隨著腦機(jī)接口(Brain-computer interface, BCI)的發(fā)展,其內(nèi)涵和外延也在不斷豐富。廣義的BCI包含輸出式BCI和輸入式BCI。輸出式BCI主要由大腦向外部設(shè)備輸出通信或控制指令,并把結(jié)果通過神經(jīng)反饋給用戶或被試形成閉環(huán)以調(diào)節(jié)其腦活動(dòng)信號,從而提升腦機(jī)交互的性能;輸入式 BCI主要由外部設(shè)備或機(jī)器繞過外周神經(jīng)或肌肉系統(tǒng)直接向大腦輸入電、磁、聲和光的刺激等或神經(jīng)反饋,以調(diào)控中樞神經(jīng)活動(dòng)。
一、產(chǎn)品注冊情況
美國Neurolutions公司的“IpsiHand上肢康復(fù)系統(tǒng)”于2021年4月成為首個(gè)FDA批淮的用于康復(fù)的非侵入式腦機(jī)接口機(jī)器人,該系統(tǒng)由腦電頭套、機(jī)器人外骨骼和平板電腦組成(下圖所示),能夠通過檢測大腦未受損部分電信號,控制裝在患側(cè)手上的外骨酪,從而改善病患的抓握能力。該產(chǎn)品的類別為腦電圖(EEG)驅(qū)動(dòng)的上肢動(dòng)力鍛煉器,屬于二類醫(yī)療器械。
根據(jù)廣義BCI的定義,結(jié)合我國現(xiàn)行《醫(yī)療器械分類目錄》的規(guī)定,與BCI相關(guān)設(shè)備的分類主要為II類和III類,如下表所示:
分類
器械類型描述
說明
分類目錄相關(guān)產(chǎn)品類別
相關(guān)產(chǎn)品舉例
III類
侵入式腦機(jī)
對于人體的傷害性大、風(fēng)險(xiǎn)性大
12有源植入設(shè)備-02神經(jīng)調(diào)控設(shè)備-01植入式神經(jīng)刺激器、02植入式神經(jīng)電刺激電極
植入式(可充電)腦深部神經(jīng)刺激器
植入式腦深部神經(jīng)刺激電極、植入式腦深部神經(jīng)刺激延伸導(dǎo)線
具有增強(qiáng)或刺激類等輔助治療功效的非侵入式腦機(jī)
雖然其不植入人體但基于對機(jī)體施加的直接影響,應(yīng)參考對于預(yù)期用途為“如刺激癱瘓部位運(yùn)動(dòng)及抑郁癥等疾病的輔助治療”的“動(dòng)磁場治療設(shè)備”,納入第三類醫(yī)療器械監(jiān)管。
09物理治療器械-05磁療設(shè)備/器具-01動(dòng)磁場治療設(shè)備
經(jīng)顱刺激儀、磁刺激器
II類
其他一般類型的非侵入式腦機(jī)
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07醫(yī)用診察和監(jiān)護(hù)器械-03生理參數(shù)分析測量設(shè)備-06生理參數(shù)誘發(fā)診斷設(shè)備;
腦電圖機(jī)
09其他測量、分析設(shè)備-03睡眠呼吸監(jiān)測設(shè)備-腦電電極;
睡眠監(jiān)測記錄儀
10附件、耗材-03體表電極-腦電電極
腦電電極
19醫(yī)用康復(fù)器械-02運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練器械-05關(guān)節(jié)訓(xùn)練設(shè)備
肢體運(yùn)動(dòng)康復(fù)儀、肢體功能康復(fù)評定與訓(xùn)練系統(tǒng)
21醫(yī)用軟件-03數(shù)據(jù)處理軟件-02生理信號處理軟件
腦電分析處理和/或傳輸
由于III類醫(yī)療器械在注冊難度、監(jiān)管要求、申請受理部門層級和申請時(shí)長等方面都遠(yuǎn)高于II類醫(yī)療器械,我國腦機(jī)企業(yè)目前大多選擇非侵入式采集技術(shù)路線。對于侵入式腦機(jī)設(shè)備,目前都處在臨床性研究和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段。目前暫無公開性的由國家藥品監(jiān)督管理局正式批準(zhǔn)進(jìn)入人體臨床試驗(yàn)階段的侵入式腦機(jī)器械。
二、臨床試驗(yàn)
2021年7月,美國Synchron公司研制出基于神經(jīng)介入技術(shù)的傳感器,可通過血管傳輸?shù)酱竽X,進(jìn)而免去開顱手術(shù)。該產(chǎn)品通過了FDA臨床研究性器械豁免(Investigational Device Exemption,IDE,F(xiàn)DA對開展一項(xiàng)醫(yī)療器械臨床試驗(yàn)的許可)申請,并已招募了多位志愿者開展臨床性研究。
根據(jù)美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA) 2021年發(fā)布的《用于癱瘓或截肢患者的植入式腦機(jī)接口(BCI)設(shè)備的非臨床和臨床考慮因素——FDA工作人員指南》(“BCI設(shè)備指南”),其中對植入式BCI醫(yī)療器械在申請臨床研究性器械豁免(IDE)或注冊上市的預(yù)提交階段提出了可借鑒的一般性建議,建議的主要內(nèi)容如下表所示:
非臨床性的建議
1提交對于BCI設(shè)備及其軟件的完整描述、風(fēng)險(xiǎn)管理評估;
2考慮人為因素、生物相容性、電磁兼容性等;
3驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)和系統(tǒng)組件之間的兼容性符合特定標(biāo)準(zhǔn)并提供相關(guān)科學(xué)或臨床依據(jù)。
動(dòng)物試驗(yàn)方面的建議
1原則上建議植入式BCI醫(yī)療器械首先須通過動(dòng)物試驗(yàn)評估設(shè)備的體內(nèi)安全性;
2需要考慮動(dòng)物試驗(yàn)的結(jié)果是否可以為設(shè)備的安全性提供證據(jù);
3試驗(yàn)方案是否已盡可能降低動(dòng)物負(fù)擔(dān)或避免額外試驗(yàn);
4試驗(yàn)行為是否符合良好實(shí)驗(yàn)室規(guī)范(Good Laboratory Practice, GLP)標(biāo)準(zhǔn)等。
臨床試驗(yàn)方面的建議
1申請者需要考慮設(shè)備的家用性并于臨床協(xié)議中具體描述如何執(zhí)行;
2試驗(yàn)面向的患者群體應(yīng)根據(jù)潛在益處大于風(fēng)險(xiǎn)的原則結(jié)合患者需求及風(fēng)險(xiǎn)承受能力考慮;
3試驗(yàn)的知情同意書及試驗(yàn)計(jì)劃內(nèi)容必須具備BCI設(shè)備指南要求的要素。
我國NMPA尚未發(fā)布類似指南,根據(jù)公開報(bào)道等,我國專家呼吁關(guān)注侵入式腦機(jī)設(shè)備應(yīng)用于臨床試驗(yàn)時(shí)的安全與倫理問題,包括但不限于:
安全問題
1.植入電極的手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和術(shù)后感染及排異的風(fēng)險(xiǎn);
2.在BCI系統(tǒng)可以增強(qiáng)或刺激神經(jīng)元活動(dòng)的情況下,需保證不會給神經(jīng)元及神經(jīng)系統(tǒng)帶來損傷、避免病患產(chǎn)生不當(dāng)幻覺。
倫理問題
1.讀取病患的神經(jīng)活動(dòng)信息以及潛意識等內(nèi)容是否構(gòu)成對其個(gè)人隱私的侵犯、是否符合人類道德和社會倫理規(guī)范;
2.在BCI系統(tǒng)可以穩(wěn)定增強(qiáng)或刺激神經(jīng)元活動(dòng)的惜況下,增強(qiáng)的限度是否會超越自然水平,從而引發(fā)社會公平性等隱憂。
此外,還有許多專家呼吁建立腦機(jī)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)規(guī)范等,以促進(jìn)研究與行業(yè)的有序發(fā)展。在安全、倫理和標(biāo)準(zhǔn)化等問題均得到有效解決之后,腦機(jī)接口技術(shù)應(yīng)用于人體臨床試驗(yàn)才更有保障。
三、腦機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展
(一)國際標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展
腦機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)化工作正受到三大國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO(International Organization for Standardization,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)、IEC(International Electrotechnical Commission,國際電工委員會)、 ITU( International Telecommunication Union,國際電信聯(lián)盟)的廣泛重視。美國IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers,電氣與電子工程師學(xué)會)旗下的醫(yī)學(xué)與生物學(xué)工程學(xué)會(IEEE Engineering in Medicine and Biology Society,EMBS)已開展數(shù)個(gè)腦機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目。
2021年11月召開的ISO/IEC JTC 1全會上正式通過了中國發(fā)起成立SC 43腦機(jī)接口分技術(shù)委員會的提案,秘書處設(shè)于中國。腦機(jī)接口分技術(shù)委員會的成立,說明該技術(shù)如同人工智能技術(shù)一般(注:人工智能分技術(shù)委員會為ISO/IEC JTC 1/SC 42)具有顛覆性和獨(dú)特性,單獨(dú)設(shè)立面向腦機(jī)接口技術(shù)的ISO/IEC JTC 1/SC 43,將有效助推本領(lǐng)域的國際標(biāo)準(zhǔn)化工作。全會同時(shí)通過了《信息技術(shù) 腦機(jī)接口 用例》的立項(xiàng)提案,將與2021年10月立項(xiàng)的ISO/IEC AWI 8663《信息技術(shù) 腦機(jī)接口 術(shù)語》標(biāo)準(zhǔn)一并在ISO/IEC JTC 1/SC 43的指導(dǎo)下開展工作。
(二)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展
在腦機(jī)接口領(lǐng)域,我國學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界密切互動(dòng),促進(jìn)了先進(jìn)技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化,同時(shí)也推動(dòng)和促進(jìn)了我國腦機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。
1. 國內(nèi)與國際標(biāo)準(zhǔn)化工作密切聯(lián)動(dòng)
早在2013年,中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院和浙江大學(xué)共同推動(dòng)在全國信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化委員會用戶界面分技術(shù)委員會(SC 35)下設(shè)腦機(jī)交互研究組。
2019年,我國專家牽頭撰寫的腦機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)化研究報(bào)告于ISO/IEC JTC 1上發(fā)布,推動(dòng)成立了ISO/IEC JTC 1/AG 16腦機(jī)接口咨詢組,組內(nèi)召集了中、美、日、韓、德等多國專家參與,提交了“Study Report for BCI”,同期開展了術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)提案研究和腦機(jī)接口用例研究,不僅填補(bǔ)了ISO、IEC在腦機(jī)接口國際標(biāo)準(zhǔn)化工作的空白,還成功牽頭立項(xiàng)首個(gè)腦機(jī)接口國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO/IEC AWI 8663)和用例報(bào)告,推動(dòng)在ISO/IEC JTC 1下新設(shè)腦機(jī)接口分技術(shù)委員會SC 43(秘書處設(shè)于中國,中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院)。
緊密推動(dòng)腦機(jī)接口國際標(biāo)準(zhǔn)化工作的同時(shí),腦機(jī)接口的術(shù)語、參考架構(gòu)、安全倫理等標(biāo)準(zhǔn)被列入2022年國家重點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)建議,相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)工作穩(wěn)步進(jìn)行,國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目密切聯(lián)動(dòng)。
2. 腦機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)研究成果
2021年7月,中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院牽頭與主要高校和科研院所共同發(fā)布了本領(lǐng)域首部標(biāo)準(zhǔn)化白皮書《腦機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)化白皮書(2021版)》。中國信通院和中國人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟發(fā)布《腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)療健康領(lǐng)域應(yīng)用白皮書》。2021年10月,中國信息通信研究院發(fā)布《腦機(jī)接口技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告(2021年)》。
上述研究成果系統(tǒng)性地梳理了腦機(jī)接口領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展趨勢和示范性應(yīng)用,闡述了標(biāo)準(zhǔn)化需求和挑戰(zhàn),為產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈、標(biāo)準(zhǔn)鏈“三鏈融合”夯實(shí)基礎(chǔ)。
四、建議
(一)調(diào)整當(dāng)前臨床審批對腦機(jī)接口技術(shù)的適用性
三類醫(yī)療器械審批受到藥監(jiān)部門的嚴(yán)格監(jiān)管,并且由有資質(zhì)的醫(yī)院完成確診和植入以確保安全性?;诂F(xiàn)有研究進(jìn)展,與運(yùn)動(dòng)功能相關(guān)的腦機(jī)接口針對肢體癱瘓病人有較明顯的幫助,而與精神類疾病相關(guān)的應(yīng)用場景由于病因的理論建設(shè)不完善,靶點(diǎn)難以確定,仍需要進(jìn)一步探索。為促進(jìn)相關(guān)研究領(lǐng)域的發(fā)展,建議適當(dāng)調(diào)整當(dāng)前臨床試驗(yàn)審批對于侵入式腦機(jī)接口的適用性。
(二)建立腦機(jī)接口系統(tǒng)的科學(xué)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和倫理標(biāo)準(zhǔn)
隨著技術(shù)不斷進(jìn)步,需推動(dòng)制定政策指引并建立一套統(tǒng)一的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系,進(jìn)一步強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)機(jī)制,完善監(jiān)管制度,重視安全和倫理問題,保障腦機(jī)接口技術(shù)在研發(fā)、使用及普及過程中每一個(gè)重要環(huán)節(jié)的安全有效,以標(biāo)準(zhǔn)化護(hù)航腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展。
(三)關(guān)注腦機(jī)接口醫(yī)療器械特殊審批
基于BCI技術(shù)在臨床領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值及在全球范圍內(nèi)的前沿性,企業(yè)可能考慮按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)申請創(chuàng)新醫(yī)療器械審批,在滿足相應(yīng)條件的情況下推進(jìn)醫(yī)療器械提早面市。此外,BCI技術(shù)目前已知的一些重要臨床應(yīng)用場景涉及了眾多尚無有效診斷或治療手段的罕見病、老年病(比如阿茲海默癥等),企業(yè)也可能按照自身醫(yī)療器械產(chǎn)品情形或其預(yù)期用途判斷提出優(yōu)先審批申請,需給予關(guān)注。
參考文獻(xiàn):
【1】腦機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)化白皮書(2021版)。中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院
【2】Synchron Receives Green Light From FDA to Begin Breakthrough Trial of Implantable Brain Computer Interface in US, http://www.businesswire.com/news/home/20210728005305/en/(last visited August 2nd,2022)
【3】Implanted Brain-Computer Interface (BCI) Devices for Patients with Paralysis or Amputation - Non-clinical Testing and Clinical Considerations--Guidance for Industry and Food and Drug Administration Staff,https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/implanted-brain-computer-interface-bci-devices-patients-paralysis-or-amputation-non-clinical-testing
【4】腦機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展。生命科學(xué)儀器 2021 第19卷 / 6期
器械大灣區(qū)分中心 袁盛 朱鵬志 供稿
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