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Die Erfindung betrifft eine Dentalimplantatsschraube mit einem mit einem Gewinde versehenen Gewindeschaft.
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Dentalimplantate sind in vielfältigen Formen bekannt. Sie werden meist durch Einschrauben an Stelle eines extrahierten oder ausgefallenen 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 100 in einer teilweisen Ansicht und teilweise in einem axialen Schnitt und in 101 als Explosionszeichnung gezeigt. Das zweiteilige Dentalimplantat 101 umfasst ein Pfostenteil 102 und ein Aufbauteil 103. Das Pfostenteil 102 besteht ebenso wie das Kopf- oder Aufbauteil 103 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 102 ist von außen mit einem Gewinde 104 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 102 kann auch ohne Gewinde mit und ohne mechanische Retentionshilfen ausgeführt sein. Über eine Verbindungsschraube 105 werden das Pfostenteil 102 und das Aufbauteil 103 miteinander verschraubt. Das Gewinde der Verbindungsschraube 105 wird dazu in ein Innengewinde 106 des Pfostenteils 102 eingeschraubt. Der Schraubenkopf 107 der Verbindungsschraube 105 presst beim Einschrauben der Verbindungsschraube 105 über die Stirnsenkung 108 des Aufbauteils 103 das Aufbauteil 103 auf das Pfostenteil 102. Das Pfostenteil 102 wird in einem entsprechend aufbereiteten Implantatbett des Kieferknochens verankert.
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Bei der Einbringung des Pfostenteils eines Dentalimplantates in den Kiefer muss beachtet werden, dass die Dentalschraube nach dem Einschrauben eine Festigkeit im Knochen aufweist, die auf der Verspannung der Schraube mit dem Knochen basiert. Man bezeichnet diese Festigkeit auch als Primärstabilität. Da der Knochen aber einerseits auf mechanische Spannungen reagiert und sich umlagert, nimmt diese Festigkeit infolge der Umlagerungen mit steigender Tragezeit zunächst ab. Ab der Besiedelung des Schraubenmaterials mit Zellen, insbesondere Knochenzellen, baut sich andererseits aber auch eine weitere Festigkeit über den Verbund der Zellen mit dem Schraubenmaterial auf. Man nennt dies die Oseointegration. Da sich in bisherigen Systemen die Primärstabilität jedoch deutlich reduziert, bevor es zu einem ausreichenden Verbund zum Knochen kommt, kann es in einer Zwischenphase zu einer im Vergleich zur Primärstabilität deutlich reduzierten Festigkeit kommen. In dieser Phase besteht die unerwünschte Möglichkeit, dass die Dentalimplantatsschraube die notwendigen Kräfte nicht mehr übertragen kann und verloren geht oder aus dem Knochen herausgezogen wird.
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Bei der Befestigung eines Implantates im Kieferknochen ist daher sowohl die Primärstabilität als auch die Sekundärstabilität zu beachten. Die Primärstabilität beruht auf der mechanischen Verspannung des Implantates mit dem Knochen. Vorzugweise wird daher der äußere Bereich oder nur ein Teil des äußeren Bereiches des Implantates mit einem Gewinde versehen. Die Primärstabilität basiert auf der Tatsache, dass der Knochen eine Elastizität aufweist.
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Es gibt allerdings auch Implantate die direkt und ohne jegliches Vorbohren in den Knochen eingeschraubt (Schraubenimplantate) bzw. eingenagelt (Nadel- bzw. Nagelimplantate) werden. Der Knochen wird an der Einbring- bzw. Eindrehstelle komprimiert und möchte sich wieder zurückstellen. Durch dieses Verlangen nach Rückstellung wird von dem Knochen eine Kraft bzw. ein Druck auf das eingebrachte Implantat ausgeübt. Diese Reibung zwischen Knochen und Implantat erzeugt beim Herausziehen (Nadel- bzw. Nagelimplantate) bzw. beim Herausdrehen (Schraubenimplantate) des Implantates eine Gegenkraft, die das Herausziehen bzw. Herausdrehen erschwert.
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Weiterhin gibt es Implantate bei denen vor dem Einbringen in den Knochen ein Loch vorgebohrt wird. Anschließen wird das Implantat entweder eingedrückt, eingeschlagen oder eingeschraubt. Hierbei entsteht nur eine Primärstabilität wenn das Implantat im Durchmesser größer ist als die zuvor in den Knochen eingebrachte Bohrung. Auch hier ist die elastische Rückstellkraft des Knochens für die Primärstabilität ausschlaggebend.
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Bei Implantaten die äußerlich zumindest teilweise mit einem Gewinde versehen sind, wird das Implantat mit oder ohne schneidende Wirkung direkt in die Bohrung in den Knochen eingebracht oder es wird vor dem Einbringen des Implantates mit einem Werkzeug ein Gewinde in den Knochen geschnitten oder geformt. Die Primärstabilität entsteht auch hier nur dadurch, dass die Bohrung im Knochen kleiner gefertigt wird als das Gewinde auf dem Implantat tatsächlich ist, um eine Rückstellkraft zu erreichen die eine Primärstabilität hervorrufen kann. Ist die Bohrung im Knochen genau so groß oder größer als das Gewinde des Implantates, kann eine Primärstabilität nur entweder am Ende bzw. am Auslauf des Gewindes am Implantat entstehen oder wenn das Implantat in der Bohrung im Knochen beim eindrehen auf dem Grund des Bodens aufsetzt. Das letztere ist allerdings nicht erwünscht. Verspannt sich das Implantat nur am Gewindeauslauf wird lokal eine sehr hohe mechanische Spannung aufgebaut.
