1、多配置無源醫療器械在磁共振（MR）環境中的射頻感應加熱評估行業及美國食品藥品管理局工作人員指南拉丁超立方體法相對于隨機抽樣可以增大抽樣效率。在使用這一方法的過程中，樣本 數（N）是在一開始選擇的。每一個參數都分層進入N,即樣本數的時間間隔可能都相 等，每一個樣本都是隨機抽取的（Helton等人，2006年8）。這一種方法的相對效率來 自于其層化處理，這可以防止樣本重疊，并且可以保證參數的空間填充相對于隨機抽 樣更加完整。重要性抽樣主要集中于抽取附近的參數值，這些參數值最有可能引起更高的RF感應加 熱水平。這種方法可用于使測試集中于對RF感應加熱最敏感的參數組合。這種方法的 優勢在于，在評估系統

2、結果時，它需要抽樣分布發生畸變，而且這種畸變應為合理的 且經過校正的。在生成的樣本中，必須評估需要達到所需準確度樣本的數量。預估結果可通過下列公 式得出：N = 4 / £8 Ibid.9參見上文腳注6。其中，N為樣本的預估數量，£為平均RF感應加熱的不確定性；例如，10% （Haidar 和 Mahadevan, 2000 年'）。d. 結果所有樣本的確定模型。e. 將單個模型解決方案組合到概率系統信息中。在當前應用中，RF感應加熱的最大預期 水平是可量化的。在實踐中，所有測試中所確定的最大加熱水平將取決于測試的數量， 當采用較多樣本時，最大值將很有可能較高。因此

3、，我們建議報告RF感應加熱始終一 致的百分位，比如第95個或者99個百分位；其他的百分位值也是有可能的。您應該根 據與其特定器械RF感應加熱相關的風險選擇百分位。f. 評估模擬研究的準確定以及額外分析的必要性。如上文c項所述，所觀測到的RF感應 加熱結果將取決于樣本的數量，但是中間的未取樣情況仍存在不確定性。因此，我們建 議您評估RF感應加熱結果的收斂度，以確保結論不依靠所用的特定樣本。在隨機抽樣中，每一個樣本都是彼此獨立的額，而且在聚合成停止準則之前都是可以加入額外隨機點的。當平均RF感應加熱的標準偏差（來自于白展數據集， 例如20到50個次級樣本）在一個預定義不確定性的平均RF感應加熱（例

4、如， <10%）集合中聚集時，隨機停止標準就形成了。請注意，這一標準適用于評估完 整的拉丁超立方體分析；但是，事后額外增加的樣本點將打亂原來的計劃并導致 形成一個非拉丁超立方體樣本，因此相對于預期而言其聚合成停止標準的速度較 慢。通常在拉丁超立方體抽樣中使用的替代性方法是，設置一個多重等尺寸的樣本集 （例如，兩個或三個100個樣本的數據集）。分析完成以后，應將結果進行對比（例 如，T測試）以確定不同樣本的平均RF感應加熱在統計方面來看是相等的。一旦 確認完畢，應將來自不同樣本的數據組合到一個數據集中（Helton等人，2006年 ，0）o五、假設示例一個骨折固定系統包含10個同樣厚度但不

5、同長度（50mm至250mm,增量為5mm）且有兩 種寬度（8mm和12n】m）的平板。這些平板可使用5到20個螺釘。雖然只有一個可兼容的 螺紋直徑，但是螺釘長度是連續可變（15-25nim）,而且這些螺釘可以在同方向上在最高 30度位置處對齊。首先，參數的敏感度分析表明RF感應加熱不會大幅度（小于5%）改變平板的寬度、螺釘 的方向角度，或者平板的不同輪廓（板體彎曲以適應斷裂）。因此，平板的寬度是保持不變 的，為12mm （加熱情況稍高于8mm厚度的平板），螺釘的方向角度也是保持不變的，為0 度，而平板也保持平直。接下來，在平均RF感應加熱測試中，樣本數的不確定性預估將約為10%.通過使用上文

6、第 四節2.c中所示的方程式（即,N = 4/£ = 4/0.12）,骨折固定系統中400個隨機模型（CC心） 就構成了不同平板長度、螺釘數量和螺釘長度的組合。平板長度被定義為個離散隨機變量, 在5mm間隔中的等可能值從5（） mm到250mm不等。螺釘數最被定義為一個離散隨機變量， 在1mm間隔中的等可能值從5到20個螺釘不等。螺釘長度被定義為均勻分布，最小值和最 大值分別是15nini和25mm。隨機抽樣方法可用于每-個參數，以生成400個待解決的模型。°參見上文腳注7。 在解決完所有的400個模型之后，可對停止準則進行評估以確認所計算的平均RF感應加熱 的差異不會超過

