DE2733394A1 - Kunstzahn mit implantierbarer zahnwurzel - Google Patents

Kunstzahn mit implantierbarer zahnwurzel

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DE2733394A1 DE19772733394 DE2733394A DE2733394A1 DE 2733394 A1 DE2733394 A1 DE 2733394A1 DE 19772733394 DE19772733394 DE 19772733394 DE 2733394 A DE2733394 A DE 2733394A DE 2733394 A1 DE2733394 A1 DE 2733394A1
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Description

P-31.084-01 - 28/77 ^ 22. Juli 1977
KDB/UMA ^
to 1NAOHQ<DRE'OHTI
BATTELLE - INSTITUT E.V., Frankfurt/Main
Kunstzahn mit implantierbarer Zahnwurzel
Die bekannten und derzeit am meisten verwendeten Implantate bestehen in ihrem Verankerungsteil aus Metall und sind in Form einer Platte, Nadel oder Schraube ausgebildet. Allen diesen implantierbaren Körpern ist gemeinsam, daß die Verankerung der Prothese am Knochen auf einer rein mechanischen Verzahnung mit dem Knochen beruht. Eine direkte, Übergangslose Verwachsung des Implantates mit dem Knochen ist dabei nicht möglich, vielmehr bildet sich im Grenzbereich zwischen Knochen und implantiertem Körper stets eine mehr oder weniger dicke, bindegewebige Abkapslung, die bei Be-
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lastung der Prothese in ihrer Größe und Dicke noch zunimmt und den Beginn einer Abstoßungsreaktion darstellt. Dieser Vorgang ist nach dem heutigen Erkenntnisstand auf ein Ineinandergreifen von biochemischen und biomechanischen Faktoren zurückzuführen.
Ferner sind künstliche Zahnwurzeln bekannt, die aus einem metallischen Kern mit einem Überzug aus reiner Al2O -Oxidkeramik bestehen (bioinerte Werkstoffe). Zur Vergrößerung der Oberfläche tragen diese AIpO -Wurzeln Einschnitte, Rippenstrukturen oder Bohrungen, in die der Kieferknochen hineinwachsen soll, um so eine mechanische Verzahnung herbeizuführen. Es wurde jedoch festgestellt, daß Prothesenschäfte aus AIpO,-Oxidkeramik,insbesondere bei hoher mechanischer Belastung im Knochen/Keramik-Grenzbereich,durch eine Bindegewebskapsel abgetrennt werden, so daß eine direkte Verbundbildung mit dem Knochen nicht eintreten kann. Im Zuge eines dynamischen Umbildungsprozesses des Knochens kann diese Bindegewebsmembran an Stellen höherer Belastung an Dicke zunehmen: Es kommt dadurch zur Lockerung und schließlich zur Abstoßung der Prothese bzw. des Implantats. Analoge Einwände bestehen gegen Implantate aus anderen bioinerten Werkstoffen, zu denen z.B. auch Implantate aus Glaskohlenstoff zu rechnen sind.
Bei einer weiteren Gruppe von bekannten Zahnprothesen werden spezielle glaskeramische Werkstoffe als Prothesenschaft verwendet, die aufgrund ihrer Zusammensetzung eine bioaktive Wirkung auf die Knochenbildung ausüben sollen, wodurch man eine direkte Verwachsung von Knochen und Implantat zu erreichen hofft. Diese Glaskeramik und die zur Haftung an Metall benötigten Emails enthalten
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körperfremde Bestandteile, die eine langzeitige Kompatibilität mit dem Körpergewebe zumindest fraglich erscheinen lassen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen implantierbaren Kunstzahn bzw. einen Zahn mit implantierbarer Wurzel zu schaffen, die mit dem Kieferknochen dauerhaft verwachsen kann und dann auch bei hoher mechanischer Belastung, wie sie natürliche Zähne ausgesetzt sind, keine Abstoßungsreaktion zwischen dem natürlichen Knochen und dem Implantat entstehen läßt.
Es hat sich nun gezeigt, daß sich diese Aufgabe mit dem im beigefügten Anspruch 1 beschriebenen Kunstzahn tatsächlich lösen läßt. Auf besonders vorteilhafte Ausführungsarten der Erfindung weisen die Ansprüche 2 bis 11 hin.
