DE19528242A1 - Werkzeug zum Präparieren von Hohlräumen in Knochen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Präparieren von Hohlräumen in der Knochenspongiosa für die Aufnahme von Knochenimplantaten. Derartige Vorrichtungen sind bisher nur in der Form von Bohrern, Ausschabungselementen oder Gewindeschneidern bekannt.

In vielen Fällen stellt sich jedoch nach dem Einbringen eines Implantates in einen entsprechend vorbereiteten Knochenhohlraum heraus, daß das Implantat noch relativ lange Zeit einen nur geringen Halt in dem Knochenhohlraum hat und daß es mehrere Wochen bis Monate dauert, bis die Knochenstruktur sich so umgeordnet hat und so nachgewachsen ist, daß das Implantat einen festen Halt bekommt. Dies erfordert jedoch auch, daß das Implantat und die damit verbundenen Knochenteile und sonstigen Teile während dieser Phase keinen größeren Belastungen ausgesetzt werden dürfen, da ansonsten der Zusammenhalt zwischen Knochenmaterial und Implantat immer wieder gestört wird.

Ein gängiges Verfahren zur Präparation entsprechender Hohlräume besteht darin, zunächst ein im wesentlichen zylindrisches oder auch leicht konisches Loch bohrt und anschließend ein passendes Gewinde in diesen gebohrten Hohlraum einschneidet, wobei auch das später einzusetzende Implantat ein ebensolches Gewinde aufweist und in den Knochenhohlraum eingeschraubt werden kann. Auf diese Weise versucht man zumindest eine gewisse Anfangsstabilität zu erzielen.

Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug zum Präparieren von Hohlräumen in der Knochenspongiosa für die Aufnahme von Knochenimplantaten zu schaffen, welches im Ergebnis dazu führt, daß später eingesetzte Implantate eine verbesserte Primärstabilität und damit im allgemeinen auch eine bessere Dauerhaltbarkeit haben.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Werkzeug ein vorzugsweise leicht konisches Gewindeteil und einen Kopf zum Drehen des Werkzeug es aufweist, wobei die äußere Hohlfläche des Gewindeteiles, insbesondere seine etwaige Konizität, die Form und Neigung der Gewindeflanken des Gewindeteiles, die Übergangsradien zwischen benachbarten Gewindeflanken und die Oberflächenbeschaffenheit des Gewindeteiles darauf abgestellt sind, das Wandmaterial des Knochenhohlraumes in erster Linie radial nach außen zu verdrängen um möglichst wenig Knochenmaterial abzutragen.

Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat nämlich herausgefunden, daß die geringe Primärstabilität bisheriger Implantate offenbar damit zusammenhängt, daß zuviel Knochenma­ terial aus dem Hohlraum abgetragen wird. Dabei hilft es auch nicht, wenn der Hohlraum bewußt kleiner und enger hergestellt wird als das später einzufügende Implantat. Dies ist zum einen gefährlich, weil dann das gewaltsam in einen zu engen Hohlraum einzudrehende Implantat möglicherweise zu Rissen, Brüchen oder sonstigen Beschädigungen des Knochens führen kann oder aber sich nicht vollständig in den Hohlraum eindrehen läßt, zum anderen wird selbst dann, wenn ein Implantat mit enger bzw. strammer Passung in einen entsprechenden Aufnahmehohlraum eingebracht wird, das Wandmaterial beschädigt, das heißt es werden Knochenzellen beschädigt oder zerstört, was sich unter Umständen auf die Dauerhaltbarkeit des Implantates noch nachteiliger auswirkt als eine anfängliche Spielpassung. Die Lösung dieses Problems besteht erfindungsgemäß in einem Werkzeug, welches von vornherein so ausgestaltet ist, daß es möglichst kein Material von den Knochenwänden abträgt, gleichzeitig aber auch das Wandmaterial der Aufnahmeöffnung möglichst wenig beschädigt, sondern im wesentlichen nur radial nach außen drängt und verdichtet. Implantate, die in derart vorbereitete Aufnahmebohrungen möglichst nicht in starker Presspassung eingesetzt werden, erreichen eine erstaunlich gute Primärstabilität. Konkret wurde dies anhand von Kiefer­ implantaten nachgewiesen, mit deren Hilfe künstliche Zähne oder Gebißteile im Kiefer eines Menschen verankert werden können.

