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腹腔内窥镜手术系统注册审查指导原则第5部分：患者模型试验研究（征求意见稿）

发布日期

2025-11-11

发文字号

/

信息分类

其他

有效地区

中国

时效性

征求意见稿或草案

实施日期

/

颁发部门

国家药品监督管理局医疗器械技术审评中心

正文内容

本指导原则旨在为注册申请人在使用患者模型试验对产品进行性能研究并用于产品注册申报时提供参考，同时也为技术审评部门审评腹腔内窥镜手术系统（也称手术系统）申报资料提供参考。

本指导原则系对患者模型试验研究资料的一般要求，注册申请人应依据具体情形对注册申报资料的内容进行充实和细化，并确定其中的具体内容是否适用。

本指导原则是供注册申请人和审评人员使用的指导文件，不涉及注册审批等行政事项，亦不作为法规强制执行，如有能够满足法规要求的其他方法，也可以采用，但应提供详细的研究资料和验证资料。应在遵循相关法规的前提下使用本指导原则。

本指导原则是在现行法规、标准体系及当前认知水平下制定的，随着法规、标准体系的不断完善和科学技术的不断发展，本指导原则相关内容也将适时进行调整。

一、适用范围

本指导原则适用于多孔腹腔内窥镜手术系统（以下简称手术系统）在产品设计阶段和验证阶段，围绕产品的安全有效性所开展相关的患者模型试验研究。本指导原则旨在指导注册申请人科学地开展患者模型试验研究，发挥患者模型试验的优势，弥补动物试验的不足，更全面的验证产品整体的操控性、有效性、安全性。

单孔腹腔内窥镜手术系统的患者模型试验研究可参考本指导原则的适用部分。

二、开展患者模型试验研究的情形

注册申请人可根据自身产品研发、验证的需求以及时间、经济等成本决策是否开展患者模型试验。患者模型试验一般可作为动物试验的补充，弥补动物试验验证的局限性，更好的为临床评价中证明产品差异性的影响提供支持性证据。

首次注册手术系统时，通常需要开展临床试验研究，故对是否提交患者模型试验研究不做建议。注册申请人可根据需求在申报产品的设计开发阶段，采用患者模型试验研究开展产品性能评估或可行性、可用性研究等。

对于已获准注册的手术系统的变更注册，及同公司产品迭代的首次注册，产品变更或者产品迭代的部分可能影响手术系统操控性能或者手术效果，鼓励通过开展患者模型试验研究评估手术系统的安全性、有效性和操控性。举例如下：

（一） 主从控制路径上的关键元器件变化、软件变化、传动方式变化等；

（二） 手术器械的结构、类型等变化（增加新的手术器械或原有手术器械发生变化）；

（三） 适用范围中增加新的临床术式，应用于不同的组织类型/解剖结构，如在泌尿外科手术的基础上增加普外科/妇科/胸外科/心外科手术等；

（四） 机械臂位置、数量等变化导致的手术摆位、入路方式变化等；

（五） 其他产品设计变更导致有效性、安全性、操控性发生变化的。

三、患者模型试验研究方案的设计

患者模型试验研究的内容及结果可以为临床试验方案提供依据，预测在临床试验中产品性能表现以及可能出现的不良事件，降低受试者和使用者承担的风险；同时还可作为临床评价的支持性资料。患者模型试验研究的设计应从安全性、有效性、操控性等角度考虑明确试验目的、试验样品、患者模型的说明、试验设计、评价指标、试验过程等，并形成完整的研究方案。

（一）试验目的

应明确患者模型试验的目的，明确用于评价哪个产品的哪些变更事项。

（二）试验样品

手术系统通常具有多个手术器械，试验手术器械通过分析评估后可选取典型型号进行验证。通常不同类型的手术器械应分别进行评价，例如抓钳与持针钳、高频手术器械与一次性使用超声软组织手术刀头。同一类型的手术器械应选择结构最复杂、自由度最多、末端执行器位姿空间（角度、距离）最大、运动精度最低的型号作为最不利情况进行患者模型试验。并明确典型型号确定的依据。

