DE102010020608A1

DE102010020608A1 - Biokompatible Hülle für eine Knochenbehandlung

Info

Publication number: DE102010020608A1
Application number: DE102010020608A
Authority: DE
Inventors: Ole T Jensen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2010-05-14
Publication date: 2011-08-04
Also published as: US20100291508A1

Abstract

Es werden Systeme, Verfahren und Apparate mit Bezugnahme auf Hüllen für die Knochenaugmentation bereitgestellt. Speziell wird in Übereinstimmung mit einem Aspekt ein Apparat für die Knochenaugmentation offenbart. Der Apparat umfasst einen biokompatiblen Körper, der so ausgebildet ist, dass er über die basale Stützknochenstruktur passt. Der Körper weist eine Innenfläche auf, die einen Hohlraum definiert, in den Knochenwachstumsmaterial eingesetzt werden kann. Zusätzlich umfasst der Körper einen Rippenabschnitt, der in einem Scheitel des Körpers angeordnet ist, wobei sich eine erste Fläche auf einer ersten Seite vom Rippenabschnitt aus nach unten erstreckt, und wobei sich eine zweite Fläche auf einer zweiten Seite vom Rippenabschnitt aus nach unten erstreckt. Mindestens ein Abschnitt der ersten und der zweiten Fläche ist aufgeraut, um eine Mikrotopographie aufzuweisen, die für die Anbindung von weichem Gewebe nützlich ist.

Description

QUERVERWEIS AUF DAMIT IN BEZIEHUNG STEHENDE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung steht in Beziehung mit und beansprucht die Priorität der vorläufigen U.S.-Patentanmeldung Nr. 61/178040, die am 13. Mai 2009 eingereicht wurde und den Titel „Rapid Prototype Titanhülle” trägt, und der U.S.-Patentanmeldung Nr. 12/721127, die am 10. März 2010 eingereicht wurde und den Titel „Biokompatible Hülle für eine Knochenbehandlung” trägt, und deren Inhalte in ihrer Gesamtheit hier mit einbezogen werden.
HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Aspekte der vorliegenden Offenbarung betreffen im Großen und Ganzen biokompatible Hüllen für eine Knochenbehandlung und genauer Verfahren zur Herstellung von biokompatiblen Hüllen und Verfahrensweisen zur Realisierung von biokompatiblen Hüllen als eine Knochentransplantatstrategie.
Hintergrunddiskussion
Knochen sind die grundlegende Struktureinheit des menschlichen Körpers. Unter anderem bringen sie einen Schutz für die Organe und stützen das Gewicht des Körpers. Die Knochenfestigkeit und -größe können durch Krankheit, Trauma und/oder Atrophie negativ beeinflusst werden. Mit Bezugnahme auf den Kieferknochen kann jede Reduzierung der Größe und Festigkeit zu einem Zahnverlust führen ebenso wie zu einer möglichen Reduzierung der Größe des basalen Stützknochens, der die grundlegende dentale Skelettstruktur bildet.
Im Fachgebiet besteht eine Forderung nach verbesserten Verfahrensweisen und Apparaten für die Knochenbehandlung, die mit einer hohen Genauigkeit realisiert werden können, um die Knochenregenerierung und -augmentation zu berücksichtigen. Insbesondere besteht eine Forderung nach einer integrierten Strategie von Knochenaugmentation und dentalem Implantat, die eine sichere und genaue Positionierung der dentalen Implantate berücksichtigt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 ein Flussdiagramm für das Herstellen einer biokompatiblen Hülle für das Knochenwachstum;
2 ein Blockdiagramm eines Systems für das Erzeugen von biokompatiblen Hüllen;
3A und 3B die stereolithographische Modellierung jeweils eines Kieferknochens und einer Hülle;
4 eine Schnittdarstellung einer biokompatiblen Hülle;
5 eine Seitenansicht der biokompatiblen Hülle, die am Kieferknochen angebracht ist
6 eine Längsschnittdarstellung der angebrachten biokompatiblen Hülle mit dentalen Implantaten;
7 eine Draufsicht der angebrachten biokompatiblen Hülle;
8 eine Schnittdarstellung der angebrachten biokompatiblen Hülle längs der Linie A-A in 7;
9 eine perspektivische Schnittdarstellung eines Segmentes des angebrachten Implantates längs der Linie B-B in 7;
10 ein Flussdiagramm, das die Schritte für das Anbringender biokompatiblen Hülle aus 4 bis 8 veranschaulicht.
Zusammenfassung
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der Offenbarung wird ein Apparat für die Knochenaugmentation bereitgestellt. Der Apparat umfasst einen biokompatiblen Körper, der so geformt ist, dass er über die basale Stützknochenstruktur passt. Der Körper weist eine Innenfläche auf, die einen Hohlraum definiert, in den das Knochenwachstumsmaterial eingesetzt werden kann. Zusätzlich umfasst der Körper einen Rippenabschnitt, der sich in einem Scheitel des Körpers befindet, wobei sich eine erste Fläche auf einer ersten Seite vom Rippenabschnitt aus nach unten erstreckt, und wobei sich eine zweite Fläche auf einer zweiten Seite vom Rippenabschnitt aus nach unten erstreckt. Bei einigen Ausführungen ist mindestens ein Abschnitt der ersten und der zweiten Fläche mit einer Mikrotopographie versehen, die für eine Anbindung von weichem Gewebe nützlich ist.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der Offenbarung wird ein Verfahren zur Herstellung einer biokompatiblen Hülle bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Ermittlung einer Knochenstruktur, an der die biokompatible Hülle befestigt wird, und das Konstruieren der biokompatiblen Hülle auf der Basis der ermittelten Knochenstruktur bei Benutzung eines Computergrafikprogramms. Zusätzlich schließt das Verfahren das Herstellen der biokompatiblen Hülle nach der Konstruktion ein, indem Computerlesbare Daten einer Hüllenbildungsvorrichtung bereitgestellt werden und eine Außenfläche der Hülle aufgeraut wird.
