DE4311319A1 - Zahnbracket - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft allgemein eine Zahnreguliereinrich
tung und insbesondere ein Zahnbracket, das eine ausgezeich
nete Korrosionsbeständigkeit, eine sehr gute Biokompatibi
lität zur Verringerung der Gefahr von allergischen Reak
tionen beim Patienten, sehr große Rückfedereigenschaften,
Eigenschaften, die eine chemische Haftverbindung mit den
derzeitig verwendeten Dentalklebstoffen möglich machen,
einen niedrigen Reibbeiwert insbesondere im Schlitzbereich
des Brackets und ein sehr großes Verhältnis von Festigkeit
und Steifigkeit zu Gewicht besitzt.
Zahnreguliereinrichtungen können üblicherweise in zwei
Gruppen unterteilt werden, und zwar in "reaktive" und
"aktive". Herkömmlicherweise werden Einrichtungen wie
Brackets als "reaktive" Einrichtungen angesehen, da ihr
einziger Zweck darin besteht, ein krafterzeugendes "aktives"
Mittel wie einen Zahnbogendraht an Ort und Stelle zu halten.
Es ist die Reaktionskraft des Bogendrahtes, die eine Zahn
bewegung zur Folge hat. Zahnbrackets werden hergestellt aus
Materialien wie z. B. rostfreiem Stahl (US 4,536,154 und
4,659,309), Keramik (US 4,954,080, 5,011,403 und 5,071,344),
bestimmte Kunststoffarten (US 4,536,154) oder Kunststoffver
bundwerkstoffe (US 5,078,596).
Brackets aus Keramik oder bestimmtem rostfreiem Stahl
besitzen im allgemeinen eine große Steifigkeit und Festig
keit. Andererseits erfahren Kunststoffe aufgrund ihrer
relativ geringen Festigkeit eine permanente Deformation
während der Behandlung. Dieser Nachteil wird durch die
Spannungen verstärkt, die durch die belastenden Kräfte,
hervorgerufen von "aktiven" Elementen wie z. B. einem
Bogendraht, sowie durch Kaukräfte erzeugt werden.
Brackets aus Polycarbonat erfahren eine Verformung unter den
von den Zahnbogendrähten erzeugten Torsionskräften und
besitzen ferner eine hohe Neigung zur Wasserabsorption, was
eine Entfärbung des Brackets und eine unerwünschte Flecken
bildung zur Folge haben kann (G.V. Newman, Am J. Orthod.
1969;56:573-588). Diese Faktoren begrenzen den Einsatz
derartiger Brackets im Mundraum.
keramische Brackets sind extrem spröde, und selbst der
kleinste Oberflächenriß kann die für einen Bruch erforder
liche Kraft dramatisch verringern (G.E. Scott, The Angle
Orthodontist, 1988;58:5-8). Brackets, die sich während der
Behandlung verformen oder gar ausfallen, machen die Zahn
regulierung unwirksam, wodurch die Behandlungsdauer ver
längert wird. Die chemische Halterung der Basis des kera
mischen Brackets an dem Klebstoff wird im allgemeinen
erleichtert durch eine Beschichtung aus einem Siliziumoxid-
und Silan-Verbindungsmittel. Die entstehende chemische Haft
verbindung ist sehr stark und kann dazu führen, daß die
Zahnschmelz-Klebstoff-Zwischenfläche während des Lösens oder
einer plötzlichen Oklussionskraft hoch beansprucht wird.
Hierdurch kann dem Schmelz des gesamten Zahnes ein irre
versibler Schaden zugefügt werden, und dies kann besonders
signifikant sein, wenn endodontisch behandelte Zähne oder
Zähne mit großen Verstellungen mit einem Haftkleber versehen
werden (M. Schwartz, J. Clinical Orthod. 1988;22:82-88).
Außerdem kann aufgrund der Härte der keramischen Brackets
der Abrieb während des Kauvorganges zu einer Abnützung des
Zahnschmelzes führen.
Es wurde vorgeschlagen, daß die Haftfestigkeit für Brackets
im Bereich von 5,9 bis 7,8 MN/m2 liegen sollte. Bei Keramik
kann eine Haftfestigkeit bis zu 28,27 MN/m2 erzielt werden,
was den Sicherheitsbereich der Spannungen, die von der
Kohäsionsfestigkeit des Zahnschmelzes ausgehalten werden
kann, beeinträchtigen kann (V.P.Joseph et al., Am. J.