（三）患者模型的说明

应结合试验目的明确患者模型的具体要求。通常选择的患者模型应尽可能准确表达人体解剖结构、组织特性以及疾病特性，最大程度复现临床手术风险，同时考虑通过智能化设计对操控性能进行客观量化评价。

注册申请人应对患者模型的适宜性（材质、结构、临床风险复现等）进行充分说明，并提交患者模型设计和验证的支持性资料。支持性资料可根据人体图像、力学等物理性能测量得到的数据或相关文献研究的值与患者模型值进行对比确认，来证明患者模型的适宜性。

患者模型设计和验证可参考附件1、附件2。

（四）试验设计

应根据试验目的明确具体试验设计，包括对照组、样本量、术式、操作者等具体要求。

1. 操作者

通常建议具有手术系统临床操作经验的外科医生进行患者模型试验，以减少因手术系统操作经验不足带来的试验结果偏倚。注册申请人应对操作者资质、培训情况进行说明。试验前应确保操作者充分了解并熟悉手术系统的操作。可选取不同操作经验的操作者开展多组试验，但试验组和对照组应选取相同操作者开展试验。

2. 对照组

应选取已上市同类产品或变更前产品作为对照组，通过对照组建立接受准则。两组间除研究器械外的其他试验条件应保持相同，如患者模型、其他手术器械、试验材料、术前准备、手术摆位、入路方式、手术操作过程等。

3. 样本量

患者模型试验样本量应根据试验目的以及涉及的临床适用范围确定，应能模拟临床常用操作和最难操作，并能覆盖试验目的的所有手术任务（如抓取、切割、缝合、牵引、剥离、结扎等）和组织类型（如实质组织、空腔组织、脉管组织等）。

4. 术式

患者模型试验可根据手术系统拟申请的适用范围选择典型术式开展，从手术难度分级、基本操作、目标组织类型、申报的手术器械等因素确定典型术式，通常典型术式需包括：

4.1泌尿外科：肾部分切除术（经腹腔或后腹膜）、根治性前列腺切除术；

4.2妇科：子宫根治性切除术加盆腔淋巴结清扫术；

4.3普通外科：远端胃癌根治术、结直肠癌根治术、肝切除术/脾切除术；

4.4胸外科：肺段/肺叶切除术、食管癌根治术。

4.5心外科：二尖瓣成形术、冠状动脉旁路移植术。

其他适用范围的典型术式由申请人根据上述原则确定，并说明合理性。

（五）评价指标

对于手术系统与临床使用相关的主要是手术操控性、安全性、有效性和手术效果的评价。

1.主要评价指标

主要评价指标为可顺利完成试验目的。未顺利完成原手术方案中手术系统需完成的全部操作，含术中因模型损坏、产品故障等意外情况未完成试验目的均为试验失败。

试验失败包括产品故障、器械弯折或断裂、闭合不严、绝缘层破裂、机械臂互相碰撞等，因产品功能失效对组织、器官等造成非预期损伤。

2.次要评价指标

次要评价指标至少包括：操控性（主观评价和客观量化评价）、成像质量、手术时间、手术效果、系统失效发生次数等。

如需对手术效果进行主观评价（例如缝合质量），则应对评价者设盲。

操控性与手术系统软硬件、组织器官类型，手术动作（缝合、切割、抓取等）、手术空间和机械臂摆位相关，可通过对手术过程中的运动轨迹、交互力等采集分析并进行量化评价。应通过开展典型术式的全部基本操作验证手术系统操控性。除典型术式的全部基本操作外，还应根据各自由度的图示评价手术器械实现的自由度数量、各自由度的运动方向、运动范围等是否能满足预期临床需求。