Mit dem entsprechenden Vorbereitungswerkzeug vorbereitete und eingesetzte Implantate sind schon nach kürzester Zeit, das heißt nach ein bis zwei Tagen im Rahmen eines normalen Gebrauches belastbar und erreichen bereits nach ca. zwei Wochen ihre volle Stabilität und Endbelastbarkeit. Es besteht die Vermutung, daß dies darauf zurückzuführen ist, daß durch das radiale Verdrängen und Verdichten die Knochenzellen in den Wandschichten eines Hohlraumes, soweit sie noch in Takt sind, auch weitgehend unbeschädigt bleiben und sehr schnell die den Belastungen und Gegebenheiten entsprechenden Strukturen an dieser Grenzschicht ausbilden, was gleichzeitig zu einer Verankerung des Implantates führt.

Zu dem überwiegend radialen Verdrängen des Knochenmateriales ohne Abtragen der äußeren Schichten tragen verschiedene Faktoren bei und es kann unter Umständen schon ausreichend sein, wenn ein an sich bekanntes Implantatgewinde mit möglichst engen Toleranzen hergestellt und mit einer möglichst glatten, vorzugsweise polierten Oberfläche versehen wird. Dabei können selbstverständlich auch Mittel verwendet werden, die eine gewisse Schmierung bewirken, zum Beispiel Wasser.

Die Konizität des Gewindeteiles sollte vorzugsweise nicht allzu groß sein, da dann das Gewinde nur einen geringen Halt bildet oder vergleichsweise tief eingeschnitten werden muß, was wiederum das Abtragen von Knochenmaterial begünstigt, welches möglichst vermieden werden sollte. Der Konuswinkel γ, gemessen zwischen der Achse des Gewindeteiles und einer Einhüllenden der Gewindegrate, sollte daher unter 5°, vorzugsweise höchstens 2° betragen. Auch die Gewindeflanken selbst sollten überwiegend steil verlaufen, das heißt sie sollten mindestens über den größten Teil ihrer Länge mit der Achse einen Winkel von weniger als 50° einschließen. Weiterhin sollte auch der Gewindegrat zwischen benachbarten Gewindegängen nicht scharfkantig sondern abgerundet sein mit einem Radius, der typischerweise in der Größenordnung von 0,1 mm liegen kann. Der Radius im Gewindegrund beträgt vorzugsweise mindestens 1 mm.

Die Gewindeflanken können, gesehen in einem die Achse enthaltenden Schnitt, entweder gerade verlaufen und sollten dann am Gewindegrund über einen Radius von mindestens 0,5 mm verbunden sein, sie können aber auch konkav gekrümmt ausgebildet sein. In letzterem Fall ist eine Variante der Erfindung bevorzugt, bei welcher der unterhalb eines Gewindegrates anschließende Gewindeflankenabschnitt einen kleineren Krümmungsradius hat als der oberhalb eines Gewindegrates anschließende Flankenabschnitt. Zum Beispiel könnte der erstgenannte Radius in der Größenordnung von 1 mm, der zweitgenannte in der Größenordnung von 2 mm liegen.

Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Werkzeug aus Edelstahl oder einem oberflächenbe­ handelten Stahl hergestellt, im Gegensatz zu den Implantaten selbst, die üblicherweise aus Titan oder einer Titanlegierung bestehen. Sofern es jedoch gelingt, auch derartige Tit­ anmaterialien an der Oberfläche so zu gestalten, daß beim Eindrehen bzw. Einsetzen in eine vorbereitete Bohrung, das Knochenmaterial im wesentlichen nur radial weggedrängt wird, kann selbstverständlich auch Titan für ein solches Werkzeug verwendet werden.

Dabei schließt die Erfindung auch solche Werkzeugvarianten ein, die aus einem körperver­ träglichen Material bestehen und insofern nach dem Herstellen bzw. Vorbereiten des Hohlraumes selbst als Implantat oder Implantatträger in dem Knochenhohlraum verbleiben.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmerkmale der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Werkzeug es und

Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Gewindeteil in einem axialen Schnitt.

Man erkennt in Fig. 1 das insgesamt mit 1 bezeichnete Werkzeug, welches aus einem Kopf 2 und einem Gewindeteil 3 besteht, mit einem Zwischenstück, welches als Anschlagring 4 ausgebildet ist.

