇差的状况。医疗器械生产公司正欲以更好的医疗技 术和产品来减少医疗费用和提高慢性病患者的生活质量。在恢复性和植入式医疗器械方面已取得很大的进 展，这些器械能使慢性病患者恢复健康，返回到病前的状态。Medtronic 公司研发的人工胰，就是这一发 展趋势的产物。 报告 认为， 信息技术、医用成像技术、药物和医疗器械之间的协同作用，将产生出许多新的治疗方 法，使临床效果达到新的水平。药物涂层支架和远程医学是这一发展趋势的两个实例。 人们在医疗保健方面，首先考虑的是生活质量，所以乐意于投资整容医治，近年来整容手术的施行量日 趋告增多。美国在这方面的用费，1997 年为 200 万美元，2002 年已超过 900 美元，近三年来更趋上升。 据此， 报告主为，生产与整容有关的医疗器械的公司也将有显著的发展。 报告 还提出一些工作战略，以助于在未来几年开发新产品，占领市场份额以及确保增长。其中之一 是采用基于连续性的方法来评估研发新技术的可行性。医疗器械生产公司通过检验治疗方法的临床应用情 况，可确保研发方向的正确性，以新技术来提高治疗效果。 美国医护人员严重短缺，据估计，至 2008 年将短缺百万名护士，这将对美国医疗体系造成严重后果； 由此预防医疗工作极不到位，最终将导致医疗费用节节上升。此外，美国仅有三分之一的医生从事初级医 疗工作；而在其它国家，多数开业医生通常都从事初级医疗工作。为弥补因缺少医护人员而产生的空隙和 满足大多数开业医生的需要， 报告认为，医疗器械生产公司此时采用基于连续性的战略，研发出可用 于诊断门诊病人的技术和产品，如远程病人监护、微创器械，以及使病人能自行护理的产品，就能取得成 功。 报告 认为，决定直到 2013 年进的医疗器械市场的发展方向，有许多因素，其中包括疾病谱的变化 和人口老龄化的趋势。 虽然这份 报告是根据美国和一些发达国家的情况做出的，可能并不完全适用于我国，但其分析，也 并非完全游离于我国状况之外。无论如何，鉴于美国是现今世界上最大的医疗器械生产国和使用国，每年 销往国外市场的医疗器械都在 4050 亿美元之间，故其举措定将影响包括我国在内的国际医疗器械界。 十大重要医疗器械技术 1998 年美国 FDA 的仪器与放射保健中心（CDRH）曾发表题名为医疗仪器技术的未来趋势的调研报 告，指出至 2007 年时将有显著发展的医疗技术。 报告将这些技术归纳为计算机相关技术、分子医不技 术、家庭和自我保健、微创技术、器械与药物组合以及器械置换和辅助装置等六大类，并将其细分为二十 一种技术，还列出三十六种有发展前景的具体产品，迄至今日，医疗器械的发展，基本与此报告相符。 2005 年美国 MDDI 期刊编辑部指出有十大重要的医疗仪器技术正影响着病人诊治、临床实践、产品研制 和医疗器械工业，它们是： （1） 植入式涂层器械：重塑医疗器械企业； （2） 颈动脉支架：预防中风的一大进步； （3） 心脏辅助装置：关心人类心脏； （4） 人工骨和皮肤移植物：新材料提供更好的支架； （5） 人工矫形盘：模仿脊椎活动； （6） 基于核酸的 IVD（体外诊断）装置：快速诊断； （7） 医用激光：大有作为； （8） 医用成像技术：风光无限； （9） 无线技术：医院和病人家庭之间的无障碍连接； （10） 计算机辅助外科：数字化手术室。 （一）植入式涂层器械 自 2003 年以来，不研究药物涂层支架而欲讨论医疗器械工业的发展状况是不可能的。对于病人、医生、 医疗器械公司和投资者来说，这些支架所带来的巨大的利益在医疗器械领域中是罕见。随着新一代产品的 开发和涂层原理应用于其它技术，它们巨大的影响在可预见的未来还将继续下去。大多数人认为，为 FDA 所批准的两种药物涂层支架，即 JJ 的 Cypher 和 Boston 公司的 Taxus，是最先投市的重要产品。 冠状动脉粥样硬化性心脏疾病是导致人类死亡的重要原因之一，最先采用旁通外科手术进行治疗，随后 采用经皮冠状动脉成形术（PTCA） ，但术后再狭窄率仍然较高。之后采用血管支架，虽然与成形术相比， 可降低约 30%的术后再狭窄率，但由于支架多由金属制成，可引起炎症反应，且其对血管的长期牵拉会导 致血管内膜的增生，引起血管再狭窄，因此支架内再狭窄仍然是个问题。现今，用抑制炎症反应和内膜增 长的药物在血管支架涂层，可以抑制支架内再狭窄的发生。目前仍在料和携带药物，以期进一步提高疗效。 药物涂层支架的临床优点在于降低再狭窄率。置入无涂层金属支架的病人有三分之一以上者会遭受动脉 的再度阻塞。药物涂层支架还可减少由于支架挤压动脉而产生的炎症反应。 这一临床优势使得市场在极短的时期内发生了重大的变化，由 45 家销售无涂层金属支架的公司变成 两家销售药物涂层支架的公司，且立即占据 80%以上的市场。