增材制造椎间融合器通常为单一组件，由TC4或TC4 ELI钛合金粉末通过激光或电子束在粉末床中熔融逐层制造，可实现椎间融合器实体加强结构与三维多孔结构的一体化制造。

通过增材制造工艺制造的椎间融合器，提供椎体间的稳定支撑，维持椎间隙高度，其实体加强结构主要发挥力学支撑作用，其三维多孔结构预期利于椎间融合。

根据《医疗器械分类目录》，分类编码为13-03-04，管理类别为Ⅲ类。

一、增材制造椎间融合器性能研究实验要求

增材制造椎间融合器产品可参考《椎间融合器注册技术审查指导原则》、YY 0341.2《无源外科植入物骨接合与脊柱植入物第2部分：脊柱植入物特殊要求》和YY/T 1502《脊柱植入物椎间融合器》的相关要求确定产品技术要求。

1.产品表面质量

产品的表面质量需考虑其临床植入要求满足一定的表面粗糙度，以避免刺激软组织。多孔结构的表面质量需考虑骨长入的性能。

外观和表面缺陷需符合相关标准的要求。还需对其内部结构是否存在气泡造成的孔洞、裂纹等缺陷进行检查，不可出现未熔合、层间结合不良、丝径断裂等缺陷。

2.尺寸及公差

产品尺寸标注需明确椎间融合器的长度、宽度、高度和倾角。

3.椎间融合器多孔结构

需明确孔径、丝径、孔隙率、孔隙渐变梯度（如适用）、内部连通性（如适用）、多孔结构厚度（如适用）等。

4.产品的力学性能

颈椎和胸腰椎融合器需分别确定压缩刚度。

5.无菌

无菌按压缩刚度或中华人民共和国药典无菌检查法规定进行。

6.环氧乙烷残留量（若适用）

7.材料表征

对于合金粉末材料需对质量进行控制，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，并明确其符合的标准和原材料供应商信息等。

需明确粉末可回收次数、筛分方法、新旧粉末混合比例（如适合）等，并对粉末回收情况对打印过程和产品性能影响进行验证。

8.打印工艺验证

根据产品的性能要求和预期用途，明确与产品兼容的打印设备，明确增材制造舱室环境以及材料成型关键参数，并论证合理性。同时，需验证设备的稳定性。需针对选用的增材制造工艺及工艺参数进行验证，证明满足预期性能。如工艺参数发生变化，需论证其性能不低于原有要求。

研究下列参数对产品的影响，包括产品在打印空间中的放置位置、打印方向、打印层厚、器械间距、打印支撑物的位置、类型和数量等。

9.后处理方法以及验证

后处理可能包括机加工、热等静压、热处理、支撑物或残留粉末去除、表面处理等。需评估后处理工艺对产品的安全性、有效性的影响。

10.关于多孔部分最小结构单元

需明确产品打印最小结构单元，如孔单元形态、孔径大小及其分布、丝径、孔隙率、孔隙梯度、内部连通性、多孔结构厚度等的质控范围和确定依据。

11.理化性能研究及缺陷控制

明确增材制造的终产品化学成分、显微组织及符合标准，说明其与打印方向、打印位置等之间的关系。

产品多孔结构、实体结构的力学性能可分别通过同工艺样块或试棒进行研究，需考虑增材制造后不同结构的拉伸、压缩、弯曲、剪切、冲击、硬度和疲劳性能等。不同结构的静态强度、疲劳强度、弹性模量、弹塑性应力应变关系等。

采用适用的方法对内部结构的缺陷进行监测，如丝径断裂、闭孔等。

12.产品的金属离子析出评价

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，产品与塑形加工材相比，存在组织不均匀性及残余应力等不利因素，可能引起产品的耐腐蚀性能下降，且多孔结构表面积的增大，可能导致析出的合金元素离子浓度增高。需针对产品的耐腐蚀性能及离子析出行为进行研究，研究中需明确引用的标准、试验方法、试验介质、温度等，并对其可接受性进行论证，需考量表面积大小、孔隙率、打印方向、位置、新旧粉末混合等因素对结果的影响，选取最差情况进行试验，试验可参照YY/T 1802《增材制造医疗产品增材制造钛合金植入物金属离子析出评价方法》标准进行。

13.产品的机械性能

最差情况的选择需结合产品材料属性测试、产品设计特征和预期使用部位等因素进行分析。如果采用有限元分析法，需开展有限元分析，包含模拟力学试验加载条件，明确网格划分、边界条件、收敛性、应力应变云图等信息，根据结果分析论证产品型号规格最差情况选择的合理性。必要时，可通过对抗压能力、抗拉能力、抗扭转能力、抗侧弯能力的测试，获得有限元分析所需的属性参数。对于不同的多孔结构设计、不同增材制造工艺下的产品，均需对其进行力学性能的测试。若打印设备及参数（如打印空间中的放置位置、打印方向、打印层厚、器械间距、打印支撑物的位置、类型和数量等）对力学性能有影响，需分别进行研究。对于使用新材料、新技术、新设计或具有新作用机理、新功能的产品所具有其他性能开展相应的性能研究。