In Übereinstimmung mit einem noch weiteren Aspekt der Offenbarung wird ein Rapid-Prototype-Hüllenaufbau für die Knochenaugmentation und eine dentale Implantatanordnung bereitgestellt. Die Hülle schließt einen Hüllenkörper mit einer im Großen und Ganzen bogenförmigen Querschnittsform ein. Der Hüllenkörper schließt einen Rippenabschnitt, der sich in einem Scheitel des Körpers befindet, und eine linguale und labiale Fläche ein, die sich vom Rippenabschnitt aus erstrecken, um einen Hohlraum zu bilden.
Detaillierte Beschreibung
Im Großen und Ganzen werden ein Apparat und ein Verfahren für die Knochentransplantatstrategie offenbart, die biokompatible Hüllen realisiert (worauf man sich ebenfalls als „Knochenformen” bezieht), die eine Struktur und eine Form für das Knochenwachstum liefern. Insbesondere schließen die hierin dargelegten Ausführungen im Großen und Ganzen eine bedruckbare (beispielsweise Rapid Prototype) biokompatible Hülle ein, die eine Struktur und Form für die Knochenaugmentation liefert, wo der Knochen resorbiert, beschädigt oder ausgezehrt wurde. Bei einigen Beispielen kann die biokompatible Hülle als eine Titanhülle, eine Hülle aus Titanlegierung, eine Hülle aus Titangaze, eine Hülle aus Titanlegierungsgaze, eine Hülle aus einem resorbierbaren Material, wie beispielsweise einem Polylactat, oder eine andere Hülle aus einem geeigneten Material realisiert werden. Bei einigen Ausführungen kann die biokompatible Hülle aus einer Titangaze oder einer Titanlegierungsgaze hergestellt werden, die mechanisch oder von Hand in eine gewünschte Form gebracht und in der gleichen Weise wie die bedruckte Hülle genutzt wird.
Bei einigen Ausführungen realisiert eine kombinierte Knochentransplantat-Dentalimplantat-Strategie eine biokompatible Hülle und dentale Implantate. Für eine kombinierte Transplantat-Implantat-Strategie kann die biokompatible Hülle auf einer stereolithographischen konstruierten alveolaren Kieferknochenaugmentation basieren und schließt eine Fähigkeit zur Befestigung bei der Anordnung eines dentalen Implantates mit starkem Profil ein. Das knochenmorphogenetische Protein-2 (BMP-2) (oder Knochentransplantat) kann realisiert werden, um eine Knochenstruktur innerhalb der Hülle zu liefern, um die dentalen Implantate zu sichern und ein eventuelles Entfernen der biokompatiblen Hülle zu berücksichtigen.
Bei einigen Ausführungen wird die Technologie der computerunterstützten Konstruktion (CAD) zur Anwendung gebracht, um die biokompatible Hülle und/oder die dentalen Implantate zu fertigen. Zusätzlich kann die CAD-Technologie für die Herstellung von körperichen Modellen für eine Verwendung in der Modellchirurgie benutzt werden. Speziell können Modelle des vorhandenen Knochens, eine biokompatible Hülle und Implantate direkt aus den Quelldaten der computerunterstützten Konstruktion (CAD) hergestellt werden. Die Modelle und die biokompatible Hülle können in einem geeigneten Verfahren fabriziert werden, wie beispielsweise einem Druckverfahren, indem das Material in Schichten hinzugefügt wird.
Rapid Prototyping ist ein allgemeiner Name, der einer Menge von damit in Beziehung stehenden Technologien gegeben wird, die zur Anwendung gebracht werden, um körperliche Objekte direkt von den CAD-Datenquellen zu fertigen. Die Rapid-Prototyping-Verfahren fügen Materialien in Schichten hinzu und binden sie, um Objekte zu bilden, wie beispielsweise die biokompatiblen Hüllen. Auf derartige Verfahren kann man sich ebenfalls als eine additive Fertigung, dreidimensionales Drucken, Solid Freeform Fabrication und Layered Manufacturing beziehen. Die Stereolithographie ist das am weitesten verbreitete angewandte Verfahren der Rapid-Prototyping-Technik und kann bei der Herstellung von anatomischen Modellen, die für taktile Hände nützlich sind, bei der Planung der Behandlung einer alveolaren chirurgischen Modifizierung von zahnlosen Stellen für dentale Implantate zur Anwendung gebracht werden. Wie es hierin zur Anwendung kommt, sollte ein Bezug auf die Stereolithographie, das Drucken, das Rapid Prototyping oder dergleichen so verstanden werden, dass jegliche Klasse von Druckverfahren eingeschlossen ist und die Verwendung derartiger Begriffe nicht als ausschließend gedacht ist. Außerdem sollte erkannt werden, dass andere Verfahren durchgeführt werden können, um die Modelle und/oder Hüllen und die dentalen Implantate herzustellen. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungen ein Fräsverfahren durchgeführt werden, wie beispielsweise ein computergestütztes numerisch gesteuertes (CNC) Fräsen. Außerdem kann die Hülle bei einigen Ausführungen mechanisch und/oder manuell mit einer Titan- oder Titanlegierungsgaze hergestellt werden.
Bei einigen Ausführungen wird eine Titanhülle realisiert, die mittels der Stereolithographie hergestellt wird, um die Knochenaugmentation zu gestalten. Wenn sie chirurgisch angeordnet wird, führt und sichert die Hülle die dentalen Implantate in den passenden Positionen. Die Planung der Konstruktion und Anordnung von sowohl der Hülle als auch den Implantaten kann in einem grafischen Computergerät durchgeführt werden und auf radiografischen Bildern des vorhandenen Knochens basieren. Daher werden die Software der grafischen Computerplanung und die Drucktechnologien, wie beispielsweise die Stereolithographie, durchgeführt, um die Titanhülle mit den vorgeschriebenen Abmessungen zu fertigen.