7、10%，無論是否添加了更多的樣本。這一個過程可分為五個步驟：1. 計算400個結果的平均RF感應加熱（例如，3.5°C）；2. 在400個加熱結果中隨機取樣以形成一個次級樣本集（例如，25個次級樣本），其 中每一個樣本集中包含16個結果；3. 經過計算，每一個次級樣本集的平均是25個不同數值；4. 計算25個次級樣本的標準偏差（例如，0.31。0；以及5. 所有25個次級樣本平均值偏差小于400個結果平均RF感應加熱的10% （即，在3.5。（3情況下0.31°C< 10%）,表明停止準則已達到令人滿意的效果。導致最大加熱的器械配置/組合是通過對400個模型進行測試所

8、確定的。經過計算，最高器 械加熱值為在所有400個測試模型中所觀測到的RF感應加熱分部的第99個百分位。目錄一、引言1二、范圍2三、加熱評估綜述2四、減少測試配置和組合數量的建議方法6五、假設示例9多配置無源醫療器械在磁共振（MR）環境中的射頻感應加熱評估行業及食品藥品管理局工作人員指南本指南代表美國食品藥品管理局（FDA）對本專題的當前觀點。它既不創建或賦予任何人 權利,也不對FDA或公眾具有任何約束力。如果其他方法滿足適用法令和法規或兩者的要 求,也可以使用該方法。如果您希望就替代方法進行討論,請根據標題頁上所列的電話號 碼聯系本指南的FDA工作人員或辦公室。一、引言本指南介紹了多配置無源

9、醫療器械在磁共振（MR）環境中射頻（RF）感應加熱的評估范式， 其中包括各種尺寸和形狀的多組件和單組件器械類型。多組件無源器械，比如矯形外科固定 裝置，可能產生大量的無源器械配置和單個部件的組合。單組件器械，比如心血管支架，也 經常用于多規格或者配置。對于這些多配置無源器械而言，利用RF感應加熱測試測方式完 成從一種器械配置或組合到另一種器械配置或組合是具有挑戰性的，因為器械的幾何結構或 配置會以未知的方式對加熱過程產生影響。因此，許多無源器械的RF感應加熱評估過程所 包含的配置或組合的總量非常多。本文提供了一種減少可能的器械配置或組織的數量，以達到一個MR環境中RF感應加熱測 試的可管理數量

10、的方法。除此之外，本文還提供了關于如何評估多配置無源醫療器械RF感 應器械加熱的指南。本指南中所提供的信息旨在用于支持MR條件下的標簽要求，以及FDA 當前關于在磁共振（MR）環境中建立無源植入器械的安全性與兼容性的指導性文件FDA的指導性文件，包括本指南，并不具備法規強制性，僅用于表述FDA對于某個問題的 看法，而且除非引用具體法規或法令要求，否則應僅被視為建議。FDA指南中所用的“應該” 一詞指其建議或者推薦而不代表其要求。二、范圍本文提供了關于為MR環境中的RF感應加熱測試選擇最壞情況器械排至或組合方法的指 南。此外，本文還提供了關于如何評估多配置無源醫療器械RF感應器械加熱的指南。木指

11、南適用于由多個部件構成的多配置無源器械，以及可用于多種配置的單部件器械。無源 器械是指可以在無供電情況下發揮功能的器械。這些器械可以完全植入（例如，心血管支架、 脊柱固定裝置）和部分植入患者的身體中（例如，外部骨折固定裝置），或者可完全在外部 使用（例如，腦電圖儀）。本文適用于所有計劃用于MR環境中包含MR條件標記的導電性 多配置無源醫療器械，無論它們的尺寸或數量及部件的配置情況如何。有源器械，或者需要使用內部或外部電源的器械，均不屬于本指南的范圍之內。除此之外， 本指南不為任何特定醫療器械建立通用的加熱驗收標準。本指南就器械和電磁場在MR環境 中的相互作用而感應到的溫度升高的評估基礎提出了建

12、議。三、加熱評估綜述下文描述了減少可能的器械配置或組合數量至可管理數量（即，測試組）以便于評估MR環 境中的RF感應加熱情況的建議方法，以及在規定測試組內對器械的RF感應加熱情況進行 評估的建議方法。1. 確定并描述擬定標簽的MR條件掃描情況，比如電磁場強度、全身平均比吸收率（SAR）水平、Bl+g水平、線圈類型和地標位置（即器械相對于MR孔的位置）， 以及掃描區域。2. 根據風險效益考慮，使用之前人類試驗數據、動物數據和/或已公布文獻，提供一個 科學的原理說明，以建立加熱驗收標準（即，您的醫療器械所允許的最大體外或體 內加熱）。該標準應被定義超過15分鐘周期內的溫度升高峰值。3. 使用表格、