Erfindungsgemäß wird also das angestrebte Ziel dadurch erreicht, daß die Zahnwurzel aus einer gewebeverträglichen, biostabilen Polymermatrix hergestellt wird, in die in ihrem äußeren Bereich bioaktive, zum einen Teil resorbierbare,zum anderen nicht oder kaum resorbierbare, gesinterte Calciumphosphate eingebettet sind und in die ein Kern als Verbindungstück zur Anbringung der dentalen SupraStruktur, d.h. einer Zahnkrone, eines Befestigungselementes für Brücken o.a., eingefügt ist; ebenso wichtig ist es, daß der von der Gingiva (Mundschleimhaut) umschlossene Hals des erfindungsgemäßen Kunstzahnes in Form eines Zwischenstückes aus gewebefreundlichem, die dichte Anlagerung der Gingiva unterstützendem Material ausgebildet ist und daß die Zahnwurzel einschließlich
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des Zwischenstückes mit der SupraStruktur stoßgedämpft verbunden ist.
Die genannten Werkstoffe und der Aufbau der Zahnwurzel ermöglichen ein tatsächliches Verwachsen des Implantates mit dem Kieferknochen und ergeben so ein stabiles, belastungsfähiges Fundament für die in besonderer Weise aufmontierte, dentale SupraStruktur. Der dichte Randabschluß im Bereich der Qingiva bewirkt eine völ· lige Abschirmung des Implantatlagers gegenüber dem Mundmilieu Eine überanspruchung des Implantatlagers, die auf Dauer doch tvt Abstoßungsreaktion führen könnte, wird schließlich durch die erfindungsgemäße, stoßgedämpfte Anbringung der SupraStruktur auf der Zahnwurzel vermieSten durch diese Maßnahme ergibt sich eine den natürlichen Verhältnissen im Zahn nachgebildete ' Beweglichkeit der SupraStruktur bzw. der Zahnprothese, die bei ungünstigen Belastungeverhältnissen eine zu hohe oder in der Richtung ungünstige Krafteinwirkung auf die Verankerung im Kiefer abbaut und korrigiert.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsart der Erfindung sitzt die dentale SupraStruktur auf einer Metallhülse, die mit einem viskoelastischen Material, z.B. Silikonkautschuk, ausgefüllt ist und in die ein mit dem Kern der Zahnwurzel verbundener Bolzen hineinragt. Die auf die Suprastruktur ausgeübte Kraft wird dann gedämpft durch den Silikonkautschuk auf den Bolzen und von diesem auf die Zahnwurzel übertragen.
Die erfindungsgealft gewählte, sogenannte "epimobile" Befestigung
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der SupraStruktur auf der Zahnwurzel und damit die Anordnung des stoßdämpfenden Mechanismus innerhalb der SupraStruktur, also außerhalb des eigentlichen Implantats - im Gegensatz zu einer denkbaren entsprechenden Anordnung in der Zahnwurzel - führt, wie die Praxis bestätigt, zu einem wirkungsvollen Stoßdämpfereffekt mit günstigen Hebelverhältnissen.
Das Zwischenstück in Höhe des Zahnhalses ist zweckmäßigerweise in Form einer Scheibe mit konkav eingewölbten Rand ausgebildet, in den die Gingiva einwachsen und danach den Hals dicht umschließen kann.
Ein besonderer, in der Praxis sehr wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die künstliche Zahnwurzel nicht der natürlichen Zahnwurzel nachgebildet werden muß, sondern daß sie praktisch jede beliebige, den mechanischen Anforderungen oder den Gegebenheiten beim Implantieren angepaßte Form erhalten kann. Zweckmäßig ist eine Gestaltung, für die sich mit Hilfe einer Knochenfräse auf einfache und schonende Weise ein Implantatlager in den Kieferknochen einarbeiten läßt.
In die Wurzel des Kunstzahnes sind nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im äußeren Bereich der Polymermatrix, d.h. in der.dem Kieferknochen zugewandten Randzone der Zahnwurzel, kugelförmige Partikel mit einem Durchmesser zwischen 0,2 und 1,5 nun annähernd gleiohMlAig eingebettet; diese Kugeln besitzen einen mehrkomponentigen, schaligen Aufbau, und zwar bestehen ti· im Kern aus einer Calciuephosphatkeraeik entsprechend der lust—η-
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Setzung des Tricalciumphosphates (3CaO · IP2O5) und tragen eine dünne Schale aus einer anderen Calciumphosphatkeramik, nämlich aus Tetracalciumphosphatkeramik (1ICaO · IPpO5).