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Beim Einbringen von Implantaten in den Knochen besteht auch die Möglichkeit dass der Knochen geschädigt wird. Beim Einbringen von Implantaten in den Knochen entsteht durch die Reibung zwischen Implantat und Knochen Wärme. Wird diese Wärme zu groß, kann der Knochen sich so stark erwärmen dass er nekrotisch wird, also zumindest teilweise abstirbt und das Implantat nicht richtig einheilt. Weiterhin kann es bei zu großer Verspannung des Implantates mit dem Knochen zu Drucknekrosen kommen, die ebenfalls dafür sorgen, dass der Knochen abstirbt und das Implantat zumindest teilweise nicht richtig einwächst.
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Dieses nicht richtige Einwachsen bedeutet dass sich die Sekundärstabilität nicht richtig aufbauen kann. Als Sekundärstabilität bezeichnet man den Halt des Implantates im Knochen, die durch das Anwachsen der Knochenzellen hervorgerufen wird. Diese Sekundärstabilität setzt allerdings nicht direkt nach dem Einbringen in den Knochen ein, sondern beginnt sich langsam nach mehreren Tagen, Wochen oder gar Monaten (nur bei Störungen im Heilungsprozess) aufzubauen. Dies bedeutet, dass sich die Sekundärstabilität während der Einheilphase langsam aufbaut und üblicherweise erst nach 2-4 Wochen eine stabilisierende Wirkung entfaltet.
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Die Primärstabilität hingegen baut sich in der Einheilphase langsam ab, da der Knochen, der beim Einbringen unter mechanische Spannung gesetzt worden ist, diese durch Umlagerungen langsam wieder abbaut.
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Der Abbau der Primärstabilität und der Aufbau der Sekundärstabilität sind folglich Prozesse, die zeitgleich mit dem Einbringen des Implantates in den Knochen beginnen. Üblicherweise beginnt der Abbau der Primärstabilität allerdings bevor die Wirkung der Sekundärstabilität den Verlust der Primärstabilität ausgleichen kann.
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Bei der Insertion von Dentalimplantaten gibt es unterschiedliche Vorgehensweisen.
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Zum einen ist es möglich bei der Einbringung des Implantates die Schleimhaut anschließend abzudecken und diese Abdeckung erst nach dem Einheilen des Implantates (nach ca. 4-12 Wochen) wieder zu öffnen. Das Implantat wird folglich in der Einheilphase in den Knochen mechanisch nahezu nicht belastet. Man bezeichnet dieses Verfahren als „gedeckte Einheilung“. Zum anderen ist dies aber nicht immer möglich, sodass das Implantat durch die Zunge, die Backe, die Lippen, benachbarte oder gegenüberliegende Zähne und oder durch Nahrung direkt nach der Insertion mechanisch belastet wird. Diese sogenannte „offene Einheilung“ ist dann der Fall, wenn nach der Insertion entweder keine Deckung mit Schleimhaut möglich ist (z.B. bei einteiligen Implantaten) oder dass an das Implantat direkt ein endgültiger oder provisorischer Aufbau / Abutment, ein Gingivaformer oder andere Bauteile angebracht werden, die keine Deckung durch die Schleimhaut ermöglichen. Man kann dadurch die Gingiva frühzeitig formen, provisorische oder endgültige, Früh- oder Sofortbelastungen durchführen, sodass z.B. die Zeiten ohne prothetische Versorgung stark verkürzt oder gar gänzlich nicht vorhanden ist. Hierbei ragt dann das auf dem Implantat montierte Bauteil während der gesamten Einheilphase durch die Schleimhaut.
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Fällt die Stabilität des eingebrachten Implantates, besteht die Gefahr, dass es verloren geht. Es ist dabei weiterhin zu beachten, dass sich der Knochenaufbau und die Eigenschaften des Knochens sowohl bei verschiedenen Patienten als auch lokal bei einem Patienten stark variieren. Dabei unterscheidet man zwischen der meist harten Kompakta mit hoher Festigkeit und der meist weichen Sprongiosa mit niedrigerer Festigkeit. Auch im Unterkiefer ist die Härte der Kompakta meist deutlich höher als im Oberkiefer.
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Es existieren zwar Gewinde auf Implantaten die auch in einem Knochen mit mäßiger Qualität noch eine gute Primärstabilität aufweisen, diese können aber bei einem zu harten Knochen leicht Drucknekrosen hervorrufen. Gewindetypen die auf einen harten Knochen angepasst sind haben oft in einem Knochen mit mäßiger oder schlechter Qualität kaum oder keine gute Primärstabilität.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dentalimplantatschraube der oben genannten Art anzugeben, mit der bei verschiedensten Knochentypen und Knocheneigenschaften eine besonders hohe und dauerhafte Festigkeit nach dem Einbringen in den Kieferknochen erreichbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhaft folgt hierdurch, dass die Gewindetiefe bei Drehung um die Längsachse zumindest in einem Gewindesegmenent nicht konstant ausgeführt ist.
