TRL及其在我國醫(yī)療器械技術成熟度評價中的應用探討*

周 平 歐陽昭連 池 慧

(中國醫(yī)學科學院/北京協(xié)和醫(yī)學院醫(yī)學信息研究所/圖書館 北京 100020)

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TRL及其在我國醫(yī)療器械技術成熟度評價中的應用探討*

周 平 歐陽昭連 池 慧

(中國醫(yī)學科學院/北京協(xié)和醫(yī)學院醫(yī)學信息研究所/圖書館 北京 100020)

介紹TRL的提出及其在醫(yī)療領域的實際應用，結合醫(yī)療器械的生產(chǎn)、使用和監(jiān)管特點，分析TRL應用于醫(yī)療器械技術成熟度評價應考慮的安全性、有效性和上市監(jiān)管等問題。闡述美國國防部和北約組織TRL等級定義和描述，指出TRL應用于醫(yī)療器械技術成熟度評價切實可行，可作為研發(fā)管理和技術交流工具減少技術風險，及時評價項目進度。

TRL； 醫(yī)療器械； 技術成熟度

1 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展、人口的增長、社會老齡化程度的提高，以及人們保健意識的不斷增強，全球醫(yī)療器械市場需求持續(xù)快速增長，成為當今世界發(fā)展最快的行業(yè)之一。醫(yī)療器械行業(yè)是一個多學科交叉、知識密集、技術尖端、附加值高的高科技產(chǎn)業(yè)，涉及到醫(yī)藥、電子機械、塑料等多個行業(yè)，是最能體現(xiàn)一個國家科技水平的重要產(chǎn)業(yè)之一。近些年，隨著計算機技術、電子技術、信息技術、生命科學等相關技術領域的快速發(fā)展，新技術在醫(yī)療器械領域的應用有了許多現(xiàn)實的可能性，也由此給各領域帶來了巨大的發(fā)展機遇。開展醫(yī)療器械技術成熟度評價，可以評估技術成熟水平，分析技術風險，評價研發(fā)項目的可行性，從而有針對性地制定合理的研發(fā)策略和管理方案，有助于從技術層面為醫(yī)療器械科研立項和管理提供決策參考和依據(jù)。技術成熟度等級(Technology Readiness Level，TRL)是國際上最常用、最成熟的技術成熟度評價方法之一，已開始應用于醫(yī)療器械技術成熟度評價[1]。

2 TRL的提出及其實際應用

2.1 TRL及等級劃分

20世紀70年代，美國宇航局(National Aeronautics and Space Administration，NASA)提出了TRL的概念。TRL是指單項技術或技術系統(tǒng)(包括技術、部件或子系統(tǒng))在研發(fā)過程所達到的一般性可用程度。技術或技術系統(tǒng)的成熟水平，一般都會經(jīng)歷概念提出、原理證明、實驗室演示、產(chǎn)品證明等階段。NASA提出的TRL最初為7級，后來發(fā)展為9級，見表1， 覆蓋了技術概念論證、技術研究、生產(chǎn)制造和上市銷售的整個技術生命周期[2]。

表1 TRL技術成熟度等級劃分

2.2 TRL評價工具

為了對技術的TRL等級進行準確判斷，美國空軍研究實驗室還制定了TRL評價工具，即TRL計算器。TRL 計算器是一個Excel 文檔，根據(jù)各TRL等級的特點，設置了詳細的標準問題集，通過專家對這些問題的評估來判斷技術達到了哪個等級，可以對硬件、軟件或軟硬件結合技術進行評估[3]。

2.3 TRL實際應用

TRL設置了3個里程碑事件：必須完成概念論證，成熟度達到TRL4級才能進入技術開發(fā)階段，從而攻克技術難題，完成技術開發(fā)；必須達到TRL6級才能進入工程制造階段，從而測試集成產(chǎn)品的安全性、有效性等指標；必須達到TRL7級才能進入生產(chǎn)部署階段，從而開展試生產(chǎn)和規(guī)模生產(chǎn)測試，保障產(chǎn)品的可靠性[4]。因此，TRL可用于技術研發(fā)管理，通過評價技術成熟水平，防止不成熟技術進入研發(fā)項目，從而減少技術風險和支出，保障研發(fā)進度，確保項目順利完成[5]。將TRL應用于科研項目的立項評估、中期審查、研發(fā)進度評估、結題驗收，有助于實時了解技術研發(fā)現(xiàn)狀，科學管理技術研發(fā)項目進展。TRL最初應用于美國航空航天工程，后來逐漸擴展到其他，如空間技術、水下裝備、武器裝備、制造業(yè)、醫(yī)療等領域，結合各領域的技術特點對TRL進行了相應改進， 形成了航天領域、物理裝備領域的材料成熟度水平和制造成熟度水平并開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)療器械領域技術成熟度評價中的應用