Die Kugeln werden nun derartig in die Polymermatrix der Zahnwurzel eingelagert, daß sie bei einer nachgeschalteten mechanischen Oberflächenbearbeitung zu etwa einem Drittel - zu einem Fünftel bi's zur Hälfte dürfte ebenfalls genügen - ihres Durchmessers an der Oberfläche der Polymermatrix freigelegt werden. Diese Anordnung gewährleistet eine abgestufte Resorption der Calciumphosphatkomponente und ein bioreaktives Verhalten der Zahnwurzel gegenüber dem Knochen: Das Tricalciumphosphat, also der Kern der Kugeln, wird im Kontakt zum Kieferknochen relativ schnell resorbiert und simultan von neugebildeten Knochen ersetzt (vgl. K. Köster, E. Karbe, H. Kramer, H. Heide und R. König: Experimenteller Knochenersatz durch resorbierbare Calciumphosphat-Keramik, Langenbeck's Archiv für Chirurgie 31Il, 77-86 (1976)). Das Tetracalciumphosphat besitzt zwar eine ähnlich positive Reaktion gegenüber dem Knochen im Hinblick auf eine dichte Knochen-Keramik-Verbundbildung, wird aber nicht resorbiert. Auf diese Weise wird bei der Wurzelkonstruktion des erfindungsgemäßen Kunstzahns eine innige Verbundbildung mit dem Knochen dadurch herbeigeführt, daß in die resorbierten Bereiche der Wurzeloberfläche neugebildetes Knochengewebe hineinwächst, das dann an den Innenflächen der Poren auf die' nicht mehr resorbierbare Tetracalciumphosphatkeramik stößt und somit stets ein knochenfreundliches Material antrifft.
Di· Polymermatrix der Zahnwurgel besteht z.B. au· Polymethylmeta-
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crylat und Copolymeren, aus Polypropylen oder aus Polyäthylen und enthält zweckmäßigerweise in gleichmäßiger Verteilung iO bis 20 Gew.-J Tricalciumphosphat als feindispersen Füllstoff, wodurch auch die übrigen Teile der künstlichen Wurzel gewebefreundlich werden und direktes Anwachsen des Knochens zulassen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus den folgenden Schilderungen weiterer Details sowie von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Abbildungen hervor.
Es zeigen in schematisch vereinfachter Darstellung
Figur 1 in vergrößerter Darstellung im Axialschnitt den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Kunstzahnes gemäß einer Ausführungsart der Erfindung,
Figur 2 in perspektivischer Darstellung eine weitere Ausführungsart der Zahnwurzel des erfindungsgemäßen Kunstzahnes und
Figur 3 eine Knochenfräse mit zugehöriger Schablone zur Herstellung eines Implantatlagers für den erfindungsgemäßen Kunstzahn.
Nach der Darstellung in Figur 1 besteht der erfindungsgemäße Kunstzahn im wesentlichen aus der enossalen Wurzel 1, dem Kern 2,
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dem von der Gingiva umschlossenen Zwischenstück 3 und der Suprastruktur 4, hier einer Verblendkrone. Der epimobile Aufbau des Kunstzahnes wird in dem hieijigezeigten Beispiel dadurch erreicht, daß die Verblendkrone 4 auf eine Hülse 5 aufgesetzt ist, die eine Füllung aus Silikonkautschuk 5 enthält. Annähernd zentrisch in den Silikonkautschuk eingefügt ist der Gewindebolzen 7, der wiederum in eine mit einem Innengewinde versehene Bohrung 13 im Zentrum des scheibenförmigen Zwischenstückes 3 eingeschraubt ist. Das Zwischenstück 3 und der Kern 2 sind hier in einem Stück ausgebildet und bestehen aus Gold oder aus einem goldbeschichteten Material; Metallkeramik kommt ebenfalls als Material zur Herstellung des Zwischenstückes 3 in Frage.
