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生物型股骨柄柄部疲勞性能評(píng)價(jià)指導(dǎo)原則(征求意見稿)全文發(fā)布

嘉峪檢測網(wǎng)        2019-11-25 18:26

今日,國家藥監(jiān)局發(fā)布《生物型股骨柄柄部疲勞性能評(píng)價(jià)指導(dǎo)原則(征求意見稿)》,全文如下

 

生物型股骨柄柄部疲勞性能評(píng)價(jià)指導(dǎo)原則

(征求意見稿)

 

前言

股骨柄是髖關(guān)節(jié)假體股骨部件之一,通過植入股骨髓腔,連接髖關(guān)節(jié)假體髖臼部件,起到傳遞人體載荷、完成股骨活動(dòng)的重要作用。股骨柄疲勞性能決定了股骨柄植入后使用壽命,是評(píng)價(jià)股骨柄安全性和有效性的重要內(nèi)容之一。生物型股骨柄,或非骨水泥型股骨柄,通過柄體壓(適)配髓腔組織界面實(shí)現(xiàn)初期穩(wěn)定,骨細(xì)胞長上/長入股骨柄表面實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)期固定。生物型股骨柄柄部疲勞性能是股骨柄理化性能表征、疲勞試驗(yàn)、生物學(xué)性能、臨床性能綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果。如果無法明確其中任何一項(xiàng)內(nèi)容,則無法全面、客觀的反映其疲勞性能。

本指導(dǎo)原則僅針對(duì)生物型股骨柄柄部疲勞性能進(jìn)行研究和討論。申請(qǐng)人在注冊(cè)申報(bào)生物型股骨柄產(chǎn)品時(shí),還應(yīng)結(jié)合相關(guān)指導(dǎo)原則和標(biāo)準(zhǔn),充分評(píng)價(jià)除柄部疲勞性能外其他相關(guān)性能,保證產(chǎn)品的安全性、有效性和質(zhì)量可控。

本指導(dǎo)原則所確定的核心內(nèi)容是在目前的科技認(rèn)知水平和現(xiàn)有產(chǎn)品技術(shù)基礎(chǔ)上形成的。因此,相關(guān)人員參考時(shí)應(yīng)注意其適宜性,密切關(guān)注適用標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)技術(shù)的最新進(jìn)展,考慮產(chǎn)品的更新和變化。隨著對(duì)產(chǎn)品理解的不斷深入,本指導(dǎo)原則相關(guān)內(nèi)容也將適時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

本指導(dǎo)原則是供申請(qǐng)人和審查人員使用的技術(shù)指導(dǎo)文件,不涉及注冊(cè)審批等行政事項(xiàng),亦不作為法規(guī)強(qiáng)制執(zhí)行,如有能夠滿足法規(guī)要求的其他方法,也可以采用,但應(yīng)提供詳細(xì)的研究資料和驗(yàn)證資料。應(yīng)在遵循相關(guān)法規(guī)的前提下使用本指導(dǎo)原則。

 

一、適用范圍

本指導(dǎo)原則適用于生物型股骨柄的疲勞性能評(píng)價(jià)。生物型股骨柄,或非骨水泥型股骨柄,是指預(yù)期通過壓配和(或)骨長入表面結(jié)構(gòu)固定在骨上,即通過柄體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)初期穩(wěn)定,通過骨細(xì)胞長上/長入改性處理后柄表面實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)期固定的股骨柄。

本指導(dǎo)原則不涵蓋采用新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和新材料的生物型股骨柄疲勞評(píng)價(jià)的全部要求,如增材制造股骨柄,但適用部分可參考本指導(dǎo)原則相關(guān)內(nèi)容。

 

二、技術(shù)審查要點(diǎn)

股骨柄柄部疲勞性能決策路徑(附件1)涵蓋了相關(guān)技術(shù)審查要點(diǎn)具體內(nèi)容,應(yīng)逐一進(jìn)行闡述和論證。需要注意的是,由于技術(shù)原理(如固定原理)、結(jié)構(gòu)組成(如基體/涂層材料、一體式/組合式)、關(guān)鍵或特殊生產(chǎn)工藝(如涂層工藝)等不同而性能指標(biāo)、適用范圍不同的,應(yīng)分別進(jìn)行闡述和論證。

