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Vorrichtung zum orthodontischen Bewegen von Zähnen Dies ist eine
Continuation-inPart-Anmeldung für meine frühere US-Patentanmeldung Nr. 259 184,
angemeldet am 2. Juni 1972, die als Verfahren und Vorrichtung zum orthodontischen
Richten von Zähnen bezeichnet ist.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für das orthodontischen Bewegen
von Zähnen Die übliche orthodontische Verfahrensweise enthält den Einsatz von Klammern
an individuellen Zähnen mit Hilfe von Bändern, welche die Zähne umgeben, Ein elastischer
Draht ist an den Klammern in der Art angebracht, daß in dem Draht Biege- und/oder
Torsionsbeanspruchungen auftreten, die wieder herstellende Kräfte erzaugen, die
darauf gerichtet sind, die Zähne in Richtung auf eine gewünschte Position zu bringen.
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Derartige Techniken enthalten in ihrem breiteren Sinn eine Hals-Kopfbedeckung,
die einen lateral vorgespannten U-förmigen Draht enthält, der nur an Backenzähnen
angebracht ist; in den meisten Fällen wird dazu ein Bogendraht von parabolischer
Form gehören, der mittels siamesischer Klammern an den meisten Zähnen der oberen
oder unteren Reihen angebracht ist,
Die gegenwärtige orthodontische
Praxis zum Richten von Zähnen ruft für gewöhnlich nach der aufeinanderiolgenden
Benutzung von verschiedenen Bogendrähten, die aus 18-8 rostfreiem Stahl hergestellt
sind.
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Es ist aus verschiedenen Gründen nicht praktisch, die Behandlung mit
einem Bogendraht der größten Größe zu beginnen. Die Klammerschlitze haben wenig
Ähnlichkeit der Ausrichtung miteinander, so daß die Drähte im wesentlichen verwunden
oder abgewendet werden müssen. Die großen Drähte, wie solche aus 18-8 rostfreiem
Stahl mit einem Durchmesser von 0,51 mm unterliegen einer bleibenden Verformung
leichter als dünnere Drähte und verringern damit ihre Fähigkeit, bewegende Kräfte
an den Zähnen auszuüben, nachdem sie bemerkenswert verwunden oder abgebogen worden
sind. Wenn sich außerdem die Zähne während der Periode zwischen Visiten beim Zahnarzt
bewegt haben, dann werden die die Ausrichtung erzeugenden Kräfte reduziert. Um dieses
Problem zu vermeiden, sind bereits federähnliche Schleifen an den Drähten vorgesehen
worden; solche SchleSn sind aber die Quelle von Entzündungen, und sie erzeugen oft
Geschwüre an benachbarten Körpergeweben.
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Um diese mit dicken Drähten in Verbindung stehenden Probleme zu vermeiden,
ist es bei einer typischen Behandlungsfolge Ueblich, zunächst, und zwar für die
erste Zahnbewegung einen dünnen Bogendraht mit einem Drahtdurchmesser von 0,15 mm
einzusetzen,
wonach dann die Benutzung von Bogendrähte mit Ow38
mm^£urchmesser und 0,45 mm Durchmesser folgen. Die Endstufe kann die.Benutzung eines
Bogendrahtes von rechteckigem Querschnitt einschließen, der den Schlitz in der Klammer
schließt; in diesem Stadium der Behandlung sind die Klammern aber im wesentlichen
miteinander so ausgerichtet, daß der rechteckige Draht keiner großen Abbiegung oder
Torsion unterworfen ist. Der rechteckige Draht wird zwischen benachbarten Zähnen
leicht verwunden werden, und seine rechteckige Form~liefert es nicht drehbar in
bezug auf jede Klammer und jeden Zahn, wodurch eine Torsions- oder Aufrichtkraft
auf die Zähne ausgeübt wird.
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Die vorliegende Erfindung beabsichtigt in einer Beziehung die Reduzierung
oder Eliminierung des Auswechselns von Bogendrähten und die Verbesserung der Charakteristik
von orthodontischen Vorrichtungen, wie der Hals-Kopfbedeckung Die gestellte Aufgabe
wird realisiert durch die Verwendung von Drähten aus einer metallischen Zusammensetzung,
welche deformierbar ist durch eine martensitische Schervorrichtung, wenn sie sich
unterhalb einer kritischen Temperatur befindet, und besitzt ein mechanisches Gedächtnis
durch das Zurückkehren in ihre Originalform, wenn sie über die kritische Temperatur
hinaus erhitzt wurde. Der Draht ist alternativ beschrieben und beansprucht als ein
einzelner Strang aus einer metallischen Zusammensetzung, die eine höhere Elastizitätsgrenze
und einen niedrigeren Elastizitätsmodul
als ein 18-8 rostfreier
Stahldraht von gleichem Querschnitt aufweist. Die beanspruchte und bevorzugte Zusammensetzung
ist als Nitinol-Legierung bekannt, welche eine nahezu stöchiometrische Legierung
aus Nickel und Titan ist, wobei vorzugsweise Cobalt das Nickel ersetzt auf einer
Atom-durch-Atombasis (atom-by-stom basis); die-Legierung hat dann eine Zusammensetzung
von ungefähr TiNi.935Co.065.
