骨科用植入物评价技术简介

*,单击此处编辑母版标题样式,四川医疗器械生物材料和制品检验中心,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,骨科用植入物评价技术简介,国家生物医学材料工程技术研究中心（四川大学）,四川医疗器械生物材料和制品检验中心,梁 洁,骨科用植入物,长干骨骨折示意；,From,：,http:/,股骨颈骨折示意：,From,：,http:/ 03402002,外科植入物 基本原则（,ISO/TR 14283:1995,）,GB/T 16886,医疗器械生物学评价（,ISO 10993,）,YY/T 06402008,无源外科植入物 通用要求（,ISO 14630:2005,）,EN 12442-1,应用于医疗器械制造的动物组织及其衍生物 第,1,部分：风险分析及管理（,ISO 22442-1,）,EN 12442-2,应用于医疗器械制造的动物组织及其衍生物 第,2,部分：资源寻求、收集及操作的控制（,ISO 22442-2,）,EN 12442-3,应用于医疗器械制造的动物组织及其衍生物 第,3,部分：病毒及遗传因子去除和（或）灭活的确认（,ISO 22442-3,）,四川医疗器械生物材料和制品检验中心,骨科植入物,-,材料与基本要求标准,YY0117.1-2005,外科植入物 骨关节假体锻、铸件,Ti6Al4V,钛合金锻件,YY0117.2-2005,外科植入物 骨关节假体锻、铸件,ZTi6A14V,钛合金铸件,YY0117.3-2005,外科植入物 骨关节假体锻、铸件 钴铬钼合金铸件,ISO 5832,系列标准,YY 0303-1998,医用羟基磷灰石粉料,四川医疗器械生物材料和制品检验中心,骨科植入物,-,针对某一器械的专用标准,YY 0118-2005,髋关节假体,YY 0017-2008,骨接合植入物 金属直型接骨板,YY 0018-2008,骨接合植入物 金属接骨螺钉,YY 0019-2002,骨接合植入物 金属髓内针,YY 0119-2002,骨接合植入物 金属矫形用针,YY 0120-2002,骨接合植入物 金属矫形用棒,YY 0345-2002,骨接合植入物 金属骨针,YY 0305-1998,羟基磷灰石生物活性陶瓷,四川医疗器械生物材料和制品检验中心,骨科植入物,-,特点与要求,要求：,生物相容,生物安全性,符合,ISO10993,或,GB/T10886,标准,力学相容性,弹性模量与骨接近,足够的力学强度,初始、最终,可靠性,长期有效,经济性,不太昂贵,其它,抗磨损性,四川医疗器械生物材料和制品检验中心,骨科植入物,-,特点与要求,与骨组织的结合：,结合类型 结合性质 材料类型 要求,形态结合 机械嵌合或锁合 生物惰性材料 紧密配合,生物学结合 长入多孔材料的组织 多孔材料 不承受大,与植入体的交联 的切应力,生物活性结合 植入体,-,组织界面化学键合 生物活性材料 磷灰石表面,*骨性结合：新骨与植入体间无纤维结缔组织层插入的光学显微镜下的直接接触,四川医疗器械生物材料和制品检验中心,骨科植入物,-,技术性能要求,理化,基本理化性能：常用控制指标，要求明确，相对简单有效，举例：材料化学成分，机械性能，表面性质等；,生物,生物学评价，遵循,GB/T16886,系列标准，以结果为导向，解决目前科学发展对理化性质与生物反应之间关系认识不足的问题；,特殊,根据植入物的特定预期用途，需特别考虑的评价项目；例：骨关节的疲劳和磨损性能等；,四川医疗器械生物材料和制品检验中心,骨科植入物,-,安全性评价要点,骨科植入物涉及材料：金属、陶瓷、高分子聚合物、人工杂化材料、组织工程材料等。涉及标准体系多而繁杂。,植入材料属于与人体持久接触的器械，与机体的相互作用复杂，其生物学评价需严格按照,GB/T16886.1,标准推荐的项目进行，在需要的时候，应考虑附加的安全性实验。,对骨科植入物的评价，应尽量在其最终使用状态，并考虑其预期用途的前提下进行。