本文適用于人工肩關節假體，通常包括肱骨部件（如肱骨頭、肱骨柄、肱骨襯墊、肱骨托）、關節盂部件（如肩盂襯墊、肩盂托、肩盂頭、固定螺釘），通常由鈷鉻鉬合金、鈦合金、超高分子量聚乙烯、陶瓷材料制成。根據《醫療器械分類目錄》，分類編碼為13-04-03，管理類別為Ⅲ類。

人工肩關節假體根據人體肩關節的形態、構造及功能設計，通過外科手術植入人體，代替病損的肩關節，以緩解肩關節疼痛，通過其關節面的幾何形狀限制關節在一個或多個平面內的平移和旋轉運動，達到恢復肩關節功能的目的。通常由肱骨部件（如肱骨柄、肱骨頭等）和關節盂部件（如肩盂襯墊、肩盂托等）等組成。產品技術要求

一、人工肩關節假體性能研究實驗要求

1、性能指標

1.1外觀

1.2表面缺陷

1.3表面粗糙度（關節面、涂層、錐連接部位）

1.4尺寸及公差（產品部件、關節面、錐連接部位）

1.5金屬涂層形貌（厚度、孔隙率、平均孔隙截距）；對于磷酸鈣/金屬復合涂層，明確雙涂層厚度

1.6涂層靜態力學性能（拉伸強度和剪切強度）

1.7關節盂鎖定機制靜態剪切（如適用）

1.8關節運動范圍（按照假體系統進行申報時）

1.9無菌

1.10環氧乙烷殘留量（如適用）

2、化學/材料表征研究

2.1金屬材料

針對人工肩關節假體產品使用的金屬材料（如鈦合金、鈷鉻鉬合金等），需明確其材料牌號，開展符合所用材料對應標準中的相應規定的研究，如化學成分、顯微組織、力學性能、耐腐蝕性能（如使用不銹鋼材料）等研究。必要時，需開展后續加工過程對材料性能影響的研究。

2.2超高分子量聚乙烯材料

針對人工肩關節假體產品使用的超高分子量聚乙烯材料，在滿足YY/T 0963《關節置換植入物肩關節假體》、YY/T 0811《外科植入物用大劑量輻射交聯超高分子量聚乙烯制品標準要求》、GB/T 19701.1《超高分子量聚乙烯第1部分：粉料》、GB/T 19701.2《超高分子量聚乙烯第2部分：模塑料》等標準的前提下，需針對產品所用材料選取表1中適用項目開展研究。

表1超高分子量聚乙烯材料相關性能

對于高交聯超高分子量聚乙烯材料，需開展超高分子量聚乙烯類型、輻照類型（γ射線或電子束）、輻照劑量、交聯后熱處理工藝過程（如重熔或退火，時間和溫度）、機械熱處理過程的壓縮比等研究。評估交聯工藝對材料磨損性能的影響（如磨損率、磨損表面形貌、磨損失效模式、磨屑分析等）、力學性能、生物學特性等的影響。

對于含抗氧化劑高交聯超高分子量聚乙烯，需開展超高分子量聚乙烯類型、抗氧化劑的成分、抗氧化劑的添加方法（如與粉末混合或型材滲透、工藝過程中添加的穩定劑和助劑等相關信息）、輻照類型（γ射線或電子束）、輻照劑量、交聯后熱處理工藝過程（時間、溫度，如重熔或退火）、機械熱處理過程的壓縮比等研究。此外，還需開展以下研究：抗氧化劑的濃度、抗氧化劑在材料中的穩定性（在加載和/或體液環境下，隨著時間推移抗氧化劑可能逐漸析出）、抗氧化劑對材料磨損性能的影響（如磨損率、磨損表面形貌、磨損失效模式、磨屑分析等）、抗氧化劑對材料固化的影響（材料成型后的形態學分析）、生物學特性評價等。

2.3陶瓷材料

對于人工肩關節假體產品使用的陶瓷材料，需明確其物理化學性能，需開展符合所用材料對應標準中的相應規定的研究。

2.4部件表面處理

2.4.1噴砂處理

如生產工藝中對部件采用噴砂處理（預期增加骨長上效果），需開展噴砂工藝驗證，宜考慮表面形貌、粗糙度、噴砂顆粒物殘留等相關因素；對于采用骨水泥固定的假體，分析論證產品表面形貌對噴砂部件與骨水泥固定強度的影響，開展相應研究。

2.4.2表面涂層

對于含表面涂層的假體，需開展涂層制備工藝流程圖及關鍵工序的質量控制點，開展涂層的成分、厚度、形貌分析、涂層與基體的結合強度、涂層制備工藝對基體材料的影響、骨長入情況等研究。