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Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass für die gewünschte, über den gesamten Behandlungszeitraum ausreichend hohe Festigkeit der eingebrachten Dentalimplantatsschraube erreicht werden kann, indem der Beginn der Sekundärstabilität verkürzt und die Stärke der Sekundärstabilität gesteigert wird und ohne Schädigung des Knochens die Stärke der Primärstabilität gesteigert und die Funktionszeit der Primärstabilität verlängert wird. Für eine besonders hohe Festigkeit soll daher beim Ausdrehen der Dentalimplantatsschraube nicht nur die Reibung der Ausdrehrichtung entgegen wirken, sondern auch das Knochenmaterial selber. Es soll daher beim Ausdrehen auch Knochenmaterial verdrängt werden. Dies wird erreicht, wenn die Gewindetiefe bei Drehung um die Längsachse zumindest in einem Gewindesegment nicht konstant ausgeführt ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert, wobei die 50 bis 70 erfindungsgemäß sind und die Bezeichung Abb. als Bezeichnung Fig. zu verstehen bzw. gleichzusetzen ist. Darin zeigen:
- 1-9 verschiedene Gewindegrundkörper,
- 10-19 verschiedene Gewindebahnen,
- 20-22 Verfahren zur Herstellung eines Gewindes,
- 23-34 verschiedene Schneidwerkzeuge,
- 35-49 verschiedene Gewindeformen,
- 50-70 verschiedene Gewindekörper mit Schneidnuten,
- 71-80 aufgerollte Gewindebahnen,
- 81-83 Gewindegrundkörper mit Schneidnut,
- 84-88 aufgerollte Gewindebahnen,
- 90-94 Gewindegrundkörper mit Schneidnut,
- 95-99 aufgerollte Gewindebahnen,
- 100 Dentalimplantat,
- 101 Dentalimplantat in Explosionszeichnung,
- 102 Triovaler Grundkörper
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Gewinde werden auf Bolzen bzw. Grundkörpern mit unterschiedlichen Verfahren hergestellt. Sie können mit Abtragenden Verfahren, vorzugsweise spanabhebend oder formend hergestellt werden. Bei Gewinden auf dem Bolzen ist man bei abtragenden Verfahren flexibler in der geometrischen Gestaltung des Gewindedesigns.
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Bei spanabhebenden Verfahren können die Geometrien der Ausgangsbolzen variieren. In ist ein runder Bolzen 1 in einer schrägen Darstellung gezeigt. zeigt die Draufsicht der Geometrie des Bolzens 1. Die Geometrie des Bolzens 1 kann variieren. zeigt eine ovale / elliptische Geometrie des Bolzens 2, welche in in der Draufsicht gezeigt ist. und zeigen eine ovale Geometrie eines Bolzens 3 mit drei lokalen Maxima und Minima, eine sogenannte triovale Form, in der schrägen Darstellung und der Draufsicht. und zeigen einen Bolzen 4 mit ovaler Geometrie und mit vier lokalen Maxima und Minima, eine sogenannte quadelliptische Form, in der schrägen Darstellung und der Draufsicht. Die Gestaltung des Bolzens kann stark variieren ist aber Vorzugsweise rund oder oval zu wählen. zeigt einen konisch verlaufenden Bolzen 5. Die Geometrien des Bolzens können auch kombiniert werden. So ist z.B. auch ein ovaler und sich konisch verjüngender oder konisch erweiternder Bolzen denkbar. Weiterhin kann ein Bolzen auch in mindestens zwei Segmente unterteilt sein, die mit unterschiedlichen Geometrien versehen sind.
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Das auf einem Bolzen befindliche Gewinde wird in den meisten Fällen aus einer austragenden Geometrie auch Gewindeprofil genannt, gefertigt indem dieses während dem abtragenden Prozess um den Bolzen gedreht wird und zusätzlich in axialer Richtung des Bolzens bewegt wird. Es kann auch der Bolzen gedreht und oder in axialer Richtung bewegt werden. Die sich ergebende Bahn der das Gewindeprofil folgt ist in den meisten Fällen eine Spirale. zeigt eine solche Standardspirale mit konstanter Steigung und konstantem Durchmesser. Diese Bahn der das Gewindeprofil folgt kann in seiner Geometrie variieren. Sie kann wie in gezeigt konisch verlaufen, d. h. dass sich der Durchmesser bzw. der Radius und somit der Abstand zur Achse kontinuierlich verändert. zeigt eine Bahn mit variierender Steigung. Hieraus würde ein konisch verlaufendes Gewinde entstehen. zeigt eine zweifach ineinander gesetzte Bahn mit einem Winkelversatz von 180°. Hieraus würde ein zweigängiges Gewinde entstehen. Die Gewinde können auch mit mehr als zwei Bahnen versehen sein. Die in bis gezeigten Bahnen würden ein Rechtsgewinde ergeben da die Bahn mit dem Uhrzeigersinn verläuft. Verläuft die Bahn gegen den Uhrzeigersinn entsteht ein Linksgewinde. Eine solche Bahn ist in bis dargestellt. Die auf den bis gezeigte Bahn verläuft zusätzlich oval. Die gezeigte Bahn enthält bei einer Umdrehung vier lokale Maxima und vier lokale Minima. Auf den bis ist eine Bahn gezeigt die rechtsdrehend ausgelegt ist und bei einer Umdrehung eine ungleiche Anzahl von Minima und Maxima aufweist. Es sind pro Umdrehung je 5 lokale Extrema. Es wechseln sich zwei Minima und drei Maxima mit drei Minima und zwei Maxima ab.