Orthod. 1990.97:121-125). Dies kann zu Rissen im Zahnschmelz
führen. Das Auftreten von Brüchen der keramischen Brackets
selbst ist ebenfalls ein Problem. Es wurde berichtet, daß
die Häufigkeit derartiger Brüche in der Größenordnung von
6,66% liegt (VPJ, ebendar). Teile des Brackets können
versehentlich verschluckt oder inhaliert werden, wenn im
Mund während der Behandlung ein Bruch eintritt.
Andererseits scheinen sich Brackets aus rostfreiem Stahl zu
verformen, wenn Scherkräfte aufgebracht werden. Dies führt
zu einem Lösen des Brackets, ehe die Kohäsionsbruchfestig
keit des Klebers erreicht ist. Dieses Phänomen verhindert
einen Bruch des Zahnschmelzes oder Brackets. Ein Stahlbruch,
der zu einer Verformung oder sogar zum Bruch des Brackets
führen kann, wurde nicht als sonderlich dramatisch
angesehen.
Während die mechanische Festigkeit des Brackets ein
wichtiger Auslegungsaspekt darstellt, ist die Korrosions
beständigkeit in gleicher Weise von Bedeutung. Diese
Eigenschaft bestimmt die Biodegradation und das Austreten
von möglicherweise schädlichen Ionen in den Mundraum. Daher
ist die Wahl eines Materials, das eine hohe Korrosionsbe
ständigkeit besitzt, während es gleichzeitig biokompatibel
ist, für den Einsatz im Mundraum von ausschlaggebender
Bedeutung.
Beim Anbringen von Brackets an den Zähnen werden die Zähne
üblicherweise durch ein Säureätzverfahren behandelt, wobei
anschließend das Zahnbracket eingesetzt wird. Es wurde
berichtet, daß bei Verwendung von Brackets aus rostfreiem
Stahl 304 das Vorhandensein von Hohlräumen zusammen mit
einer schlechten Mundhygiene zu einer Korrosion des Stahls
304 und das entstehen von gefärbtem Korrosionsprodukten
führt, was Flecken im Zahnschmelz zur Folge hat (R.Maÿer et
al., Am J. Orthod. 1982;81:43-48).
Sowohl die Fleckenbildung im Schmelz wie auch das äußerst
kritische Problem mukosaler Allergien, die auch davon
herrühren können, daß Schwermetalle von den korrodierten
Teilen abgehen, sind Phänomene, die häufig auftreten und
umfassend untersucht worden sind. Was das Problem noch
kritischer macht ist die Tatsache, daß Nickel, das sich bei
allen rostfreien Stählen für die Zahnregulierung findet,
mehr allergische Raktionen als alle anderen Metalle zusammen
erzeugt; außerdem ist dieses Ion cytotoxisch. Eine verzöger
te hypersensitive Reaktion auf Nickel enthaltenden Stahl
(z. B. AISI 304 und 316 Stahl) wurde beschrieben
(W.R.Schriver et al., Oral Surg. 1976;42:578-581).
Andererseits sollen Titan und Legierungen auf Titanbasis die
größte Korrosionsbeständigkeit aller bekannten Metalle
haben. Implantate bei Affen aus praktisch reinem Titan
(mindestens 99 Gew.% Titan) zeigen keinerlei Korrosionser
scheinungen oder die Abgabe von Titan in benachbarte Gewebe
nach so langen Zeiträumen wie z. B. 1 1/4 Jahren (A.Schroeder
et al., J. Max-Fac. Surg. 1981;9:15-25). Dies rührt von
stabilieren passiven (Oxid-) Filmen her, die sich auf Titan
und Legierungen auf Titanbasis bilden. Verwandte Metalle wie
z. B. Cr und Co sowie Legierungen von Cr und Co wie auch
Legierungen von Zr, Si, B, Be und Nb sollten ähnliche
Vorteile wie Ti und seine Legierungen haben.