由于施行同样的手术却可减少并发症，病人 和医生也都迅速地接受了这种新器械。 2003 年入市的 Cypher 支架和 2004 年入市的 Taxus 支架完全革新了先前的治疗方法，大大地降低了再狭 窄率。目前，药物涂层支架虽然用费还很大，但却已大大地降低了整个医疗保健费用；因为它们较无涂层 支架更有疗效，很少无原则要重作包括旁通外科手术在内的各种手术。此外，随着其它生产公司的同类产 品批准入市，药物涂层支架的价格的销售量持续增长。以美国为例，每年要施行 85 百万例以上的经皮冠 状动脉成形术，因此药物涂层支架的继续旺销是不成问题的。目前，美国病人所植入的支架，90%以上的 都是药物涂层支架。据预测至 2006 年年底美国市场药物涂层支架的收益将超过 60 亿美元。 药物涂层支架现今已获得成功，但得为不易。要使药物涂层支架技术成为临床实用技术，生产公司必须 克服种种困难。他们必须保证药物的有效药理剂量能进入支架的极小的表面面积内，以使药物涂层支架在 防止再狭窄方面发挥有效的治疗作用。在将支架置放到冠状支脉中之前、之间和之后，保持药物或药物一 聚合体组成物依附在金属支架上，以及控制药物释放率都是极为困难的。它的研制成功，是与 JJ 和 Boston 两家公司认定目标、锲而不舍的精神分不开的。 两家公司都在别的学科领域中找到能帮助他们解决技术的问题的合作者。首先要攻克的是涂层材料，它 要能依附在支架上，宜于含有药物，与人体组织相容，并要能在确定的时期内以准确的速率释放药物。这 项工作的难度，是显而易见的。J&J 公司在设想研制药物涂层支架时请 SurModics 公司相助，开发适宜的涂 层材料，经过几年试验，方获成功。值得一提的是，两家公司都是举债筹资利用外部力量来开发涂层材料 的。与之竞争的公司由于没有取得或没有及时取得适当的涂层材料，有的放弃了，有的滞后了。在制造方 面也是困难重重，两家公司都几经挫折。 为使 Cypher 支架在获得 FDA 批准之前，就能获得医疗补偿，JJ 公司还对老年保健医疗和医疗辅助服 务中心（CMS）作了大量工作，这亦使 CMS 和医疗器械企业之间的联系步入一个新阶段。 在涂层材料方面，大致有无机材料、高分子和胶元蛋白几类。无机材料涂层作为屏障可以减少金属支架 和血液的接触，提高支架的生物相容性。其研究已从金刚石、半导体 SiC 进到陶瓷材料。动物实验已证实 陶瓷具有良好的生物相容性，采用它作涂层的支架携带免疫抑制剂一 tacrolimus，能显著抑制兔动脉内膜 增生。高分子涂层材料一般分为可生物降解型与不可降解型两类。可生物降解型聚合体作涂层，既可增加 支架的生物相容性，又可作为药物载体，随着材料的降解，药物得以释放。但研究证实，多种可生物降解 的聚合体在动物体内可引起炎症反应和内膜增生，因此目前采用该材料不是为了提高支架的血液相容性， 而是因其可携带药物以降低再狭窄率；不可降解型聚合体，研究得亦较多，有多种可引起内膜增生而加支 架内再狭窄率；但也有可用者，如磷酸胆碱和聚氨酯。磷酸胆碱具有良好的血液相容性，并已被用作多种 药物的缓释载体，这种材料用作支架涂层前景良好。聚氨酯在动物体内虽引起炎症反应，但不引起内膜增 生，因而不影响再狭窄率。近年研究发现，采用变性胶原蛋白作为支架涂层材料的尚不多，相关的研究主 要是利用蛋白涂层携带治疗基因以降低血管的再狭窄率。 目前研究出采用聚对二甲苯即帕利灵作为涂层，将会促进药物涂层支架的发展。表面携带免疫制剂 Sirolimus 的 Cypher 支架就是采用改性的帕利灵作为涂层的。近 30 年来，帕利灵已广泛用于医疗仪器以消 除与微孔生物相容性及生物流体腐蚀有关的各种问题。对于医疗器械工业来说，帕利灵并不是一种新材料， 而只是有了新用途。对于完善动脉支架来说，帕利灵涂层用在粘接物或连接层，也可用作药物释放控制剂。 用作粘接剂或连接层，帕利灵涂层用在金属支架和药物或药物载体聚合体之间。用作药物释放控制剂，帕 利灵则用在药物涂层支架上。帕利灵能使诸如携有 Sirolimus 的 Cypher 涂层支架减少与生物相容性有关的 问题。 支架涂层分为被动涂层和主动涂层两种。所谓被动涂层，就是将具有良好生物相容性的材料涂覆在支架 表面，作为屏障，以减少支架的不良作用。支架涂层携有药物，可直接抑制心内膜增生的，则为主动涂层。 根据药物与涂层材料的不同作用方式，主动涂层又分为化学偶联和吸附作用。化学偶联是指药物通过化学 连接在涂层支架表面，吸附作用是指导涂层材料以海绵或方法将药物包裹在其内。 通过调整支架的几何形状和合成材料，增加支架的弹性、降低其刚性，可减少其对血管壁的损伤，从根 本上抑制内膜的增生。通过合成新的涂层携材料，增强支架的血液相容性、载药量以及效果，将再狭窄的 发生率降至最低程序。