通常试验组次要评价指标应非劣于对照组。

应明确评价指标的确定依据，可以是已有的公开发表的文献、经验数据等。

（六）试验过程

试验过程中应对试验环境、试验步骤进行描述，明确试验组准备、患者模型准备、试验方法、试验部位、试验前准备等。试验步骤的描述可参考附件3细化。

四、试验报告

在患者模型中使用手术系统完成手术操作任务，根据传感器的测量数据（例如器械末端轨迹平均速度、与组织的交互作用力）、任务完成时间等综合评估手术系统在患者模型内进行现有手术的安全性、有效性和操控性。

试验报告应包括但不限于以下内容：试验目的、试验样品、患者模型的说明、试验设计、评价指标、试验过程、试验结果分析及结论、研究局限性等。

应对手术系统的试验结果进行整体评价并提供完整的研究报告。应包含各评价指标的试验结果及其分析；试验偏差等对试验结果的影响分析；在使用多个测量装置的情况下，应确认有无相互干扰、同步。应汇总分析试验结果，形成安全性、有效性评价结论。 

试验结论描述应清晰、明确。如：完成了肾部分肿瘤摘除术等（术式）试验，未发生与器械相关的不良事件；结果表明试验组安全有效性不劣于对照组。

因患者模型是人工制品，不可能完全再现人体所有特征，试验报告还应分析患者模型与实际人体的差异，明确患者模型试验的有效性、适用性和局限性。

注册申请人应当保证试验数据的真实性和科学性。

 

附件：1. 患者模型适宜性应考虑的因素

2. 患者模型研究建议测量的物理参数

3. 患者模型试验步骤参考


五、参考文献

[1] 国家药品监督管理局医疗器械技术审评中心.国家药监局器审中心关于发布腹腔内窥镜手术系统技术审评要点（2023年修订版）的通告：2023年第18号 [Z].

[2] 国家药品监督管理局.腹腔内窥镜手术系统注册审查指导原则第2部分:动物试验决策判定和要求:国家药监局通告2024年第12号[Z].

[3]Pharmaceuticals and Medical Devices Agency日本医药品医疗器械综合机构https://ss.pmda.go.jp/ja_all/search.x?nccharset=77A07380&nccharset=FEF28A70&q=000226839&ie=UTF-8&page=1. 使用患者模型进行非临床试验的计算机辅助手术设备的评价指南-关于患者模型的应用及其设计思路[Z].

[4] ANZ Journal of Surgery, 2019, 89. Fangqiang Wei, Mingen Xu, Xuecong Lai, et al. Three‐dimensional printed dry lab training models to simulate robotic‐assisted pancreaticojejunostomy[J].

[5] Annals of Surgery, 2020. Huber T ,  Huettl F ,  Tripke V , et al. Experiences With Three-dimensional Printing in Complex Liver Surgery[J].

[6] Urology, 2020, 147. Ghazi A ,  Saba P ,  R  Melnyk, et al. Utilizing 3D Printing and Hydrogel Casting for the Development of Patient-Specific Rehearsal Platforms for Robotic Assisted Partial Nephrectomies[J].

[7] World Journal of Urology, 2019(2). Smith B ,  Dasgupta P . 3D printing technology and its role in urological training[J].

[8] Journal of Endourology, 2017:1314. Ghazi A ,  Campbell T ,  Melnyk R , et al. Validation of A Full-immersion Simulation Platform For Percutaneous Nephrolithotomy Using 3D Printing Technology[J].

[9] Surgical Innovation, 2017, 24(2):145-150. Marta, J, Madurska, et al. Development of a Patient-Specific 3D-Printed Liver Model for Preoperative Planning[J].

[10] Science advances,2020,6(35). Haghiashtiani Ghazaleh,Qiu Kaiyan,Zhingre Sanchez Jorge D,Fuenning Zachary J,Nair Priya,Ahlberg Sarah E,Iaizzo Paul A,McAlpine Michael C. 3D printed patient-specific aortic root models with internal sensors for minimally invasive applications.[J].

[11] International Journal of Impotence Research, 2019, 32(3):1-3. Renterghem K V ,  Ghazi A . 3D pelvic cadaver model: a novel approach to surgical training for penile implant surgery[J].

