本文适用于人工肩关节假体，通常包括肱骨部件（如肱骨头、肱骨柄、肱骨衬垫、肱骨托）、关节盂部件（如肩盂衬垫、肩盂托、肩盂头、固定螺钉），通常由钴铬钼合金、钛合金、超高分子量聚乙烯、陶瓷材料制成。根据《医疗器械分类目录》，分类编码为13-04-03，管理类别为Ⅲ类。

人工肩关节假体根据人体肩关节的形态、构造及功能设计，通过外科手术植入人体，代替病损的肩关节，以缓解肩关节疼痛，通过其关节面的几何形状限制关节在一个或多个平面内的平移和旋转运动，达到恢复肩关节功能的目的。通常由肱骨部件（如肱骨柄、肱骨头等）和关节盂部件（如肩盂衬垫、肩盂托等）等组成。产品技术要求

 

一、人工肩关节假体性能研究实验要求

 

1、性能指标

1.1外观

1.2表面缺陷

1.3表面粗糙度（关节面、涂层、锥连接部位）

1.4尺寸及公差（产品部件、关节面、锥连接部位）

1.5金属涂层形貌（厚度、孔隙率、平均孔隙截距）；对于磷酸钙/金属复合涂层，明确双涂层厚度

1.6涂层静态力学性能（拉伸强度和剪切强度）

1.7关节盂锁定机制静态剪切（如适用）

1.8关节运动范围（按照假体系统进行申报时）

1.9无菌

1.10环氧乙烷残留量（如适用）

2、化学/材料表征研究

2.1金属材料

针对人工肩关节假体产品使用的金属材料（如钛合金、钴铬钼合金等），需明确其材料牌号，开展符合所用材料对应标准中的相应规定的研究，如化学成分、显微组织、力学性能、耐腐蚀性能（如使用不锈钢材料）等研究。必要时，需开展后续加工过程对材料性能影响的研究。

2.2超高分子量聚乙烯材料

针对人工肩关节假体产品使用的超高分子量聚乙烯材料，在满足YY/T 0963《关节置换植入物肩关节假体》、YY/T 0811《外科植入物用大剂量辐射交联超高分子量聚乙烯制品标准要求》、GB/T 19701.1《超高分子量聚乙烯第1部分：粉料》、GB/T 19701.2《超高分子量聚乙烯第2部分：模塑料》等标准的前提下，需针对产品所用材料选取表1中适用项目开展研究。

 

表1超高分子量聚乙烯材料相关性能

性能		普通超高分子量聚乙烯	高交联超高分子量聚乙烯	含抗氧化剂高交联超高分子量聚乙烯	推荐测试标准
密度		√	√	√	ISO 1183-1 ASTM D792
拉伸性能	抗拉强度 屈服强度 断裂伸长率	√	√	√	ISO 527-1 ASTM D638
抗冲击性能	简支梁冲击强度	二者选其一（仲裁时选取简支梁试验）			ISO 11542-2
	悬臂梁冲击强度		√	√	ASTM F648, Annex A1
形态学测试		√	√	√	YY 0502 YY/T 0772.5 ISO 5834-5 ASTM F648, Annex A2
氧化指数	SOI OI	√	√	√	YY 0502 YY/T 0772.4 ISO 5834-4 ASTM F2102
反式亚乙烯指数（TVI）			√	√	YY/T 0814 ASTM F2381
热性能	结晶度 熔点		√	√	YY /T 0815 ASTM F2625
极限载荷			√	√	YY/T 1430 ASTM F2183 ASTM F2977
疲劳裂纹扩展			√	√	ASTM E647
压缩模量			√	√	ASTM D695
弹性模量			√		YY/T 0811
溶胀度			√	√	YY/T 0813 ASTM D2765 or F2214
剩余自由基			√	√	电子顺磁共振波谱法（EPR）；电子自旋共振谱法（ESR）
加速老化后性能	拉伸性能	√	√	√	YY 0502 YY/T 0772.3 ISO 5834-3 ASTM F2003
	抗冲击性能	√	√	√
	氧化指数	√	√	√
	形态学测试	√

