骨科植入物金属等离子喷涂涂层测试——以支持重新考虑上市后监测要求：行业与FDA审评人员/工作人员指南
Guidance for Industry on the Testing of Metallic Plasma Sprayed Coatings on Orthopedic Implants to Support Reconsideration of Postmarket Surveillance Requirements - Guidance for Industry and for FDA Reviewers/Staff
发布日期：2000-02-01
状态：Final（最终） 类型：Guidance Document 类别：上市后 受试者：Postmarket 案卷号：FDA-2020-D-0957
官方来源
https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/guidance-industry-testing-metallic-plasma-sprayed-coatings-orthopedic-implants-support PDF：https://www.fda.gov/media/74184/download
INFO
本内容由英文原文机器辅助翻译，并经结构校对。如有歧义，以英文官方文本为准。
官方文件全文
《行业与FDA审评人员/工作人员指南：骨科植入物金属等离子喷涂涂层测试——以支持重新考虑上市后监测要求》，2000年2月2日发布。本文件取代1999年2月22日发布的同名指南草案。美国卫生与公众服务部，美国食品药品监督管理局，器械和放射健康中心，上市后监测办公室，监测与生物计量司，上市后监测研究处。
公众评论意见和建议可在任何时候提交上市后监督研究处（Postmarket Surveillance Studies Branch, HFZ-543, Office of Surveillance and Biometrics, 1350 Piccard Drive, Rockville MD 20850）审议。在文件下一次修订或更新之前，FDA不得就评论意见采取行动。关于本指南的使用或解释问题，请联系 Daniel S. McGunagle，电话：(301) 594-0643 或 dsm@cdrh.fda.gov。
可通过 CDRH 网站获取额外副本，或致电 CDRH Facts on Demand 1-800-899-0381 或 301-827-0111，在提示时输入文件编号 946。
I. 背景
1992年2月21日，FDA 将在生物（即无骨水泥）固定中使用的金属多孔涂层髋关节假体，从第三类（需上市前批准）重新分类为第二类（见 21 CFR 888.3358）。重新分类的多孔涂层假体采用金属多孔涂层实现无骨水泥固定，并通过烧结或扩散结合工艺将多孔涂层与假体实心金属连接。
1994年2月15日，器械和放射健康中心（CDRH）康复器械处（ORDB）确定：采用等离子喷涂方法制备的多孔涂层、用于生物固定的髋关节假体，可与重新分类的多孔涂层假体构成实质性等同。作为该决定的一部分，CDRH 依据当时《联邦食品、药品和化妆品法》第 522(a)(1)(C) 条，要求等离子喷涂多孔涂层髋关节假体制造商开展上市后监测。所需监测为前瞻性、长期随访接受该制造商等离子喷涂涂层髋关节假体并无骨水泥植入的患者群体，以确定各制造商等离子喷涂多孔涂层髋关节假体的长期翻修率。
CDRH 当时要求上市后监测，是因为认为“等离子喷涂”代表单一制造技术、单一涂层形态和单一组材料性能。此后 CDRH 认识到，等离子喷涂属于更大一类“热喷涂”金属涂层制造方法；热喷涂方法（包括等离子喷涂）可产生材料性能范围广泛的多种金属涂层。
CDRH 认为，对于热喷涂涂层机械性能等于或优于烧结或扩散结合多孔涂层的髋关节假体，不必开展上市后监测。CDRH 愿意逐案重新考虑对等离子喷涂涂层髋关节假体的监测命令。收到监测命令的制造商可申请重新审议；申请应包含本指南所列全部信息，并寄至：Center for Devices and Radiological Health, Postmarket Surveillance Document Mail Center, Room 330Q (HFZ-544), 1350 Piccard Drive, Rockville, MD 20850（请注明相应 Required Postmarket Surveillance 档案号）。
重新审议申请可附此前已提交 CDRH 的数据或资料。此前资料可重新提交或按引用并入；若引用并入，应注明文件编号、提交日期、章节/附件号及页码。CDRH 认为，申请中包含全部必要数据副本更便于、更快捷地审查。
