DE10302575B4

DE10302575B4 - Messverfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Stabilität eines Implantats o der eines Zahnes

Info

Publication number: DE10302575B4
Application number: DE2003102575
Authority: DE
Inventors: Wilfried Prof. Dr.Dr. Engelke
Original assignee: Georg August Universitaet Goettingen
Current assignee: Georg August Universitaet Goettingen
Priority date: 2003-01-22
Filing date: 2003-01-22
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2023-01-23
Also published as: DE10302575A1; AU2003296513A1; WO2004066838A1

Abstract

Messverfahren zur Bestimmung der Stabilität eines in einem Knochen eingebrachten Implantats oder eines Zahnes, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat oder der Zahn einer typischen Belastung unterworfen wird, und dass die hierdurch hervorgerufenen Mikrobewegungen des Implantats bzw. Zahnes relativ zum Knochen über einen vom Implantat bzw. Zahn bewegungsgesteuerten Indikator an einen Messort übertragen, dort kontaktendoskopisch beobachtet und digital aufgezeichnet werden, wobei die Übertragung der Relativbewegungen an den Messort mechanisch über einen kraftschlüssig mit dem Implantat oder Zahn verbundenen Indikator erfolgt, wobei auf der Knochenoberfläche oder einem benachbarten Zahn eine dem Messort zugeordnete Referenzmarkierung angeordnet und zusammen mit dem Indikator kontaktendoskopisch abgebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Messverfahren zur Bestimmung der Stabilität eines in einem Knocheneingebrachten Implantats oder eines Zahnes.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Bestimmung der Stabilität eines in einen Knochen eingebrachten Implantats oder eines Zahnes.
Implantatstabilität ist Vorbedingung für einen Langzeiterfolg und beruht auf direktem Kontakt des Implantates mit dem umgebenden Knochen. Man unterscheidet zwischen einer primären und sekundären Stabilität. Die Primärstabilität bei der Implantatinsertion ist abhängig von den mechanischen Komponenten wie lokaler Knochenqualität und Quantität, Implantattyp und Insertionstechnik. In der Traumatologie lassen sich wiederum drei Grade von Primärstabilität unterscheiden nämlich Adaptionsstabilität, Übungsstabilität und Belastungsstabilität. Diese Grade können auf dentale Implantate übertragen werden. Als Folge traumatischer Chirurgie, vorzeitiger Überlastung oder Infektion am Implantat-Knochen-Interface durch Knochenresorption, Bindegewebsbildung kann eine unzureichende Stabili sierung des Implantates resultieren, die den Kriterien der Belastungsstabilität nicht genügt.
Die bisher bekannt gewordenen Verfahren zur Messung der Stabilität von Implantaten sind die Röntgendiagnostik, das Periotestverfahren sowie die Resonanzfrequenzanalyse. Alle drei Verfahren sind jedoch mit Nachteilen behaftet:
Röntgenbilder sind nur schwer zu standardisieren und sind ungeeignet für die kurzfristige Beurteilung der Stabilität intraoperativ. Das Periotestverfahren beruht auf einer elektronischen Messung der Kontaktzeit eines Stößels mit der Implantatoberfläche. Dieses Verfahren kann intraoperativ eingesetzt werden, liefert jedoch keine definierten Messresultate für Mikrobewegungen unter der Funktion. Bei der Resonanzfrequenzanalyse wird aus der Resonanzfrequenz auf die Stabilität des Implantates im Lagergewebe rückgeschlossen. Obwohl Periotest und Resonanzfrequenzanalyse objektive Daten liefern, erlauben sie keine direkte Aussage über Implantatbewegungen unter der Funktion relativ zum Knochen. Insgesamt kann festgestellt werden, dass die derzeitig übliche Technik zur Bestimmung der Implantatstabilität unzulänglich sind, da sie keine Daten liefern, die in einem biomechanischen Modell verwendet werden können.

In der US 5,803,730 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Stabilität eines in einem Knochen eingebrachten Implantats oder eines Zahns beschrieben. Dabei wird ein optisches System genutzt, um Aufzeichnungen von Mikrobewegungen durchzuführen.

Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass eine optimale Primärstabilität Voraussetzung für den Erfolg einer Behandlung mit Implantaten ist. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu entwickeln, die eine sichere intraoperative Überprüfung der Primärstabilität ermöglichen. Ausgehend von dem modernen Konzept der Sofortbelastung sollen erfindungsgemäß die Implan tate unter Kaubelastung daraufhin untersucht werden, ob die kritische Grenze für Mikrobewegungen am Interface überschritten wird. Werden unter der Funktion keine kritischen Mikrobewegungen am Interface beobachtet, können die Implantate sofort unter Funktion genommen und gemäß bekannten Prinzipien verblockt werden. Im anderen Falle verbietet sich eine Sofortbelas tung; stattdessen muss die Remodelation am Interface im Sinne der Osseointegration unbelastet erfolgen.

Ausgehend von dem eingangs genannten Messverfahren wird die vorstehend genannte Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Messverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Hinsichtlich der eingangs genannten Vorrichtung wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen kraftschlüssig reversibel auf dem Implantat oder Zahn festlegbaren, eine Einrichtung zur Aufnahme und Übertragung einer gezielten Krafteinleitung aufweisenden Messaufbau, durch zumindest einen mit dem Implantat oder Zahn in Bewegungszusammenhang stehenden, als Übertragungsfolie ausgebildeten Indikator, der die durch die Krafteinleitung gegenüber dem Knochen auftretenden Relativbewegungen an einen Messort an der Knochenoberfläche oder einen benachbarten Zahn überträgt, und durch ein auf die Knochenoberfläche aufsetzbares Kontaktendoskop zur Abbildung des Messortes.

Endoskopische Verfahren werden bereits seit einigen Jahren in der Zahn-Mund-Kieferheilkunde eingesetzt und zwar zur Diagnostik der velopharyngealen Sphinkterfunktion der Kieferhöhle im Rahmen der Augmentationschirurgie sowie im Rahmen der Entwicklung der Stützendoskopie zur Sinusbodenaugmentation.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die zu dessen Durchführung vorgesehene Vorrichtung ermöglichen eine digitale Darstellung von Mikrobewegungen dentaler Implantate unter definierter Belastung in repräsentativen Knochenproben. Dabei ermöglicht das Messsystem eine einfache zerstörungsfreie quantitative Beurtei lung von Mikrobewegungen an der Knochenoberfläche unter Kaubelastung. Das Messsystem erlaubt also eine In-vivo-Testung. Die erfindungsgemäße direkte einfache Messung von Mikrobewegungen von Implantaten erweist sich als neues Instrument der Qualitätssicherung von Sofortimplantaten und erlaubt die Umsetzung von bisher nicht verfügbaren objektiven Messdaten für biologische Modelle in vivo in ein einfach zu integrierendes und nebenwirkungsfreies diagnostisches Konzept. Darüberhinaus hat die erfindungsgemäße Lösung Bedeutung bei der Überprüfung der Stabilität von Implantaten nach der konventionellen Einheilungsphase insbesondere in regenerierten Knochen und kritischen Implantatlagerverhältnissen. Vorteile ergeben sich auch hinsichtlich der Insertion der Implantate: Aufgrund der erfindungsgemäß möglichen Kontrolle der Stabilität eines Implantates durch mikromechanische Messung lassen sich Insertionskonzepte auf wenige Implantatpfeiler reduzieren; hierdurch lassen sich erhebliche Kosten einsparen im Vergleich zu sonst notwendigen hohen Pfeilerzahlen.

Ein erfindungsgemäßes Messverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung der Relativbewegungen an den Messort mechanisch über einen kraftschlüssig mit dem Implantat oder Zahn verbundenen Indikator erfolgt. Dabei wird auf der Knochenoberfläche oder einem benachbarten Zahn eine dem Messort zugeordnete Referenzmarkierung angeordnet und zusammen mit dem Indikator kontaktendoskopisch abgebildet wird, wobei als Referenzmarkierung ein im Knochen verankerter Referenzkörper z.B. eine Mikroschraube oder ein Nagel verwendet werden kann. Ein derartiger Referenzkörper kann auf seiner dem Kontaktendoskop zugewandten Oberfläche ein Mikro-Maßstabsgitter aufweisen.

