●“模型”指對系統、實體、現象或過程的一種描述或表達形式，可以是對以上要素的數學、物理或邏輯表述。輸入模型中的數據也被視為模型的一部分。

　　●“仿真”指通過模型來模擬系統、實體、現象或過程的各種特點，并使用一組可生成相關量的參數進行的模型特殊“運行”。

　　●模型可被用于仿真過程，用以預測產品的未來狀態。

　　目前，實驗室模型、動物模型、臨床試驗數據與計算機建模和仿真同被FDA用于對醫療產品安全性和有效性的評估。與前三種方法相比，計算機建模和仿真在模擬多疾病狀態及醫療產品參數、產品超范圍使用、成本和時效性等方面具有顯著優勢。

　　對醫療器械產品而言，計算機建模和仿真在與其相關的物理、大數據及知識庫、風險評估、統計等領域中均有較廣泛的應用，下面主要介紹3項與其相關的模型及應用。

　　虛擬家庭模型

　　虛擬家庭模型（Virtual Family，以下簡稱VF）是由一名成年女性（ELLA，26歲）、一名成年男性（DUKE，34歲）和兩名兒童（BILLIE ，11歲；THELONIOUS，6歲）組成的一組非常詳細且解剖學正確的全身模型。四個VF模型均基于健康志愿者的高分辨率磁共振成像（MRI）數據。模型中的器官和組織可由三維的、無自交叉和間隙的詳細的CAD（計算機輔助設計）對象表示。該對象允許在建模過程中以任意分辨率進行網格劃分，而不會丟失小特征。目前，VF被用于電磁、熱、聲和計算流體動力學模擬中，這些模擬可補充或替代醫療器械臨床研究的數據。

　　具體應用實例包括：利用虛擬家庭模型和其他兒童模型執行電磁和熱模擬，用于計算暴露在1.5T和3T磁共振下全身和局部組織的特定吸收率；另外，模型也被用于評估多通道全身射頻發射線圈及植入物在磁共振環境下的安全性，以及評估磁血液動力學效應作為心輸出量的生物標志物的適用性等。

　　基于多模態成像的人體頭頸部模型

　　基于多模態成像的人體頭頸部模型（A Multimodal Imaging-Based Model of the Human Head and Neck，以下簡稱MIDA）是基于多模態成像的人體頭部和頸部的詳細解剖學計算機模型。該模型提供了大腦表面、腦膜、腦脊液分布、眼睛、耳朵，以及許多深部腦結構的詳細信息，也提供了幾種不同的肌肉、骨骼和顱骨層、血管、顱神經、牙齒結構和腺體的信息。MIDA的器官和組織由三維、詳細且標準的CAD格式對象表示。MIDA可應用于所有能夠導入和操作CAD數據的軟件。

　　為增強特定組織的可見性，可通過整合以下不同的MRI技術獲得多個MIDA：1.應用T1和T2加權序列；2.應用具有高神經對比度的特定T2加權序列，以增強耳朵和眼睛結構的顯示；3.應用磁共振血管造影（MRA）對血管系統成像；4.應用彌散張量成像（DTI）以獲得組織各向異性和纖維方向信息。

　　MIDA包括153種不同結構的分割，除由于第三方許可而受到限制的38張基于圖譜的丘腦核圖外，其他與MIDA相關的數據都可在遵守隱私保護協議的前提下被免費獲取。

　　與VF一樣，MIDA可應用于對醫療器械在頭部中、頭部上或附近的安全性和有效性的研究中，如：涉及經顱交流電刺激（tACS）的非侵入性神經刺激的病例研究、侵入性腦深部電刺激（DBS）研究等。

　　電磁建模及仿真方法

　　FDA與多家研究機構合作，通過電磁建模及仿真（Electromagnetic Modeling）方法，深入研究電磁場與人體間復雜的相互作用，用于支持對相關醫療器械的監管。

　　通常來講，可將人體模型（包含年齡、尺寸、體位、身體質量指數、解剖結構數量等信息）、射頻線圈的物理模型（包含幾何尺寸、線圈通道、源數、所用集總元件、整定/匹配元件等信息）或植入物模型（包含尺寸、物理特征、植入路徑等信息）輸入到不同的仿真計算軟件平臺?。ㄈ鏢im4Life 、XFDTD、 HFSS），在一定的數學模型支持下進行計算，通過對計算結果的分析，來研究產品的安全有效性。

　　結合試驗測量，該方法可被應用于對以下內容的分析評價中：1.MRI期間射頻（RF）發射導致的患者能量沉積分析；2.對在MRI掃描期間無源植入設備的產熱分析；3.分析有源植入設備（如腦深部刺激器和起搏器）的安全性和有效性；4.應用MRI進行介入手術期間人體受試者的射頻安全性分析；5.分析患者在MRI環境下梯度致熱和非預期神經刺激的安全性問題；6.評估有源植入設備的無線技術有效性問題。

　　技術優勢顯現  前景可期

　　從以上內容可以看出，通過對多項物理學模型（解剖學和生理模型、產品應用場景模型、產品診斷和治療模型）和統計學模型的融合應用，計算機建模與仿真方法正發揮出日益顯著的優勢。目前，FDA對此方法的運用已有多項成功實例，如：

　　利用計算機模型模擬在香煙中減少尼古丁含量的法規實施后，美國公眾受到的潛在政策影響；

　　通過計算機建模方法評估疫苗佐劑（鋁）對兒童的暴露量影響，并得出結論——目前其含量對一歲大的嬰兒有較大安全余量，包含鋁的疫苗對兒童的收益遠大于風險；

　　通過QSAR模型評估食品成分的安全性或預測其毒性；

　　通過PHASE模型評估阿片類藥物對公眾健康產生的風險。

　　FDA希望隨著此方法的日漸成熟，部分臨床證據可被計算機建模證據所替代，使臨床試驗總量下降。

　　國家藥品監管局醫療器械技術審評中心目前已著手開展計算機建模和仿真新方法的研究工作，針對申請人運用此類方法遞交的驗證資料，評價其充分性與合理性。前期已有的具體案例涉及大型影像診斷系統、治療設備及有源植入物等有源產品，以及骨科植入物、心血管植入物等無源產品。

　　隨著計算機建模和仿真方法的日漸成熟，對其開展系統深入的研究，建立相應的指南和評價體系，對促進醫療器械科學審評、規范并完善“監管科學”研究具有重要意義。

　?。ㄗ髡邌挝唬簢宜幤繁O管局醫療器械技術審評中心審評一部 ）

(責任編輯：)