《中国心血管医疗器械产业创新白皮书（2021）》概要

沈雳 李晨光 吴轶喆 裴志强 葛均波

创新是时代永恒的主题。在创新驱动和高质量发展的背景下，一系列支持医学创新的政策相继推出，医学创新迎来最好的发展时代。作为中国医学创新的缩影，中国心血管医疗器械经过四十余年的发展，也逐步从早期的学习与跟随进入到自主创新的快速发展时期，在部分领域已达到世界先进水平，为中国的心血管病防治和健康中国建设提供了有力支撑。

站在“十四五”开局的历史时点，从临床出发总结梳理心血管医疗器械创新的历史和路径，探索心血管医疗器械创新下一步的发展方向，不仅对心血管领域本身，对中国医疗器械领域的整体创新发展也都具有重要意义。为此，中国心血管医生创新俱乐部（Center for Cardiovascular Innovations，CCI）共组织24位顾问委员，集结14个省、市53家医疗、高校、企业和投资机构的65位专家，历时9个月编撰完成《中国心血管医疗器械产业创新白皮书（2021）》。 本文对该白皮书进行概要介绍，为准确了解中国心血管器械最新的发展动态，明确聚焦创新方向提供重要参考。

1 心血管医疗器械定义

心血管医疗器械是指用于检查、治疗、监护心血管疾病或辅助循环的医疗器械。按照诊疗流程，心血管医疗器械可分为诊断器械、治疗器械以及康复随访器械（图1）。

图1 心血管医疗器械分类

（1）诊断器械按技术类别可分为影像学检查器械、心电学检查器械以及与人工智能相结合的心血管诊断器械。影像学检查器械中的创新器械主要包括数字减影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）、光学相干断层成像（optical coherence tomography，OCT）、血管内超声（intravenous ultrasound，IVUS）、血流储备分数（fractional flow reserve，FFR）和核素心肌检查设备等。

（2）治疗器械按术中用途可分为手术评估及指引器械、手术作用器械和手术辅助器械。其中，手术作用创新器械以及手术辅助创新器械是近年来的关注热点。手术作用创新器械主要包括支架、球囊、起搏器、消融设备、瓣膜和封堵器等，手术辅助创新器械包括微导丝、微导管、机械循环支持器械和机器人等。

（3）康复随访器械用于辅助心血管疾病康复及患者随访，过往受重视程度不高，近年来逐步兴起并被纳入心血管健康管理范畴。

2 心血管医疗器械的创新发展

根据心血管医疗器械分类，白皮书梳理了每类器械的临床情况和国际创新风向，针对创新器械简述其临床应用、器械构成、技术发展历程，并对其市场现状和产业进行分析，同时邀请专家点评该类器械的临床和产业前沿，最终形成包括创新判断和创新方向的创新总结，详见表1。

表1 心血管医疗器械创新总结

2.1 影像学检查器械

随着新器械的研发和新技术的应用，医学影像学在临床诊断和治疗中日益发挥着不可替代的作用。以冠状动脉CT血管造影（coronary CT angiography，CCTA）、心脏磁共振成像（cardiac magnetic resonance，CMR）和核素心肌显像为代表的心血管成像技术，已成为冠心病、心肌病等疾病诊断过程中不可替代的手段，并在鉴别诊断中发挥着重要作用。此外，近年来以IVUS、OCT和FFR为代表的冠状动脉腔内影像和功能生理学技术得到了长足的发展和广泛的应用。这些影像技术和冠状动脉造影一起，已成为心血管疾病诊断的基石。

CCTA作为无创性心血管影像技术的代表，在评估冠状动脉狭窄、识别易损斑块、指导慢性完全闭塞（chronic total occlusion，CTO）病变介入治疗以及评估支架置入术后疗效等方面具有一定的优势。由CCTA和FFR结合而来的CT-FFR技术，能够提供可靠的冠状动脉功能学评价［1-2］，帮助介入医师制定具体的血运重建策略［3-5］。而基于CCTA的CTRECTOR评分，与传统的J-CTO评分相比可更好地预测手术成功率［6］。生物可吸收支架（bioresorbable scaffold，BRS）克服了金属伪影的影响，CCTA和CT-FFR能精准评估BRS置入后的管腔结构和血流动力学情况［7］。联合应用CCTA和冠状动脉管腔内密度衰减梯度（transluminal attenuation gradient，TAG），可显著提高功能性狭窄的诊断效力，可能成为评估冠状动脉功能性狭窄的可靠指标之一［8-9］。