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Eine andere Ausführungsform der Erfindung enthält orthodontische Vorrichtungen;
die Drähte benutzen, die schrumpfen oder sich längs zusammenziehen, wenn sie erhitzt
werden.
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Die bestehende orthontische Praxis ruft manchmal nach der Benutzung
von Federschleifen in einem Bogendraht oder Gummibändern für das Aufbringen von
Kräften an Zähnen, die zu bewegen sind. Ein Gummiband verliert aber seine Elastizität
und ihre Kraft rasch und muß für eine wirksame Behandlung täglich ersetzt werden.
Ein derartiger Ersatz ist jedoch von dem Patienten abhängig, und Experimente haben
gezeigt, daß viele Patienten nicht viel Vertrauen in diese empfohlene Prozedur haben.
Um die Notwendigkeit eines Gtsmmibandaustausches zu vermeiden und dem Zahnorthopäden
eine Kontrolle in die Hand zu geben, schlägt die Erfindung vor, einen längsschrumpfbaren
Draht einzusetzen, der am Zahn und an einem Referenzglied angebracht wird, welches
letztere entweder ein anderer Zahn oder ein steifer Bogendraht oder irgendein anderes
geeignetes Verankerungsglied sein können. Der Draht
ist in seinen
Dimensionen justiert, wenn er' im Mund installiert wird; er ist aber schrumpffähig,
wenn er einer Erwärmung entweder durch Körpertemperatur oder durch eine äußere Wärmequelle
unterworfen wird. Der Draht oder das langgestreckte Glied wird beim Erhitzen veranlaßt,
derart in Längsrichtung zu schrumpfen, daß es unter Spannung gerät, was sich so
äußert, daß auf den Zahn eine bewegende Kraft ausgeübt wird.
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Zwei beispiele für das letzte Konzept sind hier beansprucht.
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In einem Fall wird der Draht als ein Ligaturdraht eingesetzt, der
eine am Zahn ansitzende Klammer gegen einen steifen Bogendraht zieht, und im anderen
Fall ist der Bogendraht selbst schrumpffähig, um den Bogenumfang.zu reduzieren und
so den Raum zwischen benachbarten Zähnen zu schließen. Die zuvor beschriebene Nitinol-Legierung
ist für diesen Zweck geeignet.
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Ein anderer Gesichtspunkt der Erfindung bezieht sich auf die Verwendung
eines langgestreckten Gliedes, eines typischen Drahtes, der aus einer Nitinol-Legierung
gebildet ist, und eine vorgegebene Form hat, bevor er an die Zähne herangebracht
wird. Der Draht wird gebogen und verdreht für die Anlegung an die Zähne und weist
ein mechanische Gedächtnis auf, welches Anlaß gibt, die vorher gewählte Form anzustreben,
wenn der Draht erhitzt wird. Wenn solch ein Draht erhitzt wird, nachdem er an die
falsch sitzenden Zähne herangebracht wurde, dann verhüten die Zähne ein sofortiges
Zurückkehren in die vorhergewählte Form; die Kräfte, die
bestrebt
sind, ihn in die vorgewählte Form zu zwingen, wt ken nun aber auf die Zähne, um
diese zu richten oder zu drehen.
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Die Nitinol-Legierungen haben die bekannten ungewöhnlichen Eigenschaften,
daß sie unterhalb einer kritischen Temperatur bezeichnet (in der Literatur als Ubergangstemperaturbereich
oder rl'TM durchaus biegsam sind infolge der martensitischen Scherung, bei der benachbarte
Atomebenen um eine Entfernung verschoben werden, die kleiner ist als eine volle
interatomische Entfernung. Wenn ein Körper, der in dieser Weise deformiert wurde,
über seine kritische Temperatur (TTR) erhitzt wird, dann spielt er seine Charakteristik
des mechanischen Gedächtnisses aus, indem er in seine ursprüngliche oder vordeformierte
Gestalt zurückkehrt. Es ist verständlich, daß die starken, energetischen und gerichteten
Elektronenbänder dahingehend wirken, die versetzten Atome in ihre ursprünglichen
Stellungen zurückzuziehen. Die TTR dieses bevorzugten ungetemperten TiNi.935Co.065
Drahtes von 0,48 mm Durchmesser liegt bei etwa 40°F und damit gut unterhalb normaler
Körpertemperatur.
