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2023年6月1-3日 | 苏州国际博览中心B1-E1号馆

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国产空白刚被突破,这个医疗器械领域风云将起?

2021-12-07

近日,ECMO市场动作频频。

先有医疗器械巨头微创医疗以9.23亿的收购Hemovent公司,将ECMO系统纳入囊中,再有西安交通大学第一附属医院联合研发的国产ECMO设备进入临床阶段,成功突破国产空白。

新冠疫情爆发之前,ECMO领域一直处于“无名”状态,产业链上的企业少,资本市场也少有人碰,多数参与者也仅停留在生产ECMO零部件的阶段。我国一直在着力突破高精尖技术难题,为何始终无法解决这个领域的卡脖子现状?首款国产ECMO设备进临床,是否为这个行业的国产化开了一个好头?

动脉网将从ECMO的技术难点、国内外市场参与者、未来发展方向出发,揭开ECMO的“神秘面纱”。

ECMO一天费用上万,生死边缘救人
一场新冠肺炎疫情,将“救命神器”ECMO带入了普通人的视线。

2020年1月,武汉大学中南医院首次运用ECMO,成功救治一位重症新冠肺炎患者。在2020年8月,一位使用ECMO辅助支持长达111天的新冠肺炎患者康复出院,这是全球使用ECMO时间最长的新冠肺炎患者。2020年,我国ECMO辅助例数为6937例,较2019年的6526例增加了6.3%。


我国ECMO辅助例数 数据来源:《2020年中国体外生命支持发展现状》

作为ICU病房“起死回生”的代表,ECMO真有这么神奇?

ECMO,体外膜肺氧合,又称“人工心肺”,是一种维持人体脏器组织氧合血供的新型心肺支持技术。ECMO能暂时替代患者的心脏和肺部,其原理是把静脉血引出体外,让血液和氧气充分氧合后,再泵回体内,可在患者呼吸衰竭、心脏骤停等情况下减轻其心肺负担。

依据管路的回流,ECMO可分为两种模式,即静脉-动脉VA-ECMO和静脉-静脉VV-ECMO。其中,VV-ECMO是将血液从中心静脉引出氧合后,再由中心静脉输入,仅有气体交换的功能,适用于ARDS(急性呼吸窘迫综合征)、病毒性肺炎等引起的严重呼吸衰竭。而VA-EMCO是将血液从中心静脉引出氧合后,从动脉泵入,同时提供呼吸和循环支持,适用于心肌炎引起的心源性休克等。

虽然ECMO此前一直“籍籍无名”,但该技术出现的时间并不短,早在1953年Gibbon就曾自制人工心肺机,将体外循环技术首次用于临床心脏瓣膜手术并取得成功。在重症医学领域流传着一句话:ECMO一响,黄金万两。粗略估计,ECMO整机成本在一百万左右,开机费6万元,每天的运行成本在1万元起步。

ECMO运行,贵在耗材。一整套耗材包括离心泵头、管道和膜肺等,价格在4万到6万元不等,而且一旦发生血栓或血浆渗漏,就需要整套更换。

由于治疗费用高、治疗难度大,ECMO市场一直发展较缓慢,应用率并不高。2018年,全球ECMO市场规模约为2.7亿美元。截至2018年底,我国ECMO数量仅有400余台。

心擎医疗的陈阳博士介绍:“2020年我国有500家ECMO中心,但ECMO运行需要一个有资质的团队,而且需要病例的经验累积。因此,一些中心可能一年开展的ECMO例数也不足20例。如果发生如新冠肺炎一般的重大公共卫生事件,大量患者的治疗还是高度依赖经验丰富的大中心。”

在疫情爆发时,我国仅有400多台ECMO设备,全省各地驰援武汉的医疗队都自带ECMO设备。在近80台ECMO设备在武汉投入使用后,该市危重症患者病亡率出现明显下降趋势。

其实,ECMO只是用来救命,并不能针对疾病本身提供治疗。对于急性心肌梗死、急性肺栓塞、重症肺炎伴呼吸衰竭和术后急性心肺功能不全和器官移植术后等多种急危重症患者而言,ECMO只是暂时“续命”的手段。ECMO设备可暂时替代人体的心肺功能,让心肺得到充分的休息,在这过程中医生会对患者给予全身的支持治疗。等到患者心肺功能恢复到能满足机体正常需求时,再撤掉ECMO。

但目前为止,救命的需求在我国都没有得到很好的满足。各种原发性疾病引发的严重性呼吸衰竭病人是使用ECMO设备的主要群体。我国约有3.3亿心血管疾病患者,而且我国是吸烟大国,慢性阻塞性肺病(COPD)患者群体基数大。与潜在的呼吸衰竭患者相比,我国ECMO的储备量远远不足,特别是在一些基层地区。