羥基磷灰石涂層需開展符合GB 23101.2《外科植入物羥基磷灰石第2部分：羥基磷灰石涂層》標準規定的理化性能研究。

對于金屬涂層，需按照YY/T 0988.14《外科植入物用多孔涂層立體學評價的試驗方法》標準規定涂層厚度、孔隙率和平均孔隙截距的要求，開展相應研究。按照YY/T 0988.12《磷酸鈣涂層和金屬涂層的剪切試驗方法》、YY/T 0988.11《磷酸鈣涂層和金屬涂層的拉伸試驗方法》、YY/T 0988.13《磷酸鈣涂層、金屬涂層和磷酸鈣/金屬復合涂層的剪切疲勞試驗與彎曲疲勞試驗方法》和ASTM F1978《使用Taber研磨機測試金屬熱噴涂涂層耐磨性的試驗方法》標準分別進行剪切試驗、拉伸試驗、剪切疲勞試驗，并考慮對涂層的彎曲疲勞性能、耐磨性能等進行評價。等離子噴涂純鈦涂層可參照YY/T 1706.1《外科植入物金屬外科植入物等離子噴涂純鈦涂層第1部分：通用要求》標準要求，剪切強度不低于20MPa，拉伸強度不低于22MPa，疲勞試驗達到10⁷剪切應力循環不失效。按照ASTM F1978《使用Taber研磨機測試金屬熱噴涂涂層耐磨性的試驗方法》進行耐磨性能試驗，磨損100個周期后，涂層質量損耗總值小于65mg（按重量計）。

對于磷酸鈣/金屬復合涂層，應明確雙涂層厚度、金屬涂層的孔隙率、平均孔隙截距的確定依據，并開展上述性能的研究。

3、物理和機械性能研究

對于產品的機械性能研究，開發人需依據產品在各項試驗中的受力情況、產品的結構設計、規格尺寸等因素，分別選取最差情況開展試驗。

3.1組合式部件連接可靠性研究

3.1.1錐連接部位固定強度

采用錐連接結構實現連接固定的組件，如肱骨頭/肱骨托與肱骨柄，需考慮錐連接組件的材料、尺寸公差、表面粗糙度等對組件之間固定強度的影響，開展軸向脫出載荷和扭矩的研究，測試使假體組件的固定發生松脫所需要的載荷和扭矩。可根據ASTM F2009《用于測定模塊化假體錐連接的軸向拆卸力的標準試驗方法》等標準進行試驗研究，或根據產品設計和臨床使用制定測試方法。

3.1.2組件鎖定強度

對于通過機械鎖定結構連接的產品組件（如肩盂襯墊/肩盂托、肱骨襯墊/肱骨托等），需結合鎖定結構預期承受力模式，考慮組件的材料、鎖定結構設計、尺寸規格（如肱骨托/肩盂托、肱骨襯墊/肩盂襯墊的寬度、高度、厚度）等影響因素，通過靜態剪切試驗（按照YY/T 1647《關節置換植入物肩關節假體關節盂鎖定機制的靜態剪切評價試驗方法》標準進行前后方向和上下方向剪切試驗）、脫出試驗等評價肩盂襯墊與肩盂托、肱骨襯墊與肱骨托之間的鎖定強度。

3.1.3微動腐蝕

對于組合式的部件，開發人考慮產品組件材料和臨床使用受力情形，對組件之間連接、微動和腐蝕進行評估，并對結果的可接受性進行論證。

3.2人工肩關節假體運動范圍

按照YY/T 0963《關節置換植入物肩關節假體》標準規定的肱骨部件和肩盂部件之間的相對角運動范圍進行評估。相對角運動范圍的評估包含所有旋轉模式（屈曲/伸展、內旋/外旋、外展等）的數據，明確人工肩關節假體部件組合的最差情況選擇依據。

3.3人工肩關節假體磨損性能

人工肩關節假體的磨損性能研究需明確試驗設備、安裝角度、載荷和運動輸入輸出曲線、液體潤滑介質（抗菌劑選用、潤滑液體積、更換周期、變質情況說明等）、循環周期、各個樣品的磨損量和磨損率、關節面磨損區域和形貌等。需明確試驗方法、參數設定等內容詳細說明及確定依據，分析論證試驗結果的可接受性。磨損試驗中最差情況產品的選擇，需考慮假體類型、設計特點、材料、規格尺寸（如肩盂襯墊/肱骨襯墊厚度、肱骨頭/肩盂頭直徑、關節面曲率半徑間隙等）、關節面接觸應力和接觸面積、運動學、滑動距離等影響因素。

