高流量呼吸治疗设备国际标准ISO 80601-2-90:2021解析

【作 者】 冯元元，王伟，钟佑锦，陈兴文，郁红漪，陈蓓

1 北京怡和嘉业医疗科技股份有限公司，北京市，100041

2 上海市医疗器械检验研究院，上海市，201318

3 国家药品监督管理局呼吸麻醉设备重点实验室，上海市，201318

4 国家药品监督管理局医疗器械技术审评中心，北京市，100081

0 引言

经鼻高流量湿化氧疗（high-flow nasal cannula oxygen therapy,HFNC）是指一种通过高流量鼻氧管持续为患者提供可以调控并相对恒定的吸氧浓度、温度和湿度的高流量吸入气体的治疗方式，是高流量呼吸治疗设备的典型应用之一。高流量呼吸治疗设备也可用于上呼吸道被旁路的患者的治疗。

高流量湿化氧疗使用的高流量呼吸治疗设备可以是完全集成的医用电气设备（medical electrical equipment,ME设备）或由分立的产品组合而形成的一个医用电气系统（ME系统）。具有高流量呼吸治疗模式的其他类型的呼吸设备也可用于高流量湿化氧疗。高流量湿化氧疗的相关呼吸设备如图1所示。

图1 高流量湿化氧疗的相关呼吸设备Fig.1 Respiratory equipment associated with high flow humidified oxygen therapy

2020年初，新型冠状病毒（COVID-19）疫情暴发，高流量呼吸治疗设备得到了推广使用。在国内，国家卫生健康委办公厅发布的多个版本《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案》中，均提到对重型病例使用高流量湿化氧疗的治疗手段；临床反馈证明，该治疗设备可以大幅降低重症患者插管率和死亡率。在国际上，高流量呼吸治疗设备也大量应用于临床一线，获得了良好的临床效果。因此，高流量氧疗设备成了治疗新冠肺炎患者的急需产品。然而，无论在国内还是国际上，均无对应的产品标准，业内即刻意识到该类设备缺乏管控标准。

2020年2月中下旬，国家标准化管理委员会发布了《国家标准化管理委员会工作组秘书处关于公开征集新冠肺炎疫情防控相关国际标准提案的通知》。北京怡和嘉业医疗科技股份有限公司标准化专家和全国麻醉和呼吸设备标准化技术委员会（SAC/TC 116）秘书处在得知这个消息后，基于国内疫情急需和前期多年同类设备国内和国际标准化工作的经验积累，提出该类设备的国际标准的立项申请，并得到了主管部门的支持。

在SAC/TC 116秘书处的指导下，经过与国内相关制造商和标准化专家的共同研究，并与国际相关标准化组织ISO/TC 121/SC3的专家多次电话会议讨论，拟定标准名称Medical Electrical Equipment—Part 2-90: Particular requirements for basic safety and essential performance of ventilatory high flow therapy equipment（以下简称ISO 80601-2-90:2021）。由于该标准适用于防控新冠疫情的医疗器械，委员会在征集各成员国意见后，同意该项目按照标准研发的快速流程制定。同时，与该标准密切相关的呼吸湿化设备国际标准ISO 80601-2-74也同步立项，并开启修订工作（以下简称ISO 80601-2-74:2021）。

1 ISO 80601-2-90:2021主要内容及重点关注的问题

1.1 ISO 80601-2-90:2021标准适用范围

ISO 80601-2-90:2021标准规定了与附件组合使用的用于高流量呼吸治疗设备的基本安全和基本性能。高流量呼吸治疗设备适用于可自主呼吸的患者，其中包括上呼吸道被旁路的患者，这些患者将受益于肺泡气体交换的改善和高流量湿化呼吸气体。根据高流呼吸治疗设备的适用范围，高流量呼吸治疗设备可用于家庭护理环境或专业医疗机构。ISO 80601-2-90:2021标准既涵盖了将空氧混合、加温湿化、气体流量及氧浓度监测集成为一体的集成式高流量治疗设备，也涵盖了由多个部分（如气体混合器、湿化器、流量计等）组成的设备。该标准也适用于具有高流量呼吸治疗模式的其他呼吸设备。

1.2 高流量呼吸治疗设备定义

高流呼吸治疗设备为医用电气ME设备或ME系统，预期用于向有自主呼吸的患者提供超过患者吸气流量的连续加热和加湿气流。国际标准起草工作组界定高流量呼吸治疗设备涵盖以下3类：①集成式ME设备；②由独立单元组成的ME系统；③具有高流量呼吸治疗模式的其他呼吸治疗设备。

