本文适用于大多数以脊柱融合为目的的板、棒和螺钉的脊柱后路经椎弓根内固定系统，通常由矫形棒或固定板、椎弓根螺钉、横连器、椎板钩、紧固器、连接器、垫片等组成，如胸腰椎钉棒固定系统、枕骨固定系统、椎弓根钉固定系统等。涉及的产品所用材料为00Cr18Ni14Mo3不锈钢、Ti6Al4V钛合金、Ti6Al7Nb钛合金、CoCrMo合金、纯钛及与上述材料实质等同的临床广泛应用的金属材料。

脊柱后路内固定系统的研发要求

一、脊柱后路内固定系统原材料控制及性能要求

生产脊柱后路内固定系统所用的原材料要按照《无源植入物生产质量管理规范》的要求进行管理和质量控制，明确质量和技术要求，材料的相关性能要求所依据的标准或规范必须符合医疗器械行业规定的外科植入物用国际标准、国家标准、行业标准。

脊柱后路内固定系统常用的原材料标准有：

GB/T 13810 外科植入物用钛及钛合金加工材

GB 4234 外科植入物用不锈钢

ISO 5832-1 外科植入物 金属材料 第1部分：锻造不锈钢

ISO 5832-2 外科植入物 金属材料 第2部分：纯钛

ISO 5832-3 外科植入物 金属材料 第3部分：钛-6铝-4钒合金加工材

ISO 5832-11 外科植入物-金属材料-第11部分：钛6铝7铌合金加工材

ISO 5832-12 外科植入物-金属材料-第12部分：锻造钴-铬-钼合金

二、脊柱后路内固定系统产品性能的设计验证

1．基本性能要求

（1）明确所有组件的表面质量，包括外观、表面缺陷、表面粗糙度；

（2）不锈钢产品材料的耐腐蚀性能；

（3）规定所有组件的硬度；

（4）规定矫形棒的抗拉强度；

（5）对于表面经过阳极氧化处理的产品，要进行氧化层成分表征及细胞毒性检测；

（6）构成系统的组件之间的配合性能；

（7）EO灭菌残留量的确定依据、辐照灭菌剂量确定的依据；

（8）各组件的材料应明确具体的表征/测试方法，并提供相关的测试报告。

2．机械性能

（1）试验的基本原则

对于产品注册的脊柱后路固定系统，建议申请人按照YY/T 0857、YY/T 0961和/或YY/T 0119.1-5试验方法对系统或组件进行机械性能的测试。应详述选择试验项目的理由。

机械性能试验时，建议在最恶劣条件下（例如：容易引起松动、不稳定或失效的系统环境）对组装后的最终产品进行试验。试验组件应是在设计、机械连接、材料以及制造过程中最恶劣条件下的结构。同时应该在试验报告中明确脊柱固定系统组装后作为最恶劣条件的确定依据、试验数据处理合理性的依据。应当对试验结果是否可满足临床使用进行说明。对于许可事项变更注册中增加了组件的产品，如果申请人认为无需进行系统或组件机械性能测试的，需要说明充足理由。如，新增的组件就是原系统中的一部分、新增组件与其他的部件有着相同的机械连接机制、新增的部件没有减弱系统任何部分的生物力学、新增的部件不会导致系统容易松动或失效等。否则，新增组件的性能应参照YY/T 0857、YY/T 0961和/或YY/T 0119.1-5进行测试。申请人应详述选择试验项目的理由。

（2）推荐的机械性能试验项目：

①颈椎后路固定系统

静态轴向压缩弯曲试验；

动态轴向压缩弯曲试验；

静态扭转试验；

动态扭转试验。

②胸腰椎后路内固定系统

静态轴向压缩弯曲试验；

动态轴向压缩弯曲试验；

静态扭转试验。

（3）试验内容：

①为了能够保证试验数据的科学合理性，使其结果具有统计学意义，动态试验样本量不能低于6组（个）、静态试验样本量不能低于5组（个）。

②试验样本应选择在最恶劣条件下的样品，试验报告中应说明试样选择、加载模式和试验参数与环境条件的理由。

③试验建议选用对比法，对比试样可选用已在中国上市使用的同类器械，产品的材料、性能、结构、组成及适用范围应具有可比性。

④脊柱后路固定系统的动态疲劳结构试验通常按照YY/T 0857椎体模型上脊柱植入系统的静态与疲劳试验标准试验方法来进行。组件的动态疲劳结构试验通常按照YY/T 0961、YY/T 0119.1-5进行。