对于高交联超高分子量聚乙烯材料，需开展超高分子量聚乙烯类型、辐照类型（γ射线或电子束）、辐照剂量、交联后热处理工艺过程（如重熔或退火，时间和温度）、机械热处理过程的压缩比等研究。评估交联工艺对材料磨损性能的影响（如磨损率、磨损表面形貌、磨损失效模式、磨屑分析等）、力学性能、生物学特性等的影响。

对于含抗氧化剂高交联超高分子量聚乙烯，需开展超高分子量聚乙烯类型、抗氧化剂的成分、抗氧化剂的添加方法（如与粉末混合或型材渗透、工艺过程中添加的稳定剂和助剂等相关信息）、辐照类型（γ射线或电子束）、辐照剂量、交联后热处理工艺过程（时间、温度，如重熔或退火）、机械热处理过程的压缩比等研究。此外，还需开展以下研究：抗氧化剂的浓度、抗氧化剂在材料中的稳定性（在加载和/或体液环境下，随着时间推移抗氧化剂可能逐渐析出）、抗氧化剂对材料磨损性能的影响（如磨损率、磨损表面形貌、磨损失效模式、磨屑分析等）、抗氧化剂对材料固化的影响（材料成型后的形态学分析）、生物学特性评价等。

2.3陶瓷材料

对于人工肩关节假体产品使用的陶瓷材料，需明确其物理化学性能，需开展符合所用材料对应标准中的相应规定的研究。

2.4部件表面处理

2.4.1喷砂处理

如生产工艺中对部件采用喷砂处理（预期增加骨长上效果），需开展喷砂工艺验证，宜考虑表面形貌、粗糙度、喷砂颗粒物残留等相关因素；对于采用骨水泥固定的假体，分析论证产品表面形貌对喷砂部件与骨水泥固定强度的影响，开展相应研究。

2.4.2表面涂层

对于含表面涂层的假体，需开展涂层制备工艺流程图及关键工序的质量控制点，开展涂层的成分、厚度、形貌分析、涂层与基体的结合强度、涂层制备工艺对基体材料的影响、骨长入情况等研究。

羟基磷灰石涂层需开展符合GB 23101.2《外科植入物羟基磷灰石第2部分：羟基磷灰石涂层》标准规定的理化性能研究。

对于金属涂层，需按照YY/T 0988.14《外科植入物用多孔涂层立体学评价的试验方法》标准规定涂层厚度、孔隙率和平均孔隙截距的要求，开展相应研究。按照YY/T 0988.12《磷酸钙涂层和金属涂层的剪切试验方法》、YY/T 0988.11《磷酸钙涂层和金属涂层的拉伸试验方法》、YY/T 0988.13《磷酸钙涂层、金属涂层和磷酸钙/金属复合涂层的剪切疲劳试验与弯曲疲劳试验方法》和ASTM F1978《使用Taber研磨机测试金属热喷涂涂层耐磨性的试验方法》标准分别进行剪切试验、拉伸试验、剪切疲劳试验，并考虑对涂层的弯曲疲劳性能、耐磨性能等进行评价。等离子喷涂纯钛涂层可参照YY/T 1706.1《外科植入物金属外科植入物等离子喷涂纯钛涂层第1部分：通用要求》标准要求，剪切强度不低于20MPa，拉伸强度不低于22MPa，疲劳试验达到10⁷剪切应力循环不失效。按照ASTM F1978《使用Taber研磨机测试金属热喷涂涂层耐磨性的试验方法》进行耐磨性能试验，磨损100个周期后，涂层质量损耗总值小于65mg（按重量计）。