In die Polymermatrix 8 der Zahnwurzel 1 sind nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel im äußeren Bereich Kugeln 9 von etwa 1 mm im Durchmesser eingebettet; der Einfachheit halber wurden in der schematischen Darstellung nach Figur 1 nur links oben Kugeln eingezeichnet, obgleich die gesamte Peripherie der Wurzel 1 mit dieser Kugelschicht versehen ist. Die Kugeln aus Tricalciumphosphatkeramik sind hier zu etwa einem Drittel ihres Umfanges angeschnitten, so daß der neugebildete Knochen bei Resorption des Kugelmaterials in die Wurzel eindringen kann; die dünne Beschichtung 10 der Kugeln besteht dagegen aus der nicht oder kaum resorbierbaren Tetracalciumphosphatkeramik.
Die den Zahnhals bzw. das Zwischenstück 3 umschließende Gingiva ist in Figur 1 mit der Bezugsziffer 11 bezeichnet, der symbolisch angedeutete Kiefernknochen mit 12.
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Die Form der Zahnwurzel 1 des erfindungsgemäßen Kunstzahnes ist nahezu beliebig vorgebbar und somit den jeweiligen anatomischen Gegebenheiten anzupassen. Während im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 die Wurzel 1 in Form eines Kegelstumpfes ausgebildet ist, zeigt Figur 2 eine langgezogene Version I1 der künstlichen Wurzel, die z.B. als Ersatz für mehrere nebeneinander liegende Zähne oder zur Anbringung eines hochbelasteten Befestigungselementes für Zahnbrücken vorzuziehen sein dürfte. Der Zahnhals bzw. das Zwischenstück, das von der Gingiva möglichst vollständig umschlossen werden soll, ist in Figur 2 mit 3' bezeichnet.
Da das Implantatlager im Kieferknochen am einfachsten mit einer rotierenden, gekühlten Knochenfräse 14, vgl. Figur 3» eingearbeitet wird, ist die Form der Wurzel 1, 1' entweder ein rotationssymmetrischer Zylinder oder Kegelstumpf, oder sie bildet - ähnlich Figur 2 - einen in die Länge gezogenen Körper mit halbkreisförmigen Enden, für den zweckmäßigerweise mit Hilfe einer entsprechenden Frässchablone I1I (Figur 3) das Imp lan tat lager in den Kieferknochen gestaltet wird.
Die in Figur 1 und 2 angedeutete, eingewölbte oder hohlkehlige Form des Zwischenstückes 3, 3' unterstützt ein den natürlichen Verhältnissen angepaßtes Anwachsen der Gingiva an dieses Zwischenstück und somit einen dichten Abschluß des enossalen Teiles bzw. der Wurzel des Ierfindungsgemäßen Kunstzahnes.
Bei dem Implantieren der Zahnwurzel 1 ist vernünftigerweise die Innenbohrung 13(vgl. Figur 1) durch eine Schraubkappe verschlossen,
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die nach dem Einwachsen der Wurzel 1, I1 entfernt wird, worauf dann die SupraStruktur 4 mit Hilfe des Schraubbolzens 7 eingesetzt werden kann. Ein späteres Austauschen der SupraStruktur bzw. der Teile 1J - 7 ist bei solcher Gestaltung des Kunstzahnes ebenfalls möglich.
Die viskoelastischen Eigenschaften des in der Hülse 5 befindlichen Polymeren können in weiten Grenzen variiert und somit den Forderungen optimal angepaßt werden. Wichtig ist, daß die SupraStruktur über diese mit Kunststoff gefüllte Hülse 5 epimobil mit der Wurzel 1 derart verbunden ist, daß harte Stöße bei Fehlbelastung, z.B. bei unbeabsichtigtem Biß auf einen harten Gegenstand, abgedämpft werden. Außerdem vermag diese epimobile Befestigung der SupraStruktur die am Kiefer bei Belastungen auftretenden Relativbewegungen z.B. in Form einer Verwindung auszugleichen.
