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| 增材制造技術(shù)在醫(yī)療器械領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了骨科植入器械復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如多孔結(jié)構(gòu)、解剖部位匹配等，為骨科植入器械的生產(chǎn)工藝提供了新的選擇。然而，因工藝及原材料的改變，在采用金屬粉末的增材制造打印工藝過(guò)程中常會(huì)出現(xiàn)粉末熔融不徹底或打印完成后粉末在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上附著等情況，從而引入了新的生物學(xué)風(fēng)險(xiǎn)。因此，為使產(chǎn)品具有良好的生物相容性，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)為增材制造植入器械制定有效的清洗工藝過(guò)程，并建立保證清洗有效的清洗評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于采用后處理工藝的產(chǎn)品，還會(huì)有其他不溶顆粒物質(zhì)引入，因此對(duì)包括原材料粉末、噴砂介質(zhì)和其他碎屑的殘留不溶顆粒檢查是評(píng)價(jià)產(chǎn)品清洗工藝的一個(gè)重要指標(biāo)。本文圍繞金屬增材制造骨科植入醫(yī)療器械，對(duì)其不溶顆粒殘留評(píng)價(jià)方法及相關(guān)影響因素進(jìn)行研究，并總結(jié)了對(duì)不溶顆粒殘留評(píng)價(jià)過(guò)程中應(yīng)關(guān)注的技術(shù)問(wèn)題。 一、不溶顆粒殘留評(píng)價(jià)方法 目前對(duì)于不溶顆粒殘留的評(píng)價(jià)方法還沒(méi)有相適應(yīng)的國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，基于增材制造技術(shù)的工藝特征，目前可考慮采用的評(píng)價(jià)方法有光學(xué)檢查、顯微鏡檢查、Micro-CT檢查等。 （一）光學(xué)檢查法 若產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的單元晶格排列允許全厚度光透過(guò)，可測(cè)定重復(fù)單元晶格的多孔結(jié)構(gòu)中殘留不溶顆粒的存在。 a) 對(duì)齊部件，使單元的常規(guī)開(kāi)放空間與光源和成像設(shè)備對(duì)齊。光源可以是燈臺(tái)或光纖燈； b) 使用顯微鏡聚焦功能確保開(kāi)放空間的清晰可視化。堵塞或封閉的孔隙將被遮蔽并且可能表明殘留的材料被困在晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)； c) 可以對(duì)堵塞的孔隙進(jìn)行可見(jiàn)區(qū)域觀察。 （二）顯微鏡檢查 用體視顯微鏡、金相顯微鏡或掃描電子顯微鏡觀察樣品。 a) 較薄的多孔結(jié)構(gòu)（兩個(gè)孔徑及以下的厚度）可以進(jìn)行無(wú)損觀察�？赏ㄟ^(guò)體視顯微鏡、金相顯微鏡或掃描電子顯微鏡直接觀察殘留不溶顆粒； b) 較厚的多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部可使用透明嵌入介質(zhì)嵌入，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部顆粒物固定，用標(biāo)準(zhǔn)金相分析的方法進(jìn)行切割，并通過(guò)金相顯微鏡或SEM圖像來(lái)量化殘留顆粒； 鑲嵌時(shí)應(yīng)進(jìn)行確認(rèn)，以確保不會(huì)在切割過(guò)程中引入鑲嵌介質(zhì)的松散不溶顆粒。用無(wú)齒鋸或線切割沿指定位置切割出檢驗(yàn)平面，觀察是否殘留不溶顆粒附著在器械上。 （三）Micro-CT檢查 在高度復(fù)雜的器械中存在殘留不溶顆粒，可采用Micro-CT評(píng)估。 a) 掃描分辨率應(yīng)足夠高，以便能夠分辨出產(chǎn)品微孔結(jié)構(gòu)； b) 掃描方法和一致性會(huì)極大地影響對(duì)不同零件或批次準(zhǔn)確復(fù)制成像測(cè)試的能力。掃描方法和后處理應(yīng)在相同設(shè)計(jì)和材料的樣本之間保持一致。應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)參考材料定期進(jìn)行掃描校準(zhǔn)； c) 應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)化和經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的程序?qū)呙钄?shù)據(jù)的閾值進(jìn)行處理，以最大限度地提高部件材料、殘留不溶顆粒與周圍介質(zhì)之間的對(duì)比度，并使用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的程序?qū)纱嬖诘膫斡斑M(jìn)行去除。在對(duì)固體組分邊界處的閾值進(jìn)行處理期間需要特別注意。 我們對(duì)上述方法進(jìn)行了驗(yàn)證研究，在研究的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，上述方法都具有相應(yīng)局限性。光學(xué)檢查法僅能確認(rèn)是否有殘留不溶顆粒存在，不用于表征材料是否完全固化在結(jié)構(gòu)中，也無(wú)法確定在正常使用中是否容易脫落，這些方面的評(píng)價(jià)可采取其他分析方法；顯微鏡檢查法可觀察表面凹凸結(jié)構(gòu)或金相平面的形貌，適合觀察微小結(jié)構(gòu)，如多孔梁上附著的微小未熔融顆粒。采用顯微鏡觀察，顯微圖像形貌應(yīng)可明確區(qū)分產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和殘留不溶顆粒的特征。若使用透明嵌入介質(zhì)，應(yīng)注意介質(zhì)的適用性，如介質(zhì)的可嵌入性；在采用Micro-CT檢查時(shí)，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)選擇與產(chǎn)品相適應(yīng)的Micro-CT設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，應(yīng)保證獲得清晰的圖像，為保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，可考慮如設(shè)備、圖像質(zhì)量等方面的要求。 