以标准化促进增材制造医疗器械产业发展

增材制造（又称3D打印）技术是20世纪90年代发展起来的先进制造技术，以三维数字化模型为基础，将材料自动化地累加起来成为实体零件，能够实现多种材料、复杂结构、单件小批量产品的快速制造，使过去无法实现的复杂结构的制造成为现实。增材制造技术“量体裁衣”的优势促进了个性化医疗器械的蓬勃发展，能够为罕见特殊病损提供可替代的定制式医疗器械，也可为患者提供适配性更高的器械产品。

增材制造为医疗器械行业发展带来历史性机遇，我国在增材制造装备工艺和增材制造医疗器械研发与应用方面处于世界领先地位。“十三五”时期，我国针对医用增材制造技术投入大量资源，建立了良好的医工合作模式与平台。目前，需要进一步加强增材制造医疗器械标准化发展，使技术创新尽快转化为新兴产业，服务于人民生命健康。

增材制造技术为器械精准化发展提供机遇

增材制造技术在我国已有近30年的发展历史，经历从无到有，现在已成为我国医疗器械领域向精准化、个性化发展的重要机遇，这主要体现在两个方面：在增材制造方面，我国在该领域的研究与技术发展与国际先进水平较接近，涌现出一大批具有国际影响力的研究团队，各类增材制造技术装备发展较全面；在医疗器械领域应用方面，我国广大患者群体为增材制造技术提供了服务人民生命健康的重要机遇，使我国在新型增材制造医疗器械应用领域处于世界领先地位。

在增材制造技术及其在医疗器械领域应用方面，我国与发达国家和地区处在同一起跑线，为我国医疗器械领域从跟跑、并跑到领跑提供了历史性机遇。然而，与技术发展和在医疗器械领域应用领跑局面不相配的是，我国增材制造医疗器械产业化进程仍显落后。与一般工业领域不同，医疗器械领域的新技术从创新链向产业链转化过程需要监管体系的支撑，如何通过监管体系融合增材制造医疗器械产业链和创新链的发展，需要监管部门结合市场需求和技术创新，发展医用增材制造标准化体系。

我国增材制造医疗器械标准体系逐步建立

我国医疗器械监管部门高度重视增材制造医疗器械监管体系的建立和标准化发展：2015年，定制式增材制造医疗器械研究启动；2017年，定制式增材制造医疗器械审评注册指导原则讨论会召开，受到行业关注和热烈讨论；2019年，《无源植入性骨、关节及口腔硬组织个性化增材制造医疗器械注册技术审查指导原则》发布，这是我国首个针对个性化设计、增材制造医疗器械的技术文件，此后，以此为核心的9项针对增材制造医疗器械的注册审评指导原则陆续发布，其中既有医工交互质控、质量均一性等共性指导原则，也有针对下颌骨假体、人工椎体、髋臼杯等产品的针对性指导原则，我国针对定制式增材制造医疗器械的指导原则体系逐步建立。

在技术指导原则的支持下，截至今年7月底，我国共有近30个增材制造医疗器械获批注册或完成备案，多数为体外手术模型、手术导板等第一、第二类医疗器械，有3件为第三类医疗器械。

在标准化发展方面，我国于2016年成立全国增材制造标准化技术委员会，在国家层面开展增材制造标准化工作。截至今年7月底，我国已有36项增材制造领域国家标准，其中基础共性标准10项、材料标准13项、工艺装备标准6项、测试标准5项、服务平台标准2项，我国增材制造标准体系初步建立。

为迎接增材制造技术给医疗器械开发带来的机遇与挑战，2019年，我国成立全国医用增材制造技术标准化委员会，针对医疗器械增材制造工艺链条的全环节，制定涵盖基础标准、数据/软件、设备、材料和工艺/方法五个板块的医用增材制造标准体系规划，目前已发布医用原材料标准2项、工艺标准1项。

同时，中国生物材料学会、中国机械工程学会、中国生物医学工程学会、中国医疗器械行业协会等积极组织制定团体标准，已形成约40项增材制造医疗器械相关团体标准，对国家标准和行业标准起到强有力的支持和补充作用。

推动增材制造医疗器械标准化发展

我国增材制医疗器械标准化进程在国家标准、行业标准和团体标准的引领下发展迅速，初步形成了标准化的发展规划体系，但还面临发展不均衡、创新性不足等问题。建议从以下四方面发力，推动增材制造医疗器械标准化发展。

第一，尽快健全医用增材制造全链条标准体系。目前，尽管医用增材制造国家标准、行业标准、团体标准均已建立发展规划，但是从实际立项发布标准来看，仍存在发展不均衡的问题，材料类标准占据了已发布标准的半壁江山。增材制造医疗器械标准化发展的目的是服务和规范行业，推动更多创新产品进入市场。因此，建议尽快针对技术成熟、市场广阔的典型产品类型，建立全链条标准体系，形成对产业链条的支撑。例如，现阶段钛合金增材制造技术及其在骨植入物中的应用已较成熟，建立针对此类产品的原材料、设计开发、制造工艺和质量评测的全链条标准体系，将支撑增材制造钛合金骨植入物产业发展。

第二，加强创新研究成果向标准转化。一方面，基础研究是保障新产品安全有效性的基石，基础研究成果向标准转化有助于确保产品安全有效性。另一方面，增材制造医疗器械产业发展逐渐向无生命植入物向活性组织制造发展，不断孵育出基于新原理的医疗器械，及时将创新成果转化为标准，有利于我国增材制造医疗器械行业抢占新产业发展点，获得国际优势。