Reibwiderstand ist eine weitere wichtige Eigenschaft eines
Zahnbrackets. Eine Translationsbewegung entlang des Bogen
drahtes erfordert eine Kraft, die groß genug ist, um die
Reibkräfte zwischen dem Bracket und dem Bogendraht zu
überwinden. Sowohl die statischen wie auch kinetischen
Reibkräfte, die während des Gleitvorganges zwischen den
Brackets und den Bogendrähten erzeugt werden, sollten so
klein wie möglich sein, um eine optimale Zahnbewegung
während der Zahnregulierung zu ermöglichen.
Es wird berichtet, daß der Beiwert der kinetischen Reibung
für rostfreien Stahl (0,139) kleiner ist als der für das
Bracket aus polykristallinem Aluminiumoxid (0,174), wobei
beide Messungen in Verbindung mit einem Bogendraht aus
rostfreiem Stahl durchgeführt wurden (R.P.Kusy et al., Am J.
Orthod. Dentofac. Orthop. 1990;98:300-312). Wenngleich diese
Werte sowohl für trockene (Luft) und nasse (künstliche
Speichellösung) Bedingungen gelten, zeigen die Reibbeiwerte
in nasser Umgebung im allgemeinen kleinere Werte als die in
trockener Umgebung, da der Speichel selbst als Schmiermittel
dient (D.H.Pratten et al. Am. J. Orthod. Dentofac. Orthop.
1990;98:398-403).
Wenn ferner ein Bracket aus rostfreiem Stahl mit verschie
denen Arten von Bogendrahtmaterialien kombiniert wurde,
ergab sich eine Reihenfolge der Beiwerte der kinetischen
Reibung vom rostfreien Stahl (kleinster Beiwert) über CoCr,
TiNi bis zu β-Ti (höchster Beiwert) unabhängig von der
Bracket- oder Schlitzgröße, und die Beiwerte betrugen 0,140,
0,163, 0,337 bzw. 0,357 (R.P.Kusy et al., Am J. Orthod.
Dentofac. Orthop. 1990;98:300-312).
Somit ist es wünschenswert, ein Zahnbracket aus einem
Material bereitzustellen, das eine ausgezeichnete Korro
sionsbeständigkeit und Biokompatibilität, einen niedrigen
Reibbeiwert, ein großes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
und gute Hafteigenschaften besitzt. Es ist ferner wünschens
wert, den Aufbau des Zahnbrackets dadurch zu vereinfachen,
daß es als einteiliges Stück hergestellt wird.
Ein weiterer zu beachtender Gesichtspunkt ist die Rolle des
Zahnbrackets, wenn sich der Patient einer medizinischen
Abbildungstechnik unterziehen muß. Bei erwachsenen Patien
ten, die Zahnbrackets tragen, müssen 20 bis 25 Prozent der
Bevölkerung sich im Verlauf der Zahnregulierung irgendeiner
Operation unterziehen. Metalle, insbesondere die, die Eisen
enthalten, sind magnetisch und werden als ferromagnetisch
Materialien bezeichnet. Wenn Brackets aus derartigen ferro
magnetischen Materialien bestehen, stören sie bei MRI und
CT-Abbildeverfahren. Ti, insbesondere anodisiertes Ti, ist
unmagnetisch und würde somit eine Störung des aufgezeich
neten Bildes unterbinden, wodurch die Zuverlässigkeit
derartiger diagnostischer Bilder erhöht wird.
Ti und seine Legierungen sowie Cr, Co und Legierungen von
Cr, Co, Zr, Si, B, Be und Np sollten alle diese erwünschten
Eigenschaften besitzen. Ti ist voll befriedigend bei einem
Anteil im Bereich von 45 bis über 99% (wobei der letztere
Prozentsatz für "komerziell reines" Titan gilt). Das Ver
halten verbessert sich, je höher der Anteil von Ti in der
Legierung ist.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Zahnbracket
mit hoher Festigkeit und hoher Rückfedereigenschaft zu
schaffen, das sich relativ einfach elastisch oder super
elastisch (pseudoelastisch) verformen kann, um leichter
Funktionsmittel wie z. B. Zahnbogendrähte mit großem
Querschnitt aufnehmen zu können.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein
Zahnbracket mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit und
Biokompatibilität zu schaffen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Schlitzfläche
mit niedrigem Reibbeiwert durch mechanische und/oder chemo
physikalische Behandlungen zu schaffen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Zahn
bracket zu schaffen, dessen Basisteil in der Lage ist, an
dem Zahnschmelz mit ausreichender Festigkeit chemisch
haftend angebracht zu werden, so daß das neue Bracket
einteilig hergestellt werden kann, ohne daß zusätzliche
mechanische Verriegelungsmittel an dem Basisteil vorgesehen
werden müssen.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung sind in den Patentansprüchen gekennzeichnet.
Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Zahnbrackets
gemäß der vorliegenden Erfindung,;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Zahnbrackets
wie in Fig. 1, das mit einem Zahnbogendraht
verbunden ist.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung wurde ein Zahnbracket aus komerziell reinem Titan
hergestellt. Das Zahnbracket besitzt ein Basisteil und
mindestens zwei Flügel. Es ist ein aus Titan gegossenes
Zahnbracket.
In Fig. 1 ist ein Zahnbracket 2 mit zwei beabstandeten
Flügeln 4 dargestellt, die sich von einem Basisteil 12 nach
außen erstrecken. Der Raum zwischen den Flügeln ist ein quer
geschnittener Abschnitt 6. Einer der Flügel ist der mesiale
Flügel mit einer gingivalen und einer oklusalen Seite, und
der andere Flügel ist der distale Flügel mit einer gingi
valen und einer oklusalen Seite. Zwei Drahtbogen-Schlitze
sind als Öffnungen zwischen der gingivalen und oklusalen
Seite jedes Flügels 4 gebildet. Jeder Schlitz hat einen
Grundabschnitt 10. Der Basisteil 12 besitzt zwei Seiten
flächen, wobei die Flügel an einer konvexen Seitenfläche
gebildet ist, während eine rückwärtige konkave Seitenfläche
bzw. Zahnkontaktfläche 14 so ausgebildet ist, daß sie mit
einem entsprechenden chemischen Kleber an einer Zahnober
fläche angebracht werden kann.
Bei einem derart aufgebauten Zahnbracket 2, das als reaktive
(fest eingesetzte) Einrichtung dient, wird ein Zahnbogen
draht (entweder von rundem oder rechteckigem Querschnitt und
aus entweder rostfreiem Stahl, einer Titanlegierung oder
einer Titan-Nickel-Legierung) in einen Schlitzöffnungs
abschnitt 8 eingesetzt, der als aktive (funktionale) Ein
richtung dient, um Richtungskräfte zu erzeugen, die eine
Zahnbewegung zur Folge haben. Bei einem anderen Ausfüh
rungsbeispiel der Erfindung wurde das Zahnbracket dadurch
hergestellt, daß kommerziell reines Titan (Reinheitsgrad von
mehr als 99,9%) in einer Phosphatbond-Form mit Aluminium
oxid gegossen wurde. Das Mischungsverhältnis von Aluminium
oxid betrug 10 Gew.% der gemischten Gießmaterialien. Das
Gießen des reinen Titans erfolgt unter normalen Vakuumgieß
bedingungen, um ein einteiliges Zahnbracket gemäß dem in
Fig. 1 gezeigten Aufbau herzustellen. Wenngleich bei diesem
Ausführungsbeispiel das Titan-Zahnbracket mittels einer
Gießmethode hergestellt wurde, läßt es sich jedoch auch
durch andere Formgebungstechniken herstellen. Für ein
Bauteil wie dieses miniaturisierte Teil ist ein Festzustand-
Superplast-Formgebungsverfahren besonders geeignet.
Das Ausgangsmaterial für das Superplast-Formgebungsverfahren
ist nicht auf geschmiedetes oder geknetetes Material
beschränkt, sondern kann auch aus einem durch Superplastizi
tät gesinterten Pulver bestehen; eine entsprechende Techno
logie ist auch als HIP-Verfahren (hot isostatic pressing)
bekannt. Das Material für das Zahnbracket ist außerdem nicht
auf kommerziell reines Titan beschränkt, sondern kann aus
irgendeiner Legierung auf Titanbasis einschließlich Ti-6A1-
4V, Ti-5A1-2.5Fe, Ti-4.5A1-3V-2Fe-2Mo, Ti-Ni oder dgl.
bestehen.
Zahnbrackets aus Titan oder auf Titanbasis lassen sich
stattdessen auch durch ein Mikroabtragungsverfahren wie bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung oder durch ein
Laser-Abtragungsverfahren herstellen.