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Auf den bis ist eine Art der abtragenden Gewindeherstellung grob skizziert. zeigt einen Bolzen 1 auf dem ein Gewinde 20 dargestellt ist. In ist zusätzlich ein Gewinde schneidendes Werkzeug 21 dargestellt. zeigt darüber hinaus die Bahn 10 die das schneidende Werkzeug 21 bei dem auf dem Bolzen 1 dargestellten Gewinde 20 zurückgelegt hat. Die Gewindetäler 52 beschreiben dabei die Grundform des Gewindeschaftes.
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Die bis zeigen verschiedene Geometrien die als Gewindeprofil darstellbar sind. zeigt die Ecken 30, 32, 34 und die Geraden 31, 33 und 35 aus denen die dreieckige Geometrie erstellt werden kann die als Gewindeprofil darstellbar ist. zeigt dass die Ecke 32 aus auch als Radius 320 ausgeführt werden kann. Die zeigt dass die in gezeigte Ecke 32 auch durch zwei weitere Ecken 36 und 38 mit einer dazwischen befindlichen Gerade 37 ersetzt werden kann. zeigt, dass wiederum die Ecken 36 und 38 aus durch die Radien 321 und 322 ersetzt werden können. Die bis zeigen dass Ecken und Radien verschieden gestaltet werden können. Auch lässt sich der Winkel der Geraden verändern um die Gewindeflanken zu variieren. Darüber hinaus lässt sich die Geometrie erweitern indem man das Gewindeprofil mit Ecken, Radien und Geraden erweitert. Durch Variationen des Gewindeprofils lassen sich die Schneideigenschaften des Gewindes, die Kraftübertragung zwischen dem Schraubenbolzen und des Materials in der dieser eingeschraubt ist und weitere Parameter beeinflussen.
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Die zeigt einen Bolzen 1 auf den ein Gewinde 20 geschnitten ist. Die Draufsicht in zeigt dass sowohl die äußere Form des fertigen Gewindes als auch der Kern des Gewindes rund sind. In wird deutlich, dass auf einen runden Bolzen mit einem trapezförmigen Gewindeschneidwerkzeug ein rund verlaufendes Gewinde mit gleich bleibender Steigung geschnitten wurde. D.h. dass das Gewindeschneidwerkzeug einer Bahn mit gleicher Steigung und gleichem Abstand zur Längsachse 6 eines runden Bolzens gefolgt ist. Es handelt sich hierbei um ein Standardgewinde. Wenn ein solches Standardgewinde in eine Bohrung oder eine vor geschnittene Gewindebohrung im Knochen als Teil eines Implantats eingeschraubt wird, ergibt sich eine Primärstabilität wenn die Bohrung kleiner ist als der Außendurchmesser des Gewindes bzw. das vor geschnittene Gewinde kleiner ist als das Gewinde selbst. Das Ausdrehen des Gewindes wird nur durch die elastische Rückstellkraft des Knochens und der damit verbundenen Reibung die sich zwischen dem Gewinde und dem Knochen aufbaut behindert. Normalerweise bildet sich eine Sekundärstabilität durch das Anwachsen der Knochenzellen. Der Rückgang der Primärstabilität basiert auf Reduzierung der mechanischen Spannung im Knochen. Wenn sich keine Sekundärstabilität zwischen Knochen und dem Implantat aufbauen würde und die Primärstabilität sich gänzlich zurückgebildet hat ließe sich das Gewinde zwanglos aus dem Knochen drehen. In der Praxis kann dies stattfinden. Lässt man dem Implantat noch mehr Zeit zum Aufbau der Primärstabilität besteht die Möglichkeit dass es verzögert in den Knochen einwächst und doch noch eine Sekundärstabilität aufgebaut wird.
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Die zeigt einen Bolzen 1 auf den ein Gewinde 20 geschnitten ist. Die Draufsicht in zeigt dass die äußere Form des fertigen Gewindes ein oval mit vier lokalen Maxima und vier lokalen Minima darstellt. Der Kern des Gewindes ist allerdings rund ausgeführt. In wird deutlich, dass auf einen oval mit vier lokalen Maxima und vier lokalen Minima versehenen Bolzen mit einem trapezförmigen Gewindeschneidwerkzeug ein rund verlaufendes Gewinde mit gleich bleibender Steigung geschnitten wurde. D.h. dass das Gewindeschneidwerkzeug einer Bahn mit gleicher Steigung und gleichem Abstand zur Mittenachse eines ovalen Bolzens mit vier lokalen Maxima und vier lokalen Minima gefolgt ist. Die Besonderheit dieses Gewindes ist, dass der Gewindekern seinen Abstand zur Mittelachse nicht verändert, also wie bei einem Standardgewinde. Der äußere Bereich des Gewindes verändert seinen Abstand zur Längsachse 6. Beim Eindrehen eines solchen Gewindes in ein Material welches elastische Eigenschaften aufweist und in welches kein Gewinde vorgeschnitten ist oder das vorgeschnittene Gewinde nicht bis zum lokalen Maximum aufbereitet wurde, wird das Material nachdem an ihm ein lokales Maximum des Gewindes vorüber ging sich wieder in das lokale Minimum zurückstellen. Das bedeutet dass beim Ausdrehen nicht nur die Reibung dem Ausdrehen entgegenwirkt, sonder das Material in diesem Fall der Knochen elastisch und oder plastisch verformt werden muss um das Gewinde / Implantat aus dem Knochen zu drehen. Folglich addiert sich dieser Widerstand dem Widerstand der Reibung und die Primärstabilität wird gesteigert. Auch und gerade bei der Umlagerung des Knochens und der damit verbundenen Reduzierung der Primärstabilität durch die Reibung bleibt der Effekt des Widerstandes durch elastische und oder plastische Verformung erhalten bzw. wird verstärkt da sich die Knochenbereiche an bzw. vor einem lokalen Minimum auch wieder regenerieren und deren Festigkeit wieder steigt gegenüber dem Zeitpunkt direkt nach dem Eindrehen. Allerdings ist der Effekt des Widerstandes durch Knochenverdrängung bei dieser Gewindegestallt relativ klein. In alternativer Ausführungsform, kann die Zentralachse des Gewindes auch von der des Grundkörpers abweichen. Dabei ist die Zentralachse des Gewindes im Abstand und bevorzugt parallel zu der Längsachse 6 angeordnet. Die den folgenden Gewindevarianten ist dieser Effekt größer.