Die Hülle kann am vorhandenen Knochen mittels transossealer Befestigungsschrauben gesichert werden. Knochenmorphogenetisches Protein (BMP) oder Knochentransplantatmaterial wird in einen Innenraum der Hülle injiziert, um die Forderung nach einer Augmentation zu erfüllen. Dentale Implantate werden ebenfalls in der Hülle angebracht. Die chirurgische Applikation der dentalen Implantate, die in einem hohen Profil angeordnet werden, werden mittels der biokompatiblen Hülle an einem starren Kamm gesichert, der spezifische Perforationslöcher (im alveolaren Kamm) aufweist, durch die die Deckschrauben hindurchgehen, um die Implantate zu sichern. Im Anschluss an eine Knochenheilperiode (beispielsweise eine Zeit von sechs Monaten) wird die Titanhülle entfernt und der Knochen und die osseointegrierten Implantate bleiben zurück. Um eine Dehiszenz zu verhindern, kann die Titanhülle auf einer Außenfläche mittels Laser geätzt werden, um ein Anbinden des weichen Gewebes zu begünstigen.
Wendet man sich den Figuren zu und bezieht sich anfangs auf 1, so wird ein Flussdiagramm veranschaulicht, das ein Verfahren 100 zur Herstellung einer Titanhülle veranschaulicht, die als eine Knochentransplantatform und als ein dentaler Implantatstent funktionieren kann. Das Verfahren 100 schließt das Erhalten eines radiografischen Bildes von dem Knochen ein, der beschädigt wurde, sich verschlechtert hat oder der anderweitig konstruiert oder rekonstruiert wird (Block 102). Bei einigen Ausführungen wird ein CT-Scannen des Knochens vorgenommen, der beschädigt und/oder resorbiert wurde. Beispielsweise kann ein Bild vom CT-Scannen eines beschädigten oder demineralisierten Kieferknochens aufgenommen werden, wenn eine Rekonstruktion des Kieferknochens und die Anordnung von dentalen Implantaten gewünscht werden.
Das radiografische Bild wird verwendet, um die Konturen der vorhandenen Knochenstruktur zu ermitteln (Block 104). Bei einigen Ausführungen kann die Ermittlung der Konturen automatisch vonstatten gehen (d. h., eine Computer-Software bewertet das radiografische Bild und ermittelt die Abmessungen des vorhandenen Knochens). Bei anderen Ausführungen kann ein Benutzer die Konturen des vorhandenen Knochens auf der Basis der Betrachtung des radiografischen Bildes ermitteln. Eine biokompatible Hülle wird so konstruiert, dass sie sich an den vorhandenen Knochen anpasst (Block 106). Speziell kann ein Benutzer bei Anwendung der Computer-Software und Verwenden des radiografischen Bildes die Form der biokompatiblen Hülle konstruieren, um einen gewünschten Grad der Knochenaugmentation zu erreichen, und/oder um die dentalen Implantate ausreichend zu sichern. Ein Arzt, wie beispielsweise ein orthopädischer Chirurg oder ein Kieferchirurg, kann die biokompatible Hülle bei Benutzung der Computer-Software konstruieren. Bei anderen Ausführungen kann ein Techniker die biokompatible Hülle unter der Aufsicht eines Arztes konstruieren. Bei einigen Ausführungen kann die Konstruktion der biokompatiblen Hülle automatisiert oder halbautomatisiert sein. Das heißt, es kann eine Software bereitgestellt werden, die die Form des vorhandenen Knochens ermittelt und eine vorgeschlagene Konstruktion der Hülle liefert. Ein Benutzer kann danach die Form und die Konstruktion der vorgeschlagenen Konstruktion der Hülle feinabstimmen. Bei einigen Ausführungen kann der Benutzer die Hülle akzeptieren, die durch die Software vorgeschlagen und konstruiert wird.
Sobald die biokompatible Hülle konstruiert ist, wird die biokompatible Hülle hergestellt (Block 108). Die biokompatible Hülle kann mittels eines Rapid-Prototyping-Verfahrens oder eines Fräsvorganges hergestellt werden. Bei einigen Ausführungen kann die biokompatible Hülle durch manuelles oder mechanisches Formen einer Titan- oder Titanlegierungsgaze zu einer gewünschten Form hergestellt werden, wie beispielsweise durch Formen der Hülle über einem Modell.
Eine Außenfläche der biokompatiblen Hülle kann aufgeraut, geätzt oder geprägt werden (Block 110). Das Aufrauen, Ätzen oder Prägen der Außenfläche hilft dabei, die Anbindung des Gewebes an die Hülle zu unterstützen, um eine Dehiszenz zu verhindern, nachdem die Hülle angebracht wurde. Der Prozess kann ein oder mehrere der folgenden Verfahren umfassen: Imprint-Ätzen und Säureperforierung, Laserprägen, mechanische Veränderung, chemische Oberflächenveränderung, Prägen oder ein anderes geeignetes Verfahren. Ionisationsverfahren, eine Azetatmineralisierung und/oder Strahlverfahren können ebenfalls oder alternativ durchgeführt werden. Zusätzlich zum Ätzen der Außenfläche kann bei einigen Ausführungen eine Innenfläche der Hülle poliert oder anderweitig glatt gemacht werden.
Mit Bezugnahme auf das Laserätzen kann das Ätzen mit geeigneten Wellenlängen und Leistungen für das Ätzen von Titan oder einer Titanlegierung durchgeführt werden. Die Tiefe des Ätzens kann auf der Basis des für die Hülle verwendeten Materials und der Leistung und Wellenlänge des Lasers variieren, der für das Ätzen eingesetzt wird. Geeignete Wellenlängen und Leistungsniveaus können empirisch ermittelt werden. Bei einigen Ausführungen kann das Ätzen Perforationen durch die Hülle einschließen.