对于磷酸钙/金属复合涂层，应明确双涂层厚度、金属涂层的孔隙率、平均孔隙截距的确定依据，并开展上述性能的研究。

3、物理和机械性能研究

对于产品的机械性能研究，开发人需依据产品在各项试验中的受力情况、产品的结构设计、规格尺寸等因素，分别选取最差情况开展试验。

3.1组合式部件连接可靠性研究

3.1.1锥连接部位固定强度

采用锥连接结构实现连接固定的组件，如肱骨头/肱骨托与肱骨柄，需考虑锥连接组件的材料、尺寸公差、表面粗糙度等对组件之间固定强度的影响，开展轴向脱出载荷和扭矩的研究，测试使假体组件的固定发生松脱所需要的载荷和扭矩。可根据ASTM F2009《用于测定模块化假体锥连接的轴向拆卸力的标准试验方法》等标准进行试验研究，或根据产品设计和临床使用制定测试方法。

3.1.2组件锁定强度

对于通过机械锁定结构连接的产品组件（如肩盂衬垫/肩盂托、肱骨衬垫/肱骨托等），需结合锁定结构预期承受力模式，考虑组件的材料、锁定结构设计、尺寸规格（如肱骨托/肩盂托、肱骨衬垫/肩盂衬垫的宽度、高度、厚度）等影响因素，通过静态剪切试验（按照YY/T 1647《关节置换植入物肩关节假体关节盂锁定机制的静态剪切评价试验方法》标准进行前后方向和上下方向剪切试验）、脱出试验等评价肩盂衬垫与肩盂托、肱骨衬垫与肱骨托之间的锁定强度。

3.1.3微动腐蚀

对于组合式的部件，开发人考虑产品组件材料和临床使用受力情形，对组件之间连接、微动和腐蚀进行评估，并对结果的可接受性进行论证。

3.2人工肩关节假体运动范围

按照YY/T 0963《关节置换植入物肩关节假体》标准规定的肱骨部件和肩盂部件之间的相对角运动范围进行评估。相对角运动范围的评估包含所有旋转模式（屈曲/伸展、内旋/外旋、外展等）的数据，明确人工肩关节假体部件组合的最差情况选择依据。

3.3人工肩关节假体磨损性能

人工肩关节假体的磨损性能研究需明确试验设备、安装角度、载荷和运动输入输出曲线、液体润滑介质（抗菌剂选用、润滑液体积、更换周期、变质情况说明等）、循环周期、各个样品的磨损量和磨损率、关节面磨损区域和形貌等。需明确试验方法、参数设定等内容详细说明及确定依据，分析论证试验结果的可接受性。磨损试验中最差情况产品的选择，需考虑假体类型、设计特点、材料、规格尺寸（如肩盂衬垫/肱骨衬垫厚度、肱骨头/肩盂头直径、关节面曲率半径间隙等）、关节面接触应力和接触面积、运动学、滑动距离等影响因素。

对于与国内已上市肩关节产品不具有等同性且无相关应用历史的新的关节面材料及组合、耐磨涂层或关节曲面设计，需进行磨损试验，对磨损量、磨损率、关节面磨损区域和形貌、磨屑的形态和尺寸分布进行表征，可参考YY/T 0652《植入物材料的磨损聚合物和金属材料磨屑分离和表征》标准，并进行生物学特性评价，必要时进行试验，并将其与已成功应用的人工肩关节假体数据进行比较分析，评价其临床安全性和有效性。

3.4关节盂松动或分离动态研究

考虑假体类型、肩盂托/肱骨托几何形状、规格尺寸（如肩盂衬垫/肱骨衬垫倾角、厚度，肩盂托/肱骨托偏心距、倾角等）、关节面设计（如尺寸、间隙、深度、关节面限制性等）、涂层形貌、固定螺钉的设计（如直径、螺纹型式和数量）等因素，按照YY/T 1634 《关节置换植入物肩关节假体关节盂松动或分离动态评价试验方法》标准测试关节面在循环摇摆和扭转的加载情况下，肩盂托/肩盂衬垫背面发生的位移量，评价假体实现初始固定和防止无菌性关节盂松动的能力。

