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Die
Erfindung betrifft ein Dentalimplantat mit einem in einen Kieferknochen
einbringbaren Pfostenteil und mit einem diesem zugeordneten Aufbauteil, an
das ein Zahnersatzstück
anbringbar ist.
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Dentalimplantate
sind in vielfältigen
Formen bekannt. Sie werden meist durch Einschrauben an Stelle eines
extrahierten oder ausgefallen Zahnes in den Kieferknochen eingesetzt,
um dort nach einer Einheilphase von drei bis vier Monaten ein als
Zahnersatz dienendes prothetisches Aufbauteil oder eine Krone zu
halten. Dazu ist ein derartiges Zahnimplantat üblicherweise als geeignet geformter
Metallkörper ausgebildet
und in der Art eines Stiftes geformt und weist am apikalen Ende
ein zumeist selbstschneidendes Schraubengewinde auf, mit welchem
der Stift in das entsprechend präparierte
Implantatbett eingesetzt wird.
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Ein
Beispiel für
ein Dentalimplantat der oben genannten Art ist in 1 in
einer teilweisen Ansicht und teilweise in einem axialen Schnitt
gezeigt. Das zweiteilige Dentalimplantat 1 umfasst ein
Pfostenteil 2 und ein Aufbauteil 3. Das Pfostenteil 2 und
ebenso das Kopf- oder Aufbauteil 3 bestehen aus Metall
oder einer Keramik, und zwar insbesondere aus Titan, einer Titanlegierung,
einer titanhaltigen Legierung, einer Zirkonoxid-, Aluminiumoxidkeramik
oder einer Keramik, die entweder Zirkonoxid oder Aluminiumoxid beinhaltet.
Das Pfostenteil 2 ist von außen mit einem Gewinde 4 versehen,
welches als selbst schneidendes oder als nicht selbst schneidendes
Gewinde ausgeführt
sein kann. Die Steigung des Gewindes kann gleichmäßig oder
veränderlich
ausgeführt
sein. Die äußere Gestalt
des Pfostenteils 2 kann auch ohne Gewinde mit und ohne
mechanische Retentionshilfen ausgeführt sein. Über eine Verbindungsschraube 5 werden
das Pfostenteil 2 und das Aufbauteil 3 miteinander
verschraubt. Das Gewinde der Verbindungsschraube 5 wird
in das Innengewinde 6 des Pfostenteils 2 eingeschraubt.
Der Schraubenkopf 7 der Verbindungsschraube 5 presst
beim Einschrauben der Verbindungsschraube 5 über die
Stirnsenkung 8 des Aufbauteils 3 das Aufbauteil 3 auf
das Pfostenteil 2.
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Das
Pfostenteil 2 wird in einem entsprechend aufbereiteten
Implantatbett des Kieferknochens verankert. Die Gewindekonstruktion
gewährleistet
dabei eine hohe Primärstabilität und eine
gleichmäßige Weiterleitung
der bei Kaubelastung auftretenden Kräfte in den Kieferknochen. Das
Aufbauteil 3 wird am oberen Bereich 9 mit einer
Krone, einer anderen prothetischen Versorgung oder dergleichen in
bekannter Weise verbunden. Diese Verbindung kann als Verschraubung,
Klemmung, konische Selbsthemmung, Unterdruck, Magnet, Kugelkopfsystem,
Zementierung, Verklebung oder dergleichen ausgeführt sein.
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Um
einer Rotation oder Verdrehung zwischen dem Aufbauteil 3 und
dem Pfostenteil 2 durch äußere Kräfte (meist bedingt durch die
Kaubelastung) entgegen zu wirken, wird entweder eine mechanische
Indizierung in Form einer mechanischen Sperre verwendet oder die
Flächenpressung
zwischen Aufbauteil 3 und dem Pfostenteil 2 geeignet gewählt. 1a zeigt
eine Explusionszeichnung der drei Elemente Pfostenteil 2,
Aufbauteil 3 und Verbindungsschraube 5 des Dentalimplantats
aus 1.
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Die
zur Indizierung und zur Vermeidung der Rotation des Aufbauteils 3 auf
dem Pfostenteil 2 verwendete mechanische Sperre kann in
verschiedenen Varianten ausgeführt
sein. 1c zeigt als Beispiel einen
Innensechskant im Pfostenteil 2 und einen Außensechskant
am Aufbauteil 3. Die Ausführung als Außen- und
Innensechskant kann auch anders herum erfolgen. Die Anzahl der Kanten
eines solchen Kantensystems kann variieren. Weiterhin können die Ecken
solcher Kantsysteme mit einem Radius versehen sein. Als weitere
Ausführungen
sind Torx und Vielzahnsysteme mit variierender Elementanzahl, variierender
Geometrie bekannt. Darüber
hinaus sind in 1c Indizierungen mittels Einfräsungen 14 im Pfostenteil 2 und
herausragender Elemente 15 am Aufbauteil 3 bekannt.