3.1 TRL在醫(yī)療領域的應用簡介

目前，TRL已開始逐步應用于醫(yī)療領域的技術成熟度評價。根據(jù)NASA的TRL等級定義和描述，結合醫(yī)療領域的特點，可將TRL的應用擴展到藥品、醫(yī)療器械、醫(yī)學信息技術和醫(yī)學知識倉儲等領域。美國國防部和北約組織將TRL應用于醫(yī)療領域的技術成熟度評價，在研發(fā)立項時審核技術成熟水平和研發(fā)進度，減少技術風險，提高科研管理效率。美國國防部分別給化學藥、生物藥品及疫苗、醫(yī)療器械和醫(yī)學信息技術量身定制了相應的TRL等級定義和描述[8]。除了上述醫(yī)學領域的應用以外，北約組織還給醫(yī)學知識倉儲制定了專門的TRL等級定義和描述[9]。在我國醫(yī)療領域，2014年的“艾滋病和病毒性肝炎等重大傳染病防治” 科技重大專項的中期考核引入了TRL用于藥品技術成熟度評價。專家通過改進的藥品TRL等級判斷藥品研發(fā)進展，為研發(fā)項目繼續(xù)開展提供了重要參考。

3.2 TRL在醫(yī)療器械技術成熟度評價中的應用

目前，將TRL應用于醫(yī)療器械技術成熟度評價的機構主要是美國國防和北約組織。他們在NASA的9級TRL基礎上制定了醫(yī)療器械的TRL等級定義

和描述，均將醫(yī)療器械TRL劃分為9個等級，見表2，其中醫(yī)療器械TRL1-TRL3級為概念提出和論證階段；TRL4-TRL5級為臨床前研究階段，在實驗室和動物模型上初步評估安全事件、不良事件、副作用等指標；TRL6-TRL8級為臨床研究階段，測試醫(yī)療器械應用于人體的安全性和有效性，同時開展醫(yī)療器械的生產(chǎn)檢測，確定生產(chǎn)工藝；TRL9級為上市銷售和上市后監(jiān)測階段。

表2 美國國防部和北約組織制定的醫(yī)療器械TRL等級劃分

Redo-Sanchez等[10]通過NASA提出的9級TRL劃分評價太赫茲波技術在各領域的技術成熟水平,結果顯示太赫茲波技術在光譜分析方面的技術成熟度較高，已達到TRL7-TRL9級。太赫茲波技術在醫(yī)療領域面臨良好的發(fā)展前景，未來可用于皮膚、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)療應用方面的技術成熟度還較低，處于TRL4級以下，即部件或分系統(tǒng)進行實驗室驗證階段。

4 討論

4.1 我國醫(yī)療器械技術成熟度評價引入TRL的必要性

我國醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的基礎設施薄弱，研發(fā)能力不強，技術水平落后于發(fā)達國家，產(chǎn)品質量和性能與國際先進水平相比還有一段距離，在市場上競爭能力較弱，目前只能立足低端市場，向中端市場邁進，只有少數(shù)產(chǎn)品能夠打入高端市場[11]。部分醫(yī)療器械研發(fā)項目在立項時提出了宏遠設想，但實際技術尚未達到所設想的水平，對研究和應用開發(fā)進度估計不準確，有時導致項目無法在預定時間內完成。隨著科學技術突飛猛進，醫(yī)療器械的性能越來越先進，對技術及其成熟水平的依賴程度也越來越高。我國部分醫(yī)療器械研發(fā)項目存在“進度拖延、性能縮水、費用高漲”的問題，項目審查缺乏系統(tǒng)規(guī)范的評價方法，而技術成熟度評價有助于科研管理部門及時掌握研發(fā)進度，加強不同部門之間的技術交流，減少技術風險。因此，將TRL應用于醫(yī)療器械技術成熟度評價是非常必要和迫切的。

4.2 我國醫(yī)療器械技術成熟度評價引入TRL的可行性

TRL最初應用于航空航天領域，后來逐步擴展到水下裝備、武器裝備、制造設備等設備。此類設備對可靠性和穩(wěn)定性的要求高，是多種高端技術融合而成的大型復雜設備和器械。醫(yī)療器械，例如電子計算機斷層掃描(Computed Tomography，CT)、磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)、手術機器人等高端醫(yī)療器械，是多學科交融、知識密集、技術尖端的高新技術產(chǎn)品，也具有精密、復雜、可靠、高技術、高難度的特點。因此，將TRL應用于醫(yī)療器械技術成熟度評價具有重要意義和較高的可行性。