其包装及灭菌使用方式也应该考虑。,四川医疗器械生物材料和制品检验中心,骨科植入物,-,主要技术性能要求,-,金属材料,材料,型号,加工条件,质量标准,优点,失效,用途,不锈钢,316L,退火,冷加工,冷锻,ISO5832-1,，,5832-9,ASTMF138,，,F621,，,F139,，,F55,，,F66,力学性能优良,价良,缝隙腐蚀,应力腐蚀,骨折和脊柱固定,钴合金,铸造,锻造,冷加工,ISO5832-4,，,ASTMF799,，,YY011T03,，,ISO5832-7,，,ASTMF562,易加工,抗腐蚀,力学性能优秀,人工髋关节股骨头,其他骨科应用,钛合金,CP-,钛（纯钛）,Ti-6AL-4V,（,TC4,）,ISO5032,，,ASTMF67,，,ISO5832-3,，,ASTMF136,，,YYO117.1,2,优良的生物相容性,骨整合，抗腐蚀，良好的力学相容性，足够的强度和韧性,缺口或划痕，磨损，,V,等离子的析出,牙种植体，多孔表面网，骨折，脊柱内固定，人工关节,四川医疗器械生物材料和制品检验中心,骨科金属材料,-,材料,不锈钢,高强度和韧性，可耐生理腐蚀，价廉,铁碳合金：含,Cr,Ni,Mo,及少量,Mn,P,S,Si,抗腐蚀性：表面钝化的,Cr,2,O,3,膜,低的,C,含量：,C0.03wt%,避免碳化物偏析，及腐蚀引起的断裂,稳定奥氏体：加,Ni,晶粒尺寸：,不锈钢,铸造钴合金：避免晶粒长大和偏析,锻造钴合金：力学性能,铸造型,冷加工：立方相,六方相，晶粒细化（,不锈钢、,Co,合金,优良的生物相容性,骨性结合,良好的力学相容性,弹性模量低，应力屏蔽作用小,缺点：,硬度低，较,Co,合金低,15%,，对缺口的敏感性,质量关键：,低的且适当增加的氧含量,纯钛（,IV,级,CP,）,氧：,0.4wt%,屈服强度：,485MP,0.18wt%,屈服强度：,170MP,相组成的相对控制,用途：,人工关节，骨折及脊柱固定，牙种植体,四川医疗器械生物材料和制品检验中心,骨科金属材料,-,材料,过量的,Co,、,Cr,、,Mo,、,V,、,Ti,、,Al,可溶性离子导致的毒性：,Co,：红细胞增多，甲状腺功能减退，心脏病，致癌,Cr,：肾病，过敏症，致癌,Ni,：湿疹，皮疹，过敏，致癌,V,：心、肾功能障碍，高血压，抑郁性精神病,Ti,：易患肺病，血小板降低,Al,：肾衰，贫血，骨软化，神经功能失调,-,防止措施：生成和保持表面完整的钝化膜；恰当的材质和结构减少磨屑。,四川医疗器械生物材料和制品检验中心,骨科金属材料,-,显微组织,组成和微观结构,组成：化学成份（元素）,微观结构：晶体结构，相组成，晶粒尺寸,与加工工艺密切相关,奥氏体及双相不锈钢金相组织,00Cr17Ni14Mo2(316L),四川医疗器械生物材料和制品检验中心,骨科植入体,主要力学性能参数（机械性能）,弹性模量,力学相容性,屈服强度,弹性,/,塑形转变强度,抗拉强度,断裂强度,断裂韧性,破坏材料所需的能量,疲劳强度,循环加载一定次数（,10,7,次）能承受的最大应力。,硬度,材料的使用性能,四川医疗器械生物材料和制品检验中心,骨科植入体,主要力学性能参数,多向应力状态,股骨皮质骨的强度,加载方式 最大强度（,MPa,）,长轴方向,拉伸,133,压缩,193,剪切,68,横向,拉伸,51,压缩,133,数据来源：,Reilly,DT,Burstein AH:The elastic and ultimate properties of compact bone tissue.J Biomech 1975;8;393-405.,四川医疗器械生物材料和制品检验中心,骨科金属材料,耐腐蚀性能,恒温水浴筛选、点蚀电位,YY 0341-2002,骨结合用非有缘外科金属植入物通用技术条件；,YY/T 1074-2002,外科植入物不锈钢点蚀电位,植入物与人体长期接触，耐腐蚀性实验用于模拟人体环境，但请注意：现有的方法不能完全模拟人体内的真实环境，并且，材料植入体内后，腐蚀现象无时无刻都在发生，其释放的物质可能造成机体组织的损伤，也可能由于腐蚀，导致器械的使用性能发生变化，最终导致植入物失效。