對(duì)不溶顆粒殘留情況的評(píng)價(jià)需結(jié)合產(chǎn)品特點(diǎn)選擇相適應(yīng)的評(píng)估技術(shù)，若上述方法不足以反映殘留不溶顆粒物去除情況應(yīng)考慮采用其他評(píng)估技術(shù)進(jìn)行分析。 二、不溶顆粒殘留評(píng)價(jià)考慮因素 （一）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的影響 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)決定了其是否存在不溶顆粒殘留，若為實(shí)體結(jié)構(gòu)，不溶顆粒只存在于表面，清洗更容易去除；若為多孔結(jié)構(gòu)，則多孔結(jié)構(gòu)的孔徑、孔隙率、結(jié)構(gòu)單元設(shè)計(jì)以及打印方式都會(huì)對(duì)產(chǎn)品孔隙結(jié)構(gòu)的致密性產(chǎn)生影響，從而影響產(chǎn)品清洗的難易程度。因此，應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和不溶顆粒形態(tài)、尺寸等特點(diǎn)，分析產(chǎn)品能清洗出殘留不溶顆粒的可能性。 （二）不溶顆粒殘留種類的明確 清洗方法的確定取決于工藝引入的需清洗的物質(zhì)，因此對(duì)清洗效果及不溶顆粒殘留的評(píng)價(jià)應(yīng)先明確工藝引入的不溶顆�；蛐滦纬傻牟蝗茴w粒，目前對(duì)于增材制造及后處理工藝產(chǎn)生在制造部件（器械）中的不溶顆粒物質(zhì)包括原材料粉末、噴砂介質(zhì)和其他碎屑等。這類物質(zhì)不只游離在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中，還可能因?yàn)楣に嚨脑蚺c產(chǎn)品結(jié)構(gòu)表面接合，可能在清洗過(guò)程中發(fā)生脫落，或在植入人體后脫落。原材料粉末通常為球形，尺寸分布窄，但經(jīng)燒結(jié)、熔化和后處理粉末顆粒的表觀形狀和尺寸會(huì)發(fā)生改變，通常在不溶顆粒殘留評(píng)價(jià)過(guò)程中很難將殘留的粉末材料與后處理和后續(xù)制造操作產(chǎn)生的顆粒物區(qū)分開(kāi)來(lái)。因此，生產(chǎn)企業(yè)在進(jìn)行不溶顆粒殘留評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)該明確加工工藝過(guò)程中所引入的物質(zhì)，以及最終打印完成后可能殘留的物質(zhì)，針對(duì)其組成、形態(tài)等特征選擇與之相適應(yīng)的不溶顆粒殘留評(píng)價(jià)方法。 （三）不溶顆粒殘留的分析研究 在明確和區(qū)分殘留不溶顆粒的種類、大小、形態(tài)后，確定殘留不溶顆粒在產(chǎn)品中可能存在的部位，如由于金屬粉末粒徑小，粉末殘留可能會(huì)滯留在產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，或在構(gòu)建期間緊鄰組件的粉末部分地?zé)Y(jié)到表面。對(duì)殘留粉末與產(chǎn)品的接合情況進(jìn)行分析，包括游離粉末或非游離粉末，對(duì)非游離狀態(tài)的粉末殘留應(yīng)進(jìn)行脫落風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。若產(chǎn)品進(jìn)行清洗以后，發(fā)現(xiàn)無(wú)法將不溶顆粒殘留完全去除，則應(yīng)對(duì)剩余不溶顆粒殘留是否會(huì)在產(chǎn)品植入人體后引發(fā)炎癥反應(yīng)進(jìn)行分析，若不會(huì)引發(fā)反應(yīng)，這些不溶顆粒殘留實(shí)際上也是可以接受的。 三、總結(jié) 對(duì)金屬增材制造骨科植入器械不溶顆粒殘留的去除是每個(gè)研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)必須面對(duì)的問(wèn)題，通常金屬增材制造骨科植入器械的清洗過(guò)程是先利用高壓噴射的方式去除內(nèi)部殘留未熔的金屬粉末，然后再利用高壓水沖擊方式或超聲波震蕩方式對(duì)剩余的金屬粉末進(jìn)行清洗，經(jīng)過(guò)多次清洗去除不溶顆粒。目前增材制造技術(shù)在醫(yī)療器械行業(yè)的日益突出，為有效降低金屬增材制造骨科植入器械臨床使用風(fēng)險(xiǎn)，不斷完善相應(yīng)生產(chǎn)質(zhì)量管理體系是對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的基本保證，建立科學(xué)、有效的清洗過(guò)程是對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量保障的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 對(duì)不溶顆粒殘留的評(píng)價(jià)可用于對(duì)清洗效果的評(píng)價(jià)，生產(chǎn)企業(yè)既需根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)判定不溶顆粒殘留評(píng)價(jià)方法的適用性，還需確認(rèn)不溶顆粒殘留評(píng)價(jià)方法對(duì)其識(shí)別是否有效。結(jié)合金屬增材制造骨科植入器械的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及現(xiàn)有的清洗工藝，加快科學(xué)、有效、標(biāo)準(zhǔn)的不溶顆粒殘留評(píng)價(jià)方法的建立，一方面可用于引導(dǎo)生產(chǎn)企業(yè)解決相關(guān)技術(shù)瓶頸，另一方面幫助加強(qiáng)質(zhì)量體系的過(guò)程控制。總之，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量是降低產(chǎn)品臨床風(fēng)險(xiǎn)的重要措施。 |
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