CMR以其高时间和空间分辨率、最佳软组织对比度、大视野、无辐射、成像参数多、获得信息量大等优势，在心血管疾病的早期诊断、病情评估及风险和预后的预测等方面具有独特的价值，是心脏及大血管结构测量和功能评估的“金标准”。定量血流灌注技术能精确评价冠心病冠状动脉微血管障碍［10］。磁共振心肌灌注、钆对比剂延迟强化（late gadolinium enhancement，LGE）及二维血流成像等技术是目前临床广泛使用的无创性评价心肌梗死或纤维瘢痕灶的技术，能够区分心肌病的病因（缺血性、非缺血性心肌病）［11］。LGE能够评价缺血性心肌病梗死或瘢痕组织范围和病变的透壁程度，已成为评价心肌梗死后心肌瘢痕形成的参照标准［12］。此外，一些新技术，如心脏T1、T2mapping及弥散张量成像（diff usion tensorimaging，DTI）技术实现了对心肌组织T1、T2值以及水分子扩散运动的定量，在细胞及分子水平反映了心肌微观结构的改变［13］。四维血流（four dimensional flow，4D Flow）技术以无创的方式对心腔及大血管血流进行定性和定量分析，可同时对3个相互垂直的维度进行速度编码并获得三维相位对比电影，经1次扫描即可获得扫描范围内任意位置的血流方向、速度、剪切力等血流动力学参数［14］。

腔内影像技术（IVUS和OCT）已越来越多地被用于指导经皮冠状动脉介入治疗（ percutaneous coronary intervention，PCI）。来自于美国心脏介入的数据显示，2004—2014年，由腔内影像学指导的PCI术例数和比例均显著上升，由此带来了患者全因死亡率和住院死亡率的下降［15］。腔内影像通过帮助术者更高效地识别病变性质、更精确地选择支架尺寸、更及时地发现支架相关并发症、更有效地寻找支架晚期失败的原因而改善PCI预后［16-27］。在一些特殊器械和复杂病变的介入治疗中，腔内影像技术仍将发挥越来越重要的作用。同时，也有将IVUS和OCT整合到一根成像导管上的融合成像技术。2018年底，来自加拿大安大略省Hamilton总医院的医师首次报道了IVUS-OCT融合成像导管在人体的应用［28］。国内也有类似的器械已经开展临床研究。此外，基于IVUS/OCT的近红外光谱成像也已开始用于临床，指导易损斑块的治疗［29-30］。最近报道称新的OCT系统具有更高的分辨率，可对冠状动脉的单个细胞，甚至是亚细胞结构进行成像，这种OCT系统被称为显微OCT（micro-OCT）［31］。但这种显微OCT能否用于临床目前还无法确定。FFR是评估冠状动脉血流的功能学和生理学指标，已成为判断冠状动脉缺血的“金标准”。目前FFR的适应证已从稳定型心绞痛扩展至不稳定型心绞痛、非ST段抬高型心肌梗死和ST段抬高型心肌梗死的非罪犯血管，从临界病变扩展至多支病变、弥漫病变、分叉病变和左主干病变［32-37］。在冠状动脉最大充血状态下通过压力导丝测量Pd/Pa比值，是经典的获得FFR的方法。此外，国内也有通过压力微导管来获得FFR的方法报道，其准确性与压力导丝相似［38］。一些非充血的冠状动脉功能生理学评估方法［如瞬时无波形比值（instantaneous wave-free ratio，iFR）、静息全周期比值（resting full-cycle ratio，RFR）］［39-41］和基于造影的冠状动脉功能生理学评估方法［如定量血流分数（quantitative flow ratio，QFR）、基于冠状动脉造影的血流储备分数］［42-45］也在临床上获得了一定的应用。面向未来，作为临床获取信息最为重要的手段之一，精准化、快速化、智能化是影像学发展的天然方向。一方面，以深度神经网络为代表的人工智能蓬勃发展，加之大数据算法训练，其正与心血管影像技术强烈耦合，催化了CT-FFR、虚拟组织学（virtual histology，VH）-OCT等诸多成果，推动了心血管影像检查的智能化进程；另一方面，心血管影像技术彼此之间的融合趋势日益明显，腔内影像和功能生理学的融合成像也将是未来的发展热点。声学光学双模态结构成像、腔内影像生理学联合成像等多种新兴手段正在改变医师观察、理解病变和决策手术的整个流程，以智能融合为特征的新一代影像学技术将与心血管精准医学共同迎来黄金时代。

