DE4217115C2 - Medizinische keramische Paßkörper, beispielsweise medizinische Implantate, Prothesen und Zahnrestaurationen, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft medizinische keramische Paßkörper, beispielsweise medizinische Implantate, Prothesen und Zahn­ restaurationen, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Zur Restauration zerstörter Zahnhartsubstanz stehen derzeit verschiedene Metallegierungen, organisch gebundene Kompo­ sits und dentalkeramische Werkstoffe zur Verfügung. Metal­ lische Restaurationswerkstoffe erfordern, insbesondere bei kleinen und mittleren Defekten, extensive Präparationsmaß­ nahmen mit zum Teil erheblichen Opfern an gesunder Zahn­ hartsubstanz; ästhetische Gesichtspunkte bleiben unberück­ sichtigt. Der Einsatz von Amalgamlegierungen dürfte, auch wenn die ihnen nachgesagte Toxizität bisher nicht wissen­ schaftlich nachgewiesen werden konnte, zunehmend problema­ tisch werden.

Organische Komposits sind im Mundmilieu, insbesondere im Bereich der funktionell belasteten Kauflächen, nicht ausreichend funktionsstabil und unterliegen zum Teil ausge­ prägten Wechselwirkungen mit den umgebenden Medien des Mundmilieus (Quellung; chemisch-biologische Degradation und Hydrolyse).

Mineralische Restaurationswerkstoffe (Dentalporzellane) kommen den chemischen und biologischen Eigenschaften der natürlichen Zahnhartsubstanzen relativ nahe, die Indika­ tionsgrundlagen sind jedoch eng; der Fertigungsprozeß ist wenig zuverlässig, äußerst aufwendig sowie extrem zeit- und kostenintensiv.

Keramische Zahnrestaurationen wurden bislang labortechnisch hergestellt und mit Hilfe eines geeigneten Befestigungs­ mediums an der gesunden Zahnhartsubstanz fixiert: nach Entfernung des kariösen Zahnhartgewebes wird der Defekt zur Kaufläche hin divergierend präpariert und zur Aufnahme einer extern hergestellten Restauration vorbereitet. Die Kavität wird im allgemeinen unter Verwendung elastomerer Abdruckmassen abgeformt und ein Modell des Kiefers bzw. der Kavität erstellt. In einer komplizierten Fertigungskette - unter Einsatz kostenintensiver Anlagentechnik, wie z. B. Gußschleudern, Sinteröfen etc. - wird die jeweilige Restau­ ration indirekt hergestellt. Der Laboraufwand ist ausge­ sprochen hoch und die Genauigkeit aufgrund der indirekten Fertigung über mehrere Zwischenschritte limitiert.

Neueste Verfahren sehen eine direkte Digitalisierung der Kavitätendaten z. B. unter Einsatz eines Videosystems vor. Die Restauration wird am Bildschirm digital erstellt und anschließend durch numerische Ansteuerung einer geeigneten Schleifmaschine aus vorgefertigten Rohlingen herausge­ schliffen. Die zu fertigende Formenvielfalt und Genauigkeit ist aufgrund von Ungenauigkeiten bei der Bildentstehung und der digitalen Konstruktion, vor allem aber durch die unge­ nügenden Abbildungseigenschaften und limitierte Genauigkeit einfacher Schleifmaschinen stark limitiert.

Die DE-A-39 26 077 beschreibt keramische Verbundkörper aus einer Matrix, die Einlagerungen von Hartstoffteilchen oder andere Verstärkungskomponenten enthält und die dadurch erhältlich sind, daß man eine Mischung aus siliciumorgani­ schem Polymer mit einem metallischen Füllstoff, der mit den bei der Pyrolyse der Polymerverbindung entstehenden Zerset­ zungsprodukten reagiert, einem Pyrolyse und Reaktionsprozeß unterwirft. Diese Paßkörper entsprechen jedoch noch nicht den Erfordernissen, die medizinische Paßkörper erfüllen müssen.

