01、实操要点：大动物试验设计的关键控制点

1.1 产品背景资料的系统性梳理

医疗器械大动物试验方案设计的首要步骤，是对产品背景资料进行系统性梳理，这是保证试验科学性和可操作性的基础。背景资料应涵盖以下几个方面：产品基本信息（名称、分类、结构组成、工作原理及预期用途）、技术特征（材料构成、结构设计及关键性能参数）、研发历程（设计验证、台架试验及体外测试结果）、风险分析（已识别的风险点及控制措施）以及同类产品的研究现状与发展趋势。

在资料梳理过程中，应特别关注产品的作用机理及潜在风险特征。对于创新型产品，需要深入评估新原理、新材料或新设计可能带来的未知风险；对于改良型产品，则应明确与现有上市产品的差异，并分析这些差异对安全性和有效性的可能影响。风险分析结果可直接指导动物试验的重点设计。例如，具有高血栓风险的医疗器械，应重点设计凝血功能监测和组织病理学评价方案；可降解材料类产品，则需重点关注降解周期及降解产物的代谢路径。

此外，背景资料应充分考虑产品的临床使用场景，包括预期使用部位、接触方式、接触时间及使用环境等因素，这些信息对动物模型的选择和试验条件设置具有直接影响。例如，心血管医疗器械需模拟血流动力学环境、骨科植入物需考虑负重与应力作用、长期植入医疗器械则需安排足够的观察周期，以全面评估其体内表现及安全性。

1.2 研究目的的精准确立

研究目的在动物试验设计中具有核心导向作用，要求明确、具体且可验证，是保障试验科学性和有效性的关键。根据《医疗器械动物试验研究注册审查指导原则》，动物试验的研究目的通常涵盖3 个层面：可行性研究、安全性研究与有效性研究。然而，针对具体产品，应聚焦关键的科学问题，避免泛化。

研究目的的确立应遵循“靶向设计”原则，即根据产品作用机理和潜在风险点制定明确的试验目标。例如，对于心脏瓣膜类医疗器械，应重点验证血流动力学性能及组织相容性；对于可降解支架类产品，应评估降解周期及相应炎症反应；对于止血类材料，应关注止血效果和生物相容性。每一项试验均需明确回答特定科学问题，确保试验设计有针对性和可操作性。

此外，研究目的的设定应与产品注册策略一致。首次申报的创新产品，应在动物试验中全面覆盖安全性、有效性和可行性验证；对于变更注册或同类产品对比研究，则可聚焦于变更内容对产品性能的影响。研究目的还应充分考虑审评重点，提前识别潜在质疑，并设计相应的验证方案，以提高试验结果对注册申报的支持度和科学性。

1.3 动物模型的科学选择

动物模型的选择是医疗器械大动物试验设计的核心环节，直接决定试验结果的外推性和科学价值。《医疗器械动物试验研究注册审查指导原则》指出，所选动物模型应能够满足试验目的，真实反映产品在人体中的作用或潜在疗效，是确保试验科学性和注册申报可靠性的基础。

1.3.1 常见大动物模型的选择与适用范围

在医疗器械临床前评价中，根据医疗器械的预期用途及解剖部位选择合适的动物模型至关重要。

（1）猪模型。它是心血管类医疗器械研究的首选模型，其心脏解剖结构、冠状动脉分布及血液凝血系统与人类高度相似，且体型适中、易于开展介入操作。因此在血流动力学评估、瓣膜置换、支架植入及血栓形成研究中具有显著优势[11-12]。

医疗器械大动物试验操作规范与实践指南（上）

图注：领先医疗实验猪动物模型案例示意

（2）犬模型。它常用于神经介入医疗器械及呼吸系统研究[13]，但需注意其骨骼代谢速率较快，且血管弹性及侧支循环模式与人类存在差异，在试验设计与数据外推时需充分考虑这些生理差异[14]。除此之外，犬还可用于评估新型血管导管的动物模型[15]。

（3）羊模型。羊和山羊的骨密度、骨结构及负重特性与成人骨骼较为接近，是骨科植入物、负重部位骨整合评价、心脏瓣膜钙化研究及心血管组织工程血管的常用模型[16-19]。

（4）非人灵长类动物模型。该模型包括猕猴、食蟹猴、恒河猴，其在血管系统、凝血- 免疫- 炎症响应方面与人类最为接近。它是高风险、创新性介入医疗器械（如新型抽吸导管、载药栓塞微球、血流导向装置）最终确认验证的优选模型，能够提供更具临床参考价值的安全性和生物相容性依据[20]。