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Fur. ein vollständiges Verstehen der verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung wird auf die zugehörigen Zeichnungen verwiesen. Darin zeigen: Fig.
1 die Benutzung eines runden bogendrahtes, der zumRichten
von Zähnen
benutzt wird, indem auf diese eine Kraft ausgeübt wird, die von den Biegebeanspruchungen
in dem Bogendraht ausgeht, Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines einzelnen Zahnes
mit einer standard-siamesischen Kammer und Ligaturdraht, wobei an dem Zahn ein Bogendraht
von rechteckigem Querschnitt angebracht ist. Der Bogendraht unterliegt Torsionsbeanspruchungen
derart, daß er die Zahnwurzel in einer Weise bewegen will, die bestehen kann in
einem Drehen, Aufrichten oder Parallelstellen der Zähne.
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Fig. 3 zwei Wege, in denen Bogendrähte mit mechanischem Gedrächtnis
zum Bewegen von Zähnen eingesetzt werden können.
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Bei dem oberen Kiefer werden zweifach geschlitzte siamesische Klammern
eingesetzt mit einem schrumpfbaren Bogendraht im oberen Schlitzsatz und einem unschrumpfbaren
zweiten Bogendraht in dem unteren Schlitzsatz, wobei der letztere dazu dient, die
Zähne gegenüber der idealen Bogenform auszurichten und die Schließbeyegung der Zähne
zu führen, die von dem schrumpfbaren Bogendraht ausgeht. Am unteren Kiefer kommt
ein vorgeformter Bogendraht zum Einsatz, der ein mechanisches Gedächtnis aufweist
und dazu dient, die Zähne zu richten, die Zähne zu drehen in eine aufrechte Orientierung
und die Räume zwischen den Zähnen zu schließen, Fig. 4 und 5 zeigen den Einsatz
eines schrumpfbaren Ligaturdrahtes,
um einen versetzten Zahn gegenüber
einem steifen Bogendraht zu verschieben. Fig. 4 zeigt eine Anzahl von Zähnen, mit
denen die Tragmittel für den Bogendraht angedeutet werden und die relative Stellung
der Zähne gegeneinander. Fig. 5 zeigt einen einzelnen umbandeten und umklammerten
Zahn sowie Einzelheiten der Verbindung zwischen dem schrumpfbaren Ligaturdraht und
dem steifen Bogendraht.
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Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, sind die fünf Zähne gegenüber dem ersten
Bicuspid~2 f) fehlausgerichtet, und der erste Backenzahn~4 befindet sich um einen
gewissen Betrag innenseitig von den nächsten benachbarten Zähnen, Jeder der Zähne
ist mittels eines Bandes 12 umgeben. Konventionelle siamesische Klammern 14 befinden
sich an jedem Band, mit der Ausnahme, daß der zweite permanente Backenzahn eine
übliche Röhre 16 aufweist, in welcher das Ende des Bogendrahtes 18 festgehalten
wird.
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Bevor der Bogendraht in den Mund eingebracht wird, kann der Kliniker
den Draht entweder bis auf eine Temperatur unbrhalb der Temperatur TTR herabkühlen
und ihn dann in die Bogenform bringen oder aber er arbeitet oberhalb der TTR-Temperatur
und überbiegt den Draht mit einer Drahtbiegezange, um so eine bevorzugte Anfangsbogenform
zu erzielen, wobei er die kleinen Bogen, bekannt als Uberbogen (offsets), in den
Draht einbringt. Diese Schritte können vermieden werden, wenn
die
Bogendrähte vorgeformt sind und beim Hersteller auf hohe Temperaturen gebracht wurden.
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Die Enden der Drähte können ungetempert sein, um die Formen von Schleifen
oder Stops in dem Draht anbringen zu können und um zu gestatten, daß das distale
Ende des Drahtes zurückgestaucht wird. Alternativ können auch Anschläge an den Draht
angelötet werden0 Der Bogendraht 18 wird Biegebeanspruchungen ausgesetzt, indem
er an jede der Klammer 14 und an die Röhren 16 angebracht wird. Infolge der Elastizität
des Bogendrahtes, die bestrebt ist, diese in seine vorgespannte Position zurückzuführen
(gestrichelte Linie in Figo 1), unterwirft er die Klammern und die Zähne relativen
Kräften, die versuchen, die Zähne in die vorgegebene Rusriohtuag zu bringen. Das
bedeutet, daß der erste Bicuspid 2 und der erste permanente Backenzahn 4 nach außen
gezogen werden gegen eine ausgerichtete Verbindung mit den nächsten benachbarten
Zähnen.
