在医疗器械研发的征程中，产品的可靠性与安全性宛如两座坚实的基石，其重要性不言而喻，因为它们直接维系着患者的生命健康，并深刻影响着治疗效果的达成。除了常规的临床使用环境外，医疗器械在高海拔地区的部署以及航空运输过程中的特殊环境亦是其生命周期中无法规避的重要场景。在此背景下，低气压试验作为环境可靠性测试体系中的关键一环，其地位凸显，作用无可替代。该试验通过科学手段精准复现高海拔地区的自然气压环境或航空运输过程中的气压变化条件，从而能够全面、系统地验证医疗器械在这类极端气压环境下，其性能参数的稳定性是否依旧卓越，功能模块的完整性是否得以保持，以及最重要的——产品整体的安全性是否仍能得到坚实保障。

进一步而言，在医疗器械走向市场的关键审评环节，低气压试验所获取的数据和结果扮演着至关重要的角色，是技术审评专家进行科学决策时的核心考量依据之一。具体来说，当医疗器械的预期使用场景明确包含高海拔地区，或者其产品特性决定了在流通环节中必须采用航空运输方式时，监管机构在技术审评过程中，通常会明确要求研发方提交该器械在低气压环境条件下进行充分性能验证的详细数据。这些数据不仅是对产品设计和制造工艺的有效检验，更是确保产品在特殊环境下安全有效应用的科学凭证，为医疗器械的安全上市和广泛应用筑起了一道坚实的技术屏障。

 

一、何为高海拔？

一般意义上讲，高海拔通常是指海拔2500米以上的地区。然而，在医疗器械测试中，高海拔的定义更多是基于气压条件，而非具体的海拔高度。医疗器械测试中常见的高海拔模拟范围包括海拔2500米、3000米、4000米甚至更高，以验证设备在这些极端条件下的性能。

但是需要注意一种特殊情况，对于在飞机等航空设备上使用的医疗器械，为保障乘客和机组人员的舒适与安全，民航客机会通过增压系统将座舱内气压维持在接近低海拔的水平,约为80kpa，虽然其海拔高度可能超过了4000米，但根据其实际的大气压力，其实际约等于海拔2000米左右。

 

二、高海拔对医疗器械的影响

在产品的研发、注册和生产环节可能都不太会注意到这么一个不起眼的条件。可能接触比较多的就是以下2种情况：

1. 1. 说明书中的运输、储存和工作条件

1. 2. 安规检测时的电气间隙倍增系数

高海拔对医疗器械的影响主要体现在物理、化学及电气性能的协同变化上。这些影响可能导致医疗器械在高海拔地区无法正常工作，甚至对患者的安全和健康造成威胁。医疗器械在高海拔地区可能面临以下挑战：

• 密封失效：由于内外压差的变化，气体或液体可能从密封结构中泄漏，影响设备的正常运行。例如，输液泵或植入式器械的密封部件可能因此失效。
• 材料性能退化：低气压环境下，非金属材料（如橡胶、塑料）可能加速老化，润滑剂挥发或可塑剂迁移，从而缩短设备的使用寿命。
• 电气性能劣化：空气密度降低可能导致绝缘材料的介电强度下降，电晕电压和击穿电压显著降低，从而增加短路或漏电的风险。（海拔每升高1000米，击穿电压下降8%-13%）
• 散热效率降低：空气对流减弱会导致设备的散热效率降低，可能引发过热故障。（海拔每升高1000米，散热效率下降3%-10%）
• 机械结构变形：密闭腔体可能因内外压差而破裂，或者包装在运输过程中因气压变化而受损
• 产品性能退化：低气压环境对与气体和液体相关的产品影响较大。在高海拔地区，氧气稀薄可能会导致呼吸机和氧气供应设备无法正常工作或提供足够的氧气供应。气压变化可能会对输液泵和注射器的液体输送速度和精确度产生影响。
• 使用期限：高海拔使用可能会导致内部元器件或材料的使用寿命的退化，导致使用期限的缩短。
• 包装和运输：高海拔环境可能会导致产品包装在运输过程中因气压变化而受损，尤其是无菌包装产品，导致产品失效。