随着人工智能的加入，心血管影像已具备了自动识别、自动报告、提供治疗建议等特点，在辅助临床医师决策方面形成了初步优势，使心血管疾病的精准介入治疗成为可能。

2.2 心电学检查及人工智能器械

心电图学是研究心脏生物电现象的一门学科。 近几年，随着电子信息技术的飞速发展，心电图采集设备性能快速提升，并有小型化、智能化趋势，可穿戴心电监测设备与人工智能诊断技术也成为了新的研究领域。

传统心电图仪存在导联较多、导线间易缠绕打结、信号稳定性低及导联接头与皮肤贴合性较差等问题。此外，心电图需要专业医师进行解读，动态心电图信息分析耗时长，且面临受过专业训练的技术人员人手不足的问题。为解决以上问题，近年来心电设备围绕易用性、稳定性、实时性、远程协助、人工智能识别及预测等方向不断涌现各类创新。

目前，美国食品药品监督管理局（F o o d and Drug Administration，FDA）及中国国家药品监督管理局（National Medical Products Administration，NMPA）均已批准部分人工智能辅助的心电辅助诊断软件，此类软件对特定的心律失常（如心房颤动）有较高的识别率。通过更多的数据积累，未来有望覆盖更多的疾病情况。在动态心电图中，人工智能软件能够帮助医师更快地发现异常心电图形，减少漏诊率，提高诊断效率。人工智能技术为实时的心电图检查、报警提供可能。基于当前的互联网、5G技术，甚至可实现远程居家心律监测、全天候智能监护以及心律管理。结合心电监护和除颤功能的可穿戴设备，通过精准识别致命性心律失常并进行体外除颤，可部分替代植入型心律转复除颤器（implantable cardiovertor-defibrillator，ICD）的功能，挽救患者生命。这些投入市场的创新性心电设备，早已超越了100多年前人们所能想象的心电图的功能。科技进步和自主创新正赋予心电图学新的意义。

2.3 心血管手术评估及指引器械

手术评估及指引器械是利用术前和术中得到的影像学信息，结合计算机技术和手术方案进行手术规划，获得包含手术方法、流程、术式、路径、器械选择等信息，最终实现手术评估和指引的技术器械。

手术评估及指引器械根据其影像数据来源和应用场景有不同的分类，大致包括术前影像的模拟指引系统、术前影像的功能学手术评估系统、术中DSA实时指引、术中超声指引系统、磁导航、基于电生理的手术指引等。手术规划器械根据应用场景可以分为：基于3D打印实体病灶模型的手术规划及训练系统和基于数字重构的个体化虚拟手术规划系统。

目前，全球手术评估及指引器械创新产品在血管介入领域、电生理领域、结构性心脏病领域均有应用，主要包括介入领域的无创医学影像虚拟支架、非X线手术指引导管，电生理领域的三维可视化、磁导航，结构性心脏病无创影像的术前手术评估以及多模态融合手术评估和导航等。

手术评估指引器械和术前规划系统是心血管诊疗技术和产业体系的重要组成部分，通过手术评估指引器械和术前规划系统的应用，可有效缩短复杂的心血管手术时间，提高手术准确性，降低并发症风险。在高质量手术需求日益增加的趋势下，应用前景十分广阔。然而，手术评估指引和规划系统的智能化程度还有待提升，多模态模型构建和导航融合尚不成熟，具体临床路径的深度融合也需要进一步探索。

面向未来，手术评估指引和规划系统需要突破仿生模型、实时计算、精准仿真和力反馈四项关键技术，将虚实技术进一步融合。未来高度智能化的虚拟手术指引和推演系统能在术中针对不同情况实时高效地推演最佳应对方案。研发人员也可根据虚拟推演得到的最佳术式，倒推新型手术器械的设计方案。该领域的创新发展有可能会深刻地改变手术模式和医疗生态。

2.4 手术作用器械

手术作用器械是心血管产业的核心部分和创新最活跃的领域，其创新与发展在一定程度上决定了医学的进步水平。心血管介入器械的发展经历了20世纪80年代以前的探索发现期、20世纪80年代至今的快速发展期，以及集采政策之后的价值重构期。自1977年德国医师Andreas Gruentzig在瑞士苏黎世大学进行首例经皮冠状动脉腔内血管成形术（percutaneous transluminal coronary angioplasty，PTCA）以来，冠状动脉介入发展经历了球囊扩张、裸金属支架、药物洗脱支架以及生物可降解支架等数个时期，其中药物洗脱支架时期，又在药物、涂层、材料方面呈现出多阶段快速发展。生物可降解支架的发展在一定程度上代表了冠状动脉介入治疗发展的创新方向，但在一定时期内还将面临材料学发展以及技术发展的桎梏。