13、列表和/或圖紙確定并描述所有可能的器械配置和組合（CCan）。該描述 應包括器械尺寸、兒何結構、表面性能和設計變更，除了所有使用的材料以外，還 包括它們的電氣性能（即，導電性和感興趣頻率下的介電常數）以及熱力性質（即， 導熱性和比熱容），盡管不必要描述每-個單獨配置/組合，但是應明確說明尺寸、 幾何結構以及不同類型配置/組合的限制，而且做好以表格或矩陣形式呈現。4. 使用一種科學原理或一種科學方法，比如下文第五節所述的方法，以使CGm減少至 潛在最壞情況器械配置和組合（CCs）子集，以便于對加熱情況進行評估。用于將 CC；m減少至CGesi的科學方法的應包括對所用算法和參數的詳細說明。而且，科

14、學 原理中應注明RF感應加熱的所有臨床相關信息和己知的最壞因素。除此之外，原 因中還應包括風險注意事項以及對患者的潛在傷害。影響RF感應加熱的因素包括但不限于：a. 器械尺寸和諧振效應：1.5T系統中，患者在電磁場內的半波長約為25 cm,在3.0T系統內約為12cm。對于尺寸與半波長至波長（即，25至50cm或12至24cm）,器 械和電磁場之間的諧振效應樂意導致熱量顯著增加（即，超過隱蔽式供熱的兩倍）。|如果器械尺寸因大約十分之一波長而改變，RF感應加熱可以顯著改變。2因此，應 評估尺寸增量約波長十分之一的器械加熱（即，在1.5T時約為5 cm,在3.0T時約 為 2.4 cm）。b. 器

15、械的兒何機構：RF感應加熱可以依賴于：I）器械的形狀；2）器械的橫截 面；以及3）器械相對于RF發射線圈的位置。c. 器械組件（例如，螺釘）：應考慮到所有可能的組件配置。由于最壞情況的螺 釘配置無法僅通過長度確定，因此應考到器械所有可能的開孔/孔洞中的所有螺 釘長度和螺釘，以及所有可能的方向（例如，所檢查螺釘方向子集在科學的正 當理由條件下的15度增量）。d. 器械配置：每一個電子連接位置的子組件都會導致RF感應加熱的顯著改變。 因此，器械應作為完整構造而非單個部件進行研究。然而，如果子部件不是通 過電氣連接的，而且您可以證明單個子部件的加熱是彼此獨立的，那么可單獨 評估單個子部件。e. 表面

16、性能：通常情況下，表面平滑器械的熱量相對較少，而邊緣銳利器械趨向 于擁有更多的熱量。f. 器械構造：由連續導電性材料制成的器械（例如，金屬裸支架）可能會相對于 由多個單個部件通過非導電性材料連接而成的器械（例如，血管內支架移植物） 表現出不同的加熱性能。5. CCtcst內的配置/組合的最少數量取決于CCm的數量、擬定的掃描條件、器械尺 寸和幾何結構，以及所用器械材料的電氣和熱性質。6. 一旦確定了合理且適當的CC心，您應該實施評估以識別CCb內的哪一種器械 配置/組合對于您器械計劃置于MR環境中的最壞情況。該評估應的完成應如 下：a. 根據ASTM F2182進行體外溫度測量ASTMF218

17、2,在磁共振成像期間測量無源植入裝置或其附近射頻感應加熱的標準試驗法。b. 計算機建模以確定溫度c. 計算機建模以確定本地SAR,或者d. a、b和/或c的組合請注意，使用計算機建模的所有結果應根據使用標準化方法，例如ASTM F2I82進行 的測量實施驗證，而且還應包括一個詳細的不確定性分析。3 Taylor, B. and Kuyatt. C., (1994). Guidelines for Evaluating and Expressing the Uncertainty of NISTMeasurement Results. Technical Note 1297, Gaithersb