Die Perforationen können über die gesamte Hülle verteilt werden, oder sie können an spezifischen Stellen auf der Hülle angeordnet werden, wie beispielsweise an Stellen, die mit weichem Gewebe in Berührung kommen werden. Bei einigen Ausführungen können die Perforationen wahllos verteilt werden, und bei anderen Ausführungen können die Perforationen gleichmäßig beabstandet sein und/oder in Linien und/oder in senkrechten Reihen oder anderen Mustern angeordnet werden. Die Perforationen erstrecken sich durch die Hülle und können Durchmesser aufweisen, die sich von annähernd weniger als 0,1 mm bis zu 1,5 mm bewegen. Bei einigen Ausführungen kann ein jede der Perforationen annähernd einen Durchmesser der gleichen Größe aufweisen, wie beispielsweise 0,25 mm.
Löcher können ebenfalls durch die Hülle für Befestigungselemente, wie beispielsweise Befestigungsschrauben, und für die Anbringung von dentalen Implantaten gebildet werden, wenn die Hülle in einer kombinierten Knochenaugmentation/Dentalimplantat-Strategie realisiert werden soll (Block 112). Die Befestigungselemente werden benutzt, um die Hülle an der vorhandenen Knochenstruktur zu befestigen. Als solche können die Löcher für die Befestigungselemente im Großen und Ganzen um einen unteren Umfang der Hüllen herum angeordnet werden. Die Löcher der dentalen Implantate können im Großen und Ganzen im oder nahe eines Scheitels oder Kamms der Hülle angeordnet werden, während die dentalen Implantate im Großen und Ganzen in der Nähe des alveolaren Kamms angeordnet werden.
Bei einigen Ausführungen kann ein radiografisches Bild des Knochens, der augmentiert werden soll, digital gespeichert und zu einer entfernten Netzwerkzugriffsstelle hochgeladen werden. Auf die Netzwerkzugriffsstelle kann über das Internet, ein lokales Netzwerk, ein Fernnetzwerk oder eine andere Netzwerkanbindung zugegriffen werden. Sobald es hochgeladen ist, kann das Bild benutzt werden, um die biokompatible Hülle und/oder die dentalen Implantate zu konstruieren. Speziell kann ein Arzt oder Techniker einen Zugriff zum Bild haben und die biokompatible Hülle auf der Basis des Bildes konstruieren. Daher kann die Netzwerkzugriffsstelle ausgebildet sein, um die Bildverarbeitung und die Grafik-Software ablaufen zu lassen. Bei einigen Ausführungen kann die Arbeitsstelle eine Software für das computerunterstützte Konstruieren für eine Anwendung bei der Konstruktion oder Hülle bereitstellen. Bei einigen Ausführungen kann die Arbeitsstelle die Konstruktion der Hülle bei Anwendung eines ersten Programms und Exportieren der Konstruktion zu einem zweiten Programm für die Herstellung der Hülle berücksichtigen. Bei einigen Ausführungen kann die Hülle an einem Computerarbeitsplatz konstruiert werden, der für den Techniker oder den Arzt lokal verfügbar ist, und nachfolgend kann die Konstruktion zur Arbeitsstelle hochgeladen werden.
Sobald die Konstruktion erstellt und an der Arbeitsstelle empfangen wurde, kann der Arzt, Techniker oder eine andere Person einen Auftrag auslösen, damit die konstruierte Hülle hergestellt wird. Die Hülle kann hergestellt und danach zum Arzt für ein Einsetzen versandt werden. Auf diese Weise wird die Hülle entsprechend der Kundenspezifikation hergestellt, die vom Arzt oder Techniker dargelegt wird.
Wahlweise können bei einigen Ausführungen ein Modell der Knochenstruktur und ein Modell der biokompatiblen Hülle hergestellt werden, um die Konstruktion und das richtige Positionieren der biokompatiblen Hülle und/oder der dentalen Implantate relativ zum vorhandenen Knochen zu unterstützen. Die Herstellung und Verwendung der Modelle können wahlweise zusätzlich zu den vorhergehend beschriebenen Schritten realisiert werden. Insbesondere, wie in 1 veranschaulicht wird, kann ein Modell des vorhandenen Knochens wahlweise aus dem radiografischen Bild hergestellt werden (Block 120). Sobald die Hülle konstruiert wurde (Block 106), kann zusätzlich eine Modellhülle hergestellt werden (Block 122). Bei einer Ausführung können sowohl die Modellhülle als auch der Modellknochen mittels der CAD-Modellierung und des stereolithischen Prozesses hergestellt werden.
Eine Modellchirurgie kann durchgeführt werden, indem eine Modellhülle am Modellknochen angebracht wird (Block 124). Mittels der Modellchirurgie wird ermittelt, ob die Modellhülle zum Modellknochen passt (Block 126). Die Ermittlung dessen, ob die Modellhülle zum Modellknochen passt, kann dabei helfen zu ermitteln, ob die konstruierte Hülle zur vorhandenen Knochenstruktur passt. Wenn die Modellhülle nicht zum Modellknochen passt, kann die Konstruktion der Modellhülle (und die Konstrukion der Hülle) korrigiert werden (Block 128).
2 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Systems 200, das für die Herstellung der biokompatiblen Hülle benutzt werden kann. Das System 200 schließt eine Abbildungsvorrichtung 202 ein, die Bilder von der vorhandenen Knochenstruktur in dem Bereich erhält, wo eine Knochentransplantation erfolgen soll. Wie es vorangehend beschrieben wird, kann die Abbildungsvorrichtung 202 eine radiografische Vorrichtung, wie beispielsweise ein CT-Scanner, oder eine andere geeignete Vorrichtung sein. Die Abbildungsvorrichtung 202 liefert die Bilder zu einer Rechenvorrichtung 204. Die Rechenvorrichtung 204 kann bei einigen Ausführungen für die Abbildungsvorrichtung 202 lokal verfügbar sein. Bei anderen Ausführungen kann die Rechenvorrichtung 204 von der Abbildungsvorrichtung 202 entfernt angeordnet sein, und die Bilder können der Rechenvorrichtung 204 mittels einer Netzwerkanbindung, eines computerlesbaren Datenträgers, wie beispielsweise einer DVD, eines Flash-Antriebes, oder einer anderen geeigneten Einrichtung vorgelegt werden.