这都是药物涂层支架研发方向。此外，支架涂层技术与转基因技术相结合，也将会 成为一种治疗再狭窄的有效方法。 药物涂层支架技术在医疗器械工业史上造就了最大市场机遇之一。这些药物涂层支架的成功，是由于它 们能有效地治疗疾病，降低再狭窄率，有助于减少医疗保健费用的支出。帕利灵在此过程中发挥了重要的 作用。而随着新的具有良好生物相容性的改性帕利灵的研发和应用，将会扩展到其它医学应用中。 药物涂层支架技术的成功，将对医疗器械工业产生巨大的影响。它标志着器械和药物组合装置将进入新 的研发时期。许多医疗器械企业和制药企业将携合作，借鉴的医疗器械产品很多，举例如下： 神经刺激装置 齿科植入物 血管缝合器 胸部植入物 助听器 前列腺治疗器械 避孕阻塞器械 起搏器和电刺激导线 脊柱修补器械 关节置换器件 糖尿病治疗器械 齿科植入物 神经刺激装置 齿科植入物 由于器械和药物的组合技术，也亏得有着支持它们的科学和材料，不仅对心脏病症患者来说，就是对其 它病患者而言，前途一片光明。 （二）颈动脉支架 如同心血管支架使冠状动脉病症的治疗发生了根本性的变化一样，颈动脉支架可能彻底改变中风预防。 理论上说，颈支架和远侧防护用于某些有中风危险的病人可取代颈动脉内膜切除术，工如对某些高危心脏 疾患的病人来说冠状支架手术已取代旁通外科手术。但在实际中，还需观望是否如此。 2004 年美国 FDA 批准的 Guidant 公司的 Acculink 颈支架装置和 Accunet 栓塞防护装置使得医生们能做出判明。 颈动脉内膜切除术是一种高损伤的手术，在颈部做出切口后，斑块即可从患者颈动脉取出。相比之下， 在支架手术中， 是将支架植入腹股沟中的小切口中，随后再移至所定部位。有些病人若作外科手术，危 险性太大，颈动脉支架就是应这类病人的要求而研制出来的。 不过，这种徽创方法是否能成为最佳的治疗方法，目前尚有不同意见。 最大的障碍可能是现状。颈动脉内膜切除术虽然损伤性高，但却是安全的、有效的、成功率达 95%。损 伤虽小的支架手术能否较其做得更好，人们认为难以证实。有人认为颈动脉支架手术是比冠状动脉支架手 术更难施行的手术。如果取下的斑块进入脑部，可能会造成永久性的脑损伤；而如果取下的斑块进入心脏 却很少造成永久性损伤。研究表明，当部分心脏不再有功能时，生活质量尚可维持，而当部分脑部不再有 功能时，生活质量会受到严重的影响。 因此，有助于防止斑块在手术进入脑部的远侧防护是个关键。对于 Guidant 公司来说，Accunet 装置的 性能是至关重要的。 颈动脉支架的设计和制造中的困难不同于冠状动脉支架。颈动脉更小，要在其中操纵支架更为困难。易 于植入和释放性是主要的挑战。须将分子依附在导管表面，使导管能滑动自如。导管采用磨擦小的塑料材 料制成，并采用亲水性涂层。 临床试验表明，较之传统的外科手术，Guidant 装置能阻塞区域是风的可能性。如果这些效果在临床实 际应用中得到证实的话，便可能改变防止中风的种种作法。 在此之前，2003 年 FDA 以人道主义仪器豁免方案批准了 Guidant 公司治疗中风的 Neurolink(R)支架装置。 这种用于治疗某些种类中风病人的医疗仪器由神经连接支架和传送导管以及神经连接球囊扩展导管组成。 神经连接支架和传送导管有一可扩展的不绣钢支架，它能对血管提供结构支架，有助于打开血管，保持血 液流通。 传送导管通过循环系统将神经连接支架送入脑壳中的血管内。需扩张此血管以将血液输送到脑部。传送 导管置放支架，并按规定的压力将支架扩展到一定的直径。妥善置好支架后，扩展 导管便扩大受侵袭血 管的内径。 由于脂肪沉淀积聚在颅内血管中（动脉粥样硬化疾病） ，有些病人会发颅内中风，药物治疗这些病人无 反应时，可用 Neurolink(r) 装置。颅内血管（直径 2.54.5mm ）狭窄达到 50%或以上者，便可使用此种装置。FDA 之所以迅速批 准这一装置，是因为它有助于维持血管适当的直径，使适量的血液流入脑部。但对肝素、不绣钢、麻醉剂、 X 线造影剂高度敏感的病人以及不能耐受缓慢消除血凝的药物的病人，不何使用此种装置。 2003 年 FDA 还以人道主义仪器豁免方案批准 SMART 生产的、用于防止脑动脉瘤破裂的 NeuroformTM 徽 传送支架认真思考。动脉避讳中不正常变薄部分产生动脉瘤。随着时间的流逝，此变薄部分会伸展，在动 脉壁中形成类似球囊的隆起物；如不治疗，此变薄部分会破裂和出血。 NeuroformTM 由支架和传送系统组成。支架是一种管形小网眼物，可永久置于动脉瘤的开口处。传送系 统实质是一根软导管，用于将支架传送到动脉瘤中以置放在该处。 当置位支架扩展与动脉壁内部一致后，抽出传送导管。