第三，厘清原材料、制造工艺与产品的关联性。材料的生物学评价是医疗器械评价的重要环节，但增材制造原材料具有较强的共性特征，例如,钛合金粉末材料可以用于所有部位金属骨植入物产品的制造，若每种产品注册过程中均开展单独的生物学评价，会浪费大量时间和资源。建议厘清原材料、制造工艺和产品的关联性，在原材料检验合格、制造工艺确保不改变原材料性质或引入杂质的情况下，免去对相同材料、相同制造工艺的不同产品的生物学性能评价。这需要建立系统的制造工艺过程监控和评价标准，以确保产品的生物安全性。此外，厘清上述关系还有助于发展复合材料的增材制造骨植入物，更好发挥增材制造技术优势，加快增材制造医疗器械新产品迭代。

第四，关注增材制造产品性能特征和质量一致性。增材制造技术给医疗器械带来的主要风险在于性能和质量一致性不佳。在性能方面，逐点、逐层成形的原理导致增材制造产品性能具有各向异性，在医疗器械设计开发和质量评价中需进行针对性的考量和评测。在质量方面，在增材制造医疗器械生产过程中，原材料均一性、制造工艺参数稳定性、制造环境洁净性、后处理工艺稳定性等都影响产品质量。因此，在制定标准时应重点考虑增材制造产品性能和质量一致性。

（作者单位：国家药监局医用增材制造器械研究与评价重点实验室、西安交通大学）

延伸阅读：增材制造医疗器械标准化受到国际关注

2012年起，世界各主要经济体开始布局增材制造领域的发展战略，生物医疗领域作为增材制造技术应用的重要分支受到广泛关注。美国、英国、日本均在2015年前后开始系统开展增材制造医疗器械监管科学和标准化研究，并相继发布了纲领性指南。在监管科学研究中，上述国家和地区注重通过与学术机构合作，将最新研究成果转化为标准或指南；在标准化方面，各个国家和地区的标准化组织开展深度合作，建立了统一的增材制造标准化路线图，但仍缺乏直接面向医疗器械设计开发和检验评测技术的标准。

美国食品药品管理局（FDA）于2014年组织召开主题为“增材制造医疗器械：3D打印技术考量的互动讨论”的研讨会，邀请增材制造厂商、医疗器械厂商和学术界共同开展研讨。2017年，FDA发布《增材制造医疗器械的技术指南》，内容涵盖设计制造与器械测试两大模块。其中，设计制造包括增材制造医疗器械的设计、软件流、材料、成形、后处理以及工艺验证与产品验收全流程。该技术指南体现了FDA作为监管部门对于增材制造医疗器械的整体规划。

同时，增材制造医疗器械的监管科学发展也受到FDA的关注。FDA提出，增材制造医疗器械监管科学主要面临三项挑战：一是增材制造过程的验证及医疗器械的性能测试仍存在大量不确定性，尤其是在医疗器械性能预测方面；二是关键硬件、软件和材料技术发展迅速，导致工艺验证和监管审查的细节不断变化；三是临床医生和医疗机构希望利用该技术在医疗机构直接制造器械的需求尚未被满足。针对这些问题，在FDA设立的监管科学项目中专门设置了针对增材制造医疗器械的研究课题，计划从工艺监控与验证、质量体系与性能测试、软件工作流三个方面开展研究工作。

在标准化发展方面，美国材料与试验协会（ASTM）在2009年即成立了针对增材制造技术的F42委员会，并在2011年与国际标准化组织（ISO）新成立的TC 261增材制造标委会签订合作协议，共同开展增材制造领域的标准化研究工作。截至今年7月底，ISO已发布23项增材制造标准，其中14项得到FDA采纳。在产品方面，FDA已经批准约200件增材制造医疗器械，其中椎间融合器、牙科中植入、手术导航模板是目前主流的增材制造医疗器械。值得注意的是，FDA也将扫描成像系统、患者匹配医疗器械设计软件纳入了增材制造医疗器械范畴。

英国药品和健康产品管理局（MHRA）数据显示，2020年1月至今年7月底，英国已经批准超过1000件定制化医疗器械上市，其中牙科产品（例如牙冠、种植体、义齿等）约占90%，其余为骨科产品、手术导航模板和体外器官模型等。在增材制造医疗器械标准化方面，欧洲标准化委员会设立了CEN/TC 438增材制造委员会，与ISO和ASTM深度合作，制定了共同的增材制造标准化路线图。

在日本，2015年，日本厚生劳动省将增材制造植入物列入下一代医疗器械标准化研究范畴，并发布了针对增材制造医疗器械的评价指南——《使用患者图像数据的增材制造定制骨科植入物的评价指南》。截至今年7月底，日本已针对增材制造齿科植入物、椎间融合器、人工关节、颌面植入物等发布了6项指南。在标准化发展方面，日本由经济产业省和厚生劳动省合作开展新一代医疗器械标准化研究，并设立了专门的增材制造植入物标准化研究小组。其中，由经济产业省负责医疗器械设计开发和非临床试验，由厚生劳动省负责临床试验、审评和注册；小组负责人员以大学教授为主，包括来自东京大学、京都大学、大阪大学等大学的学者。