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Die zeigt einen Bolzen 1 auf den ein Gewinde 20 geschnitten ist. Die Draufsicht in zeigt dass die äußere Form des fertigen Gewindes als rund ist und der Kern des Gewindes einem oval entspricht. Auf wird deutlich, dass auf einen runden Bolzen mit einem trapezförmigen Gewindeschneidwerkzeug ein oval verlaufendes Gewinde mit gleich bleibender Steigung und vier lokalen Maxima und vier lokalen Minima geschnitten wurde. D.h. dass das Gewindeschneidwerkzeug einer Bahn mit gleicher Steigung und variierendem Abstand zur Mittenachse um einen runden Bolzen gefolgt ist. Weiterhin wird durch die bis deutlich dass der Gewindekern seinen Abstand zur Mittelachse verändert und dass das Gewinde selbst bei gleichem Abstand zur Mittelachse (z.B. äußerster Abstand) seine Breite verändert. Das Gewinde besitzt pro Umdrehung vier lokale Maxima in seiner Breite und vier lokale Minima in seiner Breite. Dreht man ein solches Gewinde oder ein Implantat mit zumindest einem teilweise solch ausgeprägten Gewinde in einen Knochen mit elastischen Eigenschaften, muss beim Ausdrehen aus dem Knochen der Knochen selbst von den lokalen Maxima zum Abstand zur Mittelachse und von den lokalen Maxima in der Breite verdrängt werden und wirkt so dem Ausdrehen entgegen. Untersuchungen haben ergeben dass auf diesem Weg die Primärstabilität stärker gesteigert wird, als bei dem auf den bis dargestellten Gewinde.
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Die zeigt einen Bolzen 1 auf den ein Gewinde 20 geschnitten ist. Die Draufsicht in zeigt dass sowohl die äußere Form des fertigen Gewindes als auch der Kern des Gewindes oval sind. In wird deutlich, dass auf einen ovalen Bolzen mit einem trapezförmigen Gewindeschneidwerkzeug ein oval verlaufendes Gewinde mit gleich bleibender Steigung geschnitten wurde. D.h. dass das Gewindeschneidwerkzeug einer Bahn mit gleicher Steigung und variierendem Abstand (pro Umdrehung vier lokale Minima und vier lokale Maxima) zur Mittenachse eines ovalen Bolzens gefolgt ist. Ein solches Gewinde vereint die Effekte des beschriebenen Widerstandes beim Ausdrehen aus dem Knochen der Gewinde der bis und bis . Somit zeigt dieser Gewindetyp die größte Primärstabilität.
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Alle auf den bis dargestellten Gewinde haben noch den Vorteil dass der Knochen nicht gleichmäßig stark komprimiert wurde, sondern unterschiedlich. Somit wird in den weniger stark komprimierten Bereichen eine bessere Durchblutung gewährleistet die einer Drucknekrose entgegenwirken kann. Weiterhin wird deutlich dass die Primärstabilität durch Verdrängung des Knochens erst dann abgerufen wird wenn dass Implantat belastet bzw. bewegt wird. Es lässt sich somit ein vergleichbarer oder sogar größerer Ausdrehwiderstand als bei einem Standardgewinde hervorbringen, bei geringerer Komprimierung des Knochens. Auf diesem Wege lässt sich die Gefahr der Drucknekrose verringern.
