3D打印人工椎体适用于因椎体病变或者损伤进行椎体切除后，以与其上下方正常椎体行融合固定为目的。为采用激光或者电子束熔融等3D打印增材制造手段生产的，配合脊柱内固定系统使用的，并采用植骨填充的，标准化规格的TC4、TC4 ELI钛合金人工椎体。

一、3D打印人工椎体的研发实验要求

1.原材料控制

对于钛合金粉末材料应该给出详细的材质单，包括粉末成分、粒度、粒径分布、球形度、松装密度、振实密度、流动性等，并应明确其所符合的标准。若原材料外购，需明确原材料供应商并附其资质证明文件、供销关系证明文件（供销协议）、质量标准及验证报告。注册申请人应对粉末可回收次数、新旧粉末混合比例（如适用）等进行规定，并进行其对打印过程和产品性能影响的验证。

2.产品成分和显微组织要求

明确3D打印的终产品化学成分以及所符合的相关标准。明确显微组织与打印方向、打印位置、新旧粉末比例等之间的关系。

3.产品微观结构和缺陷

应给出产品打印最小单元格的选择设定依据，给出孔隙率、孔径、丝径、内部连通性、多孔结构的厚度、孔隙梯度的选择确定依据，包含对力学性能的影响、对骨生成的作用。对内部多孔结构的丝径断裂、闭孔等缺陷以及实体结构的分层、气孔等应采用合适的手段进行检测，并制定可接受的指标和给出相关依据。

4.产品力学性能研究

（1）标准试验：可参考标准YY/T 0959、YY/T0960等相关标准进行人工椎体动静态压缩试验、压缩剪切、扭转试验、沉陷试验。除此之外还应该考虑人工椎体脱出、植入过程中的抗冲击性等试验，详述所有性能指标及检验方法的确定依据，给出采用的原因及理论基础，出具涉及到的研究性资料、文献资料和/或标准文本，并给出结果的临床可接受依据。

（2）生物台架试验（可考虑）：可以采用人尸体脊柱进行体外生物力学试验，以确认申报产品的预期性能。选择的人尸体应能代表该产品的适用范围/适应证、临床使用中预期的解剖部位、生理学、生物力学和体内载荷、与内固定器械配合使用、手术入路等方面，并给出选择的依据。

（3）生物力学模型测试（可考虑）：注册申请人可以采用脊柱生物力学模型对产品进行力学性能验证，并给出模型参数选择的依据。该生物力学测试目的主要是正确模拟人体脊柱运动的规律性能及脊柱力学性质的变化，载荷及力学重心的确定。

（4）最差情况选择：应根据产品适用部位选择不同试验类型中最薄弱、最易失效（包括服役期和植入过程中容易失效的）的型号规格进行。可以采用有限元模拟等方法进行选择，应考虑到实际临床使用中内固定器械、相邻椎体作用力及在体的骨整合过程对弹性模量、应力分布等有限元分析模型参数的影响，需出具有限元模型准确性的验证资料。对3D打印的产品应该明确产品打印方向，并根据各向异性规定材料的力学参数，可采用同工艺制备的样品块进行不同方向的力学性能研究。

力学测试报告中应包含与已上市同品种产品数据的详细对比论证（对比测试或与既有试验数据对比），结合所植入节段的力学特点和周围的辅助保护措施，以明确测试结果可接受性的判定依据。对于有针对性的国内外行业标准或学术团体官方共识中的指标也可以接受。

5.腐蚀性能研究

增材制造过程中，粉体经逐层堆叠、高能束加热、快速凝固等过程，如工艺参数及后处理不当，产品较塑形加工材存在组织不均匀性及残余应力等不利因素，同时多孔结构导致产品比表面积增大，可能引起产品的耐蚀性下降，导致析出的合金元素离子浓度增高。建议针对腐蚀性能包括离子析出进行研究，试验报告应包含详细的试验方法、试验介质、温度等，并对其可接受性进行论证。应注意选择最差情况，如比表面积最大、孔隙率最高、打印方向、位置、新旧粉末混合导致的腐蚀差异性等。

6.生物相容性评价

由于新工艺和多孔导致的较大的比表面积，且打印过程中粉末成分的改变，可能引入新的生物学风险，注册申请人需要对3D打印人工椎体产品的生物相容性进行评价。建议根据GB/T 16886系列标准结合产品的耐腐蚀性、离子析出对产品的生物相容性进行评价，在缺乏相关数据时，应进行必要的生物相容性试验。