1.3.2 模型选择的核心考量

在选择动物模型时，应综合考虑多个关键因素以确保试验科学性和数据可靠性。首先，解剖结构相似性是基础，包括靶器官或组织的尺寸、形态及空间位置，保证医疗器械能够顺利植入并发挥预期功能。其次，生理功能匹配度亦不可忽视，如血流动力学参数、代谢速率以及免疫和炎症反应特性，确保试验数据能够用于预测人体情况。再次，疾病模型的适用性必须明确，对于治疗性医疗器械，应确认动物模型能够模拟目标疾病状态或病理生理特征，从而保证评价结果的临床相关性。同时，动物福利及伦理可接受性也是重要考量，遵循3R原则，选择最低等级且仍能满足试验需求的物种和数量，实现科学性与伦理性的平衡。最后，研究者需注意特定试验条件对模型选择的影响。例如，在骨科或组织修复类研究中，应避免使用处于生长期的幼年动物，以防其强大的自体修复能力导致假阳性结果；在骨缺损修复研究中，应构建临界尺寸骨缺损（critical size defect, CSD）模型[21]，确保缺损在动物寿命期内无法自发愈合，从而准确评估医疗器械修复效果和性能；对于可降解植入物，还需结合动物的骨代谢速率和体内降解环境，以确保试验结果可真实外推至人体应用[22]。科学合理的动物模型选择不仅是试验成功的前提，也是保障医疗器械临床前研究数据可信度的关键，为后续注册申报和临床转化提供坚实基础[23-24]。

1.4 样本量的统计学计算

样本量的合理确定是实现科学可靠性与动物福利平衡的关键环节。样本量过少可能导致统计效能不足，难以检出真实的效应差异，而过多则违背3R 原则中的“ 减少（reduction）” 要求，增加不必要的动物使用。样本量估算应严格依据统计学原理，综合考虑效应大小、数据变异程度、显著性水平及检验效能等因素，确保试验结果具有可靠性和可重复性[25]。

1.4.1 样本量计算的关键参数

效应量（effect size） 指两组间最小的临床显著差异，应结合前期研究或预试验结果确定。标准差（standard deviation）反映数据离散程度，可通过文献资料或预试验数据获得。一类错误数据（type I error） 通常设定为0.05（双侧检验），而检验效能（power）一般建议不低于80%，以保证试验数据在统计学上具有足够敏感性。此外，对于涉及连续变量或二分类变量的试验，应根据变量类型选择合适的样本量计算公式或软件工具[26]。

1.4.2 大动物试验的样本量思考

考虑到大动物试验成本高、操作复杂，在满足统计学要求的前提下，应尽量减少动物数量。通常建议：确证性试验每组不少于6 只动物；对于涉及多时间点或重复检测的试验，应根据试验设计进行样本量调整；若预期动物可能出现失访或试验终止的情况， 可适当增加10%~20% 的冗余，但必须在试验方案中明确动物替换标准和操作流程。此外，对于关键指标或高风险医疗器械，建议结合前期探索性研究数据进行样本量敏感性分析，以优化试验设计并提高数据的科学性和可靠性。

科学合理的样本量设计不仅能保证试验结果的统计学效能，也体现了对试验动物的尊重，为医疗器械临床前研究的可靠性和注册审评提供坚实保障。

1.5 对照组的合理设置

对照组的科学设置是确保试验结果可靠性和科学性的核心环节。合理的对照能够区分医疗器械本身的效应与手术操作创伤、动物自然生理变化或疾病进程等混杂因素的影响，从而增强试验数据的可比性和说服力[27]。

1.5.1 对照类型选择

对照类型的选择应基于试验目的和动物模型特性。同体对照适用于局部反应评价，且适合不同解剖部位彼此互不干扰的试验设计，包括同体同时对照（同一动物不同部位分别植入试验品与对照品）和同体前后对照（同一动物先后接受不同处理）。异体对照则适用于全身毒性研究或动物长期存活评估，不同动物分别接受试验品和对照品处理，以确保试验数据独立且具有统计学效力[4]。

1.5.2 对照品选择

对照品的选择同样至关重要。空白对照（假手术组，仅进行手术操作但不植入医疗器械）用于评估手术创伤对动物的影响。阳性对照（已上市同类产品）用于验证试验方法的可行性和动物模型的适用性，同时提供与现有产品的直接比较数据，为注册审评提供参考依据[28]。

对于创新医疗器械，建议同时设置空白对照和阳性对照，形成完整的对照体系，以便全面评估产品的安全性和有效性。对照组的样本量应与试验组保持一致，确保组间比较的统计学效能，避免因样本不均衡导致数据解释偏差。此外，应在试验方案中明确对照组的处理方法、观察指标和终点评估标准，以保证试验设计的透明性和可重复性。

科学、合理的对照组设置不仅能够提高试验结果的可信度，也可为医疗器械的临床前研究和注册申报提供坚实的数据支撑。

1.6 试验方法的建立与评价指标设计

1.6.1 接触途径与植入方式

医疗器械与试验动物的接触途径应尽量模拟临床应用方式，通过原位介入、手术原位植入等方式，将医疗器械置于预期的临床使用部位。植入操作应由经验丰富的兽医或外科医生执行，严格遵循无菌操作规程。试验中需详细记录植入部位、深度、固定方式以及术中调整情况，确保操作可重复、数据可追溯。