4.3 制定我國醫(yī)療器械TRL技術成熟度評價方案的改進方向

醫(yī)療器械生產(chǎn)、使用和管理存在特殊性，使得TRL需要進行相應改進才能應用于醫(yī)療器械技術成熟度評價。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，須符合安全性標準，如植入物的生物相容性和毒副作用、影像設備的輻射作用等須符合安全標準。(2)有效性——醫(yī)療器械是疾病預防、診斷、治療、康復和保健的重要工具，醫(yī)療器械失效或誤差會給患者帶來嚴重危害，因此必須達到一定的有效性。(3)被監(jiān)管性——醫(yī)療器械從研發(fā)到上市需經(jīng)過實驗室研究、動物試驗、臨床試驗、產(chǎn)品檢測以及上市審查等階段，而且各階段都需要經(jīng)過藥監(jiān)部門審查。同時還要考慮到我國醫(yī)療器械監(jiān)管體系與國外的差別。如我國按風險程度將醫(yī)療器械審評分為3類，而美國則分為510k和PMA申請；我國采用的GMP規(guī)范與國外也存在一定的差別；我國對醫(yī)療器械生產(chǎn)外包的要求更加嚴格等。

5 結語

經(jīng)過多年研究和改進，TRL已應用到多個領域的技術成熟度評價，在醫(yī)療器械領域，美國國防部和北約組織制定了專門的醫(yī)療器械的TRL等級定義和描述。TRL可應用于醫(yī)療器械研發(fā)項目的各個階段。在項目立項階段，TRL可用于項目設計，選擇達到一定成熟水平的技術，從而減少技術風險；在項目實施階段，TRL可用于項目進度管理，確保項目進度；在項目結題階段，TRL可用于評判技術研發(fā)是否達到了預定目標。我國醫(yī)療器械技術研發(fā)與發(fā)達國家相比還有一定的差距，在科學評價和管理方面也還有所欠缺。將TRL應用于我國醫(yī)療器械技術成熟度評價是十分必要的，也具有較高的可行性，有助于評估醫(yī)療器械研發(fā)的技術風險，在整個研發(fā)過程中評估技術研發(fā)進度，確保醫(yī)療器械成功研發(fā)，從而提高我國醫(yī)療器械的技術水平和國際競爭力。

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

2 任長晟. 武器裝備體系技術成熟度評估方法研究[D]. 長沙：國防科學技術大學，2010.

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

4 吳燕生. 技術成熟度及其評價方法[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2013.

5 郭道勸. 基于TRL的技術成熟度模型及評估研究[D]. 長沙：國防科學技術大學：2010.

6 朱毅麟. 開展技術成熟度研究[J]. 航天標準化，2008，(2)：1-3.

7 陳華雄，歐陽進良，毛建軍. 技術成熟度評價在國家科技計劃項目管理中的應用探討[J].科技管理研究，2012，(16)：191-195.

8 Deputy Under Secretary of Defense for Science and Technology. Technology Readiness Assessment (TRA) Deskbook[EB/OL].[2014-11-13]. http://wenku.baidu.com/link?url=MW9qOSQ_-BZrK-9fj9DARkKq-wFD0jy2xuLo32xvERYJ4CLyh_gSxoXMaOxKWoNwFL0LJGGmR9y4oCO2YvMuV7skWlaGgRKxAhqMd9c3lC7&pn=50, 2014-11-13.

9 NATO Research And Technology Organisation.Development of an Assessment Methodology for Demonstrating Usability, Technical Maturity, and Operational Benefits of Advanced Medical Technology [EB/OL].[2014-11-14]. http://www.rto.nato.int.

10 Albert Redo-Sanchez，Norman Laman，Brian Schulkin，et al. Review of Terahertz Technology Readiness Assessment and Applications[J]. Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, 2013，34(9)：500-518.

11 王黎明. 先進醫(yī)療設備是醫(yī)院提高醫(yī)療水平的重要條件[J]. 醫(yī)療設備信息, 2002，(1): 32-33.

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。

國家科技支撐計劃“專用超聲診斷探頭部件及系統(tǒng)研發(fā)”(項目編號：2012BAI13B02);中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費“先進醫(yī)療器械技術成熟度評價方法探索”(項目編號：14R0101)。

R-058

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