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Dabei
erfolgt die Vermeidung der Rotation zwischen dem Pfostenteil 2 und
dem Aufbauteil 3 über
die Anpresskraft der Verbindungsschraube. Zusätzlich oder alternativ kann
die Verbindung zwischen dem Pfostenteil 2 und dem Aufbauteil 3 meist konisch
ausgeführt
sein. Insbesondere handelt es sich dabei um Ausführungen der in 2 dargestellten
Art, die auf Grund des Konuswinkels und der Oberflächenreibung
zwischen den konischen Kontaktflächen
des Pfostenteils 2 und des Aufbauteils 3 beim
Anziehen der Verbindungsschraube 5, über die konischen Kontaktstellen
zwischen dem Pfostenteil 2 und dem Aufbauteil 3 als
konische Hemmung bzw. konische Selbsthemmung ausgeführt sind.
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Bei
der Verbindung des Pfostenteils, welches im Knochen osseointegrieren
soll, mit dem Aufbauteil sollten aus mechanischer und biologische Sicht
folgende Einflussparameter berücksichtigt
werden:
Dichtigkeit gegenüber
Bakterien und Flüssigkeiten
hohe
Dauerfestigkeit der Verbindung und der Verbindungselemente
Keiner
oder minimierte Mikrobeweglichkeit der Verbindungselemente untereinander
bei den möglichen Belastungen
im Patientenmund
Unter Berücksichtigung
der drei Einflussparameter ist die Gestaltung einer konischen Verbindung (2)
besonders geeignet.
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Die
Basis für
eine Hohe Dauerfestigkeit ist die Minimierung von mechanischen Spannungen
in den Verbindungselementen denen sie im Mensch oder im Tier aber
insbesondere im menschlichen Mund ausgesetzt sind. Besonders wichtig
ist die Minimierung der mechanischen Spannung im Pfostenteil, im
Aufbauteil und in der Verbindungsschraube. Bei metallischen und
insbesondere bei keramischen Pfostenteilen, Aufbauteilen und oder
Verbindungsschrauben kann mit der Minimierung der mechanischen Spannung
in den Bauelementen der Mikrorissentstehung und Mikrorissausbreitung
entgegengewirkt werden und somit das vorzeitige Versagen der implantologischen
Restauration vermieden oder zeitlich hinausgezögert werden. In der Medizin
werden vorzugsweise keramische Werkstoffe auf Basis von Siliziumoxid,
Aluminiumoxid und oder Zirkonoxid verwendet. Es würden sich
auch keramische Werkstoffe auf Basis von Nichtoxidkeramik eignen.
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Dentalimplantate
ersetzen Körpereigene Zähne. Das
bedeutet dass Dentalimplantate (Pfostenteil, Aufbauteil, Verbindungsschraube
und weitere Bauteile) das Bindeglied zwischen der prothetischen Restauration
(Krone, Brücke,
etc.) und dem Knochen sind. Die beim Kauen entstehenden Belastungen (Kräfte und
Momente) werden von den Bauteilen der Dentalimplantate auf den Knochen übertragen.
Die menschliche Kaufunktion ist ein dreidimensionaler Bewegungsablauf
der abhängig
von der Region (Frontzahnbereich, Seitenzahnbereich) in seinem Bewegungsablauf
variiert. Darüber
hinaus gibt es Menschen die Parafunktionen haben. D. h. Bruxer die
vorzugsweise nachts mit den Zähnen
knirschen.
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Sowohl
bei der Kaufunktion und besonders bei den Parafunktionen können hohe
Kräfte
und Momente entstehen, die genau wie der Bewegungsablauf dreidimensional
sind. Axial zum Pfostenteil verlaufende Kräfte werden meist sehr gut und
ohne große
Schädigungen
auf den Knochen übertragen.
Bei extraaxialen Kräften
werden das Pfostenteil und das Aufbauteil zusätzlich auf Biegung belastet
und die Zugbelastung der Verbindungsschraube wird erhöht.
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Wirken
Biegebelastungen auf konische Verbindungen ergeben sich die größten mechanischen Spannungen
an den Trennstellen der einzelnen Bauteile. Bezogen auf eine Verbindung
eines Pfostenteils mit einem Aufbauteil bedeutet das, das bei dessen optimaler
Dimensionierung im Aufbauteil die größten mechanischen Spannungen
dort entstehen wo das Aufbauteil das Postenteil verlässt (3 Markierung a).