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Claims (11)

273339A P-31.081-01 - 28/77 22. Juli 1977 KDB/UMA Patentansprüche
1. Kunstzahn mit implantierbarer Zahnwurzel, dadurch gekennzeichnet» daß die Zahnwurzel (1, I1) im wesentlichen aus einer ge-
\ webeverträglichen, biostabilen Polymermatrix (8, 8·) besteht, in die im äu&eren Bereich resorbierbare und nicht resorbierba re, bioreaktive, gesinterte Calciumphosphate eingebettet sind . und in die ein Kern (2) als Verbindungstück zur Anbringung der dentalen SupraStruktur (1O, d.h. einer Zahnkrone, eines Befestigungselementes für Zahnbrücken oder dgl. eingefügt ist, wobei sich im Bereich des von der Mundschleimhaut (11) umschlossenen Zahnhalses, also zwischen der Zahnwurzel und der SupraStruktur, ein Zwischenstück (3, 31) aus gewebefreundlichem, die dichte Anlagerung der Mundschleimhaut (11) unterstützendem Material befindet, und daß die dentale SupraStruktur (4) mit der Zahnwurzel (1) stoßgedämpft verbunden ist.
2. Kunstzahn nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet,daß die dentale SupraStruktur (1) auf einer Metallhülse (5) sitzt, die mit
-Silikonkautschuk (6) oder einem ähnlich elastischen Kunststoff ausgefüllt ist und in die ein mit dem Kern (2) der Zahnwurzel (1) verbundener, z.B. verschraubter, Bolzen (7) hineinragt.
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3. Kunstzahn nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (3, 3') und der Zahnwurzelkern (2) einstückig aus gewebeverträglichem Metall , beschichtetem Metall, Metallkeramik oder dgl. hergestellt sind und daß sich in dem Zwischenstück (3, 3?) eine Innenbohrung (13) für den Bolzen (7) zur Befestigung der SupraStruktur (5) befindet.
4. Kunstzahn nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (3,3') in Form einer Scheibe mit konkav eingewölbten Rand ausgebildet ist.
5. Kunstzahn nach den Ansprüchen 1 bis Ί, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnwurzel (1, I1) in ihrer äußeren Form und Abmessung dem Implantatlager entspricht, das mit Hilfe einer Knochenfräse (13) gegebenenfalls nach einer Schablone (I1J), in den Kieferknochen (12) eingearbeitet ist.
6. Kunstzahn nach Anspruch 1 bis' 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den äußeren Bereich der Polymermatrix (8, 8f) der Zahnwurzel (1, 1') gesinterte Tri- und Tetracalciumphosphate eingelagert sind*
7« Kunstzahn nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das gesinterte Triealeiwaphosphai iw ttiSeren Bereich der Polymerraatrix <8» 8*} in Form von vorzugsweise kugelförmigen Partikeln <9, 9*) mit einem Durchmesser zwischen 0^2 und 1,5 mm annähernd gleiehsia&ig eingebettet ist und <iaS diese Partikel
(9, 9') mit einer dünnen Schicht (10) aus gesintertem Tetracalciumphosphat versehen sind.
8. Kunstzahn nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Calciumphosphatpartikel (9, 91) nur in dem Oberflächenbereich der Zahnwurzel (1, 1') befinden und etwa zu einem Fünftel bis zur Hälfte ihres Umfanges angeschnitten sind, so daß nur auf ihrer der Polymermatrix (8, 81) zugewandten Seite die Schicht (10) aus nicht oder kaum resorbierbarem, gesintertem Tetracalciumphosphat in Form des dünnen Partikelüberzuges (10) erhalten bleibt.
9- Kunstzahn nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die Polymermatrix (8, 81) ein im Vergleich zu den eingelagerten Partikel (91 9') feindisperser Füllstoff aus gesintertem Tricalciumphosphat in einer Menge zwischen 10 und 20 Gew.-Ϊ, bezogen auf die Polymermatrix, gleichmäßig verteilt eingelagert ist.
10. Kunstzahn nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymermatrix (8, 81) der Zahnwurzel (1, I1) aus gewebeverträglichem Methylmetacrylat und Copolymeren, Polyäthylen, Polypropylen, Polyphenoloxid oder dgl. besteht.
11. Kunstzahn nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die dentale SupraStruktur (M) nach teilweisem oder vollständigem Einwachsen der Zahnwurzel (1, 1')
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einschließlich des Zwischenstückes (3, 31) auswechselbar an der Zahnwurzel (l,.l') befestigen läßt.
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