康旸恒泰CEO林恒毅提出:“急救观念未普及,ECMO技术不成熟,手术量少,医保政策没跟上,这是环环相扣的。”从企业角度来讲,先发展ECMO技术、宣传急救知识,才能推动整个链条的运转。

ECMO站在急救领域的技术制高点,
全套系统的协调和稳定是根本

ECMO为何发展缓慢,抛开社会因素,与其自身的技术难点是分不开的。

ECMO包括一整套的系统,主要有动力泵、管路系统、监测系统、恒温器四个部分,其中动力泵和膜肺是系统的核心,分别被称为人工心脏和人工肺。

动力泵是ECMO设备循环动力的来源,目前多数ECMO设备均采用新一代的离心泵,其核心是磁悬浮技术和高效叶轮的设计,需要在提高泵血效率的同时保持较好的血液相容性。

而膜肺在ECMO设备中承担最核心的血液氧合功能,其内部由中空微孔纤维膜丝构成。当设备运行时,患者血液在中空纤维膜外表面流动,氧气则注入膜丝内部,血液中的二氧化碳和膜丝中的氧气通过压差的方式进行置换,以实现肺部气体交换功能。

这就要求膜肺的材料既要有良好的透气能力,又能实现长效疏水。膜肺的原材料经历了第一代固体硅胶膜和第二代微孔中空纤维膜,目前国际上公认效果较好的是第三代PMP(聚4-甲基1-戊烯)中空纤维膜,延长了ECMO的临床使用时间。在全球范围内,只有3M旗下的Membrana公司能独家供应PMP纤维膜。

此前,外界关注的重点都放在膜肺原材料垄断上。诚然,材料的垄断会在一定程度上限制下游企业的研发和生产,但这并不是“当务之急”。

林恒毅提出,国内企业应该把着力点放在ECMO设备的功能和稳定性上。国产替代除了在价格上制造优势之外,还必须在临床效果上做出差异。比如一些患者在接受ECMO治疗后可能出现脑损伤,企业可以尝试改进ECMO设备以避免这种情况。生产膜肺材料需要巨大的投资,从市场的角度看,国内企业并不需要花费如此高的成本来取得材料的控制权。

陈阳同样认为,国内企业应该分步走,先把下游技术攻克,再往上游原材料走。“全世界ECMO厂家都面临材料垄断。我国ECMO技术并没有发展成熟,相关团队也还需要长时间磨合。目前的重点仍然是以提高膜肺气体交换率、血液相容性等核心性能,实现泵肺一体化、升级系统便携性为终极目标等方面的技术研发。”

而且,近年来我国一直非常重视上游原材料的创新。在《“高端功能与智能材料”重点专项2021年度项目申报指南》中提出,面向高端医疗器械及医疗防护需求,开发‘人工肺’聚 4-甲基 1-戊烯的单体及其中空纤维膜材料。

此外,由于ECMO是一整套的流体控制系统,底层技术之间的配合非常重要,并不是说把离心泵、膜肺、管道等模块拼凑起来就可以用。其实ECMO设备的制造工艺并不复杂,但它软硬一体的整合及系统的长期稳定性都需要严格的质量管理。

在研发初期,企业就需要整体策划模块设计和系统集成,如动力泵转速、膜肺流量控制、传感器反馈等都是在底层的系统控制层面。血液流道优化是ECMO核心的技术。在ECMO上机期间,如果出现血栓、溶血,会大大降低患者的存活率。

技术是根本,而从临床应用的角度出发,在我国医疗资源紧缺的情况下,ECMO的运作缺乏相关的人员储备。

在ECMO的背后,是一整支医疗团队,通常包括外科医生、护士、灌注师,大概需要4-6人的团队。在ECMO的运行过程中,专家需要24小时陪护。在国家卫健委发布的《体外膜肺氧合(ECMO)技术临床应用管理规范》中,对医疗机构、人员、技术方面做出明确的规定。

重症医学病情复杂,需要医生凭借多年的经验和不断学习,才能保证治疗的水平。这种认知能力很难通过传承、学习去大规模复制。如果我国要大规模发展ECMO,一方面国家要加强体系培训,另一方面企业需要尽可能实现ECMO设备的智能化,通过智能监测功能串联整个疾病流程,缩短医生的学习曲线,降低患者的管理难度。