13.1增材制造椎间融合器的动静态力学试验

需按照YY/T 0959《脊柱植入物椎间融合器力学性能试验方法》标准实施动静态力学性能试验，颈椎融合器对包括压缩、剪切和扭转的动静态力学进行测试，胸腰椎融合器对包括压缩、剪切的动静态力学进行测试。需考虑不同型号规格融合器的植骨区尺寸（如适用）、侧开口窗尺寸（如适用）、倾角、长度、宽度和高度等因素，分别选取颈椎和胸腰椎融合器的最差情况进行上述试验。需分别确保颈椎和胸腰椎融合器产品的力学性能试验结果在临床应用中可接受，对申报产品与同品种产品的力学性能差异，以及失效形式的差异，如多孔结构断裂、颗粒脱落等情况进行具体分析论证可接受性。

13.2增材制造椎间融合器的静态轴向压缩沉陷试验

需按照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》规定的试验方法评价增材制造椎间融合器在静态轴向压缩载荷下的沉陷倾向。通过测试获得的融合器刚度K_d和系统刚度K_s用以计算聚氨酯泡沫块K_p，反映椎间融合器沉陷或嵌入到椎体终板的倾向。K_p值小，说明融合器发生沉陷的倾向大，反之，说明融合器发生沉陷的倾向小。

13.3增材制造椎间融合器的抗冲击性能

考虑到增材制造椎间融合器在打入椎体间隙时，敲击可能造成融合器多孔结构、多孔结构与实体结合处发生断裂失效，需结合椎间融合器结构设计（多孔结构和实体结构）、持取器与融合器的机械配合设计、不同设计造成植入椎体间隙的阻力差异等因素，开展增材制造椎间融合器的抗冲击性能研究。

13.4增材制造椎间融合器的防脱出性能

考虑增材制造椎间融合器在植入初期未形成骨长入的情况下存在脱出的风险，需结合椎间融合器表面防脱出结构设计，开展增材制造椎间融合器的防脱出性能研究。

14.生物学特性研究

产品的生物相容性评价，需结合产品残留粉末、耐腐蚀性和金属离子析出行为研究，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，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、皮内刺激、迟发型超敏反应、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。

15.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。

如不对产品进行MR环境下行为属性的相关验证，需重点明确该产品尚未在MR环境下对该产品的温升、移位状况及伪影进行测试评估，明确其存在的风险，由临床医生与医疗机构综合判断临床使用风险的可控性。

16.清洗和灭菌研究

清洗工艺验证和灭菌工艺验证需根据产品特点选择最差情况，如清洗工艺验证中考虑材料残留，灭菌工艺验证中考虑表面积、孔隙率、孔径等影响微生物负载的因素。

考虑增材制造椎间融合器的设计特征、粉末床熔融成形工艺和后处理工艺（机加工、喷砂或化学清洗方法去除金属粉末）过程，产品多孔结构和粗糙表面可能存在增加微生物负载水平、残留金属粉末、喷砂介质、加工助剂和化学试剂等风险，因此，建议参照ISO 19227标准，对外观、生物负载、细菌内毒素、有机物污染（TOC/THC）、无机物污染、微粒污染等产品清洁度进行验证。金属粉末清洗效果验证可参照YY/T 1809《医用增材制造粉末床熔融成形工艺金属粉末清洗及清洗效果验证方法》标准进行，论证清洗验证方法的有效性，必要时需采用破坏性试验对其清洗方法进行验证。考虑到增材制造工艺的复杂性，其多孔结构的清洗工艺验证需由开发人完成。对生产加工过程使用的所有加工助剂等添加剂均需明确使用剂量、质量控制标准、对残留量的控制措施和接受标准、安全性评价。

对于经辐照灭菌的产品，需明确辐照剂量及相关的验证，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，需进行灭菌结果确认和过程控制，具体可参照GB 18279系列标准。对于经湿热灭菌的产品，需明确灭菌工艺参数及验证，具体可参考GB 18278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，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》进行验证。采用其他灭菌方法的需明确方法合理性和工艺确认及过程控制。

17.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。如无法通过与已上市产品的多孔结构特征进行等同性论证，需通过动物试验证明该多孔结构对骨生长的效果。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，研究增材制造椎间融合器产品多孔结构对骨长入效果的影响，关注植入后新骨形成、界面结合情况、骨长入深度、骨长入时间、局部组织反应的评价等，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。

18.稳定性研究

申报产品需参照《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。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。因此，开发人需开展产品有效期的验证并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，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、增材制造椎间融合器主要风险

参照YY/T 0316《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、原材料采购、增材制造生产加工过程、后处理、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（源）等方面，对产品进行全面的风险分析。