高流量呼吸治疗设备输出气体必须是经加热、湿化后的气体；高流量呼吸治疗设备旨在提供足够高的流量，最大限度地减少患者吸入环境气体；高流量呼吸治疗设备的患者端通常是：非密封的高流量鼻氧管，或带有气罩的气管造口管，或带有大排气口的口咽面罩或头盔。

1.3 基本性能

ISO 80601-2-90:2021中列出了对IEC 60601-1:2020中4.3中基本性能补充的要求，并且明确说明与高流量呼吸治疗设备一起使用的湿化器的基本性能要求应符合ISO 80601-2-74:2021。

1.3.1 流量精度

高流量呼吸治疗设备旨在提供高流量治疗，其流量超过患者的吸气流量。高流量呼吸治疗设备在患者连接口处输送的流量应在其说明书中宣称的精度范围内。国际标准化组织ISO/TC 121/SC3起草工作组（以下简称国际标准起草工作组）说明了流量超过允许误差可能导致混合气体或氧气的缺失，从而导致低血氧症，这对于患者来说是一项不可接受的风险。

1.3.2 氧气浓度精度

高流量呼吸治疗设备宜采用氧气浓度可控且超过环境氧浓度的可吸入气体。高流量呼吸治疗设备在患者连接口处输送的氧气浓度应在其说明书中宣称的精度范围内。由于氧气浓度超过允许误差造成的低血氧症或高血氧症被视为不可接受的风险。国际标准起草工作组阐明了氧气浓度过低将导致血氧过低；氧浓度过高将导致吸氧过量。

对于流量精度和氧气浓度精度，ISO 80601-2-90:2021标准本身并未规定最低要求，但应符合制造商在说明书中宣称的要求。目前我们了解的流量精度和氧气浓度精度示例如表1所示。

表1 流量精度和氧气浓度精度示例Tab.1 Examples of flow accuracy and oxygen concentration accuracy

1.3.3 湿化输出

ISO 80601-2-74:2021将高流量呼吸治疗设备用湿化器的湿化输出性能列为一项基本性能要求：高流量呼吸治疗设备应保证其湿化输出性能。

如高流量呼吸治疗设备的输出气体湿化水平不足，将导致干燥分泌物堵塞患者呼吸道，从而造成患者窒息。标准起草工作组认为，当湿化器的湿化输出为10 mg/L时，不满足使用高流量呼吸治疗设备的患者的基本湿化需求，因为治疗过程中鼻孔持续的高气流可能会使鼻黏膜过度干燥。经标准起草工作组专家讨论，对于经鼻吸入的高流量呼吸治疗设备，湿化输出不得低于16 mg/L的绝对最低水平（或相当于22 ℃时90%的相对湿度）[1]。对于应用于上呼吸道被旁路的患者的高流量呼吸治疗设备，湿化输出不得低于33 mg/L。

当高流量呼吸治疗设备无法达到流量精度、氧气浓度精度以及湿化输出3项基本性能，即设备无法在其宣称的精度范围内向患者连接口处输送连续的湿化气流和氧浓度时，为了避免将患者暴露于不可接受的风险，高流量呼吸治疗设备应触发如下报警：①如果配置流量监测装置，流量超过允许误差报警；②气源故障报警；③如果配备内部电源，内部电源即将耗尽应报警；④阻塞报警；⑤如果配备氧气浓度监测装置，氧气浓度超过允许误差报警；⑥如果配备内部电源，内部电源故障应报警。

1.4 其他关键要点

1.4.1 测试不确定度要求

标准中测量误差章节中增加了对测量不确定度的相关要求，具体要求来源于IEC Guide 115中4.4.2节，该要求值得国内企业关注。标准起草工作组考虑在测试高流量呼吸治疗设备性能时，由于受所能达到的精度的限制，如果没有明确的测量不确定度，有几个参数是无法测量的，尤其是在流量快速变化时测量体积。因此，制造商在声称参数精度时考虑这些不确定度是很重要的。