 

(一)產(chǎn)品適用范圍

明確產(chǎn)品適用范圍,包括適應(yīng)證、適用人群(包括體重限制)、預(yù)期使用環(huán)境、禁忌癥、預(yù)期與其組合使用的植入器械等。最終確定的產(chǎn)品適用范圍應(yīng)與股骨柄柄部疲勞性能研究的支持性資料相適應(yīng)。

 

(二)理化性能表征

首先,應(yīng)對(duì)股骨柄基體、涂層和柄結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的表征。相關(guān)測試應(yīng)在產(chǎn)品本體上進(jìn)行。如因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)或尺寸等原因無法在本體上取樣,應(yīng)在與其同批的毛坯、隨爐附鑄件試樣上制取,并保證后續(xù)工藝不會(huì)對(duì)該項(xiàng)性能產(chǎn)生不利影響。

 

2.1基體理化和機(jī)械性能

產(chǎn)品可能選用鍛造鈦合金、鑄造鈦合金、鑄造鈷鉻鉬合金、高氮不銹鋼等金屬材料,應(yīng)表征基體適用的理化和機(jī)械性能指標(biāo)、確定依據(jù)和符合標(biāo)準(zhǔn),包括但不限于以下項(xiàng)目:

化學(xué)成分、供應(yīng)狀態(tài)、力學(xué)性能(彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度、延伸率、斷面收縮率)、表面質(zhì)量、顯微組織、內(nèi)部質(zhì)量等。

 

2.2 涂層理化和機(jī)械性能

產(chǎn)品可能選用羥基磷灰石、磷酸鈣、鈦及鈦合金、鈷鉻鉬合金、純鉭等非金屬和金屬材料,經(jīng)過等離子噴涂、電泳沉積、鈦絲擴(kuò)散連接、燒結(jié)、噴砂等工藝在基體表面形成涂層或增加基體表面粗糙度。應(yīng)表征涂層適用的理化性能和機(jī)械性能質(zhì)控指標(biāo)、確定依據(jù)及符合標(biāo)準(zhǔn)。包括但不限于以下項(xiàng)目:

化學(xué)成分、顆粒尺寸、結(jié)晶度、微量元素、結(jié)晶相含量、涂層與基體在拉伸應(yīng)力和剪切應(yīng)力下最大結(jié)合強(qiáng)度和疲勞結(jié)合強(qiáng)度、涂層溶解度和溶解速率、涂層磨損率等?;w與涂層的成分不同的,可能引起電偶腐蝕,應(yīng)關(guān)注不同材料界面間存在腐蝕現(xiàn)象和使用電化學(xué)法確定腐蝕電位及腐蝕速率,測定離子析出濃度并進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)。

 

2.3柄結(jié)構(gòu)尺寸

應(yīng)表征生物型股骨柄的結(jié)構(gòu)尺寸和設(shè)計(jì)依據(jù)。包含但不限于以下項(xiàng)目:

柄長、CT值(即股骨頭中心到股骨柄最遠(yuǎn)端點(diǎn)的距離)、柄體橫截面形狀、柄身設(shè)計(jì)、頸長、頸干角、前傾角、肩部結(jié)構(gòu)(肩部開槽結(jié)構(gòu)、盲孔、開槽等)、錐連接、組配式柄(組配頸、近端袖套、近端部件、遠(yuǎn)端部件、鎖緊螺釘)、表面粗糙度,以及涂層多孔結(jié)構(gòu)的孔徑、孔隙率、平均孔隙截距、涂層位置起止點(diǎn)、涂層厚度(界面梯度)等。

 

(三)柄部疲勞試驗(yàn)

 