Die Rechenvorrichtung 204 schließt einen Prozessor 206 und einen Speicher 208 ein. Der Prozessor 206 ist mit dem Speicher 208 gekoppelt und ausgebildet, um eine Software, Programme, Applikationen, usw. ablaufen zu lassen, die im Speicher 208 gespeichert sind. Beispielsweise kann der Speicher 208 computerunterstützte Konstruktionsprogramme speichern, die vom Prozessor 206 ausgeführt werden können, um das Berechnen, die Herstellung und Handhabung der Bilder zu gestalten, wie beispielsweise der Bilder der Hülle. Die Rechenvorrichtung 204 kann ebenfalls Eingabe-Ausgabe-Geräte (nicht gezeigt) einschließen, um eine Ausgabe zu einem Benutzer (wie beispielsweise Bilder über ein Display) vorzulegen, und um eine Eingabe von einem Benutzer zu empfangen (wie beispielsweise mittels einer Tastatur und einer Maus).
Die Bilder der vorhandenen Knochenstruktur können im Speicher 208 gespeichert und vom Prozessor 206 gelesen werden. Zusätzlich können Bilder von der Hülle im Speicher 208 gespeichert und einem Hüllenbildner 210 für die Herstellung der Hülle vorgelegt werden. Bei einigen Ausführungen kann der Hüllenbildner eine Stereolithographievorrichtung, eine CNC-Fräsmaschine oder dergleichen sein, und er kann ausgebildet sein, um die Hülle oder Modelle aus der Information (d. h., Bilder) automatisch zu formen, die von der Rechenvorrichtung 204 bereitgestellt werden. Bei einigen Ausführungen kann die Rechenvorrichtung 204 die Bilder dem Hüllenbildner 210 mittels einer Netzwerkanbindung vorlegen. Es sollte erkannt werden, dass das in 2 gezeigte System 200 vereinfacht ist, und dass eine tatsächliche praktische Ausführung mehr Vorrichtungen einschließen kann. Beispielsweise kann eine jede von Abbildungsvorrichtung 2002 und Hüllenbildner 210 speziell dafür vorgesehene Rechenvorrichtungen aufweisen, mit, denen die Rechenvorrichtung 204 kommunizieren kann.
3A veranschaulicht eine Profilansicht eines Modellbeispiels 250 des demineralisierten Knochens. Wie es vorangehend erwähnt wird, kann das Modell 250 bei Anwendung eines stereolithischen Prozesses aus radiografischen Bildern hergestellt werden. Im Großen und Ganzen kann der stereolithische Prozess eine selektive Verfestigung eines lichtaushärtbaren, klaren, flüssigen Acrylharzes, Schicht um Schicht, bei Anwendung eines Ultraviolettlaserstrahles einschließen, um ein transparentes anatomisches Faksimile-Modell mit hoher Genauigkeit herzustellen, das dünne Knochenschichten und geschlossene Hohlräume einschließt.
3B veranschaulicht eine Modellhülle 252, die auf dem Modellknochen 250 angeordnet ist. Die Modellhülle 252 kann modifiziert werden, wie es erforderlich ist, um die gewünschte Form und Abmessungen auf der Basis des modellierten Knochens 250 zu erhalten.
Um die Modifikationen und die Analyse während der Modellchirurgie zu erleichtern, kann der mittels des stereolithischen Prozesses hergestellte Modellknochen auf einen Artikulator mit einer geeigneten vertikalen Abmessung und Bissverhältnis montiert werden, um einem chirurgischen Prothesenteam zu gestatten, eine alveolare Unzulänglichkeit oder Störung zu identifizieren und anzusprechen. Das Modell umfasst die Hartgewebeelemente und kann als solches benutzt werden, um jegliche Abweichung von der alveolaren Ebene zu ermitteln.
Die Modellchirurgie gestattet bei Benutzung der stereolithographisch erzeugten Knochenstrukturen die Visualisierung der hauptsächlichen anatomischen Strukturen. Beispielsweise kann die Modellchirurgie die Visualisierung der alveolaren Ebene, des inferioren alveolaren Nervs, der Pneumatisierung des Kiefers und der Zahnwurzeln unter anderem gestatten.
Die Modellchirurgie gestattet ebenfalls, dass das Modellieren chirurgischer Führungen für die Implantatanordnung mittels einer Rapid-Prototyping-Maschine bei Verwendung eines Troges mit photopolymerisierendem Harz vorgenommen werden kann, aus der sich ein Laser in Segmentschnittinkrementen bewegt, um eine annähernd 1 mm Schicht des Harzes auf der Basis des Formates des CT-Bildes zu polymerisieren. Nachfolgende Schichten werden oben auf dieser Schicht polymerisiert, bis das gesamte CT-Bild im Harz polymerisiert wurde, wodurch ein fertiges Modell des Knochens hergestellt wird. Die stereolithographische Maschine liest ebenfalls CT-geplante zylindrische Führungen entsprechend einem jeden Implantat, so dass sie das Harz um jede Stelle für die nachfolgende Anordnung von Führungsschläuchen polymerisiert, die danach innerhalb der zylindrischen Schläuche angebracht werden.
Bei einigen Ausführungen, sobald die wahlweise Modellchirurgie abgeschlossen ist und die Modellhülle zum Modellknochen passt, kann die biokompatible Hülle hergestellt werden (Block 108). Insbesondere kann die biokompatible Hülle aus Titan, Titanlegierung oder einem anderen geeigneten Material auf der Basis der konstruierten und modellierten Hülle hergestellt werden. Bei einigen Ausführungen kann die Hülle aus einem resorbierbaren Material, wie beispielsweise einem Polylactat, oder einem anderen derartigen Material hergestellt werden. Die Hülle kann mittels eines geeigneten Verfahrens hergestellt werden. Bei einigen Ausführungen kann die Hülle maschinell bearbeitet werden. Bei anderen Ausführungen kann ein stereolithographischer Prozess in Übereinstimmung mit bekannten stereolithografischen Verfahren durchgeführt werden, um die Hülle herzustellen.