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Die zeigt einen Bolzen 1 auf den ein Gewinde 20 geschnitten ist. Die Draufsicht in lässt den Eindruck entstehen dass sowohl die äußere Form des fertigen Gewindes als auch der Kern des Gewindes rund sind. In wird deutlich, dass das Gewinde kein Standardgewinde ist. Es handelt sich hierbei um ein Gewinde welches beim Schneiden einer Bahn mit abwechselnd zwei lokalen Maxima mit drei lokalen Minima und drei lokalen Maxima mit zwei lokalen Minima folgt. Dies bedeutet, dass das Gewindeschneidwerkzeug einer Bahn mit gleicher Steigung wie sie auf den bis dargestellt ist um einen runden Bolzen folgt. Diese Form des Gewindes hat ebenfalls den ausdrehhemmenden Effekt durch das nötig werden der Verdrängung des Knochens beim Ausdrehen, aber den Unterschied dass die lokalen Minima und die lokalen Maxima pro Umdrehung eine Phasenverschiebung aufweisen. Der Vorteil hierin besteht, dass die Komprimierung direkt nach dem Eindrehen um das Implantat herum nicht in vier starke (an den lokalen Maxima) und vier weniger starke (an den lokalen Minima) in axialer Richtung des Bolzens / Implantates verläuft, sondern zwar ungleichmäßig stark ist aber gleichmäßiger um den Bolzen / das Implantat herum verteilt wird. Somit lässt sich ohne Einbußen beim Ausdrehwiderstand die mechanische Spannung im Knochen minimieren und folglich das Risiko der Drucknekrose verringern.
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Umfangreiche Untersuchungen haben gezeigt, dass man bei verschiedenen Verhältnissen der lokalen Minima zu den lokalen Maxima der ovalen Bolzen und oder der ovalen Schneidbahn den Effekt der Knochenverdrängung beeinflussen kann. Gute Eigenschaften zeigten sich wenn das lokale Minimum 65% - 99% der Länge des lokalen Maximums betrug. Bei lokalen Minima die in der Länge mindestens 75% des lokalen Maximums gewesen sind, konnte eine bessere Abstimmung zwischen Vorbohrung, Knochenkontakt und Ausdrehwiderstand erreicht werden. Ein Optimum in der Länge der lokalen Minima konnte bei 85% +- 10% der Länge des lokalen Maximums ermittelt werden.
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Auf den bis ist ein Gewinde 20 mit einer Standardschneidnut 40 auf einem Bolzen 1 dargestellt. Auf den bis sind drei Standardschneidnuten (40, 41 und 42) zu sehen. Der Gewindegang ist dabei also in einem Bereich unterbrochen. Diese Schneidnuten können auch sich um den Gewindebolzen drehend angefertigt werden ( bis ). In den bis ist die Schneidnut 43 als Variante 1 einer Standardschneidnut dargestellt. Wie in bis zu erkennen ist, können die Schneidnuten auch in dreifacher Ausführung gefertigt werden. Alle Arten von Schneidnuten können wie in bis zu erkennen ist in Richtung der verlaufenden Gewindebahn gedreht sein, oder wie in bis gegen die verlaufende Gewindebahn gedreht werden.
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und zeigen ein abgerolltes Gewinde 50 mit einem Gewindeberg 51 und einem Gewindetal 52. Es wird deutlich, da es sich um ein rundes Gewinde mit einer rund verlaufenden Gewindebahn handelt, dass sich weder der Abstand des Gewindetal noch der des Gewindebergs im Abstand bzw. ihrer Höhe verändern. Dieses abgerollte Gewinde entspricht einem Gewinde nach den bis .
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Auf den bis sind zusätzlich zu dem Standardgewinde der und eine Schneidnut 43, eine gedreht verlaufende Schneidnut 45 und eine Schneidnut 46 die sich in der Form darstellt dass der Gewindeberg 51 partiell unterbrochen ist. Die auf der dargestellten Schneidnuten 43, 45 und 46 Schneiden exakt die Form und die Tiefe der folgenden Gewindebahn. Weiterhin erkennt man auf der , dass alle drei eingezeichneten Schneidnutbreiten 60 gleich breit sind und das gleiche Profil aufweisen. Schraubt man das Gewinde in einen weichen Knochen schneidet man sehr viel Knochen weg. Wird ein Gewinde mit solchen Schneidnuten in einen Harten Knochen geschraubt wird ebenfalls viel weg geschnitten und es bleibt unter Umständen keine gut Rückstellung des Knochens um eine gute Primärstabilität zu erhalten. Es wäre vorteilhaft wenn sich bestimmen ließe ob exakt die Geometrie und Tiefe des folgenden Gewindes, etwas mehr oder etwas weniger weg geschnitten wird. Dies kann erreicht werden, indem man in oben bereits beschriebene Gewinde die auf einen ovalen Bolzen und oder einer oval verlaufenden Gewindebahn folgen Schneidnuten einbringt. Das bedeutet, dass die Schneidnut bei lokalen Minima, lokalen Maxima und oder dazwischen gefertigt werden kann. Somit ist man in der Lage mehr weniger oder genau das Profil der folgenden Gewindebahn weg zuschneiden. Auf diesem Wege kann man die verbleibende Haftreibung zwischen dem Implantatgewinde und dem Knochen einstellen und somit auch die verbleibende Primärstabilität beeinflussen. Dabei wird je nach Eigenschaft des Knochenmaterials unterschiedlich viel Knochen durch die Ausnehmungen weggeschnitten. Bei einem eher weichen Knochenmaterial, bei dem keine hohen Rückstellungskräfte herrschen, wird weniger Material zurückgestellt, wodurch die Schneiden auch weniger abtragen. Weiches Knochenmaterial wird daher vornehmlich verdrängt und komprimiert und weniger geschnitten. Im Gegensatz dazu wird bei hartem Knochenmaterial, welche eine hohe Rückstellkraft besitzt, mehr Material zurückgestellt und dementsprechend auch mehr Material durch die Schneide geschnitten. Dies führt dazu, dass hartes Knochenmaterial weniger komprimiert wird und vornehmlich geschnitten wird. Die geschnittenen Knochenreste sammeln sich vor der Schneide an und bilden das Basisknochenmaterial für eine dadurch schnell einsetzende Sekundärstabilität. Durch die Breite der Gewindefläche kann die Schneidwirkung zusätzlich beeinflusst werden.