3.5部件动态疲劳试验

对于产品相关部件的动态疲劳试验，开发人需依据其在各项试验中的工况分别选取最差情况开展试验。最差情况的选择应结合产品的预期性能、设计特点、相应测试方法，采用有限元分析或其他已验证的方法进行。

3.5.1肱骨柄疲劳

根据肱骨柄临床植入位置（冠状面和矢状面的倾角和包埋位置）将肱骨柄柄部嵌入测试夹具中，模拟盂肱关节作用力大小和方向，通过肩盂头或肱骨头旋转中心施加循环载荷，明确施加载荷与肩胛平面和肱骨矢状面的角度，并进行支持性资料分析论证所确定的循环次数、疲劳极限的可接受性。必要时，需在不同的载荷水平下建立F-N曲线，确定产品的疲劳极限。最差情况选择需考虑肱骨柄几何尺寸（颈干角、厚度、宽度）、肱骨头/肱骨托/肩盂托的规格尺寸、锥连接偏置和龙骨倾角以及肱骨衬垫/肩盂衬垫的规格尺寸（如厚度、关节面直径）等因素对于试验加载力臂的影响，明确最差情况的依据。

3.5.2肱骨托/肩盂托疲劳

盂肱关节作用力通过肩盂头/肱骨头旋转中心作用于肱骨衬垫/肩盂衬垫的关节面，肱骨托/肩盂托存在潜在的高应力区域（如锥连接或圆柱过渡区域），可能发生疲劳断裂失效。根据临床植入位置将肱骨柄嵌入测试夹具中，将肱骨托/肱骨头安装在肱骨柄上。模拟盂肱关节作用力大小和方向，通过肩盂头或肱骨头旋转中心施加循环载荷，明确施加载荷与肩胛平面和肱骨矢状面的角度，并开展支持性研究分析论证所确定的循环次数、疲劳极限的可接受性。必要时，需在不同的载荷水平下建立F-N曲线，确定产品的疲劳极限。对于最差情况的选择，需要考虑肱骨托/肩盂托的材料和规格尺寸（如高度、宽度、厚度、偏置、龙骨倾角）、肱骨衬垫/肩盂衬垫的规格尺寸（如厚度、关节面直径）以及肩盂头/肱骨头规格尺寸（如直径、偏置），例如较大直径、厚度的肱骨衬垫/肩盂衬垫、较大的肱骨托/肩盂托直径、偏心距，力臂可能会增加，因此施加到肱骨托/肩盂托的力矩可能会增加，从而造成肱骨托/肩盂托的过渡区域承受应力的最差情况。

3.6 固定螺钉力学性能

考虑固定螺钉的螺纹型式、尺寸规格等对力学性能的影响因素，开展螺钉最大扭矩和断裂扭转角、轴向拔出力、旋入扭矩和旋出扭矩、自攻力（如适用）性能研究。可根据ASTM F543《金属医用骨钉的轴向和扭转试验方法》、YY/T 1506《外科植入物金属接骨螺钉旋动扭矩试验方法》等标准进行试验研究。

3.7 肱骨部件与缝线配合使用性能研究

对于预期与缝线配合使用的肱骨部件，需明确配合使用的缝线材质、线径等信息，明确肱骨部件孔的设计特征信息（孔径、倒角、表面质量等），评估其切割缝线的风险。

3.8 陶瓷肱骨头破碎研究

对于陶瓷肱骨头，需开展静态加载破碎试验、疲劳试验、疲劳试验后破碎试验等研究。

3.9 关节面运动限制性研究      

考虑假体类型、规格尺寸、关节面设计（如限制程度、尺寸、间隙）以及关节面自由度和运动程度的限制（轴向旋转和沿轴水平运动）等因素，选择假体的最差情况组合，开展人工肩关节假体内外旋转、前后方向位移和上下方向位移的关节面约束能力研究。