Wenn das Werkzeug später selbst als Implantat dienen soll, kann dieser Anschlagring 4 auch durch einen entsprechend schlankeren, verjüngten Halsabschnitt ersetzt werden.

Der Kopf 2 ist als Vierkant ausgebildet und ermöglicht so den Eingriff bzw. das Einspannen eines Betätigungswerkzeuges, durch welches das Vorbereitungswerkzeug 1 gedreht wird.

Das Gewindeteil 1 verläuft leicht konisch, wobei der Konuswinkel γ, gemessen zwischen der Achse 8 und einer Einhüllenden des Gewindeabschnitts in etwa 2° beträgt. Dieser Konuswinkel kann zweckmäßigerweise zwischen 0 und 5° liegen.

Die Gewindeflanken sind zusammen mit dem Gewindegrund als konkave Bögen mit zwei verschiedenen glatt ineinander übergehenden Radien ausgebildet. Unmittelbar unterhalb eines Gewindegrates 7 ist der Radius r1 der konkaven Krümmung dieser Gewindeflanke 5 deutlich kleiner als der Krümmungsradius der nach unten daran anschließenden und oberhalb des nächsten Gewindegrates liegende Flankenabschnitt 6. Konkret kann der Radius r1 1 bis 2 mm betragen, währen der Radius r2 typischerweise im Bereich von 2 bis 5 mm liegt. Auch die Gewindegrate 7 selbst haben eine, wenn auch kleine Krümmung und sind nicht scharfkantig ausgebildet. Der Krümmungsradius der Gewindegrate 7 liegt in der Größenordnung von 0,1 mm. Nur die stärker konkav gekrümmte Gewindeflanke 5 schließt unmittelbar unterhalb eines Grates 7 mit der Achse 8 einen Winkel ein, der größer als 50° ist. Auf dem weitaus größten Teil der Länge der Gewindeflanken 5 und 6 zusammen betrachtet, verläuft jedoch die Gewindeflanke relativ steil und schließt mit der Achse 8 des Werkzeuges einen Winkel ein, der zwischen etwa 0 und ± 30° variiert. Nur über etwa 10% der Länge der Gewindeflanken 5 und 6 liegt dieser Winkel oberhalb von 50°, wie durch eine Tangente t in Fig. 2 angedeutet wird. Die Oberfläche des Gewindeteiles 3 ist mit sehr engen Toleranzen hergestellt und möglichst glatt, so daß sie auf dem Knochenmaterial in einer Aufnahmebohrung möglichst gut gleitet, dabei jedoch wegen des konisch zunehmenden Radius das Knochenmaterial radial nach außen wegdrängt. Dabei ist zu beachten, daß das Werkzeug auch nur in einem vorderen Bereich konisch und im übrigen zylindrisch ausgebildet sein könnte.

Das Werkzeug gemäß der Erfindung wird nach dem folgenden und überraschend wirkungs­ vollen Verfahren verwendet.

Zunächst wird in dem Knochen eine Bohrung hergestellt, deren Durchmesser bei einer jeweils gegebenen Tiefe bis zu 30% kleiner ist als der Durchmesser der darin einzusetzenden Implantates in der gleichen Tiefe. Dann wird die Dichte des spongiosen Knochenmaterials entweder visuell oder auch durch Probenahme untersucht und analysiert, wobei dies auch schon vorher unabhängig von der Herstellung der Bohrung geschehen kann. Falls die Knochendichte relativ hoch ist, so kann die Bohrung um 10, 20 oder 25% erweitert werden, so daß bei sehr dichtem Knochenmaterial der Unterschied zwischen dem Vorbereitungs­ werkzeug und der Bohrung nur noch 5% des auf gleicher axialer Höhe gemessenen Durchmessers beträgt.

Dabei hat das endgültig einzusetzende Implantat ebenfalls einen solchen Gewindeabschnitt, der vorzugsweise exakt dieselben Maße hat, wie der Gewindeteil des Vorbereitungs­ werkzeuges. Wie bereits erwähnt, kann auch das Vorbereitungswerkzeug selbst als Implantat bzw. als Implantatträger dienen, wenn es aus einem entsprechend gewebeverträglichen Material hergestellt ist und auch im übrigen der gewünschten Form angepaßt ist.