對于與國內已上市肩關節產品不具有等同性且無相關應用歷史的新的關節面材料及組合、耐磨涂層或關節曲面設計，需進行磨損試驗，對磨損量、磨損率、關節面磨損區域和形貌、磨屑的形態和尺寸分布進行表征，可參考YY/T 0652《植入物材料的磨損聚合物和金屬材料磨屑分離和表征》標準，并進行生物學特性評價，必要時進行試驗，并將其與已成功應用的人工肩關節假體數據進行比較分析，評價其臨床安全性和有效性。

3.4關節盂松動或分離動態研究

考慮假體類型、肩盂托/肱骨托幾何形狀、規格尺寸（如肩盂襯墊/肱骨襯墊傾角、厚度，肩盂托/肱骨托偏心距、傾角等）、關節面設計（如尺寸、間隙、深度、關節面限制性等）、涂層形貌、固定螺釘的設計（如直徑、螺紋型式和數量）等因素，按照YY/T 1634 《關節置換植入物肩關節假體關節盂松動或分離動態評價試驗方法》標準測試關節面在循環搖擺和扭轉的加載情況下，肩盂托/肩盂襯墊背面發生的位移量，評價假體實現初始固定和防止無菌性關節盂松動的能力。

3.5部件動態疲勞試驗

對于產品相關部件的動態疲勞試驗，開發人需依據其在各項試驗中的工況分別選取最差情況開展試驗。最差情況的選擇應結合產品的預期性能、設計特點、相應測試方法，采用有限元分析或其他已驗證的方法進行。

3.5.1肱骨柄疲勞

根據肱骨柄臨床植入位置（冠狀面和矢狀面的傾角和包埋位置）將肱骨柄柄部嵌入測試夾具中，模擬盂肱關節作用力大小和方向，通過肩盂頭或肱骨頭旋轉中心施加循環載荷，明確施加載荷與肩胛平面和肱骨矢狀面的角度，并進行支持性資料分析論證所確定的循環次數、疲勞極限的可接受性。必要時，需在不同的載荷水平下建立F-N曲線，確定產品的疲勞極限。最差情況選擇需考慮肱骨柄幾何尺寸（頸干角、厚度、寬度）、肱骨頭/肱骨托/肩盂托的規格尺寸、錐連接偏置和龍骨傾角以及肱骨襯墊/肩盂襯墊的規格尺寸（如厚度、關節面直徑）等因素對于試驗加載力臂的影響，明確最差情況的依據。

3.5.2肱骨托/肩盂托疲勞

盂肱關節作用力通過肩盂頭/肱骨頭旋轉中心作用于肱骨襯墊/肩盂襯墊的關節面，肱骨托/肩盂托存在潛在的高應力區域（如錐連接或圓柱過渡區域），可能發生疲勞斷裂失效。根據臨床植入位置將肱骨柄嵌入測試夾具中，將肱骨托/肱骨頭安裝在肱骨柄上。模擬盂肱關節作用力大小和方向，通過肩盂頭或肱骨頭旋轉中心施加循環載荷，明確施加載荷與肩胛平面和肱骨矢狀面的角度，并開展支持性研究分析論證所確定的循環次數、疲勞極限的可接受性。必要時，需在不同的載荷水平下建立F-N曲線，確定產品的疲勞極限。對于最差情況的選擇，需要考慮肱骨托/肩盂托的材料和規格尺寸（如高度、寬度、厚度、偏置、龍骨傾角）、肱骨襯墊/肩盂襯墊的規格尺寸（如厚度、關節面直徑）以及肩盂頭/肱骨頭規格尺寸（如直徑、偏置），例如較大直徑、厚度的肱骨襯墊/肩盂襯墊、較大的肱骨托/肩盂托直徑、偏心距，力臂可能會增加，因此施加到肱骨托/肩盂托的力矩可能會增加，從而造成肱骨托/肩盂托的過渡區域承受應力的最差情況。

3.6 固定螺釘力學性能

考慮固定螺釘的螺紋型式、尺寸規格等對力學性能的影響因素，開展螺釘最大扭矩和斷裂扭轉角、軸向拔出力、旋入扭矩和旋出扭矩、自攻力（如適用）性能研究。可根據ASTM F543《金屬醫用骨釘的軸向和扭轉試驗方法》、YY/T 1506《外科植入物金屬接骨螺釘旋動扭矩試驗方法》等標準進行試驗研究。

3.7 肱骨部件與縫線配合使用性能研究

對于預期與縫線配合使用的肱骨部件，需明確配合使用的縫線材質、線徑等信息，明確肱骨部件孔的設計特征信息（孔徑、倒角、表面質量等），評估其切割縫線的風險。

3.8 陶瓷肱骨頭破碎研究

對于陶瓷肱骨頭，需開展靜態加載破碎試驗、疲勞試驗、疲勞試驗后破碎試驗等研究。

3.9 關節面運動限制性研究      

考慮假體類型、規格尺寸、關節面設計（如限制程度、尺寸、間隙）以及關節面自由度和運動程度的限制（軸向旋轉和沿軸水平運動）等因素，選擇假體的最差情況組合，開展人工肩關節假體內外旋轉、前后方向位移和上下方向位移的關節面約束能力研究。