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Die Bogendrähte sind in Klammern festgelegt, benutzend Vorformzangen,
wenn ein vorgeformter Bogen nicht zur Verfügung steht. Das Festlegen wird auf übliche
Weise vorgenommen durch die Verwendung von Ligaturdrähten, die in den vier Schlitzen
jedes der Bogendrähte befestigt werden, die Ohren an den Klammern aufnehmen. Vorzugsweise
wird nur ein einzelner Draht eingesetzt,' und er kann um wenigstens drei Millimeter
von
seiner unbeanspruchten Ruheposition abgebogen sein in dem Lauf seiner Anbringung
an den Klammerns diese Entfernung ist bemerkenswert größer als zuvor bei Bogendrähten
aus rost freiem Stahl zulässig war. Typische siamesische Klammern sind 0,343 mm
breit und voneinander getrennt mittels Zwlschenklammerentfe'rnungen von ungefähr
0,51 mm, wenn sie an Zähne durchschnittlicher Größe angesetzt sind.
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Nach dem anfänglichen Anbringen der Richtvorrichtung seite der Patient
alle drei bis vier Wochen kurz gesehen werden, nur zu einer visuellen Kontrolle,
um sicherzustellen, daß der Draht keiner übermäßigen bleibenden Verformung unterwaton
ist infolge von Kräften der Nastikation. Wenn der Draht etwa drei Monate nach seiner
ersten Anbringung die Zähne nicht vollständig ausgerichtet hat, dann sollte er entfernt
werden und an seiner Stelle sollte ein Draht gleicher Zusammensetzung in den Klammern
installiert werden. In einem typischen Fall hat es sich gezeigt, daß der Bogendraht
einer bleibenden Verformung unterworfen war und dabei ein leichtes Hochziehen um
etwa 5 bis 8% hervorgerufen hatte als Ergebnis eines Kriechens des Drahtes und der
LangzeitmastiZationskräfte Frühere klinische Techniken hatten diktiert, daß der
Draht oder die Drahte nicht mehr aus gebogen wurden als 2 mm aus ihrer ungebogenen
Ruheposition zwischen benachbarten Klammern.
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Der Grund dafür ist in der gebrochen wiedergegebenen Linie 22 der
Zeichnung zu sehen, die einen Betrag bleibender Deforkation wiedergibt, die auftritt
nach einer eintägigen Be-.itlvtzung eines einzigen 18-8 rostfreien Stahldrahtes
mit einem Durchmesser von 0,51 mm. Es versteht sich, daß die Benutzung von dünneren
rostfreien Stahldrähten in, Verbindung mit dem üblichen Vorgehen keine bleibende
Verformung -dieser Größe hervorrufen wird. Der Draht nach der Erfindung unterlie
einer bleibenden Verformung in einer Stunde wesentlich weniger als rostfreier Stahl,
und in einem Beispiel, wo fcrmgebende Zangen nicht eingesetzt worden sind, kehle
er in die Stellung 20 zurück. Wenn Drähte nach der Erfindung an den Klammerrs angebracht
wurden unter Zuhilfenahme von formgebenden Zangen, dann war die Deformation etwas
größer, die Drähte kehrten aber wenigstens noch um 90% der Entfernung gegenüber
ihrer vordeformierten Stellung zurück. Bei derelben experi mentellen Entwicklung
wurde ein getemperter Draht dergleichen Legierung bleibend verformt um einen Betrag,
der sergleichbar mit einem verseilten rostfreien Stahldraht ungefähr derselben Größe,
wobei der letztere aber ein konventioneller Bogendraht war, der unter der Handelsmarke
"Twistflex" im Handel ist.
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Während ein runder Bogendraht 18 nach Fig. 1 Biegebeanspruchungen
ausnutzt, die auf ihn übertragen werden während des Einsetzens zum Zwecke der Schaffung
von Zahnbewegungskräften, werden die Drähte bei einer bevorzugten AusfUhrungsform
während
des Anbringens auch Torsionskräften unterworfen.
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Wird ein auf Torsion beanspruchbarer Draht nicht drehbar an einer
Klammer angebracht, dann wird sie die Torsionsbeanspruchung auf die Klammern und
die beaufschlagten Zähne aufbringen.