随后，通过支架网眼中的一个小孔置入另一根导 管，并由此根导管将小金属线圈（称为栓子线圈）滑入动脉瘤中。此线圈可阻止血液流入动脉瘤中，以此 来防止动脉瘤破裂，而支架则持住线圈使之不落出动脉瘤囊。有许多颈部颅内动脉瘤，在采用动脉瘤颈部 放置金属夹无治疗效果后，可采用这种支架装置来进行治疗。 （三）心脏辅助装置 在各种医疗仪器领域中，有助于使心脏恢复功能的医疗器械是发展得最为迅速，亦是最有成果的领域之 一。用于治疗心血管疾病的装置是医疗仪器工业最为重要的产品，无论从治疗效果还是从其所产生的效益 来说，均是如此。心脏辅助装置不论是体内的还是体外的，电子的还是机械的，都正在变得体积更小，更 易于植入。这些装置延长了心血管疾病患者的生命。 起搏器于 1952 年始应用临床，近 50 余年来取得了很大的发展。最显著的进步是不用打开胸腔即能植 入电极，碘化锂电池使起搏器的寿命自一年延长到十年以上，采用钛外壳密封起搏电路和电池，以降低电 磁干扰。这种装置最初仅用于治疗心率过缓的病人，现今已进展到能治疗心动过速、心力衰竭的防治房颤、 室颤等方面。 近年来新一代起搏器采用双心室起搏技术，使心室恢复同步，增加心搏出量，以增强心脏泵送作用。这 样就提高了慢性充血性心力衰竭（CHF）病人的练习功能和生活质量。因此，研制出三腔起搏器，它具有 三个独立可控的脉冲发生器。2001 年美国研制出组有除颤器或起搏器的心脏再同步治疗装置（CRT ） ，能使 丙个心室恢复同步跳动。起搏器仅有两只电极，用于右心房和左心室，CRT 有第三个只电极，置于左心室 的静脉中。CRT 主要用慢性充血性心力衰竭病人。 起搏器已可作自适应调节，能按病人个体活动情况改变心脏节律，从而更易维持病人的生活方式。 植入式复律除颤器（ICD ）和类似仪器正在改变医生关于心脏医护的想法。这些技术能提供逐日的数据， 使医生在心脏医护中能发挥更积极的作用，在许多情况下，不用见到病人本人。复律除颤器还有助于向重 点转移至预防医护上。复律除颤器的进展对医生产生了很大的影响。以美国克利夫兰临床医院为例，医生 们说他们如今都能用植入式复律除颤器来防止与心律缓慢和心律不齐有关的死亡。医生们常用这类仪器作 双室起搏。所有的进展都基于这种技术。心脏辅助装置中的先进传感器能提高监护和数据采集能力，也是 重要的进展。先前，只有对心搏停止或冠状动脉疾病的患者，才安装植入式复律除颤器，现在由于这种仪 器能提高心脏医护质量，降低总死亡率，对非缺血性病人作早期预防，安装量已增加。仍以该院为例，三 年前安装的起搏器多于复律除颤器，二年前两者大约持平，2004 年安装的复律除颤器已达四分之三了。 植入式复律除颤器主要用治疗特发性室颤，在防止心性猝死方面有着重要的意义。已完成的 SCDHEFT 试验表明，它可降低由心力衰竭而导致的死亡率 23%。产品自 1980 年问世以来，已进入第四代。目前产 品大小如携带式电子播叫器，内含与脉冲发生器相连的电极，连同电池一同埋植于皮肤下。当检测到心脏 节律异常，便电击心脏使其恢复正常跳动。与起搏器一样，某些 ICD 还记录心电图小型，供医生随后观察。 目前，最高水平的 ICD，已将除颤、复律和起搏器等融合在一起。 2003 年美国 FDA 还批准 EPMED 公司的 ALERT 装置入市。这一装置采用特殊的导管来电击心脏内部，以 治疗房颤；还可暂时性地进行起搏以帮助恢复正常心律。 还有一种采用植入式激光器以作起搏的新技术，能使病人进行 MRI 检查而不需屏蔽或关闭其起搏器件。 Biophan 公司开发的产品，以光纤电缆取代金属起搏电极，并采用植入式半导体激光器，在低能下调节心 律。该样机为世界首台，有望在近期内投入市场。 要全面地更生理化的迫近人体生理系统，还需进一步发展起搏器技术，如研制出理想的运动传感器，完 善和适应算法等。同样，起搏除颤器亦还有不少技术尚待完善，例如在自动识别各类心律失常和以低能量 进行电击治疗等方面都还有许多工作可做。 在起搏、复律和除颤这类方面心脏辅助装置方面，近年来的显著进展体现在传感器和算法上。传感器的 应用是非常重要的。现在已能测量出各种心内压。每个病人在移动时都可收集到更多的信息。信息一多， 便可从事各种工作。从这方面来说，远程监护可能是最重要的技术。远程监护技术平台，如美国 Biotronik 公司生产的家用监护系统，即是第一台这样的产品，2001 年年底已获得 FDA 的批准。植入体内的装置附 有发射器，会自动地将重要的心功能数据通过家中的专用移动电话传送到医院计算机中心数据库。这一信 息将以简述图形表示重要的心脏事件，引起医生的注意，使其在必要时立即做出反应。将此类装置安装在 病人家中，可监护他们的临床状况。 某些公司在传感器+ 远程监护这一模式趋势方面处于前列，在心脏辅助类装置方面颇有作为。