【医疗器械蓝皮书】我国体外膜肺氧合技术市场现状及发展趋势

【作者介绍】 

许   剑，航天新长征医疗器械（北京）有限公司总经理，研究员，博士；

朱尘琪，航天新长征医疗器械（北京）有限公司副总经理，硕士；

郭   媛，航天新长征医疗器械（北京）有限公司科研助理，硕士。

体外膜肺氧合（extracorporeal membrane oxygenation, ECMO），又称叶克膜、“人工膜肺”，是一种体外循环支持系统，主要用于心肺功能衰竭的急救和危重症患者，帮助病人缓解循环障碍导致的低氧血症。ECMO的核心部件包括人工心（血泵及泵驱动）和人工肺（膜肺/膜式氧合器），其它装置还包括主控制台、变温水箱、空氧混合器等。血泵将人体的静脉血导出，通过人工膜肺进行氧合并置换出二氧化碳，最后再将富含氧气的血液输回人体内，以此来减轻病人的心肺负担。

ECMO技术中的血泵与膜肺均具有较高的技术壁垒，国内及国际上的产品供应商主要是欧美厂家，目前还没有批准销售的国产ECMO。

一 ECMO的临床应用及市场现状

（一）ECMO的发展历史

体外循环支持的历史可追溯到John Gibbon发明的心肺辅助装置（Cardiopulmonary bypass,CPB），该装置于1953年成功应用到一位18岁患者的房间隔缺损修复手术中^[1]；不久后C. Walton Lillehei博士和Richard DeWall发明了一种气泡氧合器，但明显的溶血问题限制了其使用的时长^[2]；直到1957年，一种能够进行高效气体交换的橡胶材料——硅胶被发现，这才大大促进了膜肺及ECMO的发展^[3]。

1972年的一篇文章报道了ECMO技术首次在ICU中被成功使用，帮助治疗了一名因创伤后急性呼吸窘迫综合征而插管的24岁患者^[4]；随后，Robert Bartlett博士将ECMO应用到新生儿的重症监护，率先拿来治疗小儿心肺衰竭^[5]；2000年随着H1N1流感的爆发与流行，ECMO技术被广泛认知，其临床应用开始变得愈发成熟。

（二）ECMO的工作模式和临床应用

ECMO根据转流途径的不同通常分为两大模式，分别是静脉-静脉（V-V）转流和静脉-动脉（V-A）转流。V-V转流适合单纯的呼吸辅助，无循环辅助功能，插管方式可采用左股静脉、右股静脉或右颈内静脉、右股静脉；V-A转流则同时提供呼吸辅助和循环辅助，静脉引血可选择股静脉、颈静脉或右房，动脉回血可选择股动脉、颈动脉和升主动脉。除上述两种常用模式之外，ECMO亦可应用于只需要膜肺的动脉-静脉（A-V）转流和只需要血泵的心室辅助（VAD）支持。

2020版《不同情况下成人体外膜肺氧合临床应用专家共识》曾指出ECMO的广泛适用范围。而根据转流途径的不同，ECMO的适应症有所区别。V-V模式适合于急性呼吸窘迫综合征、支气管胸膜瘘、持续性哮喘、肺移植、难治性病毒性/细菌性肺炎、急性肺损伤、难治性缺氧/高碳酸血症等；V-A模式则适合于急慢性心力衰竭/继发于心肌炎的急性心衰、严重肺栓塞、纵隔肿块、难治性心源性休克、难治性室性心动过速、开胸术后的休克、低温症、心脏骤停伴持续性心肺复苏等^[6]。

（三）国内外的市场现状

1. 应用现状

根据体外生命支持组织（Extracorporeal Life Support Organization, ELSO)的统计，截至2021年全球近5年的ECMO使用患者登记数达到了85490，且由于新冠疫情的持续蔓延，这个数字还在快速增长（见表1）^②。

中国医师协会体外生命支持专业委员会（CSECLS）于2021年7月在第四届中国体外生命支持年会上公布了2020年中国国内体外生命支持的发展现状（注：2021年数据尚未公布）。2020年上报的ECMO总例数为6937例，较2019年的6526例增加6.3%（见图1）。

截止2020年底，国内开展体外生命支持技术的中心总数为500家，但约1/5的中心不能持续开展，其中开展5例ECMO以下的中心占48.6%，5-9例的中心占18.2%，10-19例的中心占13.6%，20-29例的中心占6.6%，30-49例的中心占6.0%，50例以上的中心占6.2%^①。

从患者人群与适应证方面来看，成人患者依旧占绝大多数，但非儿科专科开展的儿科ECMO例数逐渐增多，应当考虑ECMO在儿科危重患者的救治中发挥更重要的作用（见图2）。