 

三、审评的要求

对于高海拔可能带来的影响，各国的审评机构也开始针对此进行一系列的要求。FDA早在1997年发布的《医疗器械制造商设计控制指南DESIGN CONTROL GUIDANCE FOR MEDICAL DEVICE MANUFACTURERS》中就明确提出了相关要求：

“Altitudes may exceed 3,000 m, and the resultant low atmospheric pressure may adversely affect some kinds of medical equipment. If environmental conditions are fully specified, a qualified reviewer can make a determination of whether the specified conditions are representative of the intended use.”“海拔高度可能超过3000米，由此产生的低气压可能会对某些医疗设备造成不利影响。如果环境条件已完整规定，合格的审核人员可以判断规定的条件是否代表预期用途。”

NMPA审评也在最近的审评发补意见中多次提出产品在高海拔使用时需要提供的相关验证资料以及相应的风险分析。

这对于国内外制造商也敲响了警钟，之前不重视的地方现在需要重新做相应的验证。如果申报的产品预期在高原等高海拔环境下使用，那么除了要满足常规的电气安全性能测试标准之外，还必须充分考量高海拔因素对产品多方面可能产生的影响。这些影响涉及产品性能（如性能参数是否会因高海拔改变）、使用期限（是否因环境因素缩短或延长）、包装（包装在高海拔下的防护性能等是否会受影响）以及运输（运输过程中产品在高海拔环境下的稳定性等）。同时在风险管理文档中，针对产品在高海拔使用的情况，要进行细致、全面的分析。分析内容不仅仅局限于上述提到的几个方面，只要是与高海拔使用相关的潜在影响都应涵盖。并且，如果经分析发现高海拔因素确实会对产品产生影响，那么就需要提供与之对应的研究资料，用以支撑相关分析和结论。

四、制造商采取的措施

那针对审评机构的这些要求，制造商应该采取哪些措施来应对呢？

1. 1. 最省事的办法，就是不要宣称高海拔的使用情形。但是这同时也降低了产品的市场竞争力，限制了高海拔地区的产品使用，可能对产品的市场占有有较大影响。
2. 2. 实地试验。前往高原地区进行实地测试，这是最还原使用场景的一种情况，但是所产生的费用等均比较高。
3. 3. 除了以上2种情况，目前制造商做的最多的，也是比较推荐的就是模拟环境下进行试验。比如模拟海拔气压箱，但是也有相应的局限性，一致性做不到完全一比一复刻（温度、湿度等环境因素）、体积受限、还有就是试验时，设备的设置和即时操作、性能观察和验证等不是很方便。

方法	优势	劣势
1. 不宣称高海拔使用情形	- 省事高效：无需额外测试或投入，降低研发成本和时间。 - 操作简单：避免复杂流程，减少潜在风险。	- 市场受限：降低产品竞争力，无法覆盖高海拔地区用户。 - 占有率下降：可能丢失市场份额，影响销售潜力。
2. 实地试验	- 场景真实：完全还原高海拔环境（如温度、气压），测试结果可靠性高。 - 全面验证：便于观察实际使用性能，如设备响应和用户操作。	- 费用高昂：涉及差旅、设备运输等成本，预算压力大。 - 资源密集：需要协调时间和人力，效率较低。
3. 模拟环境下试验	- 成本可控：常用且推荐，实验室模拟（如气压箱）费用较低。 - 灵活操作：环境参数（如气压）可部分调整，便于重复测试。	- 一致性不足：无法完全复刻真实环境（如温度、湿度差异）。 - 操作局限：设备体积受限，设置和即时观察不便；性能验证可能失真。