[12] Springer Open Choice, 30(3). Witowski J , A Budzyński,  Grochowska A , et al. Decision-making based on 3D printed models in laparoscopic liver resections with intraoperative ultrasound: a prospective observational study[J].

[13] Journal of the American College of Surgeons, 2020, 231(4):S238. Wei F , Wang Z . 3D Printed Dry Lab Model Simulating Laparoscopic Radical Resection of Klatskin Tumor: A Primary Study[J].

[14] Journal of the American College of Surgeons, 2020, 231(4):e142-e143. Wang Z . Validity of a 3D Printed Dry Lab Model in Laparoscopic Anti-Reflux Surgery Training[J].

[15] Journal of Gastrointestinal Surgery, 2021(12). Wei F , Wang W , Gong H , et al. Reusable Modular 3D-Printed Dry Lab Training Models to Simulate Minimally Invasive Choledochojejunostomy[J].



附件1

患者模型适宜性应考虑的因素

用于手术系统安全有效性评价的患者模型应尽可能的模拟人体解剖结构、组织特性，最大程度复现临床手术场景，通常应考虑如下因素。

一、皮肤和内脏器官（特别是疾病部位）的机械性和电气特性等，包括弹性模量、粘性、密度、比重、含水率、电阻等。

二、 外观（颜色、尤其是可以通过颜色识别疾病时）。

三、对操作的响应、变形。

（一）组织和脏器的可动范围（例如，置入戳卡时局部腹壁组织的移动度、器官位置的偏移等）。

（二）实际手术环境中的器官变形，例如由于气腹引起的腹壁变形、肺部手术时的肺不张或塌陷等。

（三） 诊断、治疗的变化，例如，因热损伤引起的组织变性、荧光造影等。

（四）机械臂摆位、入路方式，例如皮肤切开的位置和内窥镜手术中的端口配置等。

（五）患者、手术部位的变化，例如年龄、体重、体脂率、有无先天性畸形等。

（六）手术时的视野，例如手术空间、内窥镜光源等。

（七）由于身体运动、呼吸和心跳引起的血管有规律的位移。

（八）血流搏动。

（九）体内环境，如温度、湿度等。


附件2

建议患者模型研究测量的物理参数

为客观的评价手术机器人的安全有效性及操控性，建议患者模型研究包含以下物理参数的测量。

一、基于手术器械运动学：手术空间和运动轨迹

基于手术系统运动“稳定性—精确性”的15项全局运动学指标，包括器械移动时间、可避免的错误数量、移动速度、运动急动度、轨迹冗余度、目标得分、轨迹波动率、轨迹最大偏差、最大速度、双手路径比、轨迹均方差、轨迹包络体积、时间偏差、速度偏差、运动经济性、相似性评估函数等。

二、基于手术器械动力学：组织变形和器官损伤

基于组织受力的手术器械动力学指标，包括模型器官上采集的器械对组织施加的力、力矩大小及受力位置，以评估其对组织、器官的损伤程度。

三、基于能量外科手术器械评估：能量形式、能量密度、持续时间与组织热损伤。

     基于术中对组织进行切割、分离等操作，描述手术需求的物理参数，测量组织热损伤。


附件3

患者模型试验过程参考

一、根据试验目的确定手术系统术式、所用手术器械。

二、根据术式，基于最不利情形确定合适的患者模型。

三、对设计的患者模型开展验证，确认材质、结构与实际临床组织的异同，明确模型的有效性、适用性和局限性。

四、在手术区域适配力学传感器，采集空间三个维度的力、力矩大小以及施力位置等信息，用于评估操作过程中器械与组织相互作用的力参数。

五、在手术器械上装载三维位置传感器。用以测量和记录手术器械末端的三维空间位置、轨迹长度、移动速度等运动学信息。

六、模拟临床试验步骤完成手术操作。

七、对采集到的力学信息、运动轨迹信息等以及手术效果、手术安全性、操控性等进行综合评价，形成评价报告。


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