Im Pfostenteil entsteht die größte Spannung
in dem Bereich wo das Aufbauteil im Pfostenteil endet (3 Markierung
b). Durch eine ungünstige
Gestaltung kann im Pfostenteil auch im Austrittsbereich des Aufbauteils
aus dem Pfostenteil (3 Markierung c) eine sehr hohe
und unter Umständen
auch eine höhere
Spannung entstehen als im Bereich 3 Markierung
b.
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Zur
Minimierung der mechanischen Spannungen in den Bereichen der 3 Markierung
a und c gibt es die Möglichkeit
den oberen Bereich des Pfostenteils (Implantatschulter) nicht plan
zu gestalten (4) sondern abzuflachen. Dies
wird bei Dentalimplantaten bereits angewendet. Die Implantatschulter
ist in einem solchen Fall mit einer Phase versehen (5).
Um die Spannungsminimierung weiter zu optimieren eignet sich die
Gestaltung der Implantatschulter mit einem Radius (6)
und insbesondere die Gestaltung der Implantatschulter mit einem
in Pfostenteilachse variierenden Radius (z. B. Teilbereich einer
Ellipipse 7).
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Zur
Minimierung der mechanischen Spannung im Bereich aus 3 Markierung
b ist es wichtig, dass der obere zum Aufbauteil hin zeigende Bereich
(Implantatschulter) zirkulär
geschlossen ist (14a) und möglichst
zirkulär
nicht in Richtung der Pfostenachse seine Geometrie verändert (14b).
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Zur
besseren Verankerung des Pfostenteils im Knochen ist das Pfostenteil
außen
meist mit einem Gewinde (8a) oder
mit umlaufenden Ausformungen bzw. Nuten 8b)
versehen. Sind Gewinde und oder umlaufende Nuten am Kerndurchmesser ohne
(9) bzw. nur mit kleinen Radien versehen ergibt
sich bei einer Biegebelastung des Pfostenteils an diesen Stellen
eine Erhöhung
der mechanischen Spannung. Da sich diese mechanische Spannungserhöhung und
die mechanischen Spannungserhöhung
aus 3 Markierung b addieren ist die Minimierung der
mechanischen Spannungserhöhung
die auf dem äußeren Gewinde
basiert ein wichtiger Parameter bei der Gestaltung des Pfostenteils
und bei der Gestaltung einer Verbindung zwischen Pfostenteil und
Aufbauteil. Ein Weg der Minimierung der mechanischen Spannungserhöhung die
auf dem äußeren Gewinde
basiert ist das Vergrößern der
Radien am Gewindekerndurchmesser (10) bzw.
das Vergrößern der
Radien zwischen den umlaufenden Nuten.
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Einen
besonders Spannungsminimierenden Effekt erhält man wenn das äußere Gewinde
bzw. die umlaufenden Nuten des Pfostenteils mit großen Radien
versehen sind und die Gewindeflanken im Verhältnis zur Gewindesteigung relativ
klein sind. Insbesondere eignet sich ein Gewindeprofil, welches
einen möglichst
langen Bereich besitzt der am Gewindekern parallel zur Pfostenachse
verläuft
(11). Das bedeutet dass der Gewindekern große Bereiche
aufweist die zylindrisch sind. Ein solches Gewinde macht den Anschein
als ob es auf das zylindrische Pfostenteil aufgelegt ist und nicht
in das Pfostenteil eingeschnitten ist. Einen besonders Spannungsminimierenden
Effekt erhält
man durch eine Kombination der Gewinde aus 10 und 11.
Dieses Gewinde ist in 12 dargestellt.
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Die
oben beschriebenen Gestaltungsmöglichkeiten
erhöhen
die Dauerfestigkeiten von metallischen und keramischen Pfostenteilen,
Ausbauteilen und Verbindungsschrauben. Über dies hinaus wird auch die
Biegefestigkeit des Pfostenteils, des Aufbauteil und der Verbindungsschraube
erhöht,
wobei die Biegefestigkeitserhöhung
bei keramischen Pfostenteilen, Aufbauteilen und Verbindungsschrauben größer ist
als bei metallischen.
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Eine
weitere Steigerung der Biegefestigkeit des Bereichs aus 3 Markierung
b kann mit der geometrischen Variation des Pfostenteils und oder des
Aufbauteils erreicht werden. Diese Aufgabe wird beim Pfostenteil
erfindungsgemäß gelöst indem
die konische Ausformung im Pfostenteil unterhalb der Kontaktfläche zwischen
Pfostenteil und Aufbauteil im Durchmesser vergrößert wird (15).