In der DE-39 09 994 A1 von der in A1 ausgegangen wird, ist eine dentale Keramikmasse in Pulverform beschrieben, die mit einem lichtpolymerisier­ baren Kunststoffzusatz vermengt ist. Durch Polymerisation unter Lichteinfluß verfestigt sich die Kunststoffmasse. Die plastisch ausgeformte und auf einem Zahnstumpf oder in einer Kavität erstarrte Masse wird anschließend entnommen und in einem Keramikofen in Luftatmosphäre gebrannt, wobei die Kunststoffmatrix weitgehend rückstandsfrei verbrennt, was zu hohen Schrumpfungen führt und in klinisch nicht akzeptablen Paßgenauigkeiten und geringen Festigkeiten resultiert. Durch die Verbrennung des Kunststoffvolumens und der ausgeprägten Sinterschrumpfung der nicht vorver­ dichteten Keramikpartikel kommt es zu extremen Volumen­ schwindungen sowie zahlreichen fertigungsbedingten Volumen­ fehlern in der Keramikstruktur.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht also darin, einen qualitativ hochwertigen und den jeweiligen Bedürfnis­ sen gut anpaßbaren medizinischen Paßkörper bereitzustellen.

Diese Aufgabe wurde durch einen Paßkörper nach Anspruch 1 gelöst, also einen medizinischen Paßkörper, der dadurch erhältlich ist, daß man ein härtbares und pyrolytisch kera­ misierbares Polymerkomposit in Form des Paßkörpers aus­ formt, durch Polymerisation erhärtet und pyrolytisch wenig­ stens teilweise in einen keramischen Verbundkörper über­ führt. Besondere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Paßkörpers sind in den Unteransprüchen 2 bis 15 wiedergege­ ben.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Her­ stellung der erfindungsgemäßen Paßkörper, worin ein härt­ bares und pyrolytisch keramisierbares Polymerkomposit in Form des Paßkörpers ausgeformt, durch Polymerisation erhär­ tet und pyrolytisch wenigstens teilweise in einen kerami­ schen Verbundkörper überführt wird.

Ein weiterer Gegenstand ist die Verwendung eines härtbaren und pyrolytisch keramisierbaren Polymerkomposits zur Her­ stellung medizinischer Paßkörper.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden am Beispiel von Zahnrestaurationen beschrieben, kann jedoch auch bei der Herstellung von Implantaten und Prothesen oder anderen medizinischen Paßkörpern Anwendung finden.

Die erfindungsgemäßen Paßkörper (keramische Verbundkörper; Polymerkeramiken) werden ausgehend von einem plastisch ver­ formbaren härtbaren und pyrolytisch keramisierbaren Werk­ stoff, einem Polymerkomposit (polymer gebundenes Komposit), das eine Vorstufe (Precursor) der Polymerkeramik bildet, erhalten. Die individuelle Formgebung dieses Precursors er­ folgt durch plastische Verarbeitung und anschließende Poly­ merisation der organischen Matrix (Präkeramik). Danach kann die Polymermatrix, in der Form des späteren Paßkörpers, thermisch kontrolliert umgesetzt werden (Polymerpyrolyse), wobei das eigentliche keramische Bauteil z. B. als Ceramic Matrix Composite entsteht.

Die verwendeten Grundwerkstoffe werden farblich angepaßt, d. h. insbesondere möglichst zahnfarben eingefärbt. Die Zusammensetzung der Werkstoffe kann auch so gewählt werden, daß sie nach Umsetzung in die Keramik die gewünschten Far­ beigenschaften erhält. Ferner werden unterschiedlich ge­ füllte (Partikel, Whisker, Platelets . . . ) bzw. verstärkte (partikel- und/oder faserverstärkte) Grundwerkstoffe ange­ boten, um die zu fertigende Restauration individuell an die indikationsspezifischen Anforderungen bzgl. Verschleiß und/oder Kaubelastung anpassen zu können. Bevorzugt wird wenigstens ein Makrofüllkörper mit in den Paßkörper einge­ bunden, insbesondere ein kompatibler, vorpolymerisierter Polymerkeramikfüllkörper oder ein keramisches oder metalli­ sches Formteil. Ferner können verschiedene Werkstoffe kom­ biniert, gemischt und/oder überschichtet werden.

Dem Basispolymer des Precursors können chemische Katalysa­ toren (Zweikomponentensystem, z. B. als Paste-Paste System) und/oder Photoinitiatoren (lichthärtendes Einkomponentensy­ stem) zugesetzt werden, was zu einer wesentlichen Verein­ fachung der klinischen Anwendung führt.

Das Material wird nach den individuellen, ästhetisch-funktionellen Gesichtspunkten ausgewählt, in die Kavität eingebracht, ausgeformt und anschließend auspolyme­ risiert. Ein schichttechnisches Vorgehen erlaubt die Kom­ bination verschiedener Materialien bzw. Grundfarben und reduziert gleichzeitig die Polymerisationsschrumpfung durch die schrittweise Polymerisation geringerer Volumina.

