安俊波 樊鉑 宋鐸 張晨 國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理總局天津醫(yī)療器械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 （天津 300384）

YY/T0988.14-2016《外科植入物涂層 第14部分：多孔涂層體視學(xué)評(píng)價(jià)方法》標(biāo)準(zhǔn)解析

安俊波 樊鉑 宋鐸 張晨 國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理總局天津醫(yī)療器械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 （天津 300384）

介紹YY/T0988.14-2016標(biāo)準(zhǔn)的背景和基本內(nèi)容，闡述對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中重要條款的理解和測(cè)試中應(yīng)注意的問(wèn)題和測(cè)試基本原則。以期加深相關(guān)人員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解，以便更全面、更系統(tǒng)地掌握和應(yīng)用本標(biāo)準(zhǔn)。

外科植入物 多孔涂層 體視學(xué) 孔隙率

2016年4月29日，CFDA發(fā)布公告，有93項(xiàng)醫(yī)療器械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)審定通過(guò)，包括：強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)28項(xiàng)，推薦性標(biāo)準(zhǔn)65項(xiàng)。加上2016年2月1日公布的93項(xiàng)行標(biāo)和1項(xiàng)修改單，2016年CFDA已經(jīng)頒布了兩批共186項(xiàng)醫(yī)療器械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，所有強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)均自2018年1月1日起實(shí)施，推薦性標(biāo)準(zhǔn)自2017年1月1日起實(shí)施，修改單自發(fā)布之日起實(shí)施。YY/T0988.14-2016《外科植入物涂層 第14部分：多孔涂層體視學(xué)評(píng)價(jià)方法》為推薦性醫(yī)療器械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，自2017年1月1日起實(shí)施。為使標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后各方面能夠盡快適應(yīng)本標(biāo)準(zhǔn)，本文主要對(duì)部分重要條款進(jìn)行分析和解釋?zhuān)瑫r(shí)，對(duì)測(cè)試過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題和可遵循的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行解讀。

該標(biāo)準(zhǔn)參考ASTM F1854-09《外科植入物-涂層-體視學(xué)評(píng)價(jià)醫(yī)療植入物多孔涂層的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》編制而成[1]。該標(biāo)準(zhǔn)與ASTM F1854-09的技術(shù)性差異如下：對(duì)編排格式進(jìn)行了修改；刪除了ASTM F1854-09中的第11章“精度與偏差”、第12章“關(guān)鍵詞”和附錄X4；將附錄X1～X3分別改為附錄A～C，其余內(nèi)容保持不變。

1.技術(shù)條款解析

1.1 試驗(yàn)方法概述

該標(biāo)準(zhǔn)表征了附著于無(wú)孔基體上各種多孔涂層的涂層厚度、孔隙率和平均截距的體視學(xué)試驗(yàn)方法。涂層厚度的測(cè)試方法為將均勻分布的平行網(wǎng)格線(xiàn)垂直于涂層-基體界面放置，在每一條網(wǎng)格線(xiàn)上，測(cè)量涂層-基體界面和多孔涂層材料終點(diǎn)之間的距離，這一距離為涂層厚度。工作面上所有涂層厚度測(cè)量值的平均值即為該工作面的平均涂層厚度?？紫堵实臏y(cè)量方法為在工作面的視場(chǎng)上疊加一個(gè)規(guī)則的網(wǎng)格點(diǎn)，與涂層孔隙區(qū)域相交的點(diǎn)的百分比和孔隙體積百分比有關(guān)，孔隙體積百分比即為該涂層的孔隙率。平均孔隙截距的測(cè)量方法為將測(cè)量網(wǎng)格線(xiàn)平行于基體界面放置，與孔隙區(qū)域重疊的線(xiàn)段長(zhǎng)度的平均值為平均孔隙截距，這是多孔結(jié)構(gòu)中孔隙的代表性尺寸。在低于組織界面的3個(gè)200μm厚度區(qū)域描述孔隙體積百分比和平均孔隙截距，稱(chēng)為組織界面梯度。組織界面梯度的測(cè)試可以在多孔涂層厚度的不同位置評(píng)價(jià)涂層的孔隙率和平均孔隙截距，用于表征多孔涂層的綜合性能，評(píng)價(jià)該涂層是否有利于骨長(zhǎng)入以及能否實(shí)現(xiàn)有效的生物固定。