Das erfindungsgemäße Werkzeug wird dann in die Aufnahmeöffnung hineingeschraubt und drängt dabei das Knochenmaterial an der Wand der Aufnahmebohrung radial nach außen, ohne es ernsthaft zu beschädigen. Anschließend bleibt entweder das Werkzeug als Implantatträger in dem Aufnahmehohlraum oder aber, was bevorzugt ist, es wird durch ein Implantat ersetzt, welches einen Gewindeteil hat, dessen äußere Form mit der Gewindeform des Werkzeug es im wesentlichen übereinstimmt, ohne jedoch notwendigerweise die glatte und gegebenenfalls polierte Oberfläche zu haben, so daß der feste Sitz in dem Aufnahmehohlraum besser gewährleistet ist.

Es versteht sich, daß für Implantate verschiedener Größen auch entsprechende Werkzeuge identischer Größe bereitzustellen sind, wobei jedem dieser Werkzeuge zweckmäßigerweise auch ein oder mehrere Bohrer zugeordnet werden, welche in 5%-Abstufungen Durchmesser aufweisen, die um 5 bis 30% kleiner sind als der Werkzeugdurchmesser in jeweils einander entsprechenden axialen Positionen.

Claims (12)

1. Werkzeug zum Präparieren von Hohlräumen in der Knochenspongiosa für die Aufnahme von Knochenimplantaten, dadurch gekennzeichnet, daß es ein vorzugsweise leicht konisches Gewindeteil (3) und einen Kopf (2) zum Drehen des Werkzeuges (1) aufweist, wobei die Hüllfläche des Gewindeteiles, insbesondere seine etwaige Konizität, die Form und Neigung der Gewindeflanken, die Übergangsradien zwischen benachbarten Gewindeflanken und die Oberflächenbeschaffenheit des Gewindeteiles (3) darauf abgestellt sind, das Wandmaterial des Knochenhohlraumes in erster Linie radial nach außen zu verdrängen und unter Einprägung der Gewindeform möglichst wenig Knochenmaterial abzutragen.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Gewindeteil (3) eine glatte, vorzugsweise polierte Oberfläche aufweist.

3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Oberfläche des Gewindeteiles (3) mit sehr engen Toleranzen hergestellt ist.

4. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewindeteil eine Konizität mit einem Konuswinkel (γ) von weniger als 5° vorzugsweise von etwa 2° hat.

5. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindeflanken, gesehen in einem die Achse enthaltenden Schnitt, über den größten Teil ihrer Länge steil mit einem mit der Achse (8) des Werkzeuges eingeschlossenen Winkel von weniger als 50° verlaufen.

6. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindeflanken in einem die Achse enthaltenden Schnitt gerade verlaufen, wobei Übergangsradien zwischen benachbarten Gewindeflanken vorgesehen sind, welche einen Radius von mindestens 0,1 mm an den Gewindegraten, vorzugsweise etwa 0,3 mm, und von mehr als 1 mm, vorzugsweise mehr als 2 mm, am Gewindegrund haben.

7. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindeflanken in einem die Achse enthaltenden Schnitt konkav gekrümmt verlaufen, wobei der unmittelbar unterhalb eines Gewindegrates anschließende Abschnitt einen kleineren Krümmungsradius als der oberhalb eines Gewindegrates anschließende Flankenabschnitt hat und die beiden Gewindeflanken an einem Gewindegrund glatt und ohne Knick ineinander übergehen.

8. Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindegrat einen Radius von mindestens 0,1 mm aufweist.

9. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Übergang zwischen Gewindeteil (3) und Kopf (2) ein Anschlag, vorzugsweise ein ringförmig umlaufender Anschlag (4) vorgesehen ist, welcher das Eindrehen des Gewindeteiles (3) in einen vorgebohrten Hohlraum begrenzt.

10. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug in einem vollständig in einem Hohlraum eingedrehten Zustand einen um 5 bis 30% größeren äußeren Durchmesser aufweist, als die zuvor hergestellte Bohrung.

11. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Edelstahl hergestellt ist.

12. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es galvanisch oder durch chemische oder physikalische Dampfabscheidung beschichtet ist.