1.6.2 观察周期设置

观察周期应参考临床实际接触时间，并结合研究目的灵活调整。长期接触产品的终点评估通常应在动物生理状态和组织功能稳定时进行，如组织修复完成、材料降解或吸收基本完成。对于观察期较长的试验，应设置中间观察点，可参考历史研究数据或预试验结果设置，以便监测医疗器械与组织相互作用的动态变化。

对于永久性植入医疗器械，观察期应覆盖从急性期到慢性期的全过程，通常包括术后即刻期（评估手术成功率）、短期（1~4 周，观察急性反应）、中期（3~6 个月，评价组织愈合）以及长期（6~12个月或更长，观察慢性反应）。对于可降解材料，应持续观察至材料基本降解完成，并关注降解产物对局部组织及全身的影响。

1.6.3 评价指标的系统设计

评价指标应覆盖安全性、有效性和性能3 个维度，并根据研究目的进行系统设计与分层设置。

安全性评价是医疗器械大动物试验的基础，旨在全面监测医疗器械对动物生理和组织的潜在影响。评价内容应包括：①一般生理状态观察，如体重变化、饮食与饮水情况、活动能力及精神状态等。②生命体征监测，包括体温、心率、呼吸频率和血压等。③血液学和血生化指标，如血常规、肝肾功能及凝血功能等。④大体解剖，重点观察主要脏器及植入部位外观。⑤组织病理学评价，关注局部组织反应、炎症程度及系统毒性表现。⑥医疗器械相关不良事件，如血栓形成、感染、器械移位或故障等。通过多层次、多角度的安全性指标，为产品在临床应用前提供可靠的风险评估依据[29-30]。

有效性评价应根据医疗器械的类型和功能进行个性化设计，以验证医疗器械在体内的预期作用。对植入类医疗器械， 可开展影像学评估，包括：① X 线、计算机断层扫描（computed tomography，CT）、磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI） 及超声等， 以观察医疗器械位置、组织整合及结构变化。②功能学测试，包括血流动力学、电生理及生物力学性能的测定，评估医疗器械功能与生理环境的匹配度。③组织学评价，如组织整合情况、新生组织质量及材料降解情况等。④根据产品作用机制选择的生物标志物检测。通过上述多维度指标的系统评价，科学验证医疗器械的有效性，为注册申报提供充分的试验数据支持。

性能指标主要关注医疗器械自身功能的维持与可靠性，包括结构完整性、机械性能变化及工作参数的稳定性。指标设计应紧密贴合医疗器械实际应用场景，反映医疗器械在长期体内环境中的性能表现。所有性能指标的检测方法应标准化，使用经过验证的技术手段，确保数据准确性和可重复性。对于主观性较强的评价，如组织病理学评分，建议采用盲法，由2 名及以上经验丰富的病理学家独立评分后取平均值或通过协商一致确定，从而最大限度减少偏倚，保障试验结果的科学性和可靠性[31-32]。

1.7 原始记录的设计与规范管理

原始记录是确保医疗器械大动物试验数据可靠性和可追溯性的核心基础， 其设计和管理应严格遵循ALCOA+ 原则，包括可归因性（attributable）、易读性（legible）、同时性（contemporaneous）、原始性（original）、准确性（accurate）、完整性（complete）、一致性（consistent）、持久性（enduring）及可用性（available）。

1.7.1 记录内容设计

原始记录应覆盖试验全过程，确保试验数据完整可追溯。主要内容包括：①试验方案及修订记录。②动物信息，包括种属、来源、体重、性别及健康状况。③饲养管理记录，如环境条件、饮食供应、日常观察情况。④手术记录，包括手术日期、操作人员、麻醉方案、手术步骤及植入医疗器械详情。⑤术后观察记录，涉及生命体征、并发症及处理措施。⑥样本采集记录，涵盖采集时间、方法、标识及保存条件。⑦各类检测记录，包括检测方法、仪器参数、实验结果及质控情况。⑧偏离记录，详细说明与方案不符的操作及原因。⑨终点评价记录，如尸检结果、病理诊断及医疗器械分析。通过系统、细致的原始记录设计，保证试验全过程的透明性和科学性。

1.7.2 记录形式与管理

原始记录可采用纸质或电子方式。电子数据采集系统应具备审计追踪功能，记录所有修改痕迹，确保数据的真实性和可追溯性。所有数据应及时、准确、完整记录，严禁事后补记、篡改或涂改。原始数据、样本及相关记录应按照相关规定保存规定期限，以备监管机构核查和后续复核。规范化的记录管理不仅是试验质量控制的关键环节，也能为医疗器械注册申报提供可靠的数据支撑。

医疗器械大动物试验操作规范与实践指南（上）

本文由广州佳誉医疗器械有限公司/佛山浩扬医疗器械有限公司联合编辑