结构性心脏病学是介入心脏病学的代表性亚专业之一，在经历早期的先天性心脏病治疗后，近年来进入瓣膜置换的快速发展期。瓣膜置换术可经外周血管或心尖部路径，通过腔内导管将人工瓣膜输送到对应瓣膜位置释放，进而达到置换病变瓣膜的目的，目前主要集中在主动脉瓣和二尖瓣领域。起搏电生理近年来的发展主要集中在心脏再同步化治疗（cardiac resynchronization therapy，CRT）、无导线起搏器和冷冻消融及脉冲电场消融治疗。经皮肾动脉交感神经消融术是近年来围绕高血压介入治疗的创新技术，通过微创导管技术将消融导管、冷冻球囊等器械置入肾动脉内，采用射频、超声或冷冻能量阻断位于肾动脉外膜上的交感神经纤维，进而达到治疗高血压的目的。在经历早期的滑铁卢后，通过消融方式以及交感神经定位方式的改进调整，近来重新进入快速发展期，但长期效果还有赖于进一步临床验证。

国内相关市场在二十余年来经历了早期的学习与跟随后，近年来进入自主创新的快速发展时期，产品也由早期的支架、先心封堵器扩延到腔内影像及功能诊断仪器、起搏器、结构性人工瓣膜等，在部分领域已达到世界先进水平。面向未来，在新的集采政策约束下，如何为冠状动脉介入治疗增加价值，进一步改善患者的预后，推动冠状动脉介入治疗由粗放型向集约型转变应该成为行业新的思考方向。

2.5 手术辅助器械

手术辅助器械，如指引导管、各种导引导丝和微导管，以及手术机器人、循环辅助装置的使用，也会对介入治疗的成功率产生重要影响。

冠状动脉介入治疗中，能提供强力支撑的指引导管、针对不同病变设计的导引导丝和通过性良好的微导管对于手术成功率的重要性不言而喻。此外，某些特殊的器械，如旋磨导管，也在特定病变中发挥着重要作用。用于血管通路的辅助器械，如血管鞘、血管缝合器等，则保证了血管路径的安全性。既往上述产品市场通常被进口器械占据。

近5年来，国产器械异军突起，国内多家企业已可提供满足临床需要的各种型号的指引导管，实际效果与进口产品几无差距。而一些厂家生产的微导管，甚至能提供比进口产品更出色的通过性，带来更好的临床体验。导引导丝的制备需要复杂、精密的工艺，虽然国内一些厂家生产的工作导丝已能满足常规病变介入治疗的需求，但是对于一些复杂病变，如CTO病变，与国外产品相比仍有较大差距。但在国产替代的大背景下，国内厂家仍在持续发力，预计在不久的将来，国产导管、导丝等将会成为市场的主导。

血管介入手术机器人是近年心血管领域的一个创新热点。现阶段已经可以有效降低医师劳动强度和职业暴露风险［46］。受限于目前冠状动脉介入治疗器械（导管、导丝、球囊和支架等）的设计特点和介入治疗手术的过程特殊性，介入机器人尚未能像外科手术机器人那样发挥出最大的效能。未来技术的迭代完善，有望进一步提升介入机器人的手术效率和质量，并在人工智能、大数据、5G传输、虚拟现实/增强现实（virtual reality/augmented reality，VR/AR）的赋能下，开创一个全新的时代。

随着人口老龄化和国人寿命延长，冠状动脉病变复杂高危且有介入治疗指征（complex high-risk and indicated patients，CHIP）的患者将越来越多。如何对这部分患者进行治疗和管理将为介入心脏病学带来新挑战。针对心原性休克、CHIP患者的介入治疗，首先面对的挑战是如何维持稳定而有效的循环功能。目前常见的心脏机械循环支持（mechanical circulatory support，MCS）设备包括外周MCS［主动脉内球囊反搏（intra-aortic balloon pump，IABP）、静脉-动脉体外膜肺氧合（veno-arterial extracorporeal membrane oxygenation，VA-ECMO）、Impella、TandemHeart］和体外左心室辅助装置（lef t ventricular assist device，LVAD）。