2. 费用情况

当下国内外市场上常见的ECMO产品主要来自Maquet、Sorin、Medtronic三大欧美巨头，其中Maquet较为主流，占据国内80%左右份额；各ECMO厂家所使用的膜肺材料均为固体中空纤维膜丝（PMP聚烯烃材料），被3M公司旗下Membrana所垄断。就国内而言，ECMO设备单套售价100~300万元人民币不等，最高采购价达到347万元。

实际治疗过程中的费用除了来源于ECMO设备本身昂贵的价格，还包括了开机启动费，耗材、以及期间的检测、药物、专业人士管理费用等。ECMO的一次性使用耗材包含离心血泵、管道和膜肺等，耗材套包视病人情况更换，每份价格3~6万元不等；血泵单机价格为8000元人民币左右；另外还有诸如设备安装/撤离、更换、人员配置、用药、ECMO使用时长（100~150元/小时）、其他耗材等每天会产生1~2万元的费用。具体的费用还与病情以及是否伴有并发症相关，患者经济负担往往较重。

国外的治疗费用同样不菲。1985 年到 2010 年美国、荷兰等6 个国家和地区的ECMO项目费用整体在 3.8~53.8 万美元不等；2005~2009年，英国、美国和澳大利亚基本都超过10万美元，2009年澳大利亚用ECMO治疗H1NI的费用超过了13万美元；2007年英国有病例花费超过54万美元^[7]。

同时，ECMO设备操作比较复杂，对医生水平、医疗团队及医院资质都提出了很高的要求，国家卫生健康委办公厅专门印发了《体外膜肺氧合（ECMO）技术临床应用管理规范》，严格规定ECMO的运行标准，这使得该项技术的临床推广面临不小的挑战。此外，ECMO设备及核心耗材完全由西方国家公司垄断，导致使用成本居高不下，且随时会有被断供的风险，这正是ECMO国产化的意义所在。

二 国内研制情况

（一）ECMO国内的研发进展

初步统计目前国内已有22家高校、企业在进行ECMO的攻关研制，一些单位研制进展如下。作为我国最早开展ECMO研究、最早研发膜式氧合器、灌注管路等医疗器械的单位之一，西安交通大学第一附属医院心血管团队在ECMO的临床应用及相关研究方面已有20多年的经验积累。2021年11月8日，西安交通大学第一附属医院、机械学院以及四川大学国家生物医学材料工程技术研究中心联合研发出ECMO设备，并在西安交大一附院的心血管病院，由袁祖贻和闫炀教授带领团队率先应用于临床，拯救了两名危重心血管病患者。

微创医疗和汉诺医疗分别是上海与深圳地区的代表性公司。微创医疗于2021年全资收购了ECMO的初创公司——德国Hemovent GmbH，其产品MOBYBOX System特点为体积小、重量轻及依靠纯气体驱动，可在无电力供应时作为应急装置；汉诺医疗借助ECMO项目加入了国家高性能医疗器械创新中心，依托中德联合研发团队，已实现ECMO各核心部件包括氧合器、离心泵和系统主机在内的整套设备的功能样机设计定型，即将进入技术转化和产品注册阶段。其泵头转速达到7000rpm，属于高速型ECMO。

江苏赛腾医疗科技有限公司于2018年7月成立，赛腾OASSIST ECMO系统的续航能力和可移动性设计指标较高，整套设备的重量为10公斤，其主机和泵头已在阜外医院动物中心进行了10例动物实验，验证了较低流量（2L/min）的辅助，并已于2021年11月在阜外医院启动临床试验。2009年上海交大儿童医学中心成立了国产离心泵研发小组，由体外循环科王伟主任牵头组建的研发团队，利用3D打印、计算机模拟等先进技术，结合单支点支撑、磁力悬浮等传统优势，并借鉴国外先进设计理念，克服动力、磁力耦合、电机温升、材料选用等诸多困难，于2019年6月4日宣布成功设计出自主知识产权的机电磁一体化的离心泵。该研究小组完整组装出的实验室样机可满足临床要求，并已完成专利的市场转让，正处于进一步临床试验和调试的阶段。

航天新长征医疗器械（北京）有限公司是中国航天科技集团有限公司第一研究院第十八研究所全资子公司，正开展ECMO整机、关键零部件、配套耗材的研发、制造、试验、注册、销售等工作。公司核心团队基于前期人工心脏的研制经验，已完成了ECMO主机、耗材的设计与定型，研制的产品便携性和集成化较高，适用于临床、急救及转运场景，已在开展动物实验。