Die Tabelle I vergleicht die Scher- und Zug-Haftfestigkeit
eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Titan-Zahnbrackets
der vorliegenden Erfindung, wobei dieses Zahnbracket eine
eben Rückseite hat und keine zusätzlichen mechanischen
Mittel wie einen Maschendraht auf der Zahnkontaktfläche
benötigt, mit denen eines Zahnbrackets aus rostfreiem Stahl
mit oder ohne Maschendraht. Die Tabelle I zeigt, daß die
Scher-Haftfestigkeit des Titan-Brackets 7,70 MN/m2 betrug,
was der eines Zahnbrackets aus rostfreiem Stahl mit einem
Maschendraht auf der Rückseite entspricht. Wenngleich die
Haftfestigkeit dieser beiden Bracketarten die vorgeschlagene
Haftfestigkeit von MN/m2 erfüllt, ist bemerkenswert, daß das
Zahnbracket aus Titan die gleiche Haftfestigkeit erreicht,
ohne daß zusätzliche Mittel wie z. B. ein Maschendraht an der
Zahnkontaktfläche des Zahnbrackets vorgesehen ist.
Dennoch läßt sich, falls erforderlich, die Zahnkontaktfläche
des Brackets auf Titanbasis durch Kugelstrahlen behandeln,
um die Haftfestigkeit aufgrund des erhöhten effektiven Ober
flächenbereichs zu vergrößern, was eine verbesserte Benetz
barkeit gegenüber den Klebern zur Folge hat (Y. Oshida et
al, Jour. Materials Sci: Materials in Medicine, noch zu
veröffentlichen, 1992).
Eine weitere Verbesserung der Haftverbindung des Basisteils
des Brackets läßt sich durch Herstellen einer hochporösen
Oberfläche erreichen, um eine gute mechanische Verbindung
herzustellen. Zwei Verfahren, die sich einsetzen lassen,
sind das Ionenstrahlätzen und das reaktive Ionenätzen. Diese
Verfahren werden bei niedriger Temperatur durchgeführt und
haben daher, im Gegensatz zu einem Sintervorgang, der bei
hoher Temperatur stattfindet, keine Degradation der Dauer
festigkeit der Legierungen zur Folge.
Es gibt weitere mechanische Verfahren zum Verbessern der
Haftfestigkeit des Brackets am Zahn. Ein Verfahren besteht
darin, die Zahnkontaktfläche des Brackets zu hinterschnei
den, um einen zusätzlichen Oberflächenbereich zu schaffen.
Ein weiteres Verfahren besteht darin, den Basisteil des
Brackets mit einer Monoschicht von im wesentlichen gleich
großen Partikeln in der Größenordnung von 5 von 200 Mikron
zu versehen, wie dies in der US 5,071,344 offenbart ist.
Es wurde ferner festgestellt, daß eine Voroxidierung des
Titans und seiner Legierungen die Oberflächenbenetzbarkeit
(Y. Oshida, ebenda, 1992) verbessert und die Reibung ver
ringert. Die Schlitzgrundfläche kann ferner durch Nitrieren
behandelt werden, um Titannitrid zu bilden, das wohl die
Oberflächenschicht härtet, so daß der Reibbeiwert, insbe
sondere bezüglich der Drahtbogenfläche, merklich verringert
wird. Das Nitrieren ist nicht die einzige Technik, die zur
Verfügung steht, um Oberflächen auf Titanbasis zu härten;
andere Verfahren wie z. B. das Diamantbeschichten lassen sich
ebenfalls einsetzen.
Eine Ionenimplantation hat sich als sehr wirksam erwiesen,
um die Abnutzung von Gelenkimplantaten auf Titanbasis im
Bereich der Orthopädie zu verringern. Eine Ionenimplantation
des Titans mit Stickstoff oder Kohlenstoff erhöht die Mikro
härte der Legierung. Eine dreifache Erhöhung der Mikrohärte
läßt sich ohne weiteres erreichen. Die Ionenimplantation
erhöht die Bruchfestigkeit der Oberfläche, setzt die Mög
lichkeit einer plastischen Verformung und eines Freßver
schleißes auf ein Minimum herab, erhöht den Widerstand gegen
Abrieb und verlängert die Lebensdauer der Teile auf Titan
basis um ungefähr das Zehnfache.
