TRL及其在我國(guó)醫(yī)療器械技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)中的應(yīng)用探討*

周 平 歐陽(yáng)昭連 池 慧

(中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院/北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)信息研究所/圖書館 北京 100020)

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TRL及其在我國(guó)醫(yī)療器械技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)中的應(yīng)用探討*

周 平 歐陽(yáng)昭連 池 慧

(中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院/北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)信息研究所/圖書館 北京 100020)

介紹TRL的提出及其在醫(yī)療領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，結(jié)合醫(yī)療器械的生產(chǎn)、使用和監(jiān)管特點(diǎn)，分析TRL應(yīng)用于醫(yī)療器械技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)應(yīng)考慮的安全性、有效性和上市監(jiān)管等問(wèn)題。闡述美國(guó)國(guó)防部和北約組織TRL等級(jí)定義和描述，指出TRL應(yīng)用于醫(yī)療器械技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)切實(shí)可行，可作為研發(fā)管理和技術(shù)交流工具減少技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)評(píng)價(jià)項(xiàng)目進(jìn)度。

TRL； 醫(yī)療器械； 技術(shù)成熟度

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的增長(zhǎng)、社會(huì)老齡化程度的提高，以及人們保健意識(shí)的不斷增強(qiáng)，全球醫(yī)療器械市場(chǎng)需求持續(xù)快速增長(zhǎng)，成為當(dāng)今世界發(fā)展最快的行業(yè)之一。醫(yī)療器械行業(yè)是一個(gè)多學(xué)科交叉、知識(shí)密集、技術(shù)尖端、附加值高的高科技產(chǎn)業(yè)，涉及到醫(yī)藥、電子機(jī)械、塑料等多個(gè)行業(yè)，是最能體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家科技水平的重要產(chǎn)業(yè)之一。近些年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)、生命科學(xué)等相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展，新技術(shù)在醫(yī)療器械領(lǐng)域的應(yīng)用有了許多現(xiàn)實(shí)的可能性，也由此給各領(lǐng)域帶來(lái)了巨大的發(fā)展機(jī)遇。開(kāi)展醫(yī)療器械技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)，可以評(píng)估技術(shù)成熟水平，分析技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)價(jià)研發(fā)項(xiàng)目的可行性，從而有針對(duì)性地制定合理的研發(fā)策略和管理方案，有助于從技術(shù)層面為醫(yī)療器械科研立項(xiàng)和管理提供決策參考和依據(jù)。技術(shù)成熟度等級(jí)(Technology Readiness Level，TRL)是國(guó)際上最常用、最成熟的技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)方法之一，已開(kāi)始應(yīng)用于醫(yī)療器械技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)[1]。

2 TRL的提出及其實(shí)際應(yīng)用

2.1 TRL及等級(jí)劃分

20世紀(jì)70年代，美國(guó)宇航局(National Aeronautics and Space Administration，NASA)提出了TRL的概念。TRL是指單項(xiàng)技術(shù)或技術(shù)系統(tǒng)(包括技術(shù)、部件或子系統(tǒng))在研發(fā)過(guò)程所達(dá)到的一般性可用程度。技術(shù)或技術(shù)系統(tǒng)的成熟水平，一般都會(huì)經(jīng)歷概念提出、原理證明、實(shí)驗(yàn)室演示、產(chǎn)品證明等階段。NASA提出的TRL最初為7級(jí)，后來(lái)發(fā)展為9級(jí)，見(jiàn)表1， 覆蓋了技術(shù)概念論證、技術(shù)研究、生產(chǎn)制造和上市銷售的整個(gè)技術(shù)生命周期[2]。

表1 TRL技術(shù)成熟度等級(jí)劃分

2.2 TRL評(píng)價(jià)工具

為了對(duì)技術(shù)的TRL等級(jí)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室還制定了TRL評(píng)價(jià)工具，即TRL計(jì)算器。TRL 計(jì)算器是一個(gè)Excel 文檔，根據(jù)各TRL等級(jí)的特點(diǎn)，設(shè)置了詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題集，通過(guò)專家對(duì)這些問(wèn)題的評(píng)估來(lái)判斷技術(shù)達(dá)到了哪個(gè)等級(jí)，可以對(duì)硬件、軟件或軟硬件結(jié)合技術(shù)進(jìn)行評(píng)估[3]。