Verfahrensmäßig erfolgen erfindungsgemäß eine Bildspeicherung und automatische Kalibrierung der Messgrößen, eine Berechnung der Mikrobewegungen einschließlich der Hysterese nach mehreren Belastungszyklen sowie durch eine entsprechend angepasste Software eine Dokumentation der Untersuchung und Protokollerstellung für die Krankenakte.

Bei dem Messverfahren wird vorzugsweise eine Trennung der Bewegungskomponenten in vertikaler, transversaler und approximaler Richtung vorgenommen.

Vorrichtungsmäßig weist der vorstehend genannte Messaufbau vorzugsweise einen axial verschraubbaren, zum Implantat passgenau gefertigten Pfosten auf, der an seinem vom Implantat abgewandten Ende die genannte Einrichtung, z.B. eine Kugel, zur Aufnahme und Übertragung einer Krafteinleitung trägt.

Zur Messung der horizontalen Bewegungsvektoren ist vorzugsweise eine horizontale Mikrobewegungen anzeigende Übertragungsfolie vorgesehen, die rechtwinklig zur Längsachse des Messaufbaus an dessen dem Implantat zugewandten Ende angeordnet, in ihrer Längsachse weitgehend biegesteif, in Querrichtung hingegen flexibel ausgebildet ist.

Zur Messung der vertikalen Bewegungsvektoren ist erfindungsgemäß vorzugsweise zumindest eine vertikale Mikrobewegungen anzeigende Übertragungsfolie vorgesehen, die am Messaufbau parallel zur Längsachse angeordnet ist, den Messaufbau nach basal überragt und einen rigiden Horizontalschenkel sowie einen flexiblen lotrechten Schenkel aufweist.

Für eine exakte Messung ist es vorteilhaft, wenn die Übertragungsfolie mit einer Messskala zum Ablesen der Mikrobewegungen in einer Größenordnung von 10 – 200 μm versehen ist.

Das erfindungsgemäß vorgesehene Kontaktendoskop ist vorzugsweise ein hochauflösendes Nahbeobachtungsendoskop, das eine Abstützeinrichtung mit endständigen Fixationshilfen aufweist, die z.B. durch auf die Knochenoberfläche aufsetzbare Dornen gebildet sind und überdies eine klingenartige, konkav ausgebildete Abstützfläche umfassen können.

Um beim praktischen Einsatz des Kontaktendoskops die Messergebnisse jederzeit exakt ablesen zu können, ist es zweckmäßig, wenn die zum Kiefer ausrichtbare Abstützeinrichtung eine gegen ein Beobachtungsfenster des Kontaktendoskops gerichtete Spüldüse zum Anblasen eines Reinigungsmediums aufweist.