3.1試驗(yàn)樣品最差情況的選取

股骨柄柄部疲勞試驗(yàn)最差情況的選擇需要充分考慮股骨柄的基體加工工藝(鍛造、鑄造等)、基體材質(zhì)、涂層工藝(噴涂、燒結(jié)等)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(幾何形狀、尺寸、偏心距、頸部/近端/遠(yuǎn)端組配等)以及球頭的頸部延長尺寸等因素,涵蓋所有型號(hào)規(guī)格產(chǎn)品,選擇最差情形的產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn),并提供最差情形的確定依據(jù)。

采用有限元方法選取最差情況時(shí),可參照ASTM F2996標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)行分析,需提供建模和分析軟件信息、模型幾何尺寸(如股骨柄的幾何形狀、尺寸和股骨頭偏距)、材料屬性、加載方式、邊界條件、網(wǎng)格劃分(單元類型、網(wǎng)格密度、網(wǎng)格收斂分析等)、分析結(jié)果(對(duì)于每個(gè)規(guī)格的關(guān)注區(qū)域,應(yīng)提供最大(第一)主應(yīng)力最大值對(duì)應(yīng)位置處的最大(第一)主應(yīng)力和von Mises應(yīng)力)等內(nèi)容。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了利用有限元分析(FEA)技術(shù)對(duì)非組合式金屬髖關(guān)節(jié)股骨柄(即僅限于通過錐連接方式與股骨頭配合的一體式股骨柄)應(yīng)力與應(yīng)變分析時(shí)所采用數(shù)值模擬方法的要求和注意事項(xiàng),對(duì)于組合式股骨柄需要關(guān)注連接部位的應(yīng)力分布,考慮組件的鎖合結(jié)構(gòu)、組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸等因素選擇最差情況,明確接觸和約束的設(shè)置并分析其合理性。

采用有限元分析方法確定最差情況時(shí),需要特別關(guān)注頸部、安裝孔區(qū)域、包埋面和特殊設(shè)計(jì)的關(guān)鍵區(qū)域的應(yīng)力??蓞⒄誂STM F2996標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的應(yīng)變測量方法測試實(shí)際試驗(yàn)樣品的應(yīng)力,比較分析應(yīng)變測量方法獲得的數(shù)據(jù)與有限元分析結(jié)果的差異性,證明有限元分析結(jié)果的可靠性。對(duì)于帶涂層股骨柄,由于涂層制備過程(如燒結(jié)涂層)可能導(dǎo)致基體材料性能降低或產(chǎn)生應(yīng)力集中區(qū)域,在比較有限元分析結(jié)果與材料疲勞極限時(shí),應(yīng)當(dāng)以經(jīng)過相同涂層制備過程制得的材料試樣的疲勞極限數(shù)據(jù)作為計(jì)算分析依據(jù),如根據(jù)材料的S-N曲線確定的5×106次循環(huán)疲勞極限。

需要注意的是,如果經(jīng)有限元分析存在多個(gè)相似的最差情形時(shí),應(yīng)考慮分別開展疲勞試驗(yàn)。

 

3.2柄部疲勞試驗(yàn)

股骨柄的柄部疲勞試驗(yàn)建議參照YY/T 0809.4-2018標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行試驗(yàn),應(yīng)選擇6件試樣作為一組進(jìn)行試驗(yàn),應(yīng)能代表最差情況以使在柄部產(chǎn)生最高應(yīng)力。根據(jù)股骨柄與股骨頭組合的最差情況測量CT值,按照產(chǎn)品CT值的范圍(CT≤120mm、120mm<CT≤250mm、CT>250mm)選取對(duì)應(yīng)的包埋位置、股骨柄傾角(α角度、β角度)、加載載荷(疲勞極限),6個(gè)股骨柄應(yīng)在規(guī)定的疲勞極限載荷下經(jīng)過5×106次循環(huán)不發(fā)生失效斷裂。

對(duì)于股骨柄柄部的包埋位置附近存在應(yīng)力集中區(qū)域(如槽、肋、材料或涂層過渡區(qū)域、或者一些表面特征),需要調(diào)整包埋位置使得柄部應(yīng)力集中區(qū)域高于包埋位置。對(duì)于翻修型股骨柄,臨床使用中可能用于近端支撐存在嚴(yán)重骨缺損的情況,推薦采用額外的試驗(yàn),使得股骨柄包理位置與球頭球心之間的距離與生產(chǎn)商推薦的股骨柄預(yù)期治療的近端骨缺損最嚴(yán)重的情況一致。