2.3 TRL實(shí)際應(yīng)用

TRL設(shè)置了3個(gè)里程碑事件：必須完成概念論證，成熟度達(dá)到TRL4級(jí)才能進(jìn)入技術(shù)開(kāi)發(fā)階段，從而攻克技術(shù)難題，完成技術(shù)開(kāi)發(fā)；必須達(dá)到TRL6級(jí)才能進(jìn)入工程制造階段，從而測(cè)試集成產(chǎn)品的安全性、有效性等指標(biāo)；必須達(dá)到TRL7級(jí)才能進(jìn)入生產(chǎn)部署階段，從而開(kāi)展試生產(chǎn)和規(guī)模生產(chǎn)測(cè)試，保障產(chǎn)品的可靠性[4]。因此，TRL可用于技術(shù)研發(fā)管理，通過(guò)評(píng)價(jià)技術(shù)成熟水平，防止不成熟技術(shù)進(jìn)入研發(fā)項(xiàng)目，從而減少技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和支出，保障研發(fā)進(jìn)度，確保項(xiàng)目順利完成[5]。將TRL應(yīng)用于科研項(xiàng)目的立項(xiàng)評(píng)估、中期審查、研發(fā)進(jìn)度評(píng)估、結(jié)題驗(yàn)收，有助于實(shí)時(shí)了解技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀，科學(xué)管理技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目進(jìn)展。TRL最初應(yīng)用于美國(guó)航空航天工程，后來(lái)逐漸擴(kuò)展到其他，如空間技術(shù)、水下裝備、武器裝備、制造業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域，結(jié)合各領(lǐng)域的技術(shù)特點(diǎn)對(duì)TRL進(jìn)行了相應(yīng)改進(jìn)， 形成了航天領(lǐng)域、物理裝備領(lǐng)域的材料成熟度水平和制造成熟度水平并開(kāi)始用于藥品成熟度水平、醫(yī)療器械成熟度水平[6-7]。

3 TRL在醫(yī)療器械領(lǐng)域技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

3.1 TRL在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用簡(jiǎn)介

目前，TRL已開(kāi)始逐步應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域的技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)。根據(jù)NASA的TRL等級(jí)定義和描述，結(jié)合醫(yī)療領(lǐng)域的特點(diǎn)，可將TRL的應(yīng)用擴(kuò)展到藥品、醫(yī)療器械、醫(yī)學(xué)信息技術(shù)和醫(yī)學(xué)知識(shí)倉(cāng)儲(chǔ)等領(lǐng)域。美國(guó)國(guó)防部和北約組織將TRL應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域的技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)，在研發(fā)立項(xiàng)時(shí)審核技術(shù)成熟水平和研發(fā)進(jìn)度，減少技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，提高科研管理效率。美國(guó)國(guó)防部分別給化學(xué)藥、生物藥品及疫苗、醫(yī)療器械和醫(yī)學(xué)信息技術(shù)量身定制了相應(yīng)的TRL等級(jí)定義和描述[8]。除了上述醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用以外，北約組織還給醫(yī)學(xué)知識(shí)倉(cāng)儲(chǔ)制定了專門的TRL等級(jí)定義和描述[9]。在我國(guó)醫(yī)療領(lǐng)域，2014年的“艾滋病和病毒性肝炎等重大傳染病防治” 科技重大專項(xiàng)的中期考核引入了TRL用于藥品技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)。專家通過(guò)改進(jìn)的藥品TRL等級(jí)判斷藥品研發(fā)進(jìn)展，為研發(fā)項(xiàng)目繼續(xù)開(kāi)展提供了重要參考。

3.2 TRL在醫(yī)療器械技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

目前，將TRL應(yīng)用于醫(yī)療器械技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)的機(jī)構(gòu)主要是美國(guó)國(guó)防和北約組織。他們?cè)贜ASA的9級(jí)TRL基礎(chǔ)上制定了醫(yī)療器械的TRL等級(jí)定義