CDRH 要求具有金属热喷涂涂层的关节假体制造商，在今后 510(k) 新产品提交中包含本指南所述试验方法数据，用于判断新热喷涂涂层材料性能是否等于或优于本指南所述水平，并据此确定新金属热喷涂涂层髋关节假体是否须受上市后监测约束。若需监测，要求可能与现行等离子喷涂涂层髋关节假体类似。
注：本指南代表 FDA 关于可支持重新审议等离子喷涂髋关节假体上市后监测要求的测试结果之现行看法。它不为任何人创设或授予权利，也不对 FDA 或公众构成约束；若替代方法满足适用法规要求，可予以采用。
本文件建议并非强制要求，而是反映 CDRH 认为可接受的数据与方法。请注意：
- 本文件提出若干重要评价标准、试验程序与终点；特定情况下，替代方法或补充资料可能适用。
- 若可用本文件所述以外方式实现同样目标，不应因此排除该等方式。
- 部分推荐试验方法可能需修改，和/或需增加方法，以针对具体产品特性。
- 随科学认识与技术进步，CDRH 可更新本文件，但基本目标预计保持不变。
II. 所需信息与资料
冶金分析
应对最终产品基体与改性表面的成分、痕量元素分析及材料显微组织（如晶粒尺寸、各相含量等）进行定量表述，并附成品显微组织照片。 如果器械组装是由材料组合制成的,且其作为整形植入的成功使用历史有限或没有成功的历史,最终器械整个表面的腐蚀 和连接组件等于或小于以合法销售的同一功能器械计量的器械。可使用电化学方法确定腐蚀潜能值(Ecorr)和率(Icorr),尽管它们可能不够敏感。例如,粒子大小、锐度和压力的差异可能造成腐蚀率的差异,而离子释放量的测量可能对此更为敏感。 离子释放测量提供关于最感兴趣的参数即溶离量的直接定量数据。为了解决不同材料之间的通电潜力问题涂层和基底层之间的界面应通过光学和扫描电子显微镜检查腐蚀迹象。
- 应提供改性表面的修改后不同表层的总数和关于修改后的表层中每一物理和/或化学特性不同的表层的下列参数:- 美国测试和材料学会F1854规定的表面厚度(平均和射程);
第4页_ 说明改性表面位置和改变后的表面厚度变化的产品图纸或照片;- 孔间颗粒或材料的形状和大小(平均、标准偏差和范围);表面涂层颗粒之间以及涂层颗粒和基底之间的焊接直径或区域(平均和标准偏差);和_ 在改性表面内的适当放大度和位置的微摄影,以便本文件所列微结构的所有几何特征都可辨认(每个图像都应包括原始放大度或放大度栏)。 应根据ASTM F1854提供下列关于改性表面(即空隙)内的空间参数:- 表面孔隙率(平均和标准偏差);- 每一物理上不同的层的相互连接孔隙(平均、标准偏差和范围)的最小有效截断长度或最小空隙大小;孔隙的平均数量百分比。 机械属性 -- -- 修改后的地表光谱光谱与健康建议,每次试验每次载荷都要有足够数量的样本进行统计测试。 一般而言,需要五种等离子喷涂涂层样品,除非可以证明少量样品能够使试验具有充分的力量,并足以造成第一类和第二类误差。 在以下试验中,应使用与最后器械相同处理的已完成的器械或表面处理的优惠券样品。
- 根据ASTM F1160,应至少测试107个周期的表面涂层的剪刀疲劳强度,或应说明采用测试方法的理由,例如:Pilliar,1975年;或Manley,1987年。
- 应以ASTM F-1044所述任一方法测试表层/基层界面的静态剪切强度。喷洒的热层涂层在剪切强度上应超过20 Mpa(ASTM F 1044,Levine,1985年)。
- 表面/基质界面的静态抗拉强度应通过ASTM F-1147所述任一方法进行测试。 涂层应超过22 Mpa 抗拉强度。(Levine,1985年;Ducheyne,1986年)。 使用最小抗拉强度为24.1 Mpa的环氧树脂粘合剂(ASTM C 633:),对改性表面可以使用压力(ASTM C 633:粘合或粘合 应报告粘合剂的特性。
第5页 4. 涂层的面内耐磨性应如ASTM1978-99所述进行测试。 Taber Abraser应装上一个H-22轮,总载重为250克-f,每个样品应运行100个周期。抽样应报告在2、5、10和100个周期后报告的质量损失和累计质量损失确定情况,大规模损失应报告为标准差。热喷涂涂层在100个周期内被磨损时,其损失总量应低于65毫克(按重量计算)。
III. 制造业
最终产品和测试样品的制造过程应作足够详细的描述,以解释试验样品和目前销售的器械在性质上的任何重大差异。
IV. 报告
协助复核,并为重新审议提供便利,应按照第六节 " 汇总数据表格 " 中的建议,对所有信息进行非常简短的总结(包括数值及其单位)。应酌情插入本文件未具体提及的任何补充和重要信息。在一套经修改的地面数据表格中汇总的所有数据应只涉及一个经修改的地面设计。对于在任何属性上存在显著差异的每个经修改的表面,应单独提交一套经修改的表面数据表格,详细的测试报告,概述原始数据,应列入提交FDA的文件中。详细报告应包括但不限于下列资料:
- 进行测试的设施的名称和地址。
- 研究主任、调查员和主管的姓名。