試樣球頭和加載裝置之間的摩擦力矩對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有顯著的影響,加載裝置應(yīng)保持載荷通過試樣球頭球心并與試驗(yàn)機(jī)的軸線方向一致,使用低摩擦力的機(jī)械裝置使得與試驗(yàn)機(jī)軸線不一致的力最小化。對(duì)于股骨柄不能滿足YY/T 0809.4-2018標(biāo)準(zhǔn)疲勞極限載荷要求的情況,申請(qǐng)人需要在不同的載荷水平下建立F-N曲線,并確定5×106次循環(huán)次數(shù)的疲勞極限,并提供股骨柄疲勞極限可接受的相應(yīng)支持性研究資料。

對(duì)于組合式股骨柄,應(yīng)在37℃±1℃的生理鹽水(0.9g/L)中進(jìn)行疲勞試驗(yàn),使得包埋平面以上的組合部位在整個(gè)試驗(yàn)過程中均覆蓋于試驗(yàn)液中,試驗(yàn)的頻率要求小于或等于5 Hz。組合式股骨柄可進(jìn)行額外試驗(yàn),用于評(píng)價(jià)組合部位的疲勞性能,例如,對(duì)于近端組合式股骨柄,可參照ASTM F2580標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)股骨柄干骺端填充區(qū)域組合連接結(jié)構(gòu)的疲勞性能。

除上述試驗(yàn)方法外,鼓勵(lì)探索模擬體內(nèi)生物力學(xué)環(huán)境,科學(xué)合理且經(jīng)過論證的試驗(yàn)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

 

(四)生物相容性評(píng)價(jià)

根據(jù)GB/T 16886.1的要求開展生物相容性評(píng)價(jià)。首先充分考慮以下方面:制造所用材料及其加工后成品材料、預(yù)期的添加劑、工藝污染物和殘留物、可瀝濾物、降解產(chǎn)物、與其他組件的相互作用、最終產(chǎn)品的性能與特點(diǎn)、最終產(chǎn)品的物理特性等。數(shù)據(jù)來源可以是材料表征,材料的臨床使用史或人體接觸數(shù)據(jù),產(chǎn)品和組成材料、裂解產(chǎn)物和代謝物的任何現(xiàn)有的毒理學(xué)和其他生物學(xué)安全性數(shù)據(jù)。

如果現(xiàn)有臨床前和臨床數(shù)據(jù)不滿足生物相容性評(píng)價(jià)要求,無法得出股骨柄與人體作用的安全性,那么需要考慮進(jìn)行生物相容性試驗(yàn)。

 

(五)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

多孔涂層生物型髖關(guān)節(jié)假體的主要風(fēng)險(xiǎn)包括產(chǎn)品骨結(jié)合效果欠佳或涂層剝落造成的假體固定失敗等后果,由于是植入產(chǎn)品,則可能由于股骨柄斷裂而行二次翻修手術(shù)。針對(duì)股骨柄骨長上/長入性能非必須通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。但是,如果不能通過涂層的材料表征、形貌及體視學(xué)數(shù)據(jù)(厚度、孔隙率、孔隙尺度等)、涂層機(jī)械性能評(píng)價(jià)(涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度等)、涂層穩(wěn)定性及耐腐蝕性能評(píng)價(jià)、生物相容性評(píng)價(jià)等研究證明其與已上市同類產(chǎn)品的涂層具有等同性,則需通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)來評(píng)估多孔涂層的骨結(jié)合效果和涂層的穩(wěn)定性。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品的植入部位及骨質(zhì)條件、骨長上/長入時(shí)間等確定動(dòng)物模型、實(shí)驗(yàn)分組、對(duì)照品、觀察周期、觀察指標(biāo)等。通過包括大體評(píng)價(jià)、組織生物化學(xué)、形態(tài)學(xué)、影像學(xué)分析以及新生骨生物力學(xué)性能指標(biāo)等對(duì)樣品植入后部位的新生骨的數(shù)量和質(zhì)量(如骨結(jié)合力)進(jìn)行綜合分析、評(píng)估。