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Die und zeigen ein abgerolltes Gewinde 50 bei welchem der Gewindeberg 51 lokale Minima 511 und lokale Maxima 510 aufweisen.
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bis zeigen ein abgerolltes Gewinde 50 bei welchem das Gewindetal 52 lokale Minima 511 und lokale Maxima 510 aufweisen. Durch diese Gegebenheit erhält man auch lokale Minima 521 und lokale Maxima 520 auf in der Gewinde- / Gewindeprofilbreite. zeigt deutlich, dass bei dem Fertigen von Schneidnuten auch die Schneidnutbreite 61, 62 und 63 variiert und somit das Schneidnutprofil und dessen Lage.
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Weitere Ausführungsformen sind in den dargestellt.
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Die Wahl der Grundfläche des Gewindegrundkörpers und der Gewindebahn kann dabei beliebig kombiniert und variiert werden. Neben der bevorzugten elliptischen Ausgestaltung können daher auch andere Kombinationen erreicht werden. Möchte man daher andere Grundformen erreichen, ist es möglich die Anzahl der Haupt- und Nebenrichtungen z. B. auf 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 zu erhöhen. Dies ist Beispielhaft in gezeigt. Für eine Optimierung der Sperrwirkung der Dentalimplantatsschraube im Kieferknochen ist es wichtig, dass alle Haupt- und Nebenrichtungen den gleichen Ursprung haben, die Länge aller Hauptrichtungen gleich ist, die Länge aller Nebenrichtungen gleich ist, die Winkel zwischen allen Haupt- und Nebenrichtungen gleich sind, die Anzahl von Haupt- und Nebenrichtungen gleich ist und zusätzlich zwischen den Haupt- und Nebenrichtungen die Krümmung der Kurve in jedem Punkt unterschiedlich ist und die Krümmungsänderung nach φ gleich bleibend ist oder zwischen den einzelnen Haupt- und Nebenrichtungen gleichermaßen ungleichmäßig ist. Dadurch ergibt sich, dass die Anzahl der Hauptrichtungen bzw. der Nebenrichtungen die Anzahl der Positionierungsmöglichkeiten ergibt, bei denen ein Form- und Kraftschluss vorliegt. Vorzugsweise hat eine geeignete Geometrie maximal vier Haupt- und vier Nebenrichtungen, insbesondere drei Haupt- und drei Nebenrichtungen, und im Optimum zwei Haupt- und zwei Nebenrichtungen und ist somit eine Ellipse.
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Bedingt durch die Längendifferenz zwischen Haupt- und Nebenrichtungen ergibt sich eine Exzentrizität. Wird die Nebenrichtung im Verhältnis zur Hauptrichtung zu klein wechselt die Krümmung von konvex in konkav und die Bedingungen des Ovals sind nicht mehr gegeben. Umfangreiche Untersuchungen haben ergeben, dass die Nebenrichtungen bevorzugt folgende prozentuale Längenbereiche der Hauptrichtungen haben sollten.
| Anzahl der Haupt- und Nebenrichtungen | Mindestlänge der Nebenrichtung in % der Hauptrichtungslänge | Maximallänge der Nebenrichtung in % der Hauptrichtungslänge |
| 3 | 70% | 95% |
| 4 | 80% | 97% |
| 5 | 90% | 98% |
| 6 | 95% | 99% |
| 7 | 96% | 99% |
| 8 | 97% | 99% |
| 9 | 98% | 99% |
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Möchte man basierend auf der Ellipse oder eines anderen Sonderfälle eines Ovals (z.B. drei Haupt- und Nebenrichtungen), welches die gleiche Anzahl von Haupt-, Nebenrichtungen und Positionierungsmöglichkeiten, bei denen ein Form- und Kraftschluss erreicht werden kann reduzieren, kann dies erreicht werden indem der Ursprung von mindestens einer Haupt- oder Nebenrichtung verändert wird, die Länge der Haupt- und oder Nebenrichtungen bei mindestens einer Haupt- oder Nebenrichtung vergrößert oder verkleinert wird ( ) oder der Winkel von mindestens einer Haupt- oder Nebenrichtung zu den beiden benachbarten Haupt- oder Nebenrichtungen verändert wird. Eine unterschiedliche Anzahl von Haupt- und Nebenrichtungen mit in sich mindestens einer unterschiedlichen Länge hätte den gleichen Effekt. Weiterhin kann dies erreicht werden indem die Krümmungsänderung nach φ zwischen den einzelnen Haupt- und oder Nebenrichtungen unterschiedlich ist oder unterschiedlich ungleichmäßig ist.
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Die verschiedene Gewindetypen und Ausführungsformen betreffen in vorteilhafter Weise nur ein einzelnes Gewindesegment des Grundkörpers. Daher können auch beliebige Kombinationen der Ausführungsformen in einer Dentalimplantatsschraube realisiert sein.