- 测试开始和完成的日期和最后报告完成的日期。
- 试验的目标、方法、材料、偏离引用的规程和标准、结果和结论。 a. 所用试验系统的说明和试验器械的图示或照片;b. a. 对所测试样品的描述,包括成分上的差异(如果有的话),试验样品和将要销售的器械之间的材料结构和加工方法;
第6页c. 试验的假设,包括假定的生理负荷值和环境条件;
d. 数据 每种试样至少5个相同的样品,或每一选择的数量的统计理由; 负载方向和数值; f. 完整的实验数据,在可以独立得出结论的范围内完整;和 g。 对试样进行测试后故障分析,以查明裂缝、塑料变形和任何其他故障迹象,包括失灵启动地点。 5. 与报告有关的所有参考文献目录。 注:最后报告的更正和增补应以研究主任的修正形式提出。修正案应明确说明正在修订的报告以及更正或增加的理由。
V. 参考文献
ASTM C 501:“Taber Abraser所著《相对抗穿戴未上釉陶瓷的测试方法》”,ASTM标准年度书籍,第15.02卷。 ASTM C 633: “热喷涂涂层的拉伸或黏附强度,”ASTM标准ASTM D 4060年度手册:“Taber Abraser对有机涂料耐磨试验方法”,ASTM标准年度手册ASTM F1854:ASTM标准:F 1978-99:ASTM F04.03.XX标准草案:"无骨水泥种植的无骨水泥固定髋关节假体"
ASTM F 1044:《金属涂层的剪切试验》,《ASTM标准年度手册》,第3卷。 13.01。
7 ASTM F 1147页:“对磷酸钙和金属涂层的紧张状态测试方法”,ASTM标准年度手册,第13.01卷。 ASTM F 1160: “对磷酸钙和微粒金属混合医疗涂料的剪切和疲劳测试”,ASTM标准年度手册,第13.01卷。 ASTM F 748:《材料和器械通用生物试验方法的选择》,ASTM标准年度手册,第13.01卷。 ASTM F 981:“外科植物生物物质与材料对肌肉和骨骼的影响的相容性评估”,ASTM标准年度手册,第13.01卷。 Ducheyne、P.和M.Martens:“常规编织金属网作为矫形植入II型骨科植入物的多孔涂层:《CP-Ti 钛的压力烧结后的孔隙大小、间联和微结构》,Clin, atls. 1:91-98, 1988年。 Greenwald, A.S.等人:《近身支持股骨的法蒂格测试新方法》,生物材料学会第16次年会,第221页,1990年5月20日至23日。 Levine, D.L., G.T. Delli Santi,和R. Crowninshield: “可能涂料的强大力量,”第90页,第31届国际遥感年刊,1985年。 Manley、M.等人:“重复装载对多孔涂层完整性的影响”,Clin、Orthop。 217:293-302,1987年。 Messersmith, P.B.;Cooke, F.W.:《巨型涂层T6Al-4V植株的增强和延展性:弹性分析》,JBMR 24:591-601,1990年。 Pilliar, R. M., H. U. Cameron, 和Macnab, I: “极表表面层外层假体器械,” Biomed。 1975年,第10:126-131号第10项。 韦伯斯特第二期《新里弗塞德大学词典》,Ed. Soukhanov,A.H.,《河塞德出版社》,1984年。 Wolfarth, D.等人:“Porous Coated 植株界面应力集中的精确分析”,J. Appl. Biomatl. 1:3-12, 1990年。
第8页
VI. 汇总数据表格
数据可用以下格式列报。 _ 使用下述任何一种改良表面的任何植入物的名称。 _ 给基底层修改后的名称(如果有的话)。 _ 从事表面处理工艺的制造商。 材料试验方法的冶金分析 调整后的表层未改性基体构成 改性表层 涂层层数 _ 涂层厚度(平均和范围)。 _ 提供显示改性表面位置和改性表面厚度预期变化值的图纸或照片。 _ 说明孔间颗粒或材料的大致形状。 _ 孔间颗粒或材料的直径/宽度(平均、标准偏差和范围) _ 直径或焊接区(平均、平均)涂层颗粒与涂层颗粒和基底之间。 _ 提供照片显微镜。 _ 表面的孔径(平均和标准偏差)。 _ 最低有效拦截长度或最小孔径(平均、标准偏差和范围)。 _ 孔隙的平均数量百分比。 机械特性 - 改变表层试验方法平均值 +标准变差 + 标准变差 3
9 剪切效果@ 2 周期@ 5 周期@ 5 周期 @ 10 周期 @ 100 周期质量损失 + 标准差累积损失 + 标准差制造 提供最终产品和所有测试标本的制造过程的简要说明。列出试验样品和市场销售器械之间在成分、材料结构和处理方法方面的所有差异。 提供详细的测试报告,包括方法、材料、结果、原始数据和结论。 来源(例如:应当确定以这种形式归纳的每项试验结果的数据。参考引文可以放在其各自测试结果旁边,也可以在单独的参考文献中以试验名称列出。