具体步骤和建议：

1. 1. 识别具体的高海拔场景：
   • 明确产品预期使用的最高海拔，如低于2000米则无需考虑。
   • 了解该海拔下的典型环境条件：大气压范围、温度范围、相对湿度范围、紫外线强度等。参考标准如 GB/T 4798.1, IEC 60721 等。
2. 2. 进行各项验证测试

• 电气安全：
  • 电气间隙和爬电距离： 低气压下空气绝缘强度下降，可能导致原本符合要求的间隙/距离在高海拔下击穿风险增加。需按标准（如 GB 9706.1 / IEC 60601-1）附录进行高海拔修正计算或测试。
  • 温升：低气压下散热效率降低，可能导致元器件温升超过限值。需进行低气压下的温升测试。
  • 元器件降额：评估关键元器件（如电容、功率器件）在高海拔/低气压下的降额使用是否符合要求。
• 性能与功能：
  • 传感器精度：气压传感器、流量传感器（如果涉及气体）、氧传感器等对气压变化敏感，精度是否受影响。
  • 电机/泵性能： 低气压可能影响电机散热和出力，泵的流量、压力输出是否稳定。
  • 电池性能： 低温会显著降低锂电池容量和输出能力。低气压对密封电池的影响。
  • 显示与报警： 液晶屏在低温下响应速度、对比度是否有影响，报警功能在极端条件下是否可靠触发。
  • 软件逻辑： 软件中是否有基于气压或温度的补偿算法，其有效性需验证。
  • 密封与泄露： 低气压可能导致密封件内外压差变化，引发泄露或吸入污染物风险增加。
• 使用期限：
  • 材料老化： 评估塑料、橡胶、密封件、润滑剂等在高原强紫外线、低温、臭氧（可能）环境下的加速老化情况。
  • 机械磨损： 特定工况下（如散热风扇需要更高转速补偿散热）是否加速磨损。
  • 电池循环寿命： 低温充放电对电池寿命的影响。
  • 基于以上，重新评估和论证在高海拔环境下的宣称使用期限是否合理，可能需要加速老化试验结合高原环境因素。
• 包装：
  • 密封完整性： 模拟高海拔低气压（如空运或高原运输）后，进行包装密封性测试（如染色液穿透法、气泡法、真空衰减法）。
  • 材料强度： 低温下包装材料的脆性增加，抗冲击、抗穿刺能力是否下降？进行低温下的包装强度测试（如跌落、挤压）。
  • 内部压力差： 评估平原封装的产品在运往高原过程中，内部压力高于外部导致胀包的风险，或高原封装的产品运往平原内部负压导致包装塌陷的风险。可能需要压力差测试或模拟运输测试。
  • 无菌屏障维持： 经过模拟高海拔运输后，包装的无菌屏障性能是否依然符合要求（如进行微生物挑战试验）。
• 运输：
  • 结合包装验证，进行包含低气压条件的综合模拟运输测试（振动+温湿度+低气压循环），测试后检查产品功能和包装完整性。

1. 3. 系统性风险分析：
   • 重新审视FMEA： 对产品的所有子系统、元器件、材料、包装进行系统性的失效模式与影响分析，专门考虑高海拔环境作为失效原因或加剧因素。
   • 更新风险估计： 针对识别出的高海拔相关失效模式，重新评估其发生概率和严重度（在高海拔环境下，某些失效的严重度可能提高）。
   • 更新风险控制措施： 明确针对高海拔风险采取了哪些控制措施（如设计改进、特定元器件选择、包装设计、使用说明中的警告/限制）。验证这些措施的有效性是提供研究资料的核心。
   • 更新剩余风险评价： 评估实施控制措施后，高海拔相关的剩余风险是否可接受。清晰陈述结论。
2. 4. 针对审评要求进行系统性的设计。

通过以上系统性的分析和验证，并提供详实的研究资料，方能有效说服审评机构对高海拔使用安全性和有效性的关切，满足合规要求。

 

来源：不严肃医械研究

关键词： 医疗器械 高海拔医疗器械