Alternativ zu diesem Vorgehen kann die Restauration selbst­ verständlich auch auf einem Modell des Kiefers bzw. der Kavität außerhalb des Mundes hergestellt werden; in diesem Fall ist jedoch zunächst eine konventionelle Abformung des Kiefers bzw. Defektes erforderlich. So kann von dem Defekt ein Negativabdruck erstellt werden und von dem Negativab­ druck ein geeignetes Modell hergestellt werden. Ebenso kann der Defekt digitalisiert und ein Modell durch digitale Ansteuerung geeigneter Fertigungsanlagen erstellt werden.

In beiden Fällen können die Zahn- bzw. Modelloberflächen vor dem Einbringen des Precursors konditioniert und/oder mit einer geeigneten Schicht versehen werden. Diese kann entweder die Funktion einer Trennschicht übernehmen (Zahn- und Modelloberfläche) und ein Abheben der Restauration nach der Polymerisation der Präkeramik gewährleisten oder als Haftvermittler ein gezieltes Aufschrumpfen des Polymers auf die ggf. konditionierte Modelloberfläche ermöglichen. Nach der Rekonstruktion des Defektes und der Polymerisation der Präkeramik können grobe Überschüsse relativ einfach ent­ fernt und die Restauration ggf. manuell nachbearbeitet wer­ den. Eventuelle Unterschüsse und Ungenauigkeiten können in diesem Stadium relativ einfach anpolymerisiert werden.

Anschließend wird die Restauration (Präkeramik) in geeigne­ ter Art und Weise vorbereitet und kontrolliert thermische Energie zugeführt bzw. erzeugt - entweder im Zahnstumpf oder auf dem Modell und/oder durch geeignete Einbettung und/oder als solitärer Paßkörper. Die Polymerphase der Präkeramik wird pyrolytisch umgesetzt, es entsteht z. B. ein Ceramic Matrix Composite und letzlich eine keramische Zahn­ restauration.

Die Wärmebehandlung kann in einem geeigneten Ofen und/oder durch Bestrahlung mit geeigneten Lichtquellen, d. h. Licht mit geeigneter Energiedichte und Pulsfrequenz (z. B. Laser) und/oder durch Anlegen einer Spannungsquelle und induzier­ tem Stromfluß erfolgen, wobei die verwendeten Werkstoffe bevorzugt wenigstens teilweise stromleitfähig und/oder stromleitfähig dotiert sind.

Eine geeignete Füllerdichte und Füllerauswahl (Füllerform und -größe) führt zu einer Verringerung der Volumenschwin­ dung und zu einer ausreichenden Maßhaltigkeit. Gegebenen­ falls empfiehlt es sich, die präkeramische Restauration etwas überzudimensionieren, um kleinere Volumenschwindungen bei der Pyrolyse auszugleichen. Bei der Verwendung von Modellen kann die Abbindeexpansion bzw. -kontraktion der Modellmasse auf die Volumenschwindung bei der Pyrolyse abgestimmt werden. Die keramische Restauration kann an­ schließend - falls erforderlich - manuell nachgearbeitet, poliert und in herkömmlicher Art und Weise an der Zahnhart­ substanz befestigt werden.

Da keramische Materialien ausgesprochene gute thermische Isolatoren sind könnte die Pyrolyse bei geeigneter Gas­ abführung wenigstens teilweise auch direkt in der Kavität im Munde des Patienten erfolgen. Die Energiezuführung er­ folgt z. B. durch Bestrahlung mit Licht geeigneter Energie­ dichte und Pulsfrequenz (z. B. Laser) und/oder durch Anlegen hochfrequenter Wechselspannungen, wie sie aus der chirurgi­ schen Anwendung bekannt sind. Ferner können nur Teile der Restauration bzw. einzelne, z. B. funktionell belastete Oberflächenabschnitte, pyrolytisch umgesetzt werden; der verbleibende Anteil der Restauration könnte als polymerge­ bundenes Komposit belassen werden.

Die Erfindung ermöglicht eine direkte Herstellung kerami­ scher Einlagefüllungen am Patienten und/oder über ein ge­ eignetes Modell; die herkömmliche, komplizierte labortech­ nische Fertigungskette entfällt bzw. kann auf ein Minimum reduziert werden.