目前介入医师更为关注的是IABP、VA-ECMO和Impella。IABP操作简便、价格适中，在介入治疗中最为常用。但IABP不能主动增加心排血量，对灌注的贡献也不到1 L/min。IABP Shock Ⅱ研究显示IABP不会改善CHIP患者30 d死亡率，指南也调低了对IABP的推荐等级。VA-ECMO能提供较为完备的心肺功能支持，2020年我国使用量已超过6000台，是新冠肺炎疫情期间的明星器械［47］。但该设备因价格昂贵，血栓发生率高，护理难度大，限制了其使用。目前，国内也有厂家致力于ECMO设备的国产化，很快将有产品获批上市，预计将带来价格的大幅降低。Impella是一种产生连续血流的微型轴流泵，多个型号和流量的产品已经获得FDA和CE批准用于MCS。和IABP相比，Impella能提供更有效的血流动力学支持且生存率提升。Impella与VA-ECMO联合应用于严重心原性休克患者时能提供更好的左心引流效果。但Impella单次耗材使用高达2万美元，在我国售价超过20万元人民币，高昂的费用成为难以逾越的临床推广门槛。目前，国内有数个厂家正致力于研发类似的轴流泵，很快将进入临床前评价阶段。

2.6 康复随访器械

心血管疾病大部分是长期慢性疾病，需要患者终身随访、康复和预防，院内康复和居家心脏运动康复结合是必然趋势。

目前推行的院内运动康复的确能提高患者危险因素的控制率，降低疾病的再发率和死亡率。但由于交通、经济、时间等各方面的原因，并未能广泛推广。因此，居家心脏运动康复与院内康复结合是必然趋势。互联网时代和智能时代的快速发展，为居家运动及康复提供了有力的前景和平台，与远程心电监测的结合使居家运动康复不仅安全而且能够提高有效性。心脏康复模式正在从传统的医院心脏康复模式，逐渐向院内外康复融合模式发展。目前心脏康复有以下几个重点发展方向。

（1）院内心脏康复：院内Ⅰ期和Ⅱ期康复的整体把控，宣教心脏康复理念。（2）全面精准的评估：从心血管专病特点、危险因素、生活行为、运动能力等几个维度，为每位患者量身定制心脏康复处方，包括体外震波、体外反搏及运动处方等。（3）居家康复：①提高远程监测的准确性和实时性，优化智能化分析和判断技术，通过对大量待分析心电监测数据的正确解读和及时的反馈，可以实现居家的疾病快速自助筛查；②提高心电监测设备的便利性、实用性及持久性，比如心率带、可穿戴式背心、智能手表等；③提高心电监测信息的完整性，如通过单导、多导或12导联技术，提供心率、心律失常和（或）心肌缺血疾病的监测等；④实现更多生命体征的监测，比如血压、血氧等；完成数据回馈，并根据数据给予正确的指导；⑤结合APP软件管理，在远程心电监测的基础上，给予包括远程治疗方案调整以及生活方式干预等在内的整体心脏康复管理方案。（4）提高院内康复的精准性，保障院外康复的广泛普及。在互联网、智能化、大数据平台辅助手段的带动下，心脏康复将迈入智能健康时代。作为远程医疗和移动家庭保健系统的诊断监护终端，可穿戴心电监测系统未来可期。

3 心血管医疗器械创新的未来

3.1 临床需求是医学创新的出发点和落脚点，构建医师深度参与的医学创新系统刻不容缓

作为临床需求的提出者、医疗创新的发明者、技术发展的协助者、临床试验的执行者和产品上市后的使用者，医师在心血管医疗器械创新中的作用和价值贯穿始终。纵观历史，医疗器械的重要创新突破都离不开医师的贡献。我国心血管医疗器械在创新过程中临床医师的作用尚未充分体现，临床医师参与产业创新的激励机制，以及临床与工程、产业的融合机制需要进一步建立和完善。

3.2 形成心血管医疗器械创新的“医-产-学-研”融合生态系统势在必行

心血管医疗器械的创新发展需要联合企业、高校、科研院所和医疗机构等不同创新主体，整合政府、产业、金融资本等创新要素，搭建不同主体与不同要素的深度交流平台，促进临床、科研和产业的深度理解与融合。CCI正在探索通过建立以“创新课程—创新孵化—工程验证—产业落地”为一体的创新生态，激发临床医师基于发现和解决临床需求进行创新的潜能。CCI秉持“from the doctor，by the engineer，for the patient”的理念，融合产学研各类要素，发挥临床需求的牵引作用，统筹协调创新项目从临床需求、工程技术到监管引导和产业落地的全过程。致力于打破医学创新链、科研链与产业链之间的壁垒，推动一批前沿创新项目迅速落地，形成一条可复制的中国医学原始创新融合落地路径。为探索中国心血管医疗器械创新贡献力量，同时为中国心血管医疗器械产业创新发展提供全面支撑。

致谢：中国心血管医生创新俱乐部《中国心血管医疗器械产业创新白皮书（2021）》编委会秘书组（张宁、杨焱钦、罗兰）及全体编委会专家

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