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Wie aus der zahnorthopädischen Praxis bekannt ist, können die Zähne
durch die Verwendung eines auf Torsion beanspruchten rechteckigen Bogendrahtes bewegt
werden, der die Klammerschlitze so vollständig schließt, als wäre er nicht drehbar
gegenüber der Klammer. Dieses Vorgehen ist bekannt als ein "Drehenn, aufrichten"
oder nParallelstellen". Der rechteckige Bogendraht 24 kann sowohl Torsions- als
auch Biegebeanspruchungen unterworfen werden, so daß er die Zähne gleichzeitig in
der Weise bewegt wie ein in Fig. 1 dargestellter Runddraht, und die Zähne entsprechend
der Darstellung nach Fig. 2 parallelstellt.
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In Fig. 2 ist ein Torsion überliefernderBogendraht 24 dargestellt.
Der Draht hat einen rechteckigen Querschnitt, welcher mit der Form der Schlitze
in der Klammer 26 übereinstimmt. Bei der Klammer handelt es sich um eine übliche
siamesische Klammer, die an einem Zahn angebracht ist, indem ein Band 28 den Zahn
umgibt und die im Abstand ein Ohrenpaar 30 zur Aufnahme des Bogendrahtes zwischen
ihnen aufweist. Jedes dieser Ohren hat eine Ausnehmung oder einen
Schlitz,
der in der Richtung des, angebrachten Zahnes verläuft, um einen Ligaturdraht 32
aufzunehmen. Wie in Fig. 2 angezeigt ist, ist der Ligaturdraht 32 über den Bogendraht
24 gelegt, und zwar längs der Schlitze an jedem der Ohren 30 und dann zurück über
den Bogendraht, wo die Enden miteinander verwunden sind. Die verwundenen Abschnitte
sind dann verborgen, um Entzündungen der Schleimhautgewebe des Patienten zu verhüten.
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Der rechteckige Bogendraht 24- ist längs seiner Längsachse verwunden
zwischen benachbarten Klammern, wodurch die Zähne in eine aufrechte Stellung drehbar
sind.
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Die meisten der zuvor beschriebenen Ausführungsformen enthielten die
Verwendung von Bogendrähten; die Erfindung ist aber auch für andere Zwecke einsetzbar,
so für die Konstruktion von Federbogen, die an den Bäckenzahnröhren in einer üblichen
Hals-Kopfbedeckungsvorrichtung anbringbar sind.
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Die Ausführungsformen nach den Fig. .3, 4 und 5 betreffen die Benutzung
von Drähten oder anderen langgestreckten Elementen, die im wesentlichen dimensionsmäßig
festgelegt sind, wenn sie in dem Mund angebracht werden; sie ändern dann ihre Dimensionen
oder ihre Form in Abhängigkeit von sich erhöhenden Temperaturen, die von der Körperwärme
oder von einer äußeren Wärmequelle ausgehen. Nitino-Legierungen weisen diese Eigenschaft
auf, die als mechanisches Gedächtnis bekannt ist. Wenn sich Nitino-Legierungen unterhalb
ihres Ubergangstemperaturbereiches (TTR) befinden, sind sie ganz biegsam infolge
der
martensitischen Scherung, wo benachbarte Atomebenen um eine
Entfernung verschoben sind, die geringer ist als eine vollständige interatomische
Entfernung. Wird ein Körper, der deformiert ist, in dieser Weise erhitzt über seine
kritische Temperatur (TTR), dann führt sein mechanisches Gedächtnis ihn in seine
ursprüngliche oder vordeformierte Form zurück. es ist verständlich, daß starke,
energetische und gerichtete Elektronenbänder so wirken, daß sie die versetzten Atome
in ihre vorhergehenden Positionen zurückziehen. Derartige Drähte können gebogen
oder gelängt werden,. solange sie sich unterhalb ihrer TTR-Temperatur befinden,
und können dann so erhitzt werden, daß ihre gedächtnisschaffenden Kräfte den Draht
zwingen, in seinen vorhergehenden ungebogenen Zustand oder in seine unausgelängte
Form zurückzukehren, um somit zahnrichtende Kräfte zu schaffen.
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Die Ausführungsform der Erfindung nach Fig 3 enthält einen längsschrumpfbaren
Bogendraht, der an den Zähnen mit Hilfe einer üblichen Band- und Klammervorrichtung
angebracht ist.
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An dem unteren Kiefer sind die Zähne 34 bis 40 mit üblichen siamesischen
Klammern vom in Fig. 2 dargestellten Typ versehen. Der Backenzahn 42 ist mit einem
Standard-Backenzahnrohr 44 versehen, welches das Bandende 46 des schrumpfbaren Bogendrahtes
48 festhält. Der Bogendraht besteht aus einer nahezu stöchiometrischen Legierung
aus Nickel und Titan, die, wie bereits zuvor erwähnt, für ihren Besitz eines mechanischen
Gedächtnisses bekannt ist, wenn sie auf eine Temperatur
oberhalb
ihrer kritischen Temperatur erwärmt wird, die als Ubergangstemperaturbereich (TTR)
bekannt ist0 Vorzugsweise liegt die TTR-Temperatur oberhalb normaler Raumtemperatur
von ungefähr 720F und unterhalb normaler Körpertemperatur.