4、生物学特性研究

产品的生物相容性评价需涵盖终产品及其涂层，按照GB/T 16886.1《医疗器械生物学评价第1部分：风险管理过程中的评价与试验》中的系统方法框图及《国家食品药品监督管理局关于印发医疗器械生物学评价和审查指南的通知》中的审查要点进行风险评价，充分考虑磨损、微动腐蚀等因素的影响，必要时，根据GB/T 16886系列标准进行生物学试验。生物学评价终点一般包括细胞毒性、刺激或皮内反应、致敏性、急性全身毒性、亚慢性全身毒性、遗传毒性、植入、材料介导的致热性等。

5、磁共振兼容性研究

产品若预期在磁共振（MR）环境中使用，建议开展MR环境下的行为属性的相关验证，根据YY/T 0987系列标准对产品在MR环境下的磁致位移力、磁致扭矩、射频致热、伪影等项目进行评估。需根据研究报告，明确MR试验设备、磁场强度、比吸收率（SAR）等试验参数及温升、位移力、扭矩及伪影评估结果。

6、清洗和灭菌研究

明确生产工艺中涉及的各种加工助剂（如切削液等）的质量控制标准。明确产品的清洗过程，开展经清洗过程后加工助剂残留控制的验证。对生产加工过程使用的所有加工助剂等添加剂均需说明使用剂量、对残留量的控制措施和接受标准以及安全性进行评价。

明确用于保证产品无菌的质量保证体系与灭菌工艺（方法和参数）和无菌保证水平（SAL）。产品的无菌保证水平（SAL）需达到10^-6。

对于经辐照灭菌的产品，需明确辐照剂量及相关的验证报告，具体的剂量确定依据可参照GB 18280系列标准。对于经环氧乙烷灭菌的产品，需开展灭菌结果确认和过程控制，具体可参照GB 18279系列标准。

对于非灭菌包装的终产品，需明确推荐采用的灭菌方法并验证。采用其他灭菌方法的需开展方法合理性论证和工艺确认及过程控制。

7、动物试验研究

需按照《医疗器械动物试验研究注册审查指导原则第一部分：决策原则》决策是否需开展动物试验研究。如开展动物试验研究，需按照《医疗器械动物试验研究注册审查指导原则第二部分：试验设计、实施质量保证》进行，并遵循3R原则。需关注动物模型建立的科学性和合理性，以及对临床的借鉴意义。

7、稳定性研究

需参照《无源植入性医疗器械稳定性研究指导原则》开展产品稳定性研究。

货架有效期验证中需要明确灭菌产品的包装材料、包装工艺及方法、加速老化试验或/和实时老化试验。加速老化试验中需明确试验温度、湿度、加速老化时间的确定依据。老化试验需对包装完整性和包装强度进行评价试验，如染色液穿透试验、气泡试验、材料密封强度试验、模拟运输等。不同包装、不同灭菌方式的产品需分别进行验证。

对于非灭菌产品，货架有效期的确定需建立在科学试验的基础上，如稳定性试验，其目的是考察产品在温度、湿度、光线的影响下随时间变化的规律，为产品的生产、包装、贮存、运输条件提供科学依据，同时通过试验建立产品的有效期。因此，开发人在产品注册时需开展产品有效期的验证及明确内包装材料信息。

需开展运输稳定性验证，可依据有关适用的国内、国际标准和验证方案进行，如：产品包装的跌落试验、振荡试验等，开展运输稳定性验证，证明在规定的运输条件下，运输过程中环境条件不会对医疗器械的特性和性能造成不利影响。

 

二、人工肩关节假体风险管理

 

开发人需对产品全生命周期实施风险管理，参照GB/T42062《医疗器械风险管理对医疗器械的应用》，充分识别产品的设计、原材料、制造过程、产品包装、灭菌、运输、贮存、使用等产品生命周期内各个环节的安全特征，从生物学危险（源）、环境危险（源）、有关植入过程的危险（源）、由功能失效、疲劳所引起的危险（如肩关节假体不稳/脱位、松动、组件分离、假体断裂、组件尺寸不匹配、衬垫磨损等失效风险）等方面，对产品进行全面的风险分析。

 

来源：嘉峪检测网

关键词： 人工肩关节假体