1.2 試驗(yàn)意義和應(yīng)用

推薦使用這些試驗(yàn)方法對(duì)附著于固態(tài)基體的多孔涂層的形態(tài)學(xué)特征進(jìn)行基本的量化。這些試驗(yàn)方法可有助于不同涂層或相同涂層不同批次產(chǎn)品之間的比較。使用這些方法測(cè)試時(shí)，除了切向取樣法外，所有方法均應(yīng)在同一工作面上操作，以保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性。

1.3 試驗(yàn)樣品制備方法

用于表征多孔涂層的試驗(yàn)方法中要求制備金相截面樣品。應(yīng)使用符合ASTM E3和ASTM E883的金相制備技術(shù)制備試驗(yàn)樣品，以防截面變形或產(chǎn)生其他人為假象，改變金相截面的形態(tài)學(xué)[2,3]。部分多孔涂層的缺失造成了人為的孔隙區(qū)域，這是一個(gè)不可接受的人為假象。因此在制樣過(guò)程中應(yīng)保證截面的完整性，且應(yīng)確保試驗(yàn)樣品工作面垂直于基體界面。

1.4 試驗(yàn)步驟

1.4.1 平均涂層厚度的測(cè)試步驟。將一組平均分布的網(wǎng)格線(xiàn)疊加在垂直于基體界面的視場(chǎng)上，見(jiàn)圖1，網(wǎng)格線(xiàn)間距不應(yīng)超過(guò)100μm。在每一條線(xiàn)上測(cè)量基體界面和固態(tài)涂層結(jié)構(gòu)終點(diǎn)之間的距離，只有當(dāng)網(wǎng)格線(xiàn)與基體界面的夾角在90?±2?時(shí)，測(cè)量值才是有效的。涂層厚度測(cè)量值應(yīng)在多孔涂層表面至少10mm的連續(xù)線(xiàn)性距離上獲得，每次測(cè)量位置不應(yīng)有重疊。所有測(cè)量值的平均值為該工作面平均涂層厚度，每個(gè)工作面上都應(yīng)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差和95%置信區(qū)間。

1.4.2 孔隙體積百分比的測(cè)試步驟。將數(shù)量至少為100的一組規(guī)則分布的點(diǎn)疊加于視場(chǎng)上，如圖2所示，點(diǎn)間距不應(yīng)超過(guò)50μm。如果孔隙區(qū)域?yàn)橐?guī)則或周期性排布，則應(yīng)避免使用類(lèi)似分布形式的網(wǎng)格。點(diǎn)陣的高度至少應(yīng)為組織界面和基體界面之間距離的一半，以產(chǎn)生代表整個(gè)涂層厚度的平均值。計(jì)數(shù)并記錄工作面上落在孔隙區(qū)域的點(diǎn)數(shù)，當(dāng)采用人工方法時(shí)，落在孔隙區(qū)域和實(shí)體結(jié)構(gòu)界面上的點(diǎn)計(jì)為半點(diǎn)，任何可疑點(diǎn)均應(yīng)計(jì)為半點(diǎn)。落在孔隙區(qū)域的點(diǎn)數(shù)，除以網(wǎng)格點(diǎn)的總數(shù)，再乘以100%，得到該視場(chǎng)中孔隙數(shù)占網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)的百分比，即為孔隙體積百分比。