7.热原和细菌内毒素

考虑3D打印工艺中多孔结构可能涉及粉末的脱落以及细菌尸体的残留，需要针对热原和细菌内毒素进行验证。

8.MRI相容性测试

如注册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。如注册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。

9.灭菌工艺研究

产品需经最终灭菌，明确灭菌工艺（方法和参数）和无菌保证水平（SAL），SAL需达到10-6，给出灭菌确认报告。应考虑产品的高孔隙率和比表面积对生物负载的影响。如灭菌使用的方法容易出现残留,需明确残留物信息及采取的处理方法，并出具研究资料。

10.产品有效期和包装研究

按照《无源植入性医疗器械货架有效期注册申报资料指导原则（2017年修订版）》（国家食品药品监督管理总局通告2017年第75号）给出产品有效期的验证报告，不同包装的产品需分别出具验证资料。若注册申请人出具其他医疗器械产品的货架有效期验证资料，则应给出其与本次申报产品在原材料、灭菌方法、灭菌剂量、包装材料、包装工艺、包装方式及其它影响阻菌性能的因素方面具有等同性的证明资料。

11.动物实验

参照《医疗器械动物实验研究技术审查指导原则第一部分：决策原则》（国家药品监督管理局通告2019年第18号），如无法通过与已上市产品的多孔结构特征进行等同性论证，应针对3D打印人工椎体产品独特多孔结构进行动物实验，建立与拟申报产品预期用途相对应的解剖部位的动物模型进行验证，以分析申报产品对新骨形成、骨长入深度以及新生骨生物力学性能指标（例如动物实验结束后取出融合部位进行体外生物力学试验评价其结合强度、活动度以及压缩刚度等）等的影响，同时评价离子析出对周围组织的影响。可通过对骨长入的时间和结合力进行衡量，确定临床试验中预期骨长入的时间和结合力，以更好的确定临床试验观测时间。动物实验应在获得实验动物使用许可证的机构进行，并获得相应福利伦理审查和监管。

12.产品的技术要求

12.1.产品型号/规格及划分说明。

12.2.化学成分和显微组织。明确人工椎体产品的化学成分。明确3D打印人工椎体的显微组织特征，需明确打印方向和热处理与显微组织的关系。

12.3.微观结构。明确3D打印的孔径、丝径、孔隙率、通孔率、多孔层厚度等。

12.4.表面质量。多孔部分表面应无氧化皮，也应无镶嵌物、终加工沉积物和其他污染物。多孔层不得有断丝现象，端面除外。

12.5.内部缺陷。应对内部结构的缺陷如丝径断裂、闭孔等进行检测，并制定可接受依据。

12.6.力学性能。应规定产品的硬度、刚度、静态扭转、压缩、剪切、沉陷、脱出等力学性能指标。

12.7.应无菌（如适用）。

12.8.细菌内毒素。

二、相关标准

1. GB/T 16886《医疗器械生物学评价》系列标准

2. YY/T 0959《脊柱植入物 椎间融合器力学性能试验方法》

3. YY/T 0960《脊柱植入物 椎间融合器静态轴向压缩沉陷试验方法》

三、主要风险

根据YY/T 0316《医疗器械风险管理对医疗器械的应用》，充分识别3D打印人工椎体在设计、原材料、生产加工、包装、灭菌、运输、贮存、使用等生命周期内各个环节的安全特征，从生物学危害，环境危害，有关使用的危害，因功能失效、老化及存储不当引起的危害等方面，对产品进行全面的风险分析，并详述所采取的风险控制措施。

给出产品上市前对其风险管理活动进行全面评审所形成的风险管理报告，此报告旨在说明并承诺风险管理计划已被适当地实施，综合剩余风险是可接受的，已有恰当的方法获得产品相关、出厂后流通和临床应用的信息。

风险管理报告应包括风险分析、风险评价、风险控制等产品风险管理的相关资料，至少应包括产品安全特征清单、产品可预见的危害及危害分析清单（说明危害、可预见事件序列（即危害成因分析）、危害处境和可能发生的损害之间的关系、风险评价、风险控制措施以及剩余风险评价汇总表。