对于动态试验，可以采用YY/T 0857推荐的方法，得到载荷与循环次数（F/N）半对数关系曲线，从而确定产品五百万次循环的疲劳强度，建议用两个或多个样品对得到的疲劳极限进行验证。动态试验也可采用与上市产品进行比较的方法。

（4）试验报告

机械性能试验结束后，应该提供完整的试验报告，其中应至少包括：

①试验样品的型号、规格、结构或子结构的说明；

②组件结构或子结构符合最恶劣条件的理由和依据；

③详细的试验方法、步骤及试验装载示意图；

④选择加载模式的理由（例如：轴向、弯曲、扭转）；

⑤试验参数与环境条件的说明，以及选择该参数与环境条件的理由；

⑥试验原始数据、试验数据处理方法、试验结果;

⑦如果申报系统与进行试验的系统不同（例如：在雏形样本上进行试验），需要对试验结果与申报系统之间的相关性进行说明。

（5）试验结果的评价

开发者应明确试验结果满足临床使用需要的确定依据。

对于机械性能试验，要从生物力学角度评价其载荷大小、强度、疲劳强度能否满足临床使用的要求，亦可采用与同类已上市产品性能进行对照比较，但其结果和试验方法要具有可对照性。

若无同类已上市产品性能进行对照比较，开发者应该根据试验结果对组件在体内预期情况及临床性能方面的影响进行讨论，评价可接受性。

（6）最差情况选择的建议

最恶劣条件下的脊柱固定结构，通常取决于产品的设计和试验的项目。不同的试验类型中最薄弱、最容易失效的组件也各不相同。进行试验的固定系统可选用有限元模拟方法分析最恶劣条件下的结构，可分析同一结构内的不同互连机构、或同一互连机构在不同结构中的受力模型。对于典型的脊柱后路钉棒钩固定系统，建议选择对最小直径的弯棒和与之配合的最小直径螺钉作为最恶劣条件，进行静态和疲劳试验。对于含有横向连接器的脊柱内固定系统，建议在进行静态和动态压缩弯曲试验时使用包含横向连接器的脊柱内固定系统，在静态扭转试验使用移除掉横向连接器的脊柱内固定系统。此外，进行静态和动态试验时是否使用横向连接器，建议申请人提供充分的理由和依据。

3．磨损性能

常见脊柱固定系统而言，通常没有必要通过试验来评估这些器械的磨损性能。但是如果出现下列情况，建议其提供相关的磨损试验报告：

（1）新型的结构设计，其增加了连接装置之间的磨擦系数，或增加了连接装置不同组件之间的相对运动；

（2）组件或系统采用了非常规的金属材料、高分子材料、或经过改性处理的常见金属材料或高分子材料；

（3）临床使用过程中，磨损碎屑引起的局部或全身炎症反应增加，或导致其他的并发症或不良事件出现的；

（4）变更注册中，改变了部分组件的结构、材料、连接方式引起了上述（1）和（2）发生的情况。

磨损试验建议采用对照试验，选择与申报产品具有相同材料、相同结构、相同技术特性、相同适应证的已经合法上市销售的器械进行平行对照试验，比较磨损试验结果。建议在试验之前和试验之后对脊柱系统进行称重，以对试验过程中的质量损失进行评估。同时对磨损碎屑进行评估和分析，应说明磨损微粒的特性（例如：微粒大小与形状分布、微粒数目和微粒的化学性质），并分析组件磨损表面的磨痕、磨光、变形或腐蚀情况。

4．生物学性能

对于使用了符合临床使用证明可接受GB/YY标准的外科植入物用金属材料，且在生产加工过程中没有引入或导致新的生物学风险，可不再通过生物学试验对该产品进行生物学风险评价，只需要明确生产过程中对生物学风险的控制，评价其对最终产品生物学风险的影响即可。生物学风险被临床所接受的外科植入物用材料具体详见YY 0341附录B。

对于表面经过阳极氧化的钛合金、纯钛制成的产品，需要明确阳极氧化的类型（着色阳极氧化或微弧氧化），具体的阳极氧化工艺（具体包括电解液、电流、电压、氧化前后的具体工艺流程和组件的表面状态、清洗方法、残留检测方法等），并对材料的基体和阳极氧化层的成分进行化学表征。此外，在体外试验中要对上述产品进行细胞毒性试验，结果应满足相应的要求。

5．灭菌性能

灭菌产品应参照《无源植入性医疗器械货架寿命申报资料指导原则》开展产品有效期（货架寿命）的验证。鉴于本指导原则涉及的产品为金属材料产品，仅要求对包装系统的性能稳定性进行验证。不同包装、不同灭菌方式的产品应分别进行验证。灭菌验证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/和实时老化试验报告。加速老化试验中应明确试验温度、湿度、加速老化时间的确定依据；老化试验后需要对包装完整性和包装强度的评价试验，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；若开发者开展其他医疗器械产品的灭菌验证，则应提供其与本次产品在原材料、灭菌方法、灭菌剂量、包装材料、包装工艺、包装方式及其他影响阻菌性能的因素方面具有等同性的证明。