4 veranschaulicht eine Schnittdarstellung einer biologischen Hülle und Führung. Die allgemeine Form des Querschnittes der Hülle 300 kann bogenförmig sein und in bestimmten Fällen einer Hufeisenform gleichen. Bei einigen Ausführungen ist die Breite der Hülle 300 in der Nähe eines oberen Kammes 302 (oder Rippe) dicker und verjüngt sich auf sowohl jeweils der lingualen als auch der labialen Seite 304 und 306. Speziell kann der Kamm 302 annähernd 1,5 bis 3,0 mm (beispielsweise 2,3 mm) dick sein, während die Enden der lingualen und der labialen Seite 304 und 306 annähernd 0,5 bis 2,6 mm (beispielsweise 1,3 mm) dick sein können.
Chirurgische Führungen können gleichzeitig mit der Herstellung der Hülle 300 bei Anwendung des gleichen Verfahrens hergestellt werden, wie es für die Hülle angewandt wird. Eine Führung 308 wird in 4 veranschaulicht. Die Führung 308 kann aus einem geeigneten Material bestehen, wie beispielsweise einem Metall, und sie kann bei einigen Ausführungen eine zylindrische Form mit einer hohlen Mitte aufweisen, durch die Werkzeuge, biomedizinische Implantate oder Vorrichtungen gelangen können. Beispielsweise können dentale Implantate dort hindurchgelangen, wobei die Führung das Positionieren der dentalen Implantate lenkt. Die chirurgischen Führungen können durch Zähne, weiches Gewebe oder Knochen gestützt werden. Zusätzlich oder alternativ können die Führungen durch die Hülle 300 gestützt werden.
Nach der Anordnung der dentalen Implantate wird die Führung 308 entfernt und kann weggeworfen werden. Eine Studie ermittelte, dass diese Arten von Führungen bis zu innerhalb 0,95 mm im Kiefer und 1,28 mm in der Kinnlade bei 110 klinisch angeordneten Implantaten genau waren. Zahngestützte Führungen waren etwas genauer als knochengestützte Führungen bei einer Winkelabweichung von 2 bis 4 Grad im dazu bestimmten Zahn und 3 bis 7 Grad in den Knochenführungen. Das war nur etwas weniger genau, als es in vitro vorgefunden wurde.
5 ist eine Profilansicht der Hülle 300, die an einem Kieferknochen 320 angebracht ist. Die Hülle 300 kann mit Befestigungsschrauben 322 für die Hülle an Ort und Stelle gehalten werden, die sich in den atrophischen Knochen 324 des Kieferknochens 320 schrauben. Die Befestigungsschrauben 322 für die Hülle können in vorgebohrten Löchern durch die Hülle 300 installiert werden. Bei einigen Ausführungen können die Löcher gleichmäßig um einen unteren Umfang der Hülle 300 beabstandet sein. Bei anderen Ausführungen kann die Anordnung der Löcher (und daher die Anordnung der Befestigungsschrauben) entsprechend der vorhandenen Knochenstruktur angepasst werden, wie sie durch das radiografische Bild des vorhandenen Knochens ermittelt wird. Beispielsweise können die Löcher in der Hülle an Stellen angeordnet werden, die gestatten werden, dass die Hülle relativ zum Knochen sicher positioniert wird, eher als in Bereichen, die eine reduzierte Festigkeit, Dichte und/oder Struktur aufweisen können.
Zusätzlich können Löcher längs des Kammes 302 für das Anbringen von dentalen Implantaten angeordnet werden. In 5 kann man Deckschrauben 340 auf den dentalen Implantaten 326 sehen. 6 zeigt eine Längsschnittdarstellung der Hülle 300, so dass die dentalen Implantate 326 besser gesehen werden können. Die Hülle 300 funktioniert als ein Stent für die dentalen Implantate 326, um eine richtige Anordnung und Angulation für die Implantate 326 zu bewirken. Obgleich die dentalen Implantate 326 in 6 als vertikal angebracht veranschaulicht werden, sollte erkannt werden, dass die Implantate unter verschiedenen Winkeln angebracht werden können. Beispielsweise können die Implantate 326 unter Winkeln zwischen 17 Grad bis 30 Grad angebracht werden. Zusätzlich können bei einigen Ausführungen mehr oder weniger dentale Implantate vorhanden sein. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungen eine „Alle auf 4”-Strategie durchgeführt werden, wo alle Zähne durch 4 dentale Implantate gestützt werden.
Bei einigen Ausführungen können sich die dentalen Implantate 326, wenn sie angebracht sind, in den vorhandenen Knochen 324 erstrecken. Als solcher stützen der vorhandene Knochen 324 und die Hülle 300 die dentalen Implantate. Bei einigen Ausführungen können die dentalen Implantate 362 in Abschnitten des vorhandenen Knochens 324 eingesetzt werden, die eine sichere Fixierung der dentalen Implantate gestatten. Das heißt, in Bereichen, wo der vorhandene Knochen 324 ausreichend stark ist, um das Stützen der dentalen Implantate 326 zu unterstützen, bis das Knochentransplantat das Stützen des Implantates unterstützen kann. Die Ermittlung betreffs der Festigkeit des vorhandenen Knochens und der Struktur des vorhandenen Knochens kann aus den radiografischen Bildern des vorhandenen Knochens 324 hergeleitet werden.
6 zeigt ebenfalls, dass das Innere der Hülle 300, die mit Knochentransplantatmaterial 330 gefüllt ist, gesehen werden kann. Das Knochentransplantatmaterial füllt das Innere der Hülle 300 und umgibt die dentalen Implantate 326. Während das Knochentransplantatmaterial 330 aushärtet, um den Knochen zu bilden, werden die dentalen Implantate im neu gebildeten Knochen gesichert, und der neu gebildete Knochen stützt die dentalen Implantate.