如 Medtronic 公司的 InSync Sentry 复律除颤器可作心脏再同步起搏。2004 年 11 月为 FDA 批准后，已成为世 界首台能自动监护胸腔液流状态的复律除颤器。胸腔积液是心力衰竭恶化的明显标示，因此这类装置有助 于医生预判病人将何时需入院治疗。又如，Transoma 医学公司的 LVP1000 装置可监护左心室的压力。 此外， CVRX 公司正在开发一种用于治疗高血压的植入式装置Rheos,当它感知血压升高时，便向中枢 神经系统发出信号促使脑部下令扩张血管，增加血流 CardioMEMS 公司正在开发一种用于监护腹部主动脉 瘤病人的动脉瘤囊压力的植入式装置，如果测得的压力表明此囊处于破裂的危险中，便向医生报警。 感知技术的进展在体外装置上也有体现。CardioNet 公司开发出一种体外装置，由小型传感器组成。小 型传感器可作为挂件贪贿无艺，或置于皮带夹上。它可记录二道心电图，并将结果输入置于病人口袋或钱 包中的小型监护信。当监护仪检测出心律不齐时，便将结果发送至服务中心。服务中心的工作人员会分析 数据，并将它们报告给有关医生。 推动这些装置发展的传感技术前景光明，与之相关的生物相容性问题在最近二、三年内可望完全解决。 算法的进展也有助于提高心血管装置的技术。如 Stjude 公司的 Atlas+HF 复律除颤器采用的算法能对左 右心室输出量作程控定时。它使得医生能选择哪一心室首先起搏，并决定第二心室需多长延时始作起搏。 这对那些同时双室起搏无响应的病人是有帮助的。 另一革新的算法是 Inovise 公司的 Audicor 技术，它可检测出心肌梗塞、左心室肥大，以及无一般症状 的病人的其它心脏疾病。它将这些检测结果组入标准的 ECG 中。这一装置含有传声器，以提高对异常心音 的检测能力。这一技术曾获 2004 年度美国医疗器械优秀设计奖。 要充分利用传感器和远程监护技术，就必须优化装置的跟踪能力，在这方面还有许多工作好做。 其它减少心肌劳损的仪器是心室辅助装置（VADS） 。这种装置有多种设计，但总由能源系统、控制系统 和泵组成。对于能源部分，某些装置采用电池，某些装置采用气体。能源系统和控制系统都置于体外，泵 可为植入式或体外式的。 2003 年美国 FDA 批准 Thorate 公司生产的 HeartMate(r)装置用于心室辅助，是第一种获准可长期置入人 体内的左心室辅助装置（LVAD） 。这种装置可帮助心脏主要的泵送室即左心室将血液输送到人体的其它部 位。早在 1998 年 FDA 批准 HeartMate 可用于等待心脏移植的病人作短期治疗，新近批准的 HeartMate(r)， 则可用于长期治疗不能作心脏移植但心力严重衰竭的患者。 HeartMate(r)亦由植入泵、控制系统及能源系统组成。它和病人心脏一起工作，以泵送血液。在健康的 心脏中，左心室足可将泵血液送到全身。由于心力衰竭使心脏虚弱，左心室就不能强有力地泵送出足量的 血液。HeartMate(r)的作用是给心脏以助力，使其能作正常泵送。 将泵植入人体腹部，与左心室和主动脉（将血液由心脏输送到体内各部的主要血管）相连。血液由心脏 流入装置。随后，装置通过主动脉将血液泵送到人体各部。有根软管通过皮肤将植入泵和一台小型计算机 连接起来。此小型计算机即控制系统，由病人佩带在体外，由电池供电，也可接到电源线上。临床试验表 明，采用此装置进行治疗，比采用药物治疗至少能提高一年的病人生存期。 目前正在研究减小装置的体积和提高电池的寿命，以能将其完全植于人体之中。 总体而言，近年来，心脏辅助装置如植入式复律除颤器、心室辅助装置以及心血管支架等，都获得重大 的进展，使得心脏装置成为医疗器械领域增长迅速也是最为业界看好的部分。更重要的是，这些进展不仅 挽救了心脏病重症患者的生命，还使他们恢复相对正常的生活。1020 年前的种种技术的进展是挽救病人 的生命，近年来的技术进展是使病人恢复高质量的生活。下一步呢？下一步将着重于监护技术的创新和发 展。目前许多公司都在开发新型的心脏辅助装置，有许多还是植入式，其作用在当病人有心脏疾患时，甚 至在有预兆时，立即向医生做出报警。 （四）人工骨和皮肤移植物 在过去几年，骨和皮肤移植物以经历漫长的路。在许多情况下，人们采用天然来制造人工骨和皮肤移植 物，以使它们能与人体更为相容。基于表面技术的各种进展，已有一些成功的应用。例如，含有蛋白质的 涂层，能帮助人体接受新的移植物。也可含有钙或其它材料，以促进再生。与前些年相比，这些移植物有 了一定的进步。 有些医生喜欢在手术中采用病人自身的骨和皮肤。但是对于严重创伤的重建病例，是不可能这样的。同 时，为了减少病人的疼痛和并发症，有些医生并不愿采用病人的自身的骨和皮肤。 未来的进展将源于组织工程。