圖1. 涂層厚度測(cè)量示意圖

圖2. 孔隙體積百分比測(cè)量示意圖

圖3. 平均截距測(cè)量視場(chǎng)示意圖

1.4.3 平均孔隙截距的測(cè)試步驟。將一組均勻分布的平行網(wǎng)格線(xiàn)疊加在與基體界面平行的視場(chǎng)上，見(jiàn)圖3。一組線(xiàn)的高度至少應(yīng)為組織界面和基體界面之間距離的一半，以產(chǎn)生代表整個(gè)涂層厚度的平均值，網(wǎng)格線(xiàn)的間距不應(yīng)超過(guò)100μm，應(yīng)計(jì)數(shù)并記錄截取孔隙區(qū)域測(cè)量線(xiàn)的數(shù)量。第一種方法是沿網(wǎng)格線(xiàn)計(jì)數(shù)截點(diǎn)數(shù)量，每當(dāng)網(wǎng)格線(xiàn)經(jīng)由固體進(jìn)入孔隙或由孔隙進(jìn)入固體時(shí)，計(jì)為1個(gè)截點(diǎn)。第二種方法中，任意一條線(xiàn)上截點(diǎn)的橫穿方向決定了截距的計(jì)數(shù)，如果測(cè)量線(xiàn)始于孔隙，計(jì)數(shù)孔隙到固體的轉(zhuǎn)變點(diǎn)，當(dāng)同樣一條線(xiàn)終止于孔隙時(shí)，則多計(jì)為一個(gè)截距。如果測(cè)量線(xiàn)始于固體，計(jì)數(shù)固體到孔隙的轉(zhuǎn)變點(diǎn)，當(dāng)同樣一條線(xiàn)終止于固體時(shí)，則沒(méi)有額外的計(jì)數(shù)，這種情況下該數(shù)量為截距數(shù)量。平均截距的估計(jì)值可由測(cè)量線(xiàn)的總長(zhǎng)度、截距數(shù)量、放大倍數(shù)、以及上面得出的孔隙體積百分比計(jì)算得出。在每個(gè)工作面上，至少應(yīng)對(duì)5mm2的累計(jì)區(qū)域進(jìn)行計(jì)數(shù)才能確定平均孔隙截距。

2.注意事項(xiàng)

本方法不適用于陶瓷涂層，因?yàn)樵撏繉訜o(wú)法使用金相技術(shù)制備出準(zhǔn)確的涂層橫截面；本試驗(yàn)方法不適用于表征厚度小于300μm的涂層。視場(chǎng)尺寸的擴(kuò)大，視場(chǎng)數(shù)量的增加或網(wǎng)格間距的縮小將提高測(cè)量值的準(zhǔn)確性；本試驗(yàn)方法的步驟可以人工操作或使用數(shù)字圖像分析技術(shù)；當(dāng)放大倍數(shù)增加，視場(chǎng)的數(shù)量也應(yīng)增加以獲得代表性樣本，如果一個(gè)視場(chǎng)中截點(diǎn)過(guò)少，測(cè)量的準(zhǔn)確性就會(huì)下降。對(duì)于大部分的多孔涂層，放大倍數(shù)應(yīng)高到足以分辨出小至5μm的結(jié)構(gòu)特征，如果使用數(shù)字成像，像素尺寸應(yīng)不超過(guò)5μm。

3.總結(jié)

該標(biāo)準(zhǔn)表征了附著于無(wú)孔基體上各種多孔涂層的涂層厚度、孔隙率和平均截距的體視學(xué)試驗(yàn)方法。在多孔涂層厚度的不同位置評(píng)價(jià)涂層的孔隙率和平均孔隙截距，用于表征多孔涂層的綜合性能，評(píng)價(jià)該涂層是否有利于骨長(zhǎng)入以及能否實(shí)現(xiàn)有效的生物固定是非常重要的工作。多孔涂層的性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，直接關(guān)系到植入物的安全性和有效性，是該類(lèi)產(chǎn)品能否獲得上市資格的重要指標(biāo)，也是國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理總局市場(chǎng)監(jiān)督抽查的重要內(nèi)容。本文對(duì)重要條款進(jìn)行了分析和解讀，以期幫助從業(yè)人員理解好并且用好該標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)我國(guó)的醫(yī)療器械監(jiān)管事業(yè)的發(fā)展。

[1] ASTM F1854-09,Standard Test Method for Stereological Evaluation of Porous Coatings on Medical Implants[S]. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2009,www.astm.org.

[2] ASTM E3-11,Standard Guide for Preparation of Metallographic Specimens[S]. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2011,www.astm.org.

[3] ASTM E883-11,Standard Guide for Refected–Light Photomicrography[S]. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2011,www.astm.org.

Explainations and Analyzations for YY/T0988.14-2016 Surgical Implants Part 14:Stereological Evaluation Method of Porous Coatings

AN Jun-bo FAN Bo SONG Duo ZHANG Chen CFDA Medical Devices Supervisor and Testing Center (Tianjin 300384)

This paper introduces the background and basic contents about the YY/T0988.14-2016.It shows the understandings of some important items,the questions in the test ang some relevant standards should follow in the process of test. In this paper,therevelant persons could deepen the understanding of the standard,conduce to more comprehensive,systemztic mastery and application of the standard.

surgical implants, porous coating, stereological, volume void

1006-6586(2017)09-0036-02

R197.39

A

2017-02-17

安俊波，作者簡(jiǎn)介，工程師，Email：345919243@qq.com。