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Eine TTR-Temperatur von ungefähr 80 bis 900F ist ideal.
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Vor seiner Anbringung in dem Mund wird der Draht zur Vermehrung seiner
Länge und zur Verminderung seines Querschnittes gestreckt. Eine typische Bogendrahtlänge
mag bei ungefähr 100 mm liegen; diese Länge mag um einen Betrag von etwa 10% gestreckt
werden, wodurch der Draht ungefähr 7 oder 8 ausgelängt wird, bis er wieder erhitzt
wirds Sämtliche Streckungen bleiben erhalten, während der Draht auf einer Temperatur
unterhalb seiner TTR-Temperatur verbleibt. Der Draht verbleibt dimensionsmäßig gesetzt,
während er sich auf dieser Temperatur befindet und wird in dem Mund angebracht,
wobei seine äußersten Enden angelötet oder gebogen sind, wie bei 46, um in den Backenzahnrohren
44 festgelegt zu werden.
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Der Draht wird dann erwärmt, und zwar entweder durch Körpertemperatur
oder eine äußere Wärmequelle. Dies ruft eine Längsschrumpfung oder Zusammenziehung
hervor, die ein Verkürzen der Bogenlänge zur Folge hat und außerdem dahin tendiert,
die Spalte zwischen den Zahnen 36 und 38-zu schließen.
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Der Draht 48 wird vorzugsweise aus einem relativ steifen Material
hergestellt durch das Ersetzen von Cobalt gegen Nickel auf einer Atom-für-Atom-Basis
(atom-for-atom basis).-Dies erlaubt es dem Draht, zum Ausrichten und Aufrichten
der
Zähne in der beschriebenen Weise in Verbindung mit den Fig.
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1 und 2 eingesetzt zu werden. Die Eigenschaft des mechanischen Gedächtnisses
ist in diesem Zusammenhang gleichfalls nützlich. Ein Bogendraht 48 kann beispielsweise
in die gewünschte Endform gebracht werden beim Hersteller bei einer Temperatur oberhalb
der TTR-Temperatur. Eine Temperatur von ungefähr 1000 bis 12000F ist für wenige
Minuten für einige Nitinol-Legierungen geeignet Die gewünschte endgültige Form ist
für gewöhnlich parabolisch und kann Merkmale enthalten, wie das Aufsetzen, Einsetzen,
Biegen zweiter Ordnung, Bajonettbiegen, Schleifen, Kurven und Kurven von Spee, alles
Merkmale, die auf dem zahnorthopädischen Gebiet bekannt sind. Solch ein Bogendraht
wird, wenn er sich unterhalb seiner TTR-Temperatur befindet, mit Hilfe von Ligaturdrähten
an den Zahnklammern festgemacht, gebogen und, falls notwendig, für eine solche Anordnung
verdrillt.
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Der Draht wird dann auf eine Temperatur oberhalb seiner TTR-Temperatur
gebracht, um das Drahtgedächtnis zu aktivieren.
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Die gedächtniserzeugenden inneren-Spannungen, die dazu tendieren,
den Draht in seine ursprüngliche Form zurückzuführen, bewirken Kräfte an den Zähnen,
welche diese gegen Stellungen drückern, wo der Bogendraht wieder in seiner gewünschten
Endstellung sein wird. Diese Kräfte können zusammengefaßte Kräfte sein, die den
Mehrfachzwecken des Ausrichtens, des Schließens von Lücken und des Aufrichtens von
Zähnen dienen.
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Wenn das Schließen von Lücken zwischen Zähnen nicht erforrderlich
ist, dann ist das Vorstrecken des Bogendrahtes 48 unnötig, und das mechanische Gedächtnis
des vorgeformten Bogendrahtes dient nur dazu, eine Ausrichtung und/oder Drehung
der mit ihm verbundenen Zähne zu bewirken.
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Um das Stellen der Zähne zu steuern, die unter dem Einfluß eines schrumpfbaren
Bogendrahtes bewegt werden, kann für den oberen Kiefer, wie in Fig. 3 dargestellt,
eine Zweifach-Bogendrahtvorrichtung eingesetzt werden. Der obere Bogendraht 50 ist
in diesem Fall identisch mit dem zuvor beschriebenen schrumpfbaren Bogendraht 48,
sowohl'in bezug auf seine metallurgische Zusammensetzung als auch auf die Art seiner
Anbringung. Damit ist der Draht bestrebt, den Raum zwischen zwei Zähnen 52 und 54
zu schließen.
