3D打印人工椎體適用于因椎體病變或者損傷進行椎體切除后，以與其上下方正常椎體行融合固定為目的。為采用激光或者電子束熔融等3D打印增材制造手段生產的，配合脊柱內固定系統使用的，并采用植骨填充的，標準化規格的TC4、TC4 ELI鈦合金人工椎體。

一、3D打印人工椎體的研發實驗要求

1.原材料控制

對于鈦合金粉末材料應該給出詳細的材質單，包括粉末成分、粒度、粒徑分布、球形度、松裝密度、振實密度、流動性等，并應明確其所符合的標準。若原材料外購，需明確原材料供應商并附其資質證明文件、供銷關系證明文件（供銷協議）、質量標準及驗證報告。注冊申請人應對粉末可回收次數、新舊粉末混合比例（如適用）等進行規定，并進行其對打印過程和產品性能影響的驗證。

2.產品成分和顯微組織要求

明確3D打印的終產品化學成分以及所符合的相關標準。明確顯微組織與打印方向、打印位置、新舊粉末比例等之間的關系。

3.產品微觀結構和缺陷

應給出產品打印最小單元格的選擇設定依據，給出孔隙率、孔徑、絲徑、內部連通性、多孔結構的厚度、孔隙梯度的選擇確定依據，包含對力學性能的影響、對骨生成的作用。對內部多孔結構的絲徑斷裂、閉孔等缺陷以及實體結構的分層、氣孔等應采用合適的手段進行檢測，并制定可接受的指標和給出相關依據。

4.產品力學性能研究

（1）標準試驗：可參考標準YY/T 0959、YY/T0960等相關標準進行人工椎體動靜態壓縮試驗、壓縮剪切、扭轉試驗、沉陷試驗。除此之外還應該考慮人工椎體脫出、植入過程中的抗沖擊性等試驗，詳述所有性能指標及檢驗方法的確定依據，給出采用的原因及理論基礎，出具涉及到的研究性資料、文獻資料和/或標準文本，并給出結果的臨床可接受依據。

（2）生物臺架試驗（可考慮）：可以采用人尸體脊柱進行體外生物力學試驗，以確認申報產品的預期性能。選擇的人尸體應能代表該產品的適用范圍/適應證、臨床使用中預期的解剖部位、生理學、生物力學和體內載荷、與內固定器械配合使用、手術入路等方面，并給出選擇的依據。

（3）生物力學模型測試（可考慮）：注冊申請人可以采用脊柱生物力學模型對產品進行力學性能驗證，并給出模型參數選擇的依據。該生物力學測試目的主要是正確模擬人體脊柱運動的規律性能及脊柱力學性質的變化，載荷及力學重心的確定。

（4）最差情況選擇：應根據產品適用部位選擇不同試驗類型中最薄弱、最易失效（包括服役期和植入過程中容易失效的）的型號規格進行?？梢圆捎糜邢拊M等方法進行選擇，應考慮到實際臨床使用中內固定器械、相鄰椎體作用力及在體的骨整合過程對彈性模量、應力分布等有限元分析模型參數的影響，需出具有限元模型準確性的驗證資料。對3D打印的產品應該明確產品打印方向，并根據各向異性規定材料的力學參數，可采用同工藝制備的樣品塊進行不同方向的力學性能研究。

力學測試報告中應包含與已上市同品種產品數據的詳細對比論證（對比測試或與既有試驗數據對比），結合所植入節段的力學特點和周圍的輔助保護措施，以明確測試結果可接受性的判定依據。對于有針對性的國內外行業標準或學術團體官方共識中的指標也可以接受。

5.腐蝕性能研究

增材制造過程中，粉體經逐層堆疊、高能束加熱、快速凝固等過程，如工藝參數及后處理不當，產品較塑形加工材存在組織不均勻性及殘余應力等不利因素，同時多孔結構導致產品比表面積增大，可能引起產品的耐蝕性下降，導致析出的合金元素離子濃度增高。建議針對腐蝕性能包括離子析出進行研究，試驗報告應包含詳細的試驗方法、試驗介質、溫度等，并對其可接受性進行論證。應注意選擇最差情況，如比表面積最大、孔隙率最高、打印方向、位置、新舊粉末混合導致的腐蝕差異性等。

6.生物相容性評價

由于新工藝和多孔導致的較大的比表面積，且打印過程中粉末成分的改變，可能引入新的生物學風險，注冊申請人需要對3D打印人工椎體產品的生物相容性進行評價。建議根據GB/T 16886系列標準結合產品的耐腐蝕性、離子析出對產品的生物相容性進行評價，在缺乏相關數據時，應進行必要的生物相容性試驗。