In der Zeichnung sind zwei als Beispiele dienende Ausführungsformen der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen
1 einen Vorrichtungsaufbau zur Messung horizontaler Mikrobewegungsvektoren und
2 in einer Darstellung gemäß 1 einen Vorrichtungsaufbau zur Messung vertikaler Mikrobewegungsvektoren.
1 zeigt ein Implantat 1, das in einen Alveolarknochen 2 eingesetzt ist. Auf dem Implantat 1 ist ein Messaufbau 3 mit einer Einrichtung zur Aufnahme und Übertragung einer gezielten Krafteinleitung 4 kraftschlüssig reversibel festgelegt. Der Messaufbau 3 weist im Wesentlichen einen axial verschraubbaren, zum Implantat 1 passgenau gefertigten Pfosten auf, der an seinem vom Implantat 1 abgewandten Ende eine z.B. als Kugel ausgebildete Einrichtung zur Aufnahme und Übertragung einer Krafteinleitung tragen kann.
Rechtwinklig zur Längsachse des Messaufbaus 3 ist an dessen dem Implantat 1 zugewandten Ende eine horizontale Mikrobewegungen anzeigende Übertragungsfolie 5 angeordnet, die in ihrer Längsachse weitgehend biegesteif, in Querrichtung hingegen flexibel ausgebildet ist und aus Metall bestehen kann. Diese mit dem Implantat 1 in Bewegungszusammenhang stehende Übertragungsfolie 5 bildet einen Indikator, der die durch die Krafteinleitung 4 gegenüber dem Knochen 2 auftretenden horizontalen Relativbewegungen 6 an einen Messort 7 an der Kno chenoberfläche 2a überträgt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Messort 7 durch eine im Knochen 2 verankerte Mikroschaube gebildet. Der Messort 7 könnte aber auch eine auf dem Zahnfleisch vorgesehene Oberflächenmarkierung sein.
Die in 1 dargestellte Messanordnung umfasst ferner ein auf die Knochenoberfläche 2a aufgesetztes Kontaktendoskop 8, dessen Abbildungsbereich 9 den Messort 7 sowie den freien Endabschnitt der horizontalen Übertragungsfolie 5 erfasst, die vorzugsweise mit einer Messskala zum Ablesen der Mikrobewegungen in einer Größenordnung von 10 – 200 μm versehen ist.
Das Kontaktendoskop 8 ist ein hochauflösendes Nahbeobachtungsendoskop, das eine Abstützeinrichtung 10 aufweist, die mit endständigen Fixationshilfen versehen ist, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf die Knochenoberfläche 2a aufgesetzte Dornen 11 sowie eine klingenartige, konkav ausgebildete Abstützfläche 12 umfassen. Die zum Kiefer ausrichtbare Abstützeinrichtung 10 weist eine gegen ein Beobachtungsfenster des Kontaktendoskops 8 gerichtete, in der Zeichnung nicht näher dargestellte Spüldüse zum Anblasen eines Reinigungsmediums auf.
Die in der Zeichnung dargestellte, den Messort 7 bildende Mikroschraube könnte auf ihrer Oberfläche mit einem Raster zur passgenauen Abstützung und Positionierung des Kontaktendoskops 8 versehen sein.
Dem Kontaktendoskop 8 ist vorzugsweise ein in der Zeichnung nicht näher dargestelltes elektronisches Bildverarbeitungssystem angeschlossen.
Bei Belastung des Implantats 1, also bei einer Krafteinleitung 4 in den Messaufbau 3 (beispielsweise durch Zubeißen) lösen horizontale Kraftvektoren eine Horizontalbewegung 6 am Interface 13 relativ zum Knochen 2 bzw. dem für die Kali brierung von Messungen dienenden Messort 7 aus, die als horizontale Mikrobewegungen aufgezeichnet und dokumentiert werden.
2 zeigt eine mit 1 vergleichbare Vorrichtungsanordnung, die zur Messung vertikaler Relativbewegungen 14 dient, die ein in einen Knochen 2 eingesetztes Implantat 1 unter Einwirkung einer den mit dem Implantat 1 kraftschlüssig verbundenen Messaufbau 3 beaufschlagenden Krafteinleitung 4 ausführt. Die die vertikalen Mikrobewegungen anzeigende Übertragungsfolie 15 ist am Messaufbau 3 parallel zu dessen Längsachse angeordnet, überragt den Messaufbau 3 nach basal und weist einen rigiden Horizontalschenkel 15a und einen flexiblen lotrechten Schenkel 15b auf.
Im Übrigen wird das Kontaktendoskop 8 – abweichend von der in 1 dargestellten Position – etwas seitlich gegen den Knochen 2 angesetzt.
Die in den 1 und 2 dargestellten Vorrichtungsanordnungen können auch zur Bestimmung der Stabilität eines noch im Alveolarknochen 2 sitzenden (gesunden) Zahnes eingesetzt werden. Der Messaufbau 3 ist dann so ausgebildet, dass er sich kappenartig auf die Zahnkrone aufsetzen und dadurch kraftschlüssig reversibel mit dem Zahn verbinden lässt. Der als Referenz dienende Messort 7 wird dann vorzugsweise durch einen Nachbarzahn gebildet.