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Neben den hier erwähnten Dentalimplantatsschrauben, ist die erfindungsgemäße Gestaltung des Gewindes auch bei anderen Schrauben zur Einbringung in Knochenmaterial vorteilhaft. Dazu zählen allgemein die Dentalschrauben und speziell die kieferorthopädischen Verankerungsschrauben, die bei der Fixierung und Verschiebung von Zähnen eingesetzt werden.
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In der Kieferorthopädie wird als therapeutisches Hauptziel die gezielte und gesteuerte Bewegung von Zähnen verfolgt. Eine derartige, translatorische oder auch rotatorische Bewegung eines Zahns ist nur möglich, indem im geeigneten Umfang eine Kraft auf den Zahn ausgeübt wird, die diesen gegenüber dem Kiefer bewegen kann. Diese Kraft wird sodann über geeignete Fixierungsmittel über vergleichsweise lange Zeiträume auf den jeweiligen Zahn ausgeübt, so lange, bis dieser die gewünschte Positionierung und/oder Orientierung im Mundraum einnimmt. Zur gezielten Beaufschlagung eines Zahns mit einer derartigen, geeignet gewählten Kraft, beispielsweise über Klammern, Drähte, Gummis oder andere geeignete kraftausübende Elemente ist jedoch eine geeignete Abstützung des kraftausübenden Elements im Mundraum notwendig.
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Üblicherweise wird eine derartige Abstützung der kraftausübenden Elemente an einem weiteren Zahn vorgenommen, wobei beispielsweise zwei geeignet zueinander positionierte Zähne über ein Spannelement miteinander verbunden werden, das anschließend auf Zug vorgespannt wird. Ein derartiger Ansatz hat jedoch den Nachteil, dass dabei konzeptbedingt zwei Zähne symmetrisch mit Kräften beaufschlagt werden, wobei dies aber eigentlich nur für einen der Zähne beabsichtigt und gewünscht ist. Die gezielte Umpositionierung des einen Zahns geht somit notgedrungen mit einer unerwünschten oder nur bedingt akzeptablen Positionsveränderung des anderen Zahns einher.
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Um dem entgegenzuwirken, kann alternativ auch eine Verankerung über einteilige temporäre Schrauben, die so genannten kieferorthopädischen Verankerungsschrauben, erfolgen, die temporär in den Kieferknochen eingebracht und nach erfolgter Verschiebung des Zahns wieder entfernt werden. Im Gegensatz zu Dental-Implantatmaterialien, die auf eine dauerhafte Integration in den Kieferknochen und ein möglichst langzeitstabiles Einwachsen ausgelegt sind, müssen derartige Verankerungsschrauben somit derart eingebracht werden, dass ein späteres Entfernen aus dem Knochen möglich bleibt. Demgegenüber ist bei der Verwendung derartiger Verankerungsschrauben aber notwendigerweise zu beachten, dass während der aktiven Therapiephase, also während der eigentlichen Krafteinleitung der gewünschten Kräfte in den behandlungsbedürftigen Zahn, ein zuverlässiger und belastbarer Sitz der jeweiligen, als Gegenpunkt vorgesehenen Verankerungsschraube unabdingbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Runder Bolzen
- 2
- Ovaler / elliptischer Bolzen
- 3
- Ovaler Bolzen mit 3 lokalen Minima und 3 lokalen Maxima
- 4
- Ovaler Bolzen mit 4 lokalen Minima und 4 lokalen Maxima
- 5
- Konischer Bolzen
- 6
- Längsachse
- 11
- Runde Spirale
- 12
- Konische Spirale
- 13
- Spirale mit variierender Steigung
- 14
- Zwei um 180° verdrehte runde Spiralen
- 15
- Ovale Spirale mit 4 lokalen Minima und 4 lokalen Maxima
- 16
- Ovale Spirale mit unterschiedlicher Anzahl von lokalen Minima und lokalen Maxima
- 20
- Gewinde
- 21
- Gewindeschneidwerkzeug
- 30
- Ecke 1
- 31
- Gerade 1
- 32
- Ecke 2
- 33
- Gerade 2
- 34
- Ecke 3
- 35
- Gerade 3
- 36
- Ecke 4
- 37
- Gerade 4
- 38
- Ecke 5
- 40
- Standardschneidnut 1
- 41
- Standardschneidnut 2
- 42
- Standardschneidnut 3
- 43
- Schneidnut 1 der Variante 1, gerade verlaufend
- 44
- Schneidnut 2 der Variante 1, in Richtung des Verlaufs des Gewindes
- 45
- Schneidnut 3 der Variante 1, entgegen der Richtung des Verlaufs des Gewindes
- 46
- Schneidnut 1 der Variante 2
- 50
- Abgerolltes Gewinde
- 51
- Gewindeberg
- 52
- Gewindetal
- 60, 61, 62, 63
- Schneidnutbreite
- 101
- Dentalimplantat
- 102
- Pfostenteil
- 103
- Aufbauteil
- 104
- Gewinde
- 105
- Verbindungsschraube
- 106
- Innengewinde
- 107
- Schraubenkopf
- 108
- Stirnsenkung
- 320
- Radius 1
- 321
- Radius 2
- 510
- lokale Maxima der Gewindetiefe
- 511
- lokale Minima der Gewindetiefe
- 520
- lokale Maxima der Gewinde- / Gewindeprofilbreite
- 521
- lokale Minima der Gewinde- / Gewindeprofilbreite