Orthovita 公司的研制工作即为一例，该公司已开发出好几种合成的具有 生物活性的骨填充物。具有生物活性是个关键同，它能促使骨再生和融合。其中一种叫做 Vitoss 的产品， 采用磷化钙材料，使得能作吸回，细胞种植，以及移植骨向内生长。之所以能有这样的效果，是由于 Vitoss 是仿人类多孔骨的化学结构和成份而制成的。 另一家公司即 Osteotech 公司则专门从事用于移植手术的人体骨和骨组织的再生研究。在其进展中，有 一种是脱去由骨纤维构成的骨基质，再结合表面改性技术，以增大人体的接受度，防止免疫排斥；由生物 活性组织与非生物活性技术的相结合来实现再生。 人工骨除了要替代受损的骨之外，还应引导骨细胞生长做一日和尚撞一天钟骨再生。目前制造人骨的材 料有石墨、碳纤维、多孔金属材料以及一些高分子材料等。最近，发现单壁骨纳米管能增强骨组织，可用 来制造坚硬但更柔韧的人工骨植物。 美国加利福尼亚大学的研究人员发现碳纳米管可作用骨中胶原的替代物，因为它是已知的世上最坚硬的 材料。已知羟基磷灰石晶体会在涂覆纳米管的表面生长。放大的照片显示，羟基磷灰石的结构具有良好的 组织，最宜于天然骨的生长。胶原是以碳材料为基础的，故没有大的弹性。胶原纤维和纳米管的尺寸大致 相同，均为纳米级。骨组织是由有机和无机材料合成的，这两种材料组成了既强固又柔韧的合成结构材料。 无机成份是钙基矿物质，叫做羟基磷灰石。研究人员发现碳纳米管可起有机成份的作用，即胶原在骨中的 作用。纳米管经过化学处理可吸附钙离子，以使羟基磷石晶体在其表面生长。这样使其更易溶于水，也增 加了纳米管的生物相容性。这一结果表明碳纳米管可用于骨支架以诱导羟基磷灰石的生长，一如胶原所为。 在开始寻找改变纳米管和矿物质之间的均衡之前，研究人员须进行材料的强度和生物相容性试验。一旦完 成临床试验，纳米管的其它用途将更为明朗。目前人工骨支架的不足是强度低，可能为人体排斥。下一步 可能是找到一种能在骨中生长的介质，并将碳纳米管注入骨中，然后再观察在自然生长骨中它们的组合情 况。如果研究成功，纳米管就能有助于愈合断骨。科研人员强调指出，此项工作还处于早期研究阶段。 目前，治疗大面积皮肤损伤的金标准是自体皮肤移植。不过，这需要作二次手术，且年龄大的病人，手 术部位的愈合又极其缓慢；严重烧伤的病人则没有足够的未损皮肤可供选用。已证实组织工程皮肤是最好 的取代物。目前，病人们多采用这种皮肤来医治。美国 Organogenesis 公司生产的王牌产品 Apligraf,每季足 可供 8 千名以上病人使用。每直径为 7cm 的一片这种皮肤的补偿额为 1200 美元。乍看来，这种治疗较传 统的绷带疗法要贵许多，但考虑种种有利因素，如良好的愈合率及与此相关的益处，例降低切断率和提高 生活质量，就会觉得还是值得的。在治疗难以愈合的溃疡，如腿部静脉溃疡和糖尿病足部溃疡方面，还有 美国 Advanced Tissue Science 公司生产的 Dermagraf 皮肤，Ortec 公司生产的 Orcel 皮肤以及英国 Intercytex 公司生产的 IcxPRO 皮肤等产品。 这种皮肤另一个重要的市场是烧伤科。大面积烧伤的病人要立即作皮肤移植，以控制疼痛，减少疤痕， 更重要的是要减少体液的丧失和防止感染，因为这两者是导致严重烧伤病人死亡的主要原因。这方面的主 要供货者是美国的 Genzyme Biosungery 公司和英国的 Gelltran 公司，前者能生产 14 万片 Epicel 皮肤，用于 医治烧伤面积为全身 30%以上的病人，这种病人平均要用 250500 片 50cm2 的人工皮肤。 由此可见，皮肤市场是巨大的。以美国为例，每年约有 250 万的人要治疗静脉溃疡，还有好几万人严 重烧伤，须入院医治。如果将组织工程美容皮肤包括在内，这一市场就更加巨大。 组织工程皮肤的制造方法，甚至所选用的细胞是极其不同的。一般的方法是采用牛的胶原作支架，加上 自人类新生包皮所取得的同种异体的成纤维细胞，以组成真皮，在添加同种异体角化细胞以产生上皮之前， 让真皮生长一同，随后再让整个二层结构生长二周，即可。这是不易做到的。很大，包括消毒灭菌和运输 在内，就要花去几百万美元，要从医疗保健部门那儿得到适当的补偿也很费精力。 目前，美国 Integra Lifescience 公司研制出一种真皮再生模板，能诱导皮肤细胞再生，可用于烧伤和修 复外科的病人。该模板具有由胶原和粘多糖制成的置换层，以及由硅酮制成的用于控制水分的暂时性的上 皮取代物。 骨和皮肤移植物中的生物相容性是要着重考虑的问题。最相宜的材料要能模拟人体自身的特点。要作的 工作是进一步模糊天然物和合成物两者之间的界限。 （五）人工矫形盘 与临床突破性进展相结合的革新表明，人工脊椎盘是一种转换技术。