Dies führt zwar
zu einer geringen Materialschwächung
also zu einer Verringerung der Materialstärke aber auch zu einer Verteilung
der mechanischen Spannung auf eine größere Fläche bzw. ein größeres Volumen. Durch
die Verteilung der mechanischen Spannung wird der örtlich begrenzte
Maximalwert der mechanischen Spannung deutlich reduziert. 15 zeigt eine
Phase als Übergang
zwischen dem konischen Bereich des Pfostenteils und der Durchmesservergrößerung im
Pfostenteil. Besonders günstig
ist es den Übergang
mit einem Radius zu versehen (16). Insbesondere
hat sich die Gestaltung der Durchmesservergrößerung in Form variierenden
Radien vorzugsweise in Form eines Teilbereichs einer Ellipse als
sehr günstig
erwiesen. 17 zeigt einen Übergang
mit einer Ellipse. Vorzugsweise ist die konische Aufbaulänge so gestaltet,
dass das Aufbauteil über
die konische Kontaktfläche
hinaus in das Pfostenteil hineinragt (18).
Es ist nicht auszuschließen
dass andere Geometrien als Gestaltung des Übergangs eine noch günstigere
Verteilung der mechanischen Spannung und somit eine noch stärkere Reduzierung
der mechanischen Spannung bewirken.
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Bei
dem Aufbauteil wird die Aufgabe der mechanischen Spannungsminimierung
erfindungsgemäß ebenfalls
durch eine Materialschwächung
gelöst.
Es wird eine Ausformung (z. B. eine Bohrung) von unten in die konische
Anformung des Aufbauteils eingearbeitet 19). Durch
eine deutliche und ungleichmäßige Materialschwächung wird
die Nachgiebigkeit des Aufbauteils verändert und führt zu einer deutlichen Verteilung
der mechanischen Spannung und somit zu einer Reduzierung der maximalen
mechanischen Spannung im Material. Auch hier bewirken Variationen
in der Geometrie der Ausformung Veränderungen in der Spannungsverteilung
und somit Veränderungen
des Spannungsmaximums. So kann durch mit der geometrischen Variation
der Ausformung als Phase, Radius und oder einem variierendem Radius
(20a, 20b und 20c) ein großer Einfluss auf die mechanische
Spannungsminimierung im Pfostenteil genommen werden.
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Die
beschriebenen Variationen der Geometrie mit der Aufgabe der Spannungsminimierung
sind auch gegeben wenn es sich um mehrteilige Pfostenteil, mehrteilige
Aufbauteile und mehrteilige Verbindungsschrauben handelt. Ebenfalls
betrifft dies die Verbindung innerhalb des mehrteiligen Pfostenteils, des
mehrteiligen Aufbauteils und der mehrteiligen Verbindungsschraube.
Ebenfalls kann die Eingriffsrichtung der einzelnen Elemente umgekehrt
werden. Das bedeutet, dass auch das Pfostenteil in das Aufbauteil
eingreifen kann (13).
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Nach
der Durchmesservergrößerung ist
es besonders günstig
wenn die darauf folgende Durchmesserverkleinerung ebenfalls mit
einer Phase, einem Radius, veränderlichen
Radien und oder einer Ellipse (21) durchgeführt wird.
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Alle
beschriebenen und in den Figuren gezeigten Radien, variierende Radien
und Ellipsen können
konkav und oder konvex gestaltet sein und oder eine in Form einer
Kombination aus mehreren Phasen, Radien, variierenden Radien und
oder Ellipsen gestaltet sein. Vorzugsweise ist die Krümmung konkav/konvex
(z. B. 7 und 17).
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Das
Außengewinde
am Pfostenteil kann in einer besonders günstigen Variante in der Steigung, im
Abstand zur Drehachse und oder in seiner Form über die Pfostenlänge variieren.
Eine sehr günstige Variation
ist die Gestaltung von mehrstufigen Gewinden die vorzugsweise in
der Gewindegangzahl variieren. Die Kombination eines zweistufigen
Gewindes mit einem eingängigen
Anteil und einem zwei aber vorzugsweise mit einem dreigängigen Anteil
haben sich als besonders günstig
erwiesen.
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Diese
Spannungsoptimierende Gestaltung kann auch bei der Verbindung von
anderen im Tier und oder im Mensch eingesetzten metallischen Implantaten
aber insbesondere bei keramischen Implantaten angewendet werden.