 

(六)臨床數(shù)據(jù)分析

可通過申報(bào)器械和同品種器械臨床試驗(yàn)或臨床使用獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,評(píng)價(jià)柄部疲勞性能。髖關(guān)節(jié)置換往往涉及髖臼和股骨兩部分的假體置換,目前多采用Harris髖關(guān)節(jié)評(píng)分等方法進(jìn)行髖關(guān)節(jié)整體功能恢復(fù)的評(píng)定。但是,本指導(dǎo)原則重點(diǎn)關(guān)注生物型股骨柄的柄體固定性能,所以在上述功能評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上,還應(yīng)提供針對(duì)股骨柄初始穩(wěn)定和良好生物固定的影像學(xué)評(píng)價(jià)資料。

例如,股骨側(cè)骨長入按照Gruen分區(qū)描述。股骨柄假體初始固定質(zhì)量按照Mulliken標(biāo)準(zhǔn),即假體在正側(cè)位X射線片上分別獲得80%和70%以上壓配和(或)填充率為優(yōu)良。股骨柄生物學(xué)固定按照Engh標(biāo)準(zhǔn)分為:①骨性固定:多孔區(qū)新骨形成,無X射線透亮帶或硬化帶;②纖維性穩(wěn)定:X射線有某些不穩(wěn)表現(xiàn),但臨床無不穩(wěn)癥狀;③松動(dòng):假體呈進(jìn)行性下沉和內(nèi)翻表現(xiàn),伴廣泛硬化帶和X射線透亮帶。

如適用,收集申報(bào)產(chǎn)品和同品種醫(yī)療器械的不良事件數(shù)據(jù),包括投訴及不良事件的總數(shù)和具體分類的數(shù)量、原因歸類、與申報(bào)產(chǎn)品關(guān)聯(lián)性。對(duì)于嚴(yán)重不良事件,應(yīng)以列表的形式提供事件描述、原因分析、處理方式等具體信息。對(duì)于申報(bào)產(chǎn)品,需提供各型號(hào)的累積銷售量、不良事件數(shù)量、召回?cái)?shù)量,計(jì)算不良事件發(fā)生率和召回率。

臨床使用股骨柄取出分析可以提供生物固定有效性的支持性資料。鼓勵(lì)按照GB/T 25440相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)臨床中的生物型股骨柄取出物進(jìn)行分析,評(píng)價(jià)骨長上/長入效果。

對(duì)于CT值在120-250mm之間,但不符合YY/T 0809.4中規(guī)定的2300N疲勞極限的股骨柄,應(yīng)提供其在長期(大于5年)、大量臨床使用中安全使用情況,且與類似設(shè)計(jì)和材料的、在長期(大于5年)大量臨床使用中未出現(xiàn)顯著數(shù)量斷裂(本試驗(yàn)方法中的高應(yīng)力區(qū)域)的股骨柄相比,不低于其強(qiáng)度。如果申報(bào)產(chǎn)品不能提供充分的臨床評(píng)價(jià)數(shù)據(jù),應(yīng)根據(jù)實(shí)測的疲勞極限值,并考慮人體靜止和運(yùn)動(dòng)時(shí)體重及肌肉牽拉的作用,設(shè)定股骨柄柄部抗疲勞的安全系數(shù)。最終對(duì)其適用人群的體重進(jìn)行限定,在說明書中予以明確。

 

三、起草單位

國家藥品監(jiān)督管理局醫(yī)療器械技術(shù)審評(píng)中心

 

附錄:點(diǎn)擊下載

1. 生物型股骨柄柄部疲勞性能評(píng)價(jià)決策路徑

2. 生物型股骨柄柄部疲勞試驗(yàn)最差情況選擇的影響因素

3. 參考文獻(xiàn)

 

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來源:國家藥監(jiān)局

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