尽管这类器件 20 年前就已问世， 但 2004 年进入美国市场的产品对背痛严重的患者提供了一种取代脊柱融合术的方法。人工脊椎盘可能会 根本性地改变脊柱的治疗状况，就象数十年前开发出来的植入物改变了膝和髋部疾病的治疗状况一样。 矫形器械将对病人群体和脊柱治疗市场产生很大的影响。据统计，2004 年脊柱关节成形术的总收益为 7500 万美元，预计 2010 年非融合脊柱技术市场将超过 100 亿美元，其中最大的部分将是脊柱盘置换物。 这一部分使主要的矫形器械生产公司大为兴奋，以致生产出 10 亿美元以上产品；另一方面，这也催生 出许多公司。至少有 30 家公司试图研发脊椎盘技术，如 Medtronic Sofamor Danek 和 SpineCore 及 Synthes 公司。 但迄今为止，FDA 仅批准 DePuy Spine 公司生产的人工脊柱盘，其名为 Charite。这一产品仅用于患者有 腰脊最下部脊椎盘变性疾病的病人，这些病人在经非手术治疗后至少六个月并无缓释。 此盘的中心是由医用级塑料制成的高密度塑料滑动芯板，处于两个金属夹板之间，并由它们支撑。这此 些夹板由医用级钴铬合金制成，上面有小齿以扣住邻近的椎骨。盘是柔韧的，可模仿脊椎的自然活动以减 少邻近脊椎的进一步衰弱。这种人工脊椎盘是许多新兴技术之一，它是第一种不仅能缓释背痛且能保持活 动的器械。临床应用可缩短病人的住院期和恢复期，减少与切口有关的并发症，且费用也较低。一般来说， 病人在 12 天内即可离院，34 周内即可恢复工作。由于这些优点，极受医生和病人的欢迎。目前美国 每年有 20 万以上的病人接受脊柱融合术，这一情况正迅速改变，估计今后每年有 44 万美国人会采用人工 脊椎盘。 脊柱融合手术可能限制病人的行动，长时间地增加其疼痛，因而植入式人工脊椎盘的出现可能会对它构 成威胁。如果人工脊椎盘盛行起来，就会大大影响脊椎外科医生的业务。因此，脊椎外科医生应接受这一 新的治疗技术，学习它，掌握它。 这一技术将引起保留脊柱活动性的种种新思路，开辟在脊柱非融合的其它方面迅速发展的新时期。这些 方面包括对下背部疼痛的脊椎盘核的代替物，对背部病理学的非融合手术解决方案，例如青少年的脊柱侧 凸。 用于背部上部的颈椎盘正在开发和试验之中。如果研究试验成功，可望在最近几年投入市场。美国 Nu Vasive 公司提供一种具有颈核特性的置换器械，称之为 Neodisc，其可保持脊柱颈部区域的活动性，被视作 手术前治疗和全椎盘置换或脊柱融合术之前的过渡物。该公司确信这一产品可作多种用途，因为它易于调 整，并可用于相对简单的外科手术中。公司正待 FDA 的批准，产品可望于 2010 年投放市场。 （六）基于核酸的 IVD（体外诊断）装置 继基因克隆技术、基因自动测试装置，PCR 技术等之后出现的生物芯片技术是生命科学和医学的又一次 革命性的技术突破。其中，基于核酸的 IVD（体外诊断）装置的潜能已引起公众和医疗器械界同样程度的 神往。这种技术有助于医生在病人的 DNA 基础上，进行诊断、给药或治疗，因而极为人们所关注。尽管真 正的个人化的医学还有待时日，但基于核酸的 IVD 装置正在大大地改变着今日的诊断领域。 这种技术已应用于数百病例，不过，最能从基于核酸的 IVD 装置获益的，乃是对传染病症的控制。象 由 Gen-Probe 公司生产的 Procleix WNV 检测仪一类的产品，已提高对血液作西尼罗河病毒检测的能力。自 2003 年起，美国已用此类检测仪检验了 80%以上血液供品。 较之传统的检测技术，基于核酸的 IVD 装置更为敏感，对于某些病症，检测速度也更快。这种技术能更 早地检测了疾病。大多数基于核酸的 IVD 在一天内就能完成检测，而传统的检测仪器往往需要数日才能完 成，检测某些病症，甚至需要数周才能获得结果。 基于核酸和 IVD 装置还可提高检测传染性性病和淋病和衣原体的能力。这类装置有助于医生采用更好的 技术更迅速、更准确地做出诊断。籍助目标和信号扩增的检测可将目标分子扩增到足够能用记录装置检测 的程度。 药物基因产品还可减少给药处方反复试验的危险。Genentech 公司生产的 Heroeptin 装置就是这样的产 品，对于治疗癌症也是有效的。目标更准的药物可降低不利的反应，每年都数百万名患者因不良反应而入 院治疗。 基于核栈的 IVD 装置，将在目前的基础上继续提高。真正的个人医学虽然是将来的事，但这类装置已对 未来的状况描绘出清晰的图画。 （七）医用激光 随着激光技术、光谱技术、光纤技术以及显微技术的发展，一个以光子学与生命科学相互融合、相互促 进的新学科分支生物医学光子学也迅速发展进来。生物医学光子学可分为光子诊断和光子治疗两个组成 部分。