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Die Klammern, die an den Zähnen des oberen Kiefers nach Fig. 3 eingesetzt
werden, haben Doppelschlitze, die es ihnen ermöglichen, sich an einen zweiten bogendraht
56 anzupassen.
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Dieser Bogendraht ist nicht schrumpfbar, und er kann aufs einem ungetemperten
Nitinol oder üblichen 18-8 rostfreien Stahl bestehen. Seine.Funktion ist die, die
Zahne während der Schließbewegung zu führen, die unter dem Einfvluß des schrumpfenden
Drahtes 50 auftritt. Der Draht 56 kann auch Kräften unterworfen werden, die ihn
veranlassen, die Zähne zu richten oder zu drehen. Diese Technik sorgt verständlicherweise
für eine größere Steuerung der Zahnbewegung während
der Schließphase
anläßlich der orthodontischen Behandlung.
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Schrümpfende Drähte können auch eingesetzt werden für einen Ziehvorgang
an fehlgestellten Zähnen in Richtung auf eine ideale Bogenform, wie sie in den Fig.
4 und 5 dargestellt ist.
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In diesem Fall wird der Draht anstelle eines zur Zeit in der konventionellen
Praxis eingesetzten elastischen Gummibandes benutzt. In den Fig. 4 und 5 ist ein
starrer Bogendraht 58 mit zu bindenden und zu klammernden Zähnen 60 bis 64 verbunden,
Diese Zähne 60, 62 und 64 stehen im wesentlichen in den gewünschten Stellungen,
und ihre Klammern sind unmittelbar.mit den Bogendraht 58 in der üblichen Weise verbunden.
Die Zähne 61 und 63 jedoch sitzen falsch und benötigen eine Bewegung in die Zahnreihe
mit den Zähnen 60, 62 un 64 hinein. Die vorliegende Erfindung schlägt vor, die Benutzung
eines schrumpfbaren gelängten Gliedes, vorzugsweise eines Nitinol-Ligaturdrahtes
65, der gestreekt wurde, solange er sich unterhalb seiner TTR-Temperatur befand,und
der zwischen dem bogendraht 58 und den Klammern an den Zähnen 61 und 63 angeordnet
wurde noch unterhalb seiner TTR-Temperatur; der so angebrachte Draht wird dann durch
die Körperwärme oder eine äußere Wärmequelle bis oberhalb seiner TTR-Temperatur
erwärmt. Auf diese Weise entsteht eine Längsschrumpfung im Draht 65, die ihn unter
Spannung setzt, womit die Zähne 61 und 63 in Richtung auf den bogendraht 58 gezogen
werden. Dieser schrumpfbare Draht hat einen Durchmesser von etwa 0,25 mm, und er
ist angebracht zwischen der
Klammer und dem Bogendraht 58 in der
in Fig. 5 dargestellten Weise. Dieser Ligaturdraht 65 erstreckt sich zunächst um
den Bogendraht 58, von dort zu der Klammer, an der er längs der Schlitze in'den
Klammerohren 66, wie in Fig. 5 dargestellt, entlanggeführt ist. Der Draht 65 wird
dann zu dem Bogendraht 58 zurück' und um diesen herum geführt, wo er verankert und
verdrillt ist zu einem Zopf 68, welcher letzterer in Richtung auf den Zahn zurückgebogen
ist, um Entzündungen des umgebenden Mundgewebes zu verhüten. Es können auch andere
Mittel zum Anbringen des Drahtes an den Klammern oder an sich selbst voehen werden,
sollte das mechanische Gedächtnis des Drahtes stören bei der dargestellten Knoten-
und Zopfsicherung. Das mechanische Gedächtnis des Drahtes, welches die Schrumpfung
des Drahtes verursacht, bringt die'Ligaturdrähte 65 unter Spannung und schaft eine
Kraft, welche den Zahn 61 gegen den steifen Bogendraht 58 und gegen eine Linienausrichtung
mit den Zähnen 60, 62 und 64-zieht. Diese Technik kann ein sinleitender Schritt
sein, der zu der Benutzung von Bogendrähten unter biegung und/oder Zug führt, wie
sie beschrieben ist in Verbindung mit den Ausführungsformen na ch den Fig. 1 und
2.
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Die Nitinol-Legierungen, die bevorzugt in Verbindung mit der Erfindung
eingesetzt werden, sind nahezu stöchiometrische LegierungenausNickel und Titan,
die, wenn erwartet wird, daß sie Torsion- und Biegungsbeanspruchungen unterworfen
werden, Cobalt ersetzt haben können zur Schaffung einer Zusammensetzung
von
etwa TiNi 935Co 065. Derartige Drähte haben, wenn sie ungetempert sind und in einem
einzelnen Strang vorliegen, eine höhere Elastizitätsgrenze und einen niedrigeren
Elastizitätsmodul als ein 18-8 rostfreier Stahldraht mit demselben Querschnitt.