和描述，均將醫(yī)療器械TRL劃分為9個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表2，其中醫(yī)療器械TRL1-TRL3級(jí)為概念提出和論證階段；TRL4-TRL5級(jí)為臨床前研究階段，在實(shí)驗(yàn)室和動(dòng)物模型上初步評(píng)估安全事件、不良事件、副作用等指標(biāo)；TRL6-TRL8級(jí)為臨床研究階段，測(cè)試醫(yī)療器械應(yīng)用于人體的安全性和有效性，同時(shí)開(kāi)展醫(yī)療器械的生產(chǎn)檢測(cè)，確定生產(chǎn)工藝；TRL9級(jí)為上市銷售和上市后監(jiān)測(cè)階段。

表2 美國(guó)國(guó)防部和北約組織制定的醫(yī)療器械TRL等級(jí)劃分

Redo-Sanchez等[10]通過(guò)NASA提出的9級(jí)TRL劃分評(píng)價(jià)太赫茲波技術(shù)在各領(lǐng)域的技術(shù)成熟水平,結(jié)果顯示太赫茲波技術(shù)在光譜分析方面的技術(shù)成熟度較高，已達(dá)到TRL7-TRL9級(jí)。太赫茲波技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域面臨良好的發(fā)展前景，未來(lái)可用于皮膚、胸腺和肝癌診斷，但由于安全性和性能要求較高，目前在醫(yī)療應(yīng)用方面的技術(shù)成熟度還較低，處于TRL4級(jí)以下，即部件或分系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證階段。

4 討論

4.1 我國(guó)醫(yī)療器械技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)引入TRL的必要性

我國(guó)醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，研發(fā)能力不強(qiáng)，技術(shù)水平落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，產(chǎn)品質(zhì)量和性能與國(guó)際先進(jìn)水平相比還有一段距離，在市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)能力較弱，目前只能立足低端市場(chǎng)，向中端市場(chǎng)邁進(jìn)，只有少數(shù)產(chǎn)品能夠打入高端市場(chǎng)[11]。部分醫(yī)療器械研發(fā)項(xiàng)目在立項(xiàng)時(shí)提出了宏遠(yuǎn)設(shè)想，但實(shí)際技術(shù)尚未達(dá)到所設(shè)想的水平，對(duì)研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)進(jìn)度估計(jì)不準(zhǔn)確，有時(shí)導(dǎo)致項(xiàng)目無(wú)法在預(yù)定時(shí)間內(nèi)完成。隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，醫(yī)療器械的性能越來(lái)越先進(jìn)，對(duì)技術(shù)及其成熟水平的依賴程度也越來(lái)越高。我國(guó)部分醫(yī)療器械研發(fā)項(xiàng)目存在“進(jìn)度拖延、性能縮水、費(fèi)用高漲”的問(wèn)題，項(xiàng)目審查缺乏系統(tǒng)規(guī)范的評(píng)價(jià)方法，而技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)有助于科研管理部門及時(shí)掌握研發(fā)進(jìn)度，加強(qiáng)不同部門之間的技術(shù)交流，減少技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。因此，將TRL應(yīng)用于醫(yī)療器械技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)是非常必要和迫切的。

4.2 我國(guó)醫(yī)療器械技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)引入TRL的可行性

TRL最初應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，后來(lái)逐步擴(kuò)展到水下裝備、武器裝備、制造設(shè)備等設(shè)備。此類設(shè)備對(duì)可靠性和穩(wěn)定性的要求高，是多種高端技術(shù)融合而成的大型復(fù)雜設(shè)備和器械。醫(yī)療器械，例如電子計(jì)算機(jī)斷層掃描(Computed Tomography，CT)、磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)、手術(shù)機(jī)器人等高端醫(yī)療器械，是多學(xué)科交融、知識(shí)密集、技術(shù)尖端的高新技術(shù)產(chǎn)品，也具有精密、復(fù)雜、可靠、高技術(shù)、高難度的特點(diǎn)。因此，將TRL應(yīng)用于醫(yī)療器械技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)具有重要意義和較高的可行性。

4.3 制定我國(guó)醫(yī)療器械TRL技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)方案的改進(jìn)方向