,四川医疗器械生物材料和制品检验中心,骨科植入体,表面缺陷,YY 0341-2002,YY/T 0343-2002,骨结合金属植入物表面不得有不连续性缺陷；,采用液体渗透检验；,表面粗糙度,YY 0017,YY 0018,YY 0019,YY 0119,YY 0120,YY 0345,YY 0346;,标准块比较法；,表面缺陷与表面粗糙度不仅关系着材料的机械性能及耐腐蚀性，也是器械加工质量的标志，也决定了植入后周围组织与器械的反应。,重要部位尺寸和公差（关节假体尤其重要）,决定器械各部分之间，以及器械与器械之间的装配及使用性能；,四川医疗器械生物材料和制品检验中心,骨科植入体,消毒灭菌和封装,菌检：消毒灭菌剂残留量：环氧乙烷、微生物和细菌灭活,消毒灭菌导致的性能变化,产品标记,有可能会影响产品的预期,性能及最终的使用,From,：,四川医疗器械生物材料和制品检验中心,骨科植入物,-,生物相容性评价,评价项目的选择,-,依据标准：,GB/T 16886.1-2001,推荐进行的生物学评价项目：,基本评价试验,：,细胞毒性；,致敏（迟发型超敏反应）；,遗传毒性；,植入；,补充评价试验：,慢性毒性；,致癌性；,注意：此选择为制定评价程序的框架，不是核对清单！决定评价项目选择的依据是预期用途以及风险,/,受益的分析！,四川医疗器械生物材料和制品检验中心,骨科植入物,-,生物相容性评价,ISO 10993.1-2003,基本评价试验,：,细胞毒性；致敏（迟发型超敏反应）；,刺激与皮内反应；急性全身毒性；亚急性或亚慢性全身毒性；,遗传毒性；植入；,补充评价试验：,慢性毒性；致癌性；,强调：评价可以基于相应的经验和实际的试验数据。如果材料本身具有明确的，与预期使用用途一致的临床应用历史，得到评价结论可能无需进行实验。,由于医疗器械本身的多样性，列表中的试验对某一器械而言可能是不必要的或可操作的。同样，某些没有在列表中的试验在针对某一特定器械时有必要进行的，因此，对医疗器械生物学评价项目的选择需在充分考虑器械的预期用途与特点后由有经验的评价人员进行。,四川医疗器械生物材料和制品检验中心,骨科植入物,-,生物相容性评价,性能要求,生物相容性：,影响因素：生理腐蚀；磨损微粒,淋巴管 血管,近端（局部反应）远端（全身反应）,淋巴结坏死，组织细胞病；肝、脾、淋巴肉芽肿，过敏反应，遗传毒性，致癌性,刺激，炎症，异物反应,骨丢失,From,：,http:/,四川医疗器械生物材料和制品检验中心,生物相容性评价,生物相容性试验和评价,材料,/,器械在机体中的反应,材料反应：由体液、细胞、酶等机体作用引起的材料降解、生理腐蚀、性能褪变等,宿主（机体）反应：材料,/,器械引起的机体反应,四川医疗器械生物材料和制品检验中心,生物相容性及其检验评价,反应结果,植入材料或器械被机体接受；,由于器械或材料的物理、化学、力学和生物学性能等各方面的性能优良，能被机体所接受，未出现组织反应或只出现轻微的组织反应；,植入材料或器械部分被机体组织接受；,因材料或器械的某些性能还不能为机体接受而出现一些不良反应；,植入材料或器械不能为机体组织接受，因而引起很多不良反应，甚至危及生命,四川医疗器械生物材料和制品检验中心,骨结合植入物,-,概述,骨接合植入物：,主要是临床用于治疗骨折的产品；,主要包括：金属接骨板、金属接骨螺钉、金属髓内针、金属矫形用钉、金属矫形用棒等,AO,临床骨折治疗,4,原则：,复位与固定重建解剖关系,根据骨折的特点选择固定方式,细致操作，轻柔复位以保护软组织及血供,全身及患部的早期和安全的活动训练,决定手术成功的因素：,材料系统,植入器械的形态结构设计,生物学环境：手术设计及技术，术后护理和维护,四川医疗器械生物材料和制品检验中心,骨结合材料的失