前者以光子作为信息的载体，后者以光子作为能量的载体。激光由于具有单色性好、高亮度、高密 度、一转身方向性强等优点，无论是光诊断还是光治疗技术，多以激光为光源，故医用激光极具发展前景。 激光技术的潜在价值继续在增长，有朝一日，激光将可用在几乎每一种外科手术中；这样说，并非是胡 言。 激光应用于外科手术中，只是擦伤表皮，较之采用刀、钳、剪、镊的外科手术，病人的恢复期通常要短 得多。采用激光进行治疗的数量在过去的五年内逐渐增多，其技术每年都在提高，其用途每年都在拓展。 目前，激光已广泛应用于手术室和门诊部，在整形外科、皮肤科、眼科和齿科方面都发挥着重要的作用。 激光用于诊断方面的有：生物超弱发光、激光扫描共焦显微技术、光学相干层析技术（OCT） 、生物系 统的诱导发光、超快速激光成像技术、光镊技术、激光快速识别 DNA、激光选择癌细胞和快速分析识别细 胞、激光制备龋洞以及激光扫描眼底等等。 激光用于治疗方面的就更多，本文略举两例。 激光最有发展前途的应用是光动力疗法，目前治疗皮肤癌最为有效。在注入光敏剂（血卟啉衍生物）后， 红光会瞄准癌症区域，使肿瘤缩小或摧毁肿瘤。光的动力作用能破坏肿瘤中的微血管，造成局部缺血和细 胞死亡，数日后该部组织将坏死脱落，从而达到局部治癌的目的。目前光动力疗法对于体积较小，特别是 浅表的肿瘤及临床上的隐性癌，是一种较为行之较为有效的治疗方法；但光动力疗法的疗效受到激光剂量、 病变部位、病变类型和病变深度的影响。目前，正在研究增强光动力作用的方法，使之更佳发挥，以拓展 其应用范围，提高其疗效。 激光在治疗眼科病症方面亦大可为。目前，屈光性角膜切除术（PRK）和激光角膜原位磨镶术 （LASIK）是最先进的矫正视力的方法。 PRK 是利用紫外激光的高光子能量打断角膜基质内的分子链，造成非热致汽化来改变角膜的厚度和曲率， 治疗近视、远视和散光。该方法势损伤小、切割精细安全，预测性好。对近视曲光度在 600 度以下，散光 度不大于 500 度的患者，有较好的疗效。 LASIK 是先用于手术刀在角膜前部区域内切开一瓣皮层，然后用准分子激光切削角膜瓣下的角膜基质层， 永久性地改变角膜形状，切削完毕，将切开的角膜恢复到原位，不需缝合。术后角膜自然愈合，且颇光滑。 LASIK 是一种效果稳定的屈光矫正治疗方法。这种方法较 PRK 更安全，效果也更好；且继续在发展。近年 来，在美国这种方法已成主要的治疗近视眼的方法。 美国 Intralase 公司采用计算机导引的毫微秒激光器代替手术刀进行切开。理论上说，这种方法会减少 手工切割角膜错误的危险，使病人受益更多。但还需作长期研究，以评估其效果。 此外，激光还可用来治疗晶状体、玻璃体、虹膜及视网膜等各种眼科病症。外科和器械的进展将影响医 用激光的新一轮进程。激光在临床中的应用将继续拓展，在治疗严重病症中激光将有更大的作为。 （八）医用成像技术 自上世纪九十年代以来，医用成像技术有了突飞猛进的发展。现代图像成像装置的成像时间已缩短为几 秒，所提供的图像已是三维的，全彩色的。图像装置通常分为五类，即 X 射线机、X CT、MRI、医用超声 诊断装置及核医学成像装置。每类中又有各种仪器，本文不一一展开介绍。 尽管所有医用成像装置都是用来显示人体内部脏器的，但每一种装置又都各有其特长。例如，超声仪适 用于对辐射敏感的软组织器官； MRI 可用于多种软组织成像，显示密度极为相似的不同组织之间的对比度明显的细节；XCT 可显示几 乎所有人体结构的细致的剖面图像，提供诊断信息；螺旋 CT 可获得作三级重建用的数据；成像技术的首 创装置 X 射线机，由于是一种快速方便的评价骨骼和组织的方法，至今还被广泛应用着；核医学成像装置 则可探究器官的功能，显示其代谢和生理信息。因此各类图像装置之间的关系不是取代而互补。 随着数字成像技术、计算机技术和网络技术的进步，医学影像存贮与传输系统（PACS）也迅速发展起 来，成为成像技术的一个分支。PACS 之所以能得到关注，是因为它不仅能传输和存贮图像，还能实时显示 图像。这样，就方便了医生的工作，提高了医疗质量，还具有可观的经济效益。目前，PACS 甚至还可进行 运算，如计算血小板沉淀或测量骨流失量。 图像成像装置集中了当代各种新技术，从来都是医院中蛭重要的医疗仪器。随着其采作的技术越来越高 级，仪器的售价也将上升。据预测，美国至 2009 年图像成像装置及辅助产品的市场将达到 104 亿美元。 尽管如此，这类医疗设备仍畅销，因这它能节省大量的医疗费用和诊断用时，对病人也极有好处。采用诊 断图像取代活组织检查可减少病人的痛苦。对于某些疾病，采用诊断图像还可替代损伤性的外科手术，病 人基本不用住院。所有这些都是难以用其购置费用来衡量的。 （九）无线技术 属于远程医学领