我国ECMO市场长期被三巨头垄断,
刚刚突破国产空白

全球ECMO市场长期被三巨头——迈柯唯、美敦力、LivaNova所垄断,多数参与者都只是生产零部件,并没有开发ECMO整机的能力。

迈柯唯是全球最大的手术室、ICU医疗工程和设备供应商之一,该公司的ECMO产品Cardiohelp系统是一款小型、轻量级的心肺辅助系统,最大的特点是便携。Cardiohelp系统膜肺表面涂有Bioline涂层,具有较好的生物相容性,而且配有全套的监测系统,降低了血栓和气体阻塞的风险。该系统可持续使用达30天,在运行过程中很少或不需要更换套包,降低了治疗成本。

全球第一的医疗器械公司美敦力的ECMO系统拥有全新可移动LCD触控显示屏,2个带有报警限值的压力监视器。该设备配有新式的持续充电式电池,即使在待机状态下也能保持充电。同时,美敦力新一代的Nautilus Smart ECMO氧合器是全球唯一集成监测功能的长效氧合器,患者无需再连接外界监测设备。

LivaNova是全球第一大体外循环企业,公司的ECMO系统专为便于使用而设计,系统控制台功能丰富且操作简单。LivaNova同样关注ECMO设备的便携性,ECMO系统可在几分钟内准备好,方便在医院场景下转运。

2020年4月,FDA发布指南,批准美敦力、LivaNova的体外心肺支持产品在美国用于超6小时的ECMO治疗,以应对COVID-19流行病问题。

三家巨头的产品研发各有侧重,但综合来看,ECMO耗材的生物相容性、设备的便携、智能化监测等都是重点发展方向。

一直以来,我国ECMO市场都处于“人少物稀”的状态,长期被三巨头所垄断。

我国涉及人工心肺机相关的企业包括天津汇康医用设备有限公司、西安西京医疗用品有限公司、西安通标医疗器械有限公司、上海祥盛医疗器械厂、宁波菲拉尔医疗用品有限公司、深圳汉诺医疗集团等企业,但它们中并没有能生产ECMO整机的。其中,天津汇康是第一批进入我国《新冠肺炎疫情防治急需医学装备目录》中ECMO部分的国内企业。


《新冠肺炎疫情防治急需医学装备目录》入选企业

可见,在所有的入选企业中,仅天津汇康一家国内企业,而且该公司主要是生产ECMO辅助设备,并不涉及核心的离心泵和膜肺。

我国的一片ECMO蓝海中,医院、高校、企业蓄势待发。在ECMO创新领域,临床和高校的存在感越来越强,医工结合路径是双赢的手段。

2020年3月,山东大学刘淑琴团队成功开发出采用全磁悬浮技术心脏泵的ECMO样机,具有溶血性小、流量调节方便、体积小等特点。2020年10月,该团队与青岛宇云健康管理有限公司签署协议,迈出了ECMO进入市场的第一步。

同年,西安交通大学第一附属医院联合高校、企业研制出首台具有长效稳定抗凝涂层的国产ECMO设备。最终成型的产品重量仅6公斤左右,电池续航能力达15个小时,而且价格仅为进口设备的三分之一。

他们针对ECMO设备的全血液接触面抗凝涂层、磁悬浮离心泵、超声流量探头、程控监测系统及膜肺,进行了深入设计和研发。在西安交大一附院的闫炀团队看来,对各器械表面的血液接触部位进行有效的抗凝涂层包覆,是提升ECMO经济性和推广性最为直接的方法。2021年11月,西安交大一附院的ECMO设备率先进入临床,成功救治两名危重心血管疾病患者。

再来看企业端,自研或收购是永恒不变的“基调”。

结合临床需求,为救治合并呼吸衰竭或有急救转运需求的患者,心擎医疗在其已获成功临床检验的国内首款体外磁悬浮人工心脏技术基础上,开发出一款高便携性、利于一线救治场景以及转运便携的ECMO系统。其体外人工心脏磁悬浮泵的成功研发为整个ECMO系统带来更好的血液相容性。该ECMO产品在苏州市科学技术局公布的《2020年度冠状病毒感染应急防治科技专项应急专项》中获批入库,目前正处于临床前研发阶段。

位于珠海的康旸恒泰已经研发出整套ECMO系统“生矶-1000”,具有较好的耗材兼容性、稳定性,配有神经保护模块,能够在ECMO运行时针对脑部受损问题提供保护性的抢救。目前,康旸恒泰正在推进生矶-1000 ECMO的FDA认证工作。

此外,收购是企业快速进入市场的方式。微创医疗以9.2亿元收购Hemovent,该公司旗下的主要产品MOBYBOX System是全球首个将血泵及膜肺集成一体的ECMO系统,此前已获得CE认证。由于实现了高度集成,该系统的重量不足2公斤,仅靠气体动力驱动,既无电机也无需外接电源,能放在双肩包中自由携带。