7 veranschaulicht eine Draufsicht der Hülle 300, die auf dem Kieferknochen 302 angebracht ist. Deckschrauben 340 können die dentalen Implantate 326 abdecken. Zusätzlich liefern die Deckschrauben 340 eine strukturelle Stütze für das dentale Implantat, um die Implantate an einer gewünschten Stelle und/oder in Ausrichtung zu halten, während das Knochentransplantat heilt. Wie gesehen werden kann, kann die Hülle 300 eine im Großen und Ganzen bogenartige Form aufweisen, die sich im Großen und Ganzen an die Form des Kieferknochens 302 anpasst. Es sollte erkannt werden, dass bei einigen Ausführungen die Hülle 300 in Abhängigkeit von der Notwendigkeit eines Knochenwachstums und/oder der Implantate unterschiedliche Formen aufweisen kann. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungen die Hülle 300 eine im Großen und Ganzen geradlinige Form aufweisen (wie beispielsweise ein kurzes Segment der Hülle 300, das sich über die Vorderseite des Kieferknochens 302 erstreckt).
Die Deckschrauben 340 können leichter in 8 gesehen werden, die eine Segmentschnittdarstellung der angebrachten Hülle 300 längs der Linie AA in 7 ist. Außerdem zeigt 8 die Befestigungsschrauben 322 für die Hülle, die auf beiden Seiten der Hülle 300 installiert sind, um die Hülle am atrophischen Knochen 324 zu sichern. Bei einigen Ausführungen kann die linguale Seite 304 der Hülle 300 eine von der labialen Seite 306 abweichende Länge aufweisen.
9 ist eine perspektivische Segmentschnittdarstellung der angebrachten Hülle 300 längs der Linie BB in 7, die den Abstand der dentalen Implantate 326 (und Kopfschrauben 340) und der Befestigungsschrauben 322 zeigt. Die Kopfschrauben 340 verlaufen entlang des oberen Kamms der Hülle 300. Wenn der Knochen in der Form der Hülle 300 ausgeheilt ist und die Hülle entfernt wird, gestatten die dentalen Implantate die Anordnung der Zähne entlang eines alveolaren Kamms der neu gebildeten/augmentierten Knochenstruktur (d. h., können länger oder kürzer sein).
Ein Verfahren 600 für das Anbringen der Hülle 300 wird als Flussdiagramm in 10 veranschaulicht. Das Verfahren 600 schließt das Anbringen der Hülle 300 auf dem atrophischen Knochen 324 ein (Block 602). Dentale Implantate 326 mit hohem Profil werden in den atrophischen Knochen 324 eingesetzt (Block 604). Die Hülle 300 funktioniert als eine Führung für die Anordnung des Implantates und hilft dabei, das Implantat an Ort und Stelle zu halten. Danach wird Knochenwachstumsmaterial in die Hülle 300 injiziert (Block 606). Bei jeder der vorangehend beschriebenen Schnittdarstellungen der angebrachten Hülle 300 (6, 8 und 9) kann man das Knochenwachstumsmaterial 330 sehen. Speziell wird Knochenwachstumsmaterial, wie beispielsweise BMP-2, in den Zwischenraum zwischen der Hülle 300 und dem atrophischen Knochen 324 injiziert. Das Knochenwachstumsmaterial darf über eine Zeitdauer (beispielsweise annähernd sechs Monate) ausheilen, nachdem die Hülle 300 entfernt ist (Block 608). Das Entfernender Hülle 300 offenbart einen augmentierten Knochen, der die dentalen Implantate 326 an Ort und Stelle sichert.
Obgleich der vorliegende Gegenstand der Anmeldung mit Bezugnahme auf spezielle Ausführungen beschrieben wurde, sollte erkannt werden, dass Veränderungen bei den beschriebenen Ausführungen und/oder Verfahren vorgenommen werden können, die jedoch noch durch alternative Ausführungen der Erfindung eingeschlossen sind. Beispielsweise kann eine alternative Ausführung eher das Fräsen der Titanhülle als das Herstellen der Hülle mittels eines Rapid-Prototyping-Prozesses einschließen. Speziell kann eine computergestützte numerisch gesteuerte (CNC) Fräsmaschine eingesetzt werden, um einen Titan-, Titanlegierungsrohling (oder einen Rohling aus einem anderen Material) zu fräsen, um die gewünschte Form, Konturen und Größe der Hülle zu erreichen. Die CNC-Fräsmaschine kann auf der Basis der CAD-Zeichnungen der Hülle gleich der Funktionsweise des Rapid Prototyps funktionieren.
Obgleich eine jede der Zeichnungen, die die biokompatible Hülle veranschaulichen, außerdem eine solide Konstruktion aus einem unitären Materialstück zeigen, kann bei einigen Ausührungen die biokompatible Hülle aus einer Gaze hergestellt werden, wie beispielsweise einer Titangaze. Die Titangaze kann mechanisch oder manuell gehandhabt werden, um sich an eine gewünschte Form anzupassen. Die Titangaze kann den gleichen Funktionen dienen wie die biokompatible Hülle mit einer soliden Konstruktion.
Obgleich mehrere Ausführungen auf eine kombinierte Knochentransplantat- und Dentalimplantat-Strategie ausgerichtet wurden, sollte außerdem erkannt werden, dass die biokompatible Hülle und das Verfahren zur Herstellung der Hülle in Übereinstimmung mit verschiedenen Strategien der Knochentransplantation realisiert werden können. Beispielsweise kann eine biokompatible Hülle bei den Strategien der Knochentransplantation für einen Augenhöhlenknochen, einen zygomatischen Knochen, einen Oberschenkelbeinknochen oder einen anderen Knochen verwendet werden. Dementsprechend soll der genaue Bereich der vorliegenden Erfindung nicht durch die vorangehend beschriebenen Ausführungen beschränkt sein, sondern eher durch die Patentansprüche hierin definiert werden.