醫(yī)療器械生產(chǎn)、使用和管理存在特殊性，使得TRL需要進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)才能應(yīng)用于醫(yī)療器械技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)。其特殊性體現(xiàn)在：(1)安全性——醫(yī)療器械直接接觸或作用于人體，須符合安全性標(biāo)準(zhǔn)，如植入物的生物相容性和毒副作用、影像設(shè)備的輻射作用等須符合安全標(biāo)準(zhǔn)。(2)有效性——醫(yī)療器械是疾病預(yù)防、診斷、治療、康復(fù)和保健的重要工具，醫(yī)療器械失效或誤差會(huì)給患者帶來(lái)嚴(yán)重危害，因此必須達(dá)到一定的有效性。(3)被監(jiān)管性——醫(yī)療器械從研發(fā)到上市需經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室研究、動(dòng)物試驗(yàn)、臨床試驗(yàn)、產(chǎn)品檢測(cè)以及上市審查等階段，而且各階段都需要經(jīng)過(guò)藥監(jiān)部門審查。同時(shí)還要考慮到我國(guó)醫(yī)療器械監(jiān)管體系與國(guó)外的差別。如我國(guó)按風(fēng)險(xiǎn)程度將醫(yī)療器械審評(píng)分為3類，而美國(guó)則分為510k和PMA申請(qǐng)；我國(guó)采用的GMP規(guī)范與國(guó)外也存在一定的差別；我國(guó)對(duì)醫(yī)療器械生產(chǎn)外包的要求更加嚴(yán)格等。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多年研究和改進(jìn)，TRL已應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)，在醫(yī)療器械領(lǐng)域，美國(guó)國(guó)防部和北約組織制定了專門的醫(yī)療器械的TRL等級(jí)定義和描述。TRL可應(yīng)用于醫(yī)療器械研發(fā)項(xiàng)目的各個(gè)階段。在項(xiàng)目立項(xiàng)階段，TRL可用于項(xiàng)目設(shè)計(jì)，選擇達(dá)到一定成熟水平的技術(shù)，從而減少技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)；在項(xiàng)目實(shí)施階段，TRL可用于項(xiàng)目進(jìn)度管理，確保項(xiàng)目進(jìn)度；在項(xiàng)目結(jié)題階段，TRL可用于評(píng)判技術(shù)研發(fā)是否達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)。我國(guó)醫(yī)療器械技術(shù)研發(fā)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定的差距，在科學(xué)評(píng)價(jià)和管理方面也還有所欠缺。將TRL應(yīng)用于我國(guó)醫(yī)療器械技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)是十分必要的，也具有較高的可行性，有助于評(píng)估醫(yī)療器械研發(fā)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，在整個(gè)研發(fā)過(guò)程中評(píng)估技術(shù)研發(fā)進(jìn)度，確保醫(yī)療器械成功研發(fā)，從而提高我國(guó)醫(yī)療器械的技術(shù)水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

1 黃魯成，趙志華，傅曉陽(yáng). 產(chǎn)品技術(shù)成熟度研究綜述[J]. 科學(xué)管理研究，2010，28(2):38-41.

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3 張新國(guó). 國(guó)防裝備系統(tǒng)工程中的成熟度理論與應(yīng)用[M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2013.

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Discussion on TRL and Its Application in Medical Devices Technology Maturity Assessment in China

ZHOUPing,OUYANGZhao-lian,CHIHui,

InstituteofMedicalInformation/Library,ChineseAcademyofMedicalSciences/PekingUnionMedicalCollege，Beijing100020，China

The paper introduces the history of TRL (Technology Readiness Level) and its application in technology maturity assessment in the medical field, combining with the production, utilization and supervision characteristics of medical devices, it analyzes the security, validity and listing supervision problems of applying TRL to assess technology maturity of medical devices. The study also elaborates the TRL level definition and description proposed by US Department of Defense and NATO. It is feasible to apply TRL for technology maturity assessment of medical devices. TRL is an efficient R&D management tool and technology communication tool which can mitigate technical risks, assess R&D progress and accelerate successful development of medical devices.

TRL; Medical device; Technology maturity

2015-05-06

周平，碩士研究生;通訊作者：池慧。

國(guó)家科技支撐計(jì)劃“專用超聲診斷探頭部件及系統(tǒng)研發(fā)”(項(xiàng)目編號(hào)：2012BAI13B02);中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)“先進(jìn)醫(yī)療器械技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)方法探索”(項(xiàng)目編號(hào)：14R0101)。

R-058

A 〔DOI〕10.3969/j.issn.1673-6036.2015.05.011