18、urg, MD, NIST.使用上述的其中一個方法，CC,cm中所有器械表面上最高熱量的位置就可以確定了。然 后，就可以通過實驗或計算機確定指定本地SAR在該位置的加熱情況。本地SAR應在 實施加熱測試之前確定。除了簡單的伸長結構（例如支架）以外，最高熱量的位置通常位于結構末端，器械表 面最大熱量的位置應通過實驗法或計算機法確定。而且，如果您器械的幾何結構極其 不規則，而且幾何特性面向多個方向，則應對CG湘中所有器械的三個暴露方向（即， 器械的T個主軸相對于切向感應電場的對齊）進行測試。如果器械位于患者體外，您 應該確定指定的空中電場的加熱情況。如果器械部分位于患者體外，部分位于患者體 內，您

19、應該確定在器械在臨床相關位置，即部分位于受試人體外以及部分位于受試人 體內的情況下，在本地SAR以及指定空中電場中的加熱情況。對所有測試，您應該報告通過計算機法或實驗法所評估的最壞情況配置的器械在RF 中暴露15分鐘的條件下隨峰值溫度升高的加熱情況；您也應該報告器械進行測試的本 地SAR （例如，10W/kg）和/或本地電場（例如，lOOV/ni）。另外，您還應該報告評 估最壞情況加熱的器械表面的位置。在評估單個配置/組合之間的相對加熱情況，以及 評估單個配置/組合器械表面最大熱量位置時候，選用較短的評估時間是可行的（例如， 2分鐘）。但是，應報告最壞情況配置的器械在RF中暴露15分鐘的條件下

20、隨峰值溫度 升高的加熱情況。ASTM F2182的適用范圍限于完全植入體內的器械。然而，對于其他植入條件的醫療器 械而言（例如，外部固定裝置、導尿管），RF感應加熱可以通過與ASTM F2182中的 描述類似的實驗法和/或計算機法進行評估，但是指定預料器械和使用條件有所不同。ASTM F2182不應被用于評估用于多通道傳輸RF線圈的醫療器械最壞情況下MR誘發 的RF感應加熱。7. 提供結果的準確預估（即，所有測量結果或者計算機結果的不確定性分析）”此 夕卜，還應提供所有計算機模型的驗證數據。8. 如果所觀測到的最壞情況體外加熱超過您指定的加熱驗收標準，即，在15分 鐘周期內溫度升高的峰值，您可

21、以預估體內加熱的預期最壞情況，以證明您的 器械在MR環境中的安全性。由于ASTM F2182中所概述的體外測試沒有考慮 到實際的原地電場，因而體外加熱的結果可能會大體上高于體內加熱的實際結 果。體內評估的預估應考慮到您器械的預期患者群體，而且應注明最壞情況的 掃描條件。或者，您可以選擇為您的MR條件標簽規定附加約束。對于復雜的多組件器械，我們建議您提交一份預提交資料以獲得關您方案的反饋，以便于 在評仙前確定并評彷CCk和您實施體外RF感應加熱測量的方案。請參閱“FDA醫療器械提 交資料反饋要求指南：預提交計劃及有食品藥品管理局工作人員在場的會議"四、減少測試配置和組合數量的建議方法在

22、RF感應加熱測試中，如果器械配置之間存在多重參數，或者如果/一個參數都有-系列 選項，那么可能的器械配置的數量就會非常多。比如說，如果一種器械是通過三種參數（例 如，長度、寬度和厚度）定義的，而且每一種參數都有100種不同的選項，那么CC胡就有 1003= 1000000種可能的組合。由于CGm中的許多組合或者配置將于鄰近的組合或配置相似, 同一參數集的統計或隨機樣本和以科學原理為基礎而排除的某些參數可以大幅度減少待測 器械的數量至較小的子集（CC”），但同時仍能提供CGn的準確表征。為使CC疝減少至CCb，首先應實施敏感度分析以評估每一個參數對RF感應加熱的影響。 一個簡單類型的敏感度分析就

23、是最小一最大的可辨性。使用這一方法，通過測試最大值和最 小值，可以評估RF感應加熱對于每-種參數的敏感度，而其他的參數則設置為平均值。一 旦確定了關鍵參數，應使用一種選擇方法，比如但不限于下文所概述的方法，或者其中的一 種組合，來確定加熱評彷的器械配置和組合：5參見上文腳注4。1. 常數值論證：如果不同設計配置中的許多參數都不同，一些參數可能會對RF感應 加熱僅有較少的影響或沒有影響（即，小于5%）,而且可能會被合理地設定為一 個常數值以減少CCallo上文所述的最大一最小值的方法可能會是支持這一論證的 一種適當敏感度分析方法。2. 抽樣法：CGm通常可大體上減少，同時還能通過使用一種非確定性的、偽隨機的 抽樣技術，比如蒙特卡羅分析（例如，Haidar和Mahadevan, 2000