Durch die wesentliche Vereinfachung der Herstellungstechnik reduziert sich einerseits die Zahl möglicher Fehlerquellen, andererseits werden die Fertigungskosten wesentlich ver­ ringert. Die Zuverlässigkeit der erfindungsgemäß hergestell­ ten Paßkörper kann nachhaltig verbessert und die Gefüge­ struktur und Farbanpassung auf die individuellen Anforde­ rungen des Patienten abgestimmt werden. Ferner ist eine Überschichtung verschiedener Grundwerkstoffe sowie die Ein­ lagerung verstärkender Partikel und/oder Fasern möglich.

Die verwendeten Grundwerkstoffe der Polymerkeramiken ermög­ lichen darüberhinaus ein extrem feinkörniges Gefüge, das sich günstig auf den Verschleiß gegenüberliegender Zahn­ oberflächen auswirkt.

Claims (17)

1. Medizinischer Paßkörper, dadurch erhältlich, daß man ein härtbares und pyrolytisch keramisierbares Polymerkomposit in Form des Paßkörpers ausformt, durch Polymerisation er­ härtet und pyrolytisch wenigstens teilweise in einen kera­ mischen Verbundkörper überführt.

2. Paßkörper nach Anspruch 1, dadurch erhältlich, daß Ab­ schnitte seiner Oberfläche pyrolytisch keramisiert werden.

3. Paßkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch erhältlich, daß dessen Formgebung direkt in und/oder an einem Defekt und/oder nach Anfertigung eines entsprechenden Modells in oder an diesem erfolgt.

4. Paßkörper nach Anspruch 3, dadurch erhältlich, daß von dem Defekt ein Negativabdruck erstellt und von dem Negativab­ druck ein Modell des Defektes hergestellt wird.

5. Paßkörper nach Anspruch 3 oder 4, dadurch erhältlich, daß der Defekt bzw. das Modell vor der Applikation des Poly­ merkomposits konditioniert und/oder mit einer Schicht ver­ sehen wird.

6. Paßkörper nach Anspruch 5, dadurch erhältlich, daß eine Trennmittelschicht appliziert wird.

7. Paßkörper nach Anspruch 5, dadurch erhältlich, daß eine Haftvermittlerschicht appliziert wird.

8. Paßkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch erhältlich, daß farblich angepaßte und/oder eingefärbte Werkstoffe verwendet werden.

9. Paßkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch erhältlich, daß das Polymerkomposit mit Verstärker-, Füll­ und/oder Katalysatorstoffen gemischt und/oder überschichtet wird.

10. Paßkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch erhältlich, daß in ihn wenigstens ein Makrofüllkörper ein­ gebunden wird.

11. Paßkörper nach- Anspruch 10, dadurch erhältlich, daß der Makrofüllkörper ein kompatibler, vorpolymerisierter Poly­ merkeramikfüllkörper und/oder ein keramisches und/oder metallisches Formteil ist.

12. Paßkörper nach Anspruch 3 oder einem auf Anspruch 3 rück­ bezogenen Anspruch, dadurch erhältlich, daß die Pyrolyse des in Form des Paßkörpers ausgehärteten Polymerkomposits nach dessen Abnahme vom Defekt bzw. Modell erfolgt.

13. Paßkörper nach Anspruch 3 oder einem auf Anspruch 3 rück­ bezogenen Anspruch, dadurch erhältlich, daß die Pyrolyse wenigstens teilweise im Defekt oder auf dem Modell erfolgt.

14. Paßkörper nach Anspruch 9 oder einem auf Anspruch 9 rück­ bezogenen Anspruch, dadurch erhältlich, daß die Verstärk­ ter- oder Füllstoffe wenigstens teilweise stromleitfähig sind und/oder mindestens zum Teil stromleitfähig dotiert werden.

15. Paßkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch erhältlich, daß die Pyrolyse in einem Ofen und/oder mittels eines Lasers erfolgt und/oder durch Anlegen einer elektri­ schen Spannung durch Stromfluß induziert wird.

16. Verfahren zum Herstellen eines medizinischen Paßkörpers nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin ein härtbares und pyrolytisch keramisierbares Polymerkomposit in Form des Paßkörpers ausgeformt, durch Polymerisation erhärtet und pyrolytisch wenigstens teilweise in einen keramischen Verbundkörper überführt wird.

17. Verwendung eines härtbaren und pyrolytisch keramisierbaren Polymerkomposits zur Herstellung medizinischer Paßkörper.