7.熱原和細菌內毒素

考慮3D打印工藝中多孔結構可能涉及粉末的脫落以及細菌尸體的殘留，需要針對熱原和細菌內毒素進行驗證。

8.MRI相容性測試

如注冊申請人對申報產品進行了MRI相容性的相關驗證，應根據研究報告，列出MRI試驗設備、磁場強度、比吸收率（SAR）等試驗參數及溫升、位移力及偽影評估結果。如注冊申請人未對申報產品進行MRI相容性的相關驗證，應重點明確該產品尚未在磁共振（MRI）環境下對該產品的溫升、移位狀況及偽影進行測試評估。并在說明書的警示中注明相關內容，提示其存在的風險。

9.滅菌工藝研究

產品需經最終滅菌，明確滅菌工藝（方法和參數）和無菌保證水平（SAL），SAL需達到10-6，給出滅菌確認報告。應考慮產品的高孔隙率和比表面積對生物負載的影響。如滅菌使用的方法容易出現殘留,需明確殘留物信息及采取的處理方法，并出具研究資料。

10.產品有效期和包裝研究

按照《無源植入性醫療器械貨架有效期注冊申報資料指導原則（2017年修訂版）》（國家食品藥品監督管理總局通告2017年第75號）給出產品有效期的驗證報告，不同包裝的產品需分別出具驗證資料。若注冊申請人出具其他醫療器械產品的貨架有效期驗證資料，則應給出其與本次申報產品在原材料、滅菌方法、滅菌劑量、包裝材料、包裝工藝、包裝方式及其它影響阻菌性能的因素方面具有等同性的證明資料。

11.動物實驗

參照《醫療器械動物實驗研究技術審查指導原則第一部分：決策原則》（國家藥品監督管理局通告2019年第18號），如無法通過與已上市產品的多孔結構特征進行等同性論證，應針對3D打印人工椎體產品獨特多孔結構進行動物實驗，建立與擬申報產品預期用途相對應的解剖部位的動物模型進行驗證，以分析申報產品對新骨形成、骨長入深度以及新生骨生物力學性能指標（例如動物實驗結束后取出融合部位進行體外生物力學試驗評價其結合強度、活動度以及壓縮剛度等）等的影響，同時評價離子析出對周圍組織的影響?？赏ㄟ^對骨長入的時間和結合力進行衡量，確定臨床試驗中預期骨長入的時間和結合力，以更好的確定臨床試驗觀測時間。動物實驗應在獲得實驗動物使用許可證的機構進行，并獲得相應福利倫理審查和監管。

12.產品的技術要求

12.1.產品型號/規格及劃分說明。

12.2.化學成分和顯微組織。明確人工椎體產品的化學成分。明確3D打印人工椎體的顯微組織特征，需明確打印方向和熱處理與顯微組織的關系。

12.3.微觀結構。明確3D打印的孔徑、絲徑、孔隙率、通孔率、多孔層厚度等。

12.4.表面質量。多孔部分表面應無氧化皮，也應無鑲嵌物、終加工沉積物和其他污染物。多孔層不得有斷絲現象，端面除外。

12.5.內部缺陷。應對內部結構的缺陷如絲徑斷裂、閉孔等進行檢測，并制定可接受依據。

12.6.力學性能。應規定產品的硬度、剛度、靜態扭轉、壓縮、剪切、沉陷、脫出等力學性能指標。

12.7.應無菌（如適用）。

12.8.細菌內毒素。

二、相關標準

1. GB/T 16886《醫療器械生物學評價》系列標準

2. YY/T 0959《脊柱植入物 椎間融合器力學性能試驗方法》

3. YY/T 0960《脊柱植入物 椎間融合器靜態軸向壓縮沉陷試驗方法》

三、主要風險

根據YY/T 0316《醫療器械風險管理對醫療器械的應用》，充分識別3D打印人工椎體在設計、原材料、生產加工、包裝、滅菌、運輸、貯存、使用等生命周期內各個環節的安全特征，從生物學危害，環境危害，有關使用的危害，因功能失效、老化及存儲不當引起的危害等方面，對產品進行全面的風險分析，并詳述所采取的風險控制措施。

給出產品上市前對其風險管理活動進行全面評審所形成的風險管理報告，此報告旨在說明并承諾風險管理計劃已被適當地實施，綜合剩余風險是可接受的，已有恰當的方法獲得產品相關、出廠后流通和臨床應用的信息。

風險管理報告應包括風險分析、風險評價、風險控制等產品風險管理的相關資料，至少應包括產品安全特征清單、產品可預見的危害及危害分析清單（說明危害、可預見事件序列（即危害成因分析）、危害處境和可能發生的損害之間的關系、風險評價、風險控制措施以及剩余風險評價匯總表。