1.4.2 内部电源

由于高流量呼吸治疗设备预期用于转运，移动时可运行的高流量呼吸治疗设备应配备内部电源，并应将内部电源故障视为一项基本性能失效。在高流量呼吸治疗设备用于新型冠状病毒肺炎治疗期间，在国外发生了几起医生误认为高流量呼吸治疗设备均带有内部电源，导致患者在转运过程中失去氧气支持的事件，从而对患者造成了不可接受的风险。因此ISO 80601-2-90:2021标准要求，如果高流量呼吸治疗设备预期在移动时可运行，则应配备内部电源。

1.4.3 富氧环境中着火的风险

国际标准起草工作组一致认为，当高流量呼吸治疗设备在密闭的室内环境中使用时，环境氧浓度极有可能会超过25%。因此，在标准中设立一章专门说明高流量呼吸治疗设备在富氧环境中的着火风险。

1.4.4 ME设备或ME系统的清洗和消毒

ISO 80601-2-90:2021标准中特别增加了在呼吸道传染病（如新型冠状病毒）暴发时，高流量呼吸治疗设备在受感染环境等应用场景下使用的问题和风险考虑。

为了尽可能地避免交叉感染，并且提高医护人员的可用性，高流量呼吸治疗设备外壳的设计应允许对表面进行清洗和消毒，以便将操作者、旁观者或患者交叉感染的风险降至可接受的水平。

1.5 与其他标准的关系

1.5.1 与ISO 80601-2-74:2021湿化器标准的关系

ISO 80601-2-90:2021标准中要求与高流量呼吸治疗设备一起使用的湿化器的基本性能要求应符合ISO 80601-2-74:2021。

1.5.2 和其他呼吸设备专标的关系

当其他呼吸设备专标所覆盖的呼吸设备包括高流量呼吸治疗模式时，ISO 80601-2-90:2021标准也适用于该呼吸设备。

2 试验评价中的关键问题

2.1 流量精度

为了确保准确测试高流量呼吸治疗设备的流量精度，设置测试条件时，需同时考虑呼吸系统和气路配置；为确保数据的稳定性，标准要求取设备显示值和流量计测量值的10 s平均值。

为了消除不同的气体标准条件对流量精度测算的影响，标准要求设备显示值和流量计测量值应归一化为同一气体标准条件。当流量计选定的气体标准条件与说明书中公开的气体标准条件一致时，可省略后续对流量计测试值的归一化步骤。

2.2 超温测试要求

湿化器输出气体的比焓值≤197 kJ/m3是基于基本安全考虑而规定的要求，标准起草工作组通过限定比焓值以防止相关人员被灼伤。标准起草工作组考虑到已被证明可耐受的气体焓不会对人体气道造成热损伤，并且临床实践中加热的湿化器的超温暴露时间非常短，可以使用120 s的干燥气体，能量为197 kJ/m3作为传输气体能量限值。研究表明，当湿化器的输出气体在患者端温度不超过43 ℃时，比焓值也不会超过197 kJ/m3。即如果湿化器的输出气体在患者端温度不超过43 ℃，可以省略附录DD中比焓的计算步骤。

标准起草工作组考虑了可能导致超温的条件，并构建了预计能捕获最不利情况的试验条件。在所有情况下，测试用例都使用最大额定设定温度，因为这表示测试刺激之前的最高热能输出。

2.3 流量传感器检测

标准起草工作组认为：如果高流量呼吸治疗设备配备了流量监测装置，则应保证流量监测装置的精度，从而保证设备传输的流量精度。可以通过一些检测方法来判定该条款的符合性，这些检测方法不仅考验被测设备流量传感器的精度，还综合考察被测设备控制系统中流量算法设置的真实性。例如，测试时可将被测设备与流量计和流量调节阀串接，选择设定某一流量值（如60 L/min）后启动被测设备，并达到稳定状态。然后，通过调节流量调节阀的开度，使被测设备的传输流量无法达到其设定的流量值（如外部流量计显示的实际传输流量为40 L/min），并达到稳定状态。记录流量计的测试值与被测设备的界面显示流量值，两者的差值即为测得的流量监测设备的精度。

3 结语

国际专用标准ISO 80601-2-90:2021旨在规范目前已在市场上广泛应用的高流量呼吸治疗设备，为应对新冠疫情提供适用设备的制造及评价标准。

面对该项国际专用标准，国内各方须积极准备以适应新标准要求，尽快掌握标准中关键要求及试验评价中关键问题。相关企业应积极采取应对措施确保产品顺利通过相关评价。监管方结合标准要求制订科学合理的评价方案。检测机构结合测试实践确定稳定、可重复的标准检测方法与检测技术。