Claims

Apparat für die Knochenaugmentation der vorhandenen Knochenstruktur, der aufweist: einen biokompatiblen Körper, der so geformt ist, dass er über die basale Stützknochenstruktur passt, wobei der Körper eine Innenfläche aufweist, die einen Hohlraum definiert, und wobei der Körper aufweist: einen Rippenabschnitt, der sich in einem Scheitel des Körpers befindet; eine erste Fläche, die sich auf einer ersten Seite vom Rippenabschnitt aus nach unten erstreckt; und eine zweite Fläche, die sich auf einer zweiten Seite vom Rippenabschnitt aus nach unten erstreckt, wobei mindestens ein Abschnitt der ersten und der zweiten Fläche aufgeraut ist, um eine Mikrotopographie aufzuweisen, die für die Anbindung von weichem Gewebe nützlich ist, wobei die erste und die zweite Fläche ausgebildet sind, um mit dem vorhandenen Knochen eine Verbindung herzustellen, wenn er eingesetzt wird, und wobei der Hohlraum außerdem Konturen für das Knochenwachstum definiert.
Apparat nach Anspruch 1, bei dem der Rippenabschnitt eine Dicke von annähernd 1,5 bis 3,0 mm aufweist.
Apparat nach Anspruch 1, bei dem die erste und die zweite Fläche jeweils eine Dicke von annähernd 0,5 bis 2,6 mm aufweisen.
Apparat nach Anspruch 1, bei dem sich die erste und die zweite Fläche bis zu einer Dicke von annähernd 0,5 bis 2,6 mm vom Rippenabschnitt aus verjüngen.
Apparat nach Anspruch 1, bei dem der Rippenabschnitt ein oder mehr Löcher für Deckschrauben aufweist, um mit den dentalen Implantaten eine Verbindung herzustellen.
Apparat nach Anspruch 1, bei dem sich die erste Fläche vom Rippenabschnitt aus weiter nach unten erstreckt als die zweite Fläche.
Apparat nach Anspruch 1, der ein oder mehr Löcher in der ersten und der zweiten Fläche für transosseale Befestigungsschrauben aufweist.
Apparat nach Anspruch 1, bei dem der biokompatible Körper Mikroperforationen mit einem Durchmesser von 0,1 bis 1,5 mm aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer biokompatiblen Hülle, das die folgenden Schritte aufweist: Ermitteln einer Knochenstruktur, an die die biokompatible Hülle angebracht wird, basierend auf einem Bild der Knochenstruktur; Konstruieren der biokompatiblen Hülle auf der Basis der ermittelten Knochenstruktur, wobei eine Computergrafik-Software benutzt wird, die in einer Grafikvorrichtung ausgeführt wird; Speichern der Konstruktion der biokompatiblen Hülle in einem computerlesbaren Datenträger; Bereitstellen der Konstruktion der biokompatiblen Hülle für einen Hüllenbildner; Lesen der Konstruktion der biokompatiblen Hülle mittels Prozessor und Herstellen der biokompatiblen Hülle aus der Konstruktion; und Aufrauen einer Außenfläche der Hülle.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Schritt des Ermittelns einer Knochenstruktur das Durchführen eines CT-Scannens der Knochenstruktur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, das außerdem die folgenden Schritte aufweist: Herstellen eines stereolithischen Modells der ermittelten Knochenstruktur; Herstellen eines stereolithischen Modells der biokompatiblen Hülle; und Durchführen einer Modellchirurgie mit der Modellhülle und der Modellknochenstruktur.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Hülle eines der folgenden aufweist: Volltitan; Volltitanlegierung; Titangaze; Titanlegierungsgaze; oder Polylactat.
Verfahren nach Anspruch 9, das den Schritt der Anwendung der Rapid-Prototype-Technologie aufweist, um die Implantathülle herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 9, das den Schritt des Fräsens eines Rohlings aus Titan oder Titanlegierung aufweist, um die biokompatible Hülle herzustellen.
Rapid-Prototype-Hüllenaufbau für die Knochenaugmentation und die Anordnung des dentalen Implantates, der aufweist: einen vollen Hüllenkörper mit einer im Großen und Ganzen bogenartigen Querschnittsform, der aufweist: einen Rippenabschnitt, der sich in einem Scheitel des Körpers befindet, der benutzt wird, um die dentalen Implantate während der Heilung des Knochentransplantates zu sichern; und eine linguale und eine labiale Fläche, die sich vom Rippenabschnitt aus erstrecken, um einen Hohlraum zu bilden; wobei der massive Hüllenkörper ausgebildet ist, um mindestens teilweise chirurgische Führungen und dentale Implantate während einer Knochentransplantationschirurgie und einer Erholungsperiode zu stützen.
Rapid-Prototype-Hüllenaufbau nach Anspruch 15, bei dem die linguale und die labiale Fläche eine aufgeraute Oberfläche aufweisen, die für die Anbindung von weichem Gewebe nützlich ist.
Rapid-Prototype-Hüllenaufbau nach Anspruch 15, der außerdem ein oder mehr dentale Implantate mit hohem Profil aufweist, die innerhalb des Hohlraumes des Hüllenkörpers angeordnet sind.
Rapid-Prototype-Hüllenaufbau nach Anspruch 17, der außerdem Deckschrauben aufweist, die über dem einen oder den mehreren dentalen Implantaten mit hohem Profil angeordnet sind, wobei sich die Deckschrauben durch den Hüllenkörper erstrecken, um eine Verbindung mit den dentalen Implantaten herzustellen, und um eine strukturelle Stütze für die dentalen Implantate bereitzustellen.
Rapid-Prototype-Hüllenaufbau nach Anspruch 15, der außerdem eine oder mehr transosseale Befestigungsschrauben aufweist, die so ausgebildet sind, dass sie sich durch die labiale Fläche erstrecken.
Rapid-Prototype-Hüllenaufbau nach Anspruch 15, der außerdem eine oder mehr transosseale Befestigungsschrauben aufweist, die so ausgebildet sind, dass sie sich durch die linguale Fläche erstrecken.
Rapid-Prototype-Hüllenaufbau nach Anspruch 15, bei dem die Hülle eine bogenartige Form aufweist, wenn von oben betrachtet wird.