外科植入物中的骨关节假体（人工关节）是主要用于治疗畸形、退行性病变、骨关节炎等导致的疼痛或功能丧失等骨关节疾病晚期的生物材料制品。迄今已研制出膝、髋、肘、肩、指、趾、踝关节等假体用于临床关节置换手术。而关节假体材料的选择及设计直接关系到人工关节在人体内是否能真正解除患者的疼痛、提供长期坚强、稳定的关节运行等临床要求。  

图1. 典型关节植入物在人体关节部位的应用

为了确保关节假体的安全性和有效性，国际标准化组织（ISO）、美国材料测试协会（ASTM）以及我国的相关标准化委员会制定了大量的标准，可按照植入物设计基本路线对关节材料、设计等一系列相关步骤进行规范化。

图2.关节植入体设计研发路线图

1.关节置换植入物材料标准

1.1标准

国际通用的标准有ISO 14630、ISO 21534 、ISO 10993等。1987年，为满足我国医疗器械发展的需要，我国于1997年将ISO 10993陆续转化成国标GB/T 16886，并于1998年，将GB/T 16886编写进教材，开展GB/T 16886的宣传贯彻工作。目前我国已经成立13个骨关节相关材料的技术标准化委员会，制定行业标准超过600个，国家标准超150个。目前为适应市场发展需求，进一步确保质量，中国药监局会不定期对某些标准进行修订，单是2021年下达医疗器械国家标准制修订计划38项，医疗器械行业标准制修订计划79项。

1.2材料

关节植入物材料在选择时首先应该考虑到材料本身的生物相容性；物理、化学和机械性能；降解特性；磨损性能。同时也应该考虑到制造、处理、贮存等工艺的影响及材料表面施加的处理对人体组织和体液可能产生的影响。总体还是应该以最终使用环境进行考察材料的适用性。

国内应用较为普遍的关节植入物材料主要还是金属、超高分子量聚乙烯（Ultra High Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE）、陶瓷等，具体见表1。每种材料在运用中的具体设计会存在差异，具体的考量标准也会不同。

表1 常见的关节置换植入物材料、国内参考标准

2.关节置换植入物设计标准

 2.1 设计属性

制造商在制造或研发前就会考虑材料属性。基于植入部位的相关骨骼、关节特性，首要应遵循安全原则，特别应考虑其毒性，材料与生物组织、细胞及体液的相容性。然后以ISO 14630-2012 、ISO 7206-2-2011、GB/T 12417.2-2008等标准为主，从植入物尺寸、形状、关节面和其他表面的磨损、植入物稳定性、关节假体关节面的表面粗糙度等各方面进行综合设计。关于关节假体材料的部分设计标准可参见表2。

表2  关节植入物部分设计属性的国内标准

2.2 设计评价

关节置换植入物的设计评价主要分为以下：临床前评价、临床评价以及上市后的监督三个阶段。

2.2.1 临床前评价

首先在安全、有效的材料两大选择原则上进行后续实验。而植入物的质量以及临床医疗使用的安全、有效，必须对其生产过程中涉及到的非活性材料进行生物相容性评价，以作为生产和产品质量的先行基石，也是企业关注的重要问题。材料的生物相容性评价以ISO 10993(或国家标准GB/T 16886)为参考，从血液、免疫、组织、材料四方面进行评价，包括血液相容性、细胞毒性、全身毒性、遗传毒性、材料致敏性、致癌性、生物降解试验等项目。

另外还有一些从关节植入物假体的运动范围、配合性、疲劳性能、磨损情况等评价植入物。如关节假体磨损在日常运动中是影响假体服役的主要因素，必须从各方面进行植入体的临床前评价，以保证假体的有效服役。比如YY/T 0651就规定外科植入物全髋关节假体磨损实验的测量方法、磨损实验载荷及试验环境等；YY/T 1426就外科植入物全膝关节假体的磨损也进行了相关规定。

2.2.2 临床评价

根据我国2020年制定的《医疗器械安全和性能的基本原则》，所谓临床评价，就是对临床数据进行评估，确定医疗器械具有可接受的风险受益比，包括：临床试验报告（体外诊断试剂临床性能评价报告）、临床文献资料、临床经验数据几种形式。临床试验的开展符合《赫尔辛基宣言》的伦理原则，以保护受试者的权利、安全和健康为重要考虑因素。ISO 14155、YY/T 0297均指出了临床试验计划内容、实施过程、报告整理、评估时各方的责任等。

2.2.3 上市后监督

ISO 13485-2016、YY/T0287-2017两项标准都明确指出增加“上市后监督”这一术语。上市后监督是指：收集和分析从已经上市的医疗器械获得经验的系统过程，包括反馈、抱怨处理、向监管机构报告、交付之后发现不合格品的响应措施、数据分析及改进系列内容。

用于人体的这种关节植入物，必须严格控制其安全性。在材料选择、植入体设计、植入体评估等方面均已有大量标准或指导原则可供参考，需要随时跟进相关机构动态，以最新颁布通知或标准为准。

 

参考文献：

1.ISO 14630:2012  Non-active surgical implants :General requirements

2.ISO 21534:2007  Non-active surgical implants:Joint replacement     implants:Particular requirements

3.ISO 10993-1:2018  Biological evaluation of medical devices  Part 1: Evaluation and testing within a risk management process.

4.GB/T 16886 医疗器械生物学评价

5.GB 4234.1-2017 外科植入物 金属材料 第1部分：锻造不锈钢

6.GB 23102-2008 外科植入物　金属材料　Ti-6Al-7Nb合金加工材

7.YY 0117.2-2005 外科植入物 骨关节假体锻、铸件ZTi6A14V钛合金铸件

8.GB/T 19701-2016外科植入物　超高分子量聚乙烯

9.GB 23101外科植入物 羟基磷灰石

10.YY/T 0924.2-2014外科植入物 部分和全膝关节假体部件  第2部分:金属、 陶瓷和塑料关节面

11.GB/T 22750-2008外科植入物用高纯氧化铝陶瓷材料

12.ISO 7206-2:2011 Implants for surgery - Partial and total hip joint prostheses - Part 2: Articulating surfaces made of metallic, ceramic and plastics materials.

13.GB/T 12417.2-2008 无源外科植入物.骨接合与关节置换植入物.第2部分:关节  置换植入物特殊要求

14.GB 4234.1-2017外科植入物　金属材料第1部分：锻造不锈钢

15.YY/T 0651.3-2020 外科植入物 全髋关节假体的磨损 第3部分：轨道轴承型磨损试验机的载荷和位移参数及相关的试验环境条件

16.YY/T 1426.1-2016 外科植入物 全膝关节假体的磨损.第1部分:载荷控制的磨损试验机的载荷和位移参数及相关的试验环境条件

17.ISO 14155:2020 Clinical investigation of medical devices for human subjects — Good clinical practice.

18.YY/T 0297-1997医疗器械临床调查

19.ISO 13485:2016 Medical devices - Quality management systems - Requirements  for regulatory purposes

20.YY/T 0287-2017医疗器械 质量管理体系 用于法规的要求

21.YY 0341-2017 骨接合用非有源外科金属植入物 通用技术条件

22.梁芳慧. 关节置换植入物材料、设计与临床应用相关标准综述[J]. 生物骨科材料与临床研究, 2010, 7(001):36-39.

23.吕杰, 程静, 侯晓蓓. 生物医用材料导论[M]. 上海:同济大学出版社, 2016.11-12.