Claims

Messverfahren zur Bestimmung der Stabilität eines in einem Knochen eingebrachten Implantats oder eines Zahnes, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat oder der Zahn einer typischen Belastung unterworfen wird, und dass die hierdurch hervorgerufenen Mikrobewegungen des Implantats bzw. Zahnes relativ zum Knochen über einen vom Implantat bzw. Zahn bewegungsgesteuerten Indikator an einen Messort übertragen, dort kontaktendoskopisch beobachtet und digital aufgezeichnet werden, wobei die Übertragung der Relativbewegungen an den Messort mechanisch über einen kraftschlüssig mit dem Implantat oder Zahn verbundenen Indikator erfolgt, wobei auf der Knochenoberfläche oder einem benachbarten Zahn eine dem Messort zugeordnete Referenzmarkierung angeordnet und zusammen mit dem Indikator kontaktendoskopisch abgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzmarkierung ein im Knochen verankerter Referenzkörper verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine automatische Kalibrierung der Messgrößen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Berechnung der Mikrobewegungen einschließlich der Hysterese nach mehreren Belastungszyklen durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennung der Bewegungskomponenten in vertikaler, transversaler und approximaler Richtung vorgenommen wird.
Vorrichtung zur Bestimmung der Stabilität eines in einen Knochen eingebrachten Implantats oder eines Zahnes, gekennzeichnet durch einen kraftschlüssig reversibel auf dem Implantat (1) oder Zahn festlegbaren, eine Einrichtung zur Aufnahme und Übertragung einer gezielten Krafteinleitung (4) aufweisenden Messaufbau (3), durch zumindest einen mit dem Implantat (1) oder Zahn in Bewegungszusammenhang stehenden, als Übertragungsfolie (5; 15) ausgebildeten Indikator, der die durch die Krafteinleitung (4) gegenüber dem Knochen (2) auftretenden Relativbewegungen (6; 14) an einen Messort (7) an der Knochenoberfläche (2a) oder einen benachbarten Zahn überträgt, und durch ein auf die Knochenoberfläche (2a) aufsetzbares Kontaktendoskop (8) zur Abbildung des Messortes (7).
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Messaufbau (3) einen axial verschraubbaren, zum Implantat (1) passgenau gefertigten Pfosten aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfosten an seinem vom Implantat (1) abgewandten Ende die Einrichtung zur Aufnahme und Übertragung einer Krafteinleitung trägt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Einrichtung durch eine Kugel gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 – 9, gekennzeichnet durch eine horizontale Mikrobewegungen (6) anzeigende Übertragungsfolie (5), die rechtwinklig zur Längsachse des Messaufbaus (3) an dessen dem Implantat (1) zugewandten Ende angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die den Indikator für Horizontalbewegungen (6) bildende Übertragungsfolie (5) in ihrer Längsachse weitgehend biegesteif, in Querrichtung hingegen flexibel ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 – 11, gekennzeichnet durch zumindest eine vertikale Mikrobewegungen (14) anzeigende Übertragungsfolie (15), die am Messaufbau (3) parallel zur Längsachse angeordnet ist und den Messaufbau (3) nach basal überragt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die den Indikator für Vertikalbewegungen (14) bildende Übertragungsfolie (15) einen rigiden Horizontalschenkel (15a) und einen flexiblen lotrechten Schenkel (15b) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 – 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsfolie (5; 15) mit einer Messskala zum Ablesen der Mikrobewegungen in einer Größenordnung von 10 – 200 μm versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 – 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Messort (7) ein im Knochen (2) verankerter Referenzkörper, z.B. eine Mikroschraube ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 – 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Messort (7) eine auf dem Zahnfleisch vorgesehene Oberflächenmarkierung ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 – 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktendoskop (8) ein hochauflösendes Nahbeobachtungsendoskop ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 – 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktendoskop (8) eine Abstützeinrichtung (10) aufweist, die endständig Fixationshilfen (11, 12) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixationshilfen durch auf die Knochenoberfläche (2a) aufsetzbare Dornen (11) gebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixationshilfen eine klingenartige, konkav ausgebildete Abstützfläche (12) umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 15 und einem der Ansprüche 17 – 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzkörper eine auf ihrer Oberfläche mit einem Raster versehene Schraube ist zur passgenauen Abstützung und Positionierung des Kontaktendoskops (8).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 – 21, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kontaktendoskop (8) ein elektronisches Bildverarbeitungssystem angeschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 – 22, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Kiefer ausrichtbare Abstützeinrichtung (10) eine gegen ein Beobach tungsfenster des Kontaktendoskops (8) gerichtete Spüldüse zum Anblasen eines Reinigungsmediums aufweist.