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国标GB 18280或ISO 11137《医疗保健产品-灭菌确认和常规控制要求- 辐射灭菌》。对于经环氧乙烷灭菌的产品，需提供灭菌结果确认和过程控制报告，具体可参照国标GB 18279-2000或ISO 11135《医疗器械-环氧乙烷灭菌-确认和常规控制》。

非灭菌包装的终产品，应明确推荐采用的灭菌方法并提供确定依据，建议根据WS310.2医院消毒供应中心-第2部分-清洗消毒及灭菌技术操作规范。

6．产品有效期（货架寿命）确定依据

产品有效期的确定应该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，生产者在申报产品注册时应提供产品有效期（包括产品性能稳定性和无菌状态持续性的保证期限）的验证报告及内包装材料信息；若产品无有效期要求，也应当阐述无有效期要求的理由。

7．使用寿命的设计验证

对于脊柱内固定系统，建议在其实现预期的临床使用目的后，从人体内移除。当然，根据不同的患者的身体条件、生活要求、年龄范围、临床症状等实际情况，医生可决定脊柱后路内固定系统是否需要取出。如果产品在临床使用中存在永久植入人体，不再移除的情况，产品的使用寿命中应考虑上述情况，分析其所在的风险，并在说明书注意事项中明确其相关的注意事项及存在的风险。

8．MRI相容性测试

如申请人对申报产品进行了MRI相容性的相关验证，应根据研究报告，列出MRI试验设备、磁场强度、比吸收率（SAR）等试验参数及温升、位移力及伪影评估结果。如申请人未对申报产品进行MRI相容性的相关验证，应重点明确该产品尚未在磁共振(MRI)环境下对该产品的温升、移位状况及伪影进行测试评估。并在说明书的警示中注明相关内容，提示其存在的风险。

脊柱后路内固定系统性能要求

脊柱后路内固定系统产品的性能指标是指最终产品的物理、化学、力学等临床前性能，可不包括原材料及其他产品研发过程中的评价性项目。脊柱后路内固定系统的性能要求制定应参考相关国家标准/行业标准并结合具体产品的设计特性、预期用途和质量控制水平且不应低于产品适用的强制性国家标准/行业标准。

相关的产品标准有：

YY 0340 外科植入物 基本原则

YY/T 0640 无源外科植入物 通用要求

YY 0341 骨结合无源外科金属植入物通用技术条件

YY/T 0857-2011 椎体切除模型中脊柱植入物试验方法

YY/T 0119.1 脊柱内固定系统 第1部分 通用要求

YY/T 0119.2 脊柱内固定系统 第2部分 金属脊柱螺钉

YY/T 0119.3 脊柱内固定系统 第3部分 金属脊柱板

YY/T 0119.4 脊柱内固定系统 第4部分 金属脊柱棒

YY/T 0119.5 脊柱内固定系统 第5部分 金属脊柱螺钉静态和疲劳弯曲强度的测定试验方法

对于推荐性标准或强制性标准的推荐性条款，建议开发者在产品技术要求中参考使用，如选择其他性能要求及试验方法，需说明其等同性和合理性，并提供相关的支持性资料。如认为申报产品不适用于相关推荐性标准或强制性标准的推荐性条款，需说明理由并提供相关的支持性资料。对于变更注册的产品，如果产品未发生实质性变化或变化的部分未削弱脊柱后路内固定系统组件或整体的性能，且产品在上市期间未发生与产品质量相关的不良事件，可不采用推荐性标准或强制性标准的推荐性条款，其余情况建议参照注册产品执行。

脊柱内固定产品的基本技术要求有：

1．产品的化学成分和显微组织，具体内容可参照外科植入物用材料标准，详见技术报告部分；

2．基本理化性能，如:表面质量（外观、表面粗糙度、表面缺陷）、不锈钢产品耐腐蚀性能，具体内容可参见YY 0341标准；

3．产品重要部位尺寸和公差；

4．产品的力学性能，如：硬度、矫形棒的抗拉强度；

5．组件之间的配合性能；

6．灭菌产品的无菌性能，如是EO灭菌应规定残留量。

产品性能要求要具体明确，具有详细的内容。性能指标要与技术报告中保持一致，可接受标准的确定依据要充分、合理，既要考虑临床的使用要求，也要考虑同类已上市产品的对比情况。