我国ECMO市场动作频频,前路何如?
功能差异化是当前的重点,便携是未来的发展趋势

迈柯唯的Cardiohelp强调便携,可在多种场景下使用;Hemovent的ECMO系统不足2公斤;心擎医疗同样在打造一款便携式的ECMO设备。

便携的意义在于应用场景的拓展,把ECMO带出ICU病房。ECMO设备面向的群体是一些急症和重症患者,他们需要尽快接受机器治疗,上机的时间在一定程度上决定了患者的生存率。而且,我国ECMO资源分布不均,涉及到大量医院间转运的场景,ECMO需要满足转运条件,比如保证在长时间颠簸的情况下不出现溶血。

从跨国巨头的产品研发趋势和便携式ECMO设备的实际应用场景来看,便携式、一体化应该会是未来国产ECMO设备的发展方向。

为什么谈到未来?这与我国ECMO市场的发展阶段相关。便携式ECMO设备由于干预时间提前,对于急性心脏骤停患者的抢救已经处于一线ECPR(体外心肺复苏)的抢救流程,但是研发过程需要更高难度的集成。对于起步阶段的企业来讲,目前能开发出国产ECMO设备,保证较优的性能和稳定性才最重要。当然,这之中也不乏先行者,从一开始就把便携式ECMO设备作为研发重点。

综上,国内厂家聚焦在哪个性能上的提升并不重要,大家都从不同的角度发力,重要的是有人把性能稳定、满足患者需求的国产ECMO设备做出来。

国家大力投入重症医学,清醒ECMO推动行业发展

重症医学在全国医疗体系内下沉,是一个必然趋势。

20世纪70年代末,我国重症医学逐渐建立起来。尤其是自20世纪90年代以来,全国各地重症医学迅速发展。2017年,重症医学科成为国家财政150亿“疑难病症诊治能力提升工程”四个重点支持方向之一。目前,各大城市的中心医院、县级医院,甚至部分乡镇医院,都有了自己独立的重症医学科。国家大力投入重症医学,为ECMO的运行储备人才。

ECMO的发展在一定程度上取决于医院的重症医学团队以及跨科室协作的成熟度。而重症医学有一个天然属性,从诞生初始就是一整个医学团队打配合。

同时,近年来临床提倡清醒ECMO,强调在患者有自主意识、能进行自主呼吸时,越早上ECMO越好。ICU病房的诊断风格与常规科室不同,如呼吸内科、心内科等科室的医生是针对患者的某个症状去诊断,但送到ICU的患者病情已经比较严重,需要快速采取治疗。因此医生需要预判病情,尽早上ECMO。

清醒ECMO能避免与镇静、气管插管和机械通气相关的副作用,可提高患者的生存质量,可推动临床上ECMO的应用。

ECMO临时纳入医保基金支付范围,国产设备有望降低治疗费用

在我国,ECMO相关费用并不在医保报销范围内。

2020年1月,国家财政部和医保局联合印发《关于做好新型冠状病毒感染的肺炎疫情医疗保障的紧急通知》,提出“患者使用的符合卫生健康部门制定的新型冠状病毒感染肺炎诊疗方案的药品和医疗服务项目,可临时性纳入医保基金支付范围”。

而就在这条规定发布的前一天,一名来自湖北黄冈的孕妇因ECMO上机费用高昂,选择了放弃治疗。一周上10万的治疗费用,仍然是横亘在多数患者面前的一道难关。

同时,在商保层面,部分保险明确将ECMO费用纳入到住院医疗费用报销范围内。一些医疗保险把人工器官纳入赔付范围,但关于ECMO是否属于人工器官的争论一直没有停止。

在费用层面上,国产企业通过降低生产成本,降低耗材损耗量,可降低ECMO的整体治疗费用。如本次进入临床的西安交大一附院ECMO设备,价格仅为进口设备的三分之一。

正如前文所述,ECMO技术普及、国产品牌出现、人才培养、医保覆盖是一条闭环,随着前面三个环节打通,我国对重症医学、急救事业的关注加强,医保可能也会逐渐覆盖ECMO相关支出。

疫情常态化下,我国ECMO市场的增长逐渐放缓,但临床和企业对ECMO的热情并没有散去。这是重症医学的根本,防范于未然。非典之后,新冠肺炎疫情再次点明了ECMO设备的重要性。在疫情高峰期,医疗资源紧缺,没有额外的资源去支持ECMO的研发与临床应用,现在正是发展ECMO的好时机。

我们只需给足耐心,等待更多的国产器械企业开出创新果实。

来源:动脉网