Andere Beschichtungen, die sich verwenden lassen, umfassen
C1C und i-BN (Ar, O, diamantähnliche Beschichtungen). Diese
Beschichtungen sind transparent, quasiamorph und besitzen
eine extrem hohe Haftung am Substrat. Die Ionenimplantation
verbessert ferner die Passivierung und Biokompatibilität.
Eine weitere Möglichkeit zum Verringern des Reibbeiwertes
der Schlitzgrundfläche des Zahnbrackets auf Titanbasis
besteht in einer Behandlung durch Kugelstrahlen, wie oben
erwähnt. Die Vielzahl von konvexen Oberflächenvertiefungen,
die durch das Kugelstrahlen erzeugt werden, können als
Speichelbehälter dienen, was wiederum als Schmiermittel für
das Bracket-Bogendraht-System im Mundraum dienen kann. Die
gestrahlte Fläche wird außerdem gehärtet, so daß die
mechanische Festigkeit des Brackets erhöht wird.
Diese Vorteile des Kugelstahlens kann nicht bei keramischen
Brackets angewendet werden, da sie einfach zu spröde sind,
um der Strahlenergie zu widerstehen. Wenn diese Methode auf
Brackets aus austenitischem Stahl angewendet wird, muß
besondere Vorsicht angewendet werden; es ist anzunehmen, daß
rostfreier Stahl der 300er Reihe einer spannungsinduzierten
martenitischen Umwandlung ausgesetzt wird, so daß ein
Einphasen-Stahl in einen Zweiphasen-Stahl (kugelgestrahlte
Martenitphase und ungestrahlte austenitische Phase) verwan
delt wird. Diese beiden Phasen zeigen unterschiedliche elek
trochemische Potentiale, so daß eine unerwartete lokale
Korrosion aufgrund des sogenannten Elektrogalvanismus in
einem Speichelelektrolyten auftreten kann. Wenn Spannungen
einer bestimmten Größe den Potentialstellen der elektrogal
vanischen Korrosion überlagert werden, wird das Bracket
aufgrund eines Spannungskorrosionsbrucks zerstört. Anderer
seits besitzen sowohl komerziell reines Titan wie auch jede
Titanlegierung einschließlich Ti-6A1-4V und Ti-5A1-2.5Fe
stabile Phasen während und nach dem Kugelstrahlen.
Es kann wünschenswert sein, Legierungen auf Titan-Nickel-
Basis aufgrund ihrer Superelastizität und ihres Former
innerungsvermögens zur Herstellung von Zahnbrackets zu
verwenden. Eine Nickelablösung vom Substrat läßt sich durch
ein Beschichten mit Titan unter Verwendung eines dynamischen
Ionenstrahlmischvorganges verhindern. Eine derartige
Beschichtung ist sehr stark haftend, widerstandsfähig gegen
Biegekräfte und zeigt eine verbesserte Korrosionsbeständig
keit.
Legierungen auf Titanbasis besitzen eine weitere wichtige
Eigenschaft, und zwar eine hohe spezifische Festigkeit,
definiert als Verhältnis von Festigkeit (in MN/m2) zur
Dichte (in gr/cm2). Leichtere und stärkere Materialien
werden aufgrund des erhöhten Bedarfs einer Miniaturisierung
aus ästhetischen Gründen verlangt. Ein weiterer Vorteil
eines kleineren Brackets besteht darin, daß der Raum
zwischen den Zahnbrackets erhöht wird, was die Steifigkeit
des Zahnbogendrahtes verringert. Dies wiederum verringert
die auf den Bogendraht ausgeübten Kräfte und mindert die vom
Patienten auszuhaltenden Schmerzen.
Die Tabelle II vergleicht die spezifischen Festigkeiten
verschiedener Bracketmaterialien. Wie in Tabelle II zu sehen
ist, sind Materialien auf Titanbasis allen anderen metalli
schen Dentalmaterialien überlegen.
Spezifische Festigkeit | |
Aluminiumoxid | |
500-680 | |
Co-Cr-Legierung | 80- 90 |
Rostfreier Stahl | 100-120 |
Reines Titan | 100-150 |
Legierungen auf Titanbasis | 200-280 |
Eine vollständige dreidimensionale Kontrolle der Zahnbe
wegung erfordert die Verwendung eines rechteckigen Drahtes,
um das auf das Bracket ausgeübte Moment (torque) von Be
handlungsbeginn an zu steuern. Derzeit verwendete Zahn
brackets aus rostfreiem Stahl oder Keramik erlauben nicht
die Verwendung von Bogendrähten großen Querschnitts (größer
als 0,17′′×0,25′′) aus rostfreiem Stahl oder einer Titan-
Molybden-Legierung bei Beginn der Behandlung, insbesondere
bei der Torsionsbelastung. Dies rührt teilweise daher, daß
die Steifigkeit des Brackets aus rostfreiem Stahl so groß
ist, daß der Eingriff des Zahnbogendrahtes seine Verformung
zur Folge hat. Im Fall von keramischen Zahnbrackets tritt
ein Bruch des Zahnbrackets ein. In beiden Fällen ist die
Folge, daß sich der Patient weiteren Behandlungen
unterziehen muß, indem emtweder beschädigte Zahnbrackets
ausgewechselt oder neue Drähte eingesetzt werden, die
weniger steif sind oder einen kleineren Querschnitt haben.
Die Elastizität von Zahnbrackets aus Titan und auf Titan
basis erlauben die Verwendung eines Zahnbogendrahtes größe
ren Querschnittes, wodurch der frühe Eingriff der Drähte
großen Querschnitts erleichtert und eine bessere Steuerung
der Zahnbewegung von Behandlungsbeginn an erreicht wird.
Zahnbrackets aus Titan oder Legierungen auf Titanbasis sind
nicht nur "reaktiv", sondern auch "aktiv". Sie speichern
etwas Energie als Folge ihrer elastischen Verformung und
geben sie mit der Zeit wieder ab, um die Zahnbewegung zu
vergrößern.
Material | |
% der näherungsweisen Rückverformung nach Verformung | |
Rostfreier Stahl | |
15 | |
Beta-3-Titan | 35 |
Titan-Nickel-Legierung | 90 |
Keramik (allgemein) | <15 |
Kunststoff (allgemein) | <10 |
Anhand der Tabelle III, die den Grad der Rückverformungs
fähigkeit verschiedener Materialien vergleicht, läßt sich
deutlich sehen, daß der Arbeitsbereich (in anderen Worten
der Elastizitätsgrad) von Titan und Legierungen auf Titan
basis größer ist als der Rest der untersuchten Materialien.
(Beispielsweise ist die Elastizität mindestens um 50% größer
als die von rostfreiem Stahl, wobei der Elastizitätsmodul
zwischen 2 und 20 Millionen psi (137.000 und 1.370.000 bar,
je nach dem Anteil von Titan in der Legierung, beträgt.)
Dies legt die Vermutung nahe, daß Zahnbrackets aus diesen
Materialien eine wesentliche Rolle bei Zahnreguliereinrich
tungen spielen können. Dies ermöglicht einen frühen Eingriff
des Drahtes in seiner ganzen Größe bei der Behandlung, da
der Schlitz sich elastisch verformt, um die Anordnung des
Zahnbogendrahtes zu ermöglichen.
Zusanmengefaßt, bildet ein Zahnbracket aus Titan oder einer
Legierung auf Titanbasis eine leichtere und stärkere,
kleinere, ästhetisch anspruchsvollere, fest eingesetzte
(reaktive) Einrichtung mit ausgezeichneter Korrosionsbe
ständigkeit sowie guter Biokompatibilität. Außerdem verrin
gern Oberflächenbehandlungen wie Nitrieren, Diamantbeschich
ten oder Kugelstrahlen der Schlitzgrundfläche den Reibbei
wert, um die translationsförmige Zahnbewegung zu erleich
tern. Außerdem erhöht ein Kugelstrahlen, Ionenstrahlätzen
oder reaktives Ionenätzen der Zahnkontaktfläche des Basis
teils des Brackets die Haftfestigkeit am Zahnschmelz. Ein
weiterer Vorteil besteht darin, daß das Zahnbracket als
aktive Einrichtung wirken kann.
Claims (6)
1. Zahnbracket mit einem Körperabschnitt, der
hergestellt ist aus mindestens einem Bestandteil einer
Gruppe von Legierungen auf der Basis der Elemente Ti, Zr,
Si, B, Be, Cr, Nb und