Auch ohne Kobalt-sind die Nitinol-Legierungen verformbar durch eine martensitische
Schervorrichtung, wenn sie sich unterhalb der kritischen Temperatur (der TTR oder
dem Ubergangstempèraturbereich) befinden, und setzen ein mechanisches Gedächtnis
für das Zurückkehren in ihre Ursprungsform, wenn die Wärme bis oberhalb dieser kritischen
Temperatur ansteigt.
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Die TTR-Temperatur des Drahtes sollte sich für alle Benutzungsfälle
unterhalb der Mundtemperatur befinden, und sie liegt vorzugsweise oberhalb der Raumtemperatur,
wenn das mechanische Gedächtnis des Drahtes eingesetzt wird. In dem letzteren Fall
ist eine TTR-Temperatur von ca. 26 bis 320C das Optimale. Eine derartige Temperatur
gestattet dem Draht, geformt zu werden, während er sich in seinem duktilen Zustand
ohne Kühlungbefindet; wenn seine Temperatur jedoch auf Mundtemperatur ansteigt,
dann wirdg bestrebt, in seinen vorgegebenen Zustand zurückzukehren und die verschiedenen
aufgezeigten Typen von Mundbewegungskräften auszuüben.
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Wenn der Draht zum Ausüben von Ausricht- und Drehkräften an Zähnen
eingesetzt wird, dann sollte er relativ steif sein.
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Eine derartige Steifheit ist Eigenschaft der Legierungen, die
das
Ubergangselement Cobalt enthalten, welches auf einer Atom-für-Atombasis gegen Nickel
ausgetauscht ist. Andere geeignete Übergangselemente für die Nitinol-Legierungen
sind Tantal, Niobium und Kupfer; weitere Experimente mögen zeigen, daß andere Atom-für-Atom-Ersetzungen
möglich sind mit Chrom, Vanadium, Eisen, Molybden, Palladium und Platin.
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tinte Legierung des Typs, der in der Praxis bei der Erfindung zum
Einsatz kommt, ist Gegenstand des US-Patentes 3 351 463,-welches am 7. Nov. 1967
für Alexander G. Rozner und William J. Buehler ausgegeben wurde. Andere Literatur,
welche die Herstellung und die Eigenschaften der geeigneten Zusammensetzungen beschreiben,
sind ein Artikel von Dr. William J.
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Buehler, dem prinzipiellen Entwickler des Materials, und William B.
Cross unter dem Titel "55 Nitinol --- Unique Alloy Wire", der im Juni 1969 im Wire
Journal erschien. Eine Beschreibung des Materials und gewisse Eigenschaften können
auch gefunden werden in der Broschüre unter dem Titel wNitinol Characterization
Studyn vom September 1969. Dieses Dokument mit der Bezeichnung N-69-56367 oder NASA
CR-1433 ist erhältlich von dem Clearing House For Scientific and Technical Information,
Springfield, Virginia 22151. Auf alle diese Veröffentlichungen wird hierin Bezug
genommen.
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Friihere Studien des Gegenstandes der Erfindung wurden berichtet vom
Erfinder und seinen Mitarbeitern in dem Journal of American Dental Association (JADA)
Volume 82, Juni 1971,
Seiten 1373 ff; in The Angle Orthodontist
Volume 42, April 1972, Seiten 172 bis 177; und in dem American Journal of Orthodontics,
Mai 1973. Diese Veröffentlichungen zusammen mit der bereits genannten Literatur
sind ebenfalls durch die Nennung einbezogen. Diejenigen-, die mit dem Stand der
Technik vertraut sind, werden realisieren, daß.nur einige wenige Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben wurden. Während einige Aspekte der Erfindung auf die spezielle
Verwendung von Nitinol-Legierungen gerichtet sind, ist es verständlich, daß andere
Zusammensetzungen existieren oder entwickelt werden können, die in dergleichen Weise
mit dengleichen Ergebnissen einsetzbar sind; und darüber hinaus können Nitinol-Legierungen
benutzt werden zur Erzielung von Zahnbewegungskräften, die anders sind, als die
hierin beschriebenen. Deshalb sei betont, daß die Erfindung nicht in irgendeiner
Weise begrenzt ist auf die hier gezeigten Ausführungsformen-, sondern umrissen wird
von den folgenden Ansprüchen.
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martensitische Schervorrichtung: lies stets martensitischer Schervorgang"
(martensitic shear mechansm).
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Patentansprüche: