量效关系是指在一定的范围内，事物数量或程度的变化量和其所产生的效果之间的关系。这种变化可能是一个或多个因素的结果，而变化和效果间的关系可以是非线性的，也可以是线性的。

医疗器械研究中的量效关系，指在一定的范围内，医疗器械的输出能量（剂量）和治疗效果成正相关，输出能量取决于输出值、作用时间、作用部位等因素，分析两者间的变化规律，用于验证医疗器械的治疗参数，也可作为临床试验前的证明。

 

有能量输出的医疗器械的能量安全是证明产品安全性的重要组成部分，确保医疗器械治疗中产生的声、光、电或辐射能量在安全范围内，以减少对患者和使用者的潜在危害。为确保能量安全，须制定相应能量输出的限值指标，同时对该指标进行验证。

能量安全应结合风险管理过程进行控制，对于剩余风险应在说明书中予以告知，对于产品性质原因无法降低的风险，应对产品进行风险-受益分析。

 

 

 

二.量效关系和能量安全研究方法

2.1研究对象

医疗器械量效关系和能量安全研究，本质上是对产品能量的输出参数进行研究，依据参数来源不同，可分为企业自定参数和标准参数。

1）企业自定参数

企业自定参数指产品的相关指标、输出能量、治疗部位、治疗时间和周期由企业自行规定，该类指标没有经过验证。

2）标准参数

标准参数指国家标准、行业标准、法律法规或指南中已经明确的参数，或者文献中经动物研究或临床研究确认的参数。

2.2研究方法

量效关系及能量安全研究应为申报产品的非临床试验（台架试验、离体组织试验、活体动物试验等）、临床试验等一项或多项研究所获得数据的分析和总结。

◆台架试验

医疗器械中的“台架试验”是指在实验室环境下，使用非活体的模型、模拟装置或标准化的测试设备，对医疗器械或其关键部件进行的物理、机械、电气、化学或功能性能测试。 它是在体外（即不在人体或动物体内）进行的工程学验证，是医疗器械研发、质量控制和注册申报过程中的关键环节。

◆模拟组织、离体组织试验

离体组织试验使用从生物体（动物或人）分离后不久、仍保持一定新鲜度和生理特性的器官、组织或标本进行实验。这些组织脱离了活体的血液循环和神经调控，但细胞和细胞外基质在短时间内仍具有生物活性。

◆活体动物试验

医疗器械活体动物试验是指在活体动物模型上进行的研究和评估，以考察医疗器械的安全性、有效性、生物相容性、操作性能及潜在风险，为后续人体临床试验和产品上市提供科学依据。

活体动物研究可对量效关系和能量安全两方面进行研究，动物实验分为大动物实验和小动物实验。如研究需要考虑到试验动物体型和人体的相似性，则需要进行大动物试验，主要试验动物为家猪和比格犬。

创新产品、企业自定的参数验证可采用此类研究方法，活体动物实验成本较大，企业在选择该研究路径时需要考虑到投入能力。

部分高风险医疗器械在临床试验前需要进行动物实验，如除颤仪、组织切割止血器械，此类产品在临床前动物试验时需要将量效关系和能量安全纳入实验中。

◆文献研究

文献研究指通过搜索同类产品相关的能效研究文献、同类产品的不良事件分析，佐证参数设置的安全性和有效性。

文献研究受限于文献资料的充分性，实际中具有较大的局限性，企业可尝试采用。

2.3研究方法的选择

量效关系研究应当评价产品在所有工作模式、输出方式下，各输出能量档位（涵盖产品的全部相关性能参数和调节范围）与临床效果的关联性。该部分资料也可作为性能参数确定依据及适应症的支持性资料。可通过实验室模拟组织、离体组织和/或活体动物试验开展量效关系研究，临床试验数据、临床经验数据也可作为量效关系的一部分。

能量安全研究应当评价产品在所有工作模式、输出方式下，能量作用于靶组织时，是否会对周边正常组织器官造成不可接受的伤害。对于相同的适应症和应用部位，通常可通过分析最大输出能量档位来代表其他档位。可通过离体组织试验、活体动物试验开展能量安全研究，通过分析治疗前后组织形态学、病理学的变化结果，来判定是否产生了不可接受的能量损伤。

各类研究方法的利弊分析如下：

研究方法	优势	劣势
台架试验	研究方法和产品性能研究关联性较大，试验成本较低。	研究结果被接受程度一般。研究路径受限，需要有相关的法规和标准。
文献研究	只需要收集分析文献资料，无试验成本	研究结果被接受程度较低。研究路径受限，需要有同类产品的研究文献。
模拟组织、离体组织试验	研究结果被接受程度较强。	研究成本较高，一般企业无法自行完成，需要找第三方机构。只能做部分产品的研究。
活体动物试验	研究结果被接受程度极强，所有产品均可采用该路径。	周期长、成本高。

 

三.离体试验方案设计

0、前期准备

（1）离体组织模型

（2）参数测量设备

1、测试方案设计

（1）输出模式 常见模式有如切割、凝血等功能，应分别设计在内；

（2）档位选择 部分产品如超声刀在指导原则中明确需要测试全模式+全档位，高频等设备指导原则提及可以全模式+典型/极值档位，其余能量产品可以参考如下路径：

2、测试矩阵

考虑不同产品、不同结构、不同临床部位、不同适应症、不同模式、不同档位等情况下的测试矩阵

 

3、试验流程

4、核心测量指标

（1）作用时间

（2）组织温度变化

（3）目标区域尺寸

（4）温度梯度研究

（5）热累积研究

（6）组织损伤病理学分级

5、数据分析

采用SPSS对实验数据进行统计分析（SPSS操作界面直观，非统计师易上手，有条件的可考虑SAS，GLP合规性强，FDA首选）

 

四.哪些产品需要考虑量效关系和能量安全？

01有源手术器械（超声、激光、高频/射频、微波、冷冻、冲击波类医疗器械）

09物理治疗设备（电疗、温热（冷）疗、光疗、磁疗、超声治疗、高频治疗类医疗器械）

05放射治疗设备（直线加速器、治疗治疗系统等）

介入手术器械：腹腔镜电钩、宫腔镜双极电切环、导管消融系统等；

主动/被动产热植入物：MRI环境下有源/无源植入物；

其他新型设备：不可逆电穿孔（IRE）、高强度聚焦超声（美容超声刀）。

 

 

五.关心的几个问题？（官方答疑）

1、对于能量治疗类设备，应如何提交量效关系和能量安全的研究资料？

发布时间：2023-9-28

对于向患者提供能量或物质治疗的医疗器械，通常需要提供量效关系和能量安全的研究资料，证明治疗参数设置的安全性、有效性、合理性，并反映出能量和组织的作用效果和对应关系，以及除预期靶组织外，能量不会对正常组织造成不可接受的伤害。量效关系及能量安全研究应为申报产品的非临床试验（台架试验、离体组织试验、活体动物试验等）、临床试验等一项或多项研究所获得数据的分析和总结。

量效关系研究应当评价申报产品在所有工作模式、输出方式下，各输出能量档位（应当涵盖产品的全部性能参数和调节范围）与临床应用效果（应包括各种适应证或各种类型的组织）的关联性。该部分资料也可作为性能参数确定依据及适应证的支持性资料。可通过实验室模拟组织、离体组织和/或活体动物试验开展量效关系研究，临床试验数据、临床经验数据也可作为量效关系的一部分。

能量安全研究应当评价申报产品在所有工作模式、输出方式下，能量作用于靶组织时，是否会对周边正常组织造成不可接受的伤害。对于相同的适应症和应用部位，通常可通过分析最大输出能量档位来代表其他档位。可通过组织和/或动物试验开展能量安全研究，通过分析治疗前后组织形态学、病理学的变化结果，来判定是否产生了不可接受的能量损伤。

需注意：上述相关研究均为基于申报产品自身所开展，目的是为了表明申报产品的能量特性。开展研究时也可考虑建立对照，通过与已上市产品进行等同性分析来证实量效关系和能量安全是否可接受。

 

2、有源产品的量效关系如何验证？

发布时间：2024-02-05

自身验证。可通过实验室模拟组织、离体组织和/或活体动物试验开展量效关系研究，通过临床试验数据、临床经验数据来验证在所有工作模式、输出方式下，各输出能量档位（应当涵盖产品的全部性能参数和调节范围）与临床应用效果（应包括各种适应证或各种类型的组织）的关联性。能量安全研究应当评价申报产品在所有工作模式、输出方式下，能量作用于靶组织时，是否会对周边正常组织造成不可接受的伤害。

建立对照。与已经上市的产品进行等同性分析，其中已上市产品的文献中的量效关系分析，可以作为支持性资料。

《医疗器械注册申报资料要求和批准证明文件格式》中（五）研究资料的“量效关系和能量安全”要求：对于向患者提供能量或物质治疗的医疗器械，应当提供量效关系和能量安全性研究资料，提供证明治疗参数设置的安全性、有效性、合理性，以及除预期靶组织外，能量不会对正常组织造成不可接受的伤害的研究资料。

相关的医疗器械包括01有源手术器械（超声、激光、高频/射频、微波、冷冻、冲击波类医疗器械）、09物理治疗设备（电疗、温热（冷）疗、光疗、磁疗、超声治疗、高频治疗类医疗器械）、05放射治疗设备、12有源植入器械等类别的产品，以及有源医美类医疗器械产品。