4、生物學特性研究

產品的生物相容性評價需涵蓋終產品及其涂層，按照GB/T 16886.1《醫療器械生物學評價第1部分：風險管理過程中的評價與試驗》中的系統方法框圖及《國家食品藥品監督管理局關于印發醫療器械生物學評價和審查指南的通知》中的審查要點進行風險評價，充分考慮磨損、微動腐蝕等因素的影響，必要時，根據GB/T 16886系列標準進行生物學試驗。生物學評價終點一般包括細胞毒性、刺激或皮內反應、致敏性、急性全身毒性、亞慢性全身毒性、遺傳毒性、植入、材料介導的致熱性等。

5、磁共振兼容性研究

產品若預期在磁共振（MR）環境中使用，建議開展MR環境下的行為屬性的相關驗證，根據YY/T 0987系列標準對產品在MR環境下的磁致位移力、磁致扭矩、射頻致熱、偽影等項目進行評估。需根據研究報告，明確MR試驗設備、磁場強度、比吸收率（SAR）等試驗參數及溫升、位移力、扭矩及偽影評估結果。

6、清洗和滅菌研究

明確生產工藝中涉及的各種加工助劑（如切削液等）的質量控制標準。明確產品的清洗過程，開展經清洗過程后加工助劑殘留控制的驗證。對生產加工過程使用的所有加工助劑等添加劑均需說明使用劑量、對殘留量的控制措施和接受標準以及安全性進行評價。

明確用于保證產品無菌的質量保證體系與滅菌工藝（方法和參數）和無菌保證水平（SAL）。產品的無菌保證水平（SAL）需達到10^-6。

對于經輻照滅菌的產品，需明確輻照劑量及相關的驗證報告，具體的劑量確定依據可參照GB 18280系列標準。對于經環氧乙烷滅菌的產品，需開展滅菌結果確認和過程控制，具體可參照GB 18279系列標準。

對于非滅菌包裝的終產品，需明確推薦采用的滅菌方法并驗證。采用其他滅菌方法的需開展方法合理性論證和工藝確認及過程控制。

7、動物試驗研究

需按照《醫療器械動物試驗研究注冊審查指導原則第一部分：決策原則》決策是否需開展動物試驗研究。如開展動物試驗研究，需按照《醫療器械動物試驗研究注冊審查指導原則第二部分：試驗設計、實施質量保證》進行，并遵循3R原則。需關注動物模型建立的科學性和合理性，以及對臨床的借鑒意義。

7、穩定性研究

需參照《無源植入性醫療器械穩定性研究指導原則》開展產品穩定性研究。

貨架有效期驗證中需要明確滅菌產品的包裝材料、包裝工藝及方法、加速老化試驗或/和實時老化試驗。加速老化試驗中需明確試驗溫度、濕度、加速老化時間的確定依據。老化試驗需對包裝完整性和包裝強度進行評價試驗，如染色液穿透試驗、氣泡試驗、材料密封強度試驗、模擬運輸等。不同包裝、不同滅菌方式的產品需分別進行驗證。

對于非滅菌產品，貨架有效期的確定需建立在科學試驗的基礎上，如穩定性試驗，其目的是考察產品在溫度、濕度、光線的影響下隨時間變化的規律，為產品的生產、包裝、貯存、運輸條件提供科學依據，同時通過試驗建立產品的有效期。因此，開發人在產品注冊時需開展產品有效期的驗證及明確內包裝材料信息。

需開展運輸穩定性驗證，可依據有關適用的國內、國際標準和驗證方案進行，如：產品包裝的跌落試驗、振蕩試驗等，開展運輸穩定性驗證，證明在規定的運輸條件下，運輸過程中環境條件不會對醫療器械的特性和性能造成不利影響。

二、人工肩關節假體風險管理

開發人需對產品全生命周期實施風險管理，參照GB/T42062《醫療器械風險管理對醫療器械的應用》，充分識別產品的設計、原材料、制造過程、產品包裝、滅菌、運輸、貯存、使用等產品生命周期內各個環節的安全特征，從生物學危險（源）、環境危險（源）、有關植入過程的危險（源）、由功能失效、疲勞所引起的危險（如肩關節假體不穩/脫位、松動、組件分離、假體斷裂、組件尺寸不匹配、襯墊磨損等失效風險）等方面，對產品進行全面的風險分析。