（二）ECMO的研制难点与技术突破口

ECMO的核心技术点在于血泵和膜肺。对于血泵来说，一方面高速旋转的叶轮通常会破坏红细胞，使红细胞内的游离蛋白渗透出来，可以采用血液动力学的流体仿真技术针对溶血问题进行模拟；另一方面泵头内叶轮的磨损发热和长期使用可能会产生血栓的风险，应重点突破相关驱动技术，使叶轮保持稳固位置；此外泵头作为一次性使用耗材，由于使用过程与循环血液接触，且时间长达1~2周，所以其材料需要满足GB/T 16886或ISO 10993标准中与循环血液长期接触的要求，具备良好的生物相容性，因此材料的选择和生物学评价也至关重要。

人工膜肺需要在长时间（3~8天甚至数周）的气体交换中做到抗凝和抗血浆渗漏，与此同时还需要保证良好的氧合效率。对此，膜式氧合器内部的流体运动特性至关重要，膜丝的排列方式及氧合器内的流场设计会极大地影响溶血性能和气体交换效率。通过使氧合器更加紧凑和优化血流路径，可以减少膜和热交换器的表面积，从而降低其血栓形成和炎症激活的可能性。因此在选定中空纤维膜材料、结构的基础上，利用微观尺度下溶血、血栓、气体交换效率的建模和优化技术对氧合器内部血液流动状态进行仿真研究，构建合理的评价模型是开展膜肺研究的关键。

三 ECMO发展的潜力与方向

近几年全球ECMO的市场规模均呈现增长趋势。不同调研机构都对此进行了预测。QY Research 预计，到 2022 年全球ECMO系统销售收入估计将增长到 293 百万美元左右；Grand View Research 发布的研究报告称，到 2026 年ECMO的全球市场规模预计达到 377.8 百万美元。于此同时，ECMO在国内的应用也展现出巨大的潜能。

（一）市场的发展潜力

1. 临床需求

在德国平均每2万至4万人拥有一台ECMO，而我国目前平均每280万人才拥有一台ECMO。理论上三甲医院均需要配备一定数量的ECMO设备，预估全国1580家三甲医院每年购置ECMO主机费用约为9亿元。ECMO国产自主可控后，如果可普及下沉至二甲医院或县级医院，则市场前景更加巨大。

2. 应急需求

根据2020年5月份国家卫健委等3部门发布《公共卫生防控救治能力建设方案》，要求每个城市扩建现有医疗机构，各地区需要改造升级重大疫情救治基地，每个基地需要配备不少于3台ECMO设备，预估全国的市场规模约为32亿，储备的耗材套包需将近2万套约10亿元规模。

（二）ECMO技术的发展方向

当下的ECMO系统依旧普遍面临着溶血、血栓、操作繁琐等问题，因此相关技术仍在不断迭代中。Maquet公司研制的Cardiohelp系统＋HLS泵肺一体式套包代表了当前行业最先进水平，它将泵头与膜肺集成一体，救治患者时仅需要连接入血管和出血管，大大降低了操作难度，在紧急情况下可快速应用；其集成性可有效降低预充量，从而减少血液稀释，降低了气栓、凝血和气体阻塞的风险。

美敦力（Medtronic）公司的新产品Nautilus™ Smart膜肺是全球首个集成监测功能的长效氧合器。该设备无需外接监测装置即可对血氧饱和度、压力、温度等重要指标进行实时、准确的监测，让医生更直观了解病人的情况，有助于实现ECMO的移动化管理。这也预示着集成监测功能于一体的氧合器系统可能成为未来的趋势。

此外，膜肺的材料也迎来新的革命。目前普遍使用的第三代人工膜肺是基于PMP材料的固体中空纤维膜，虽然具备寿命更长和防血浆渗漏的优势，但由于尺寸与结构限制，与人体的生理肺功能仍相差甚远。最新一代的膜肺是基于微流控技术并采用更高性能膜材料（PDMS）制成的微流体人工肺，能最大程度接近人体肺功能。使用微流体技术能够在实验室水平上创建膜厚度高达10μm，血液通道大小高达15μm，与中空纤维膜相比，这大大提高了气体交换的效率，减少了血液预充体积。

（三）未来展望

整体来看，国内ECMO市场依旧被西方企业所垄断。但随着国家政策的大力扶持、科研环境的持续放开，以及疫情的常态化和急救事业的发展，ECMO系统的自主国产化时代已经开启，千帆竞发将成为必然趋势。未来，医疗装备与医学服务模式的紧密协同、相互促进，多维度医工协同创新模式的建立，将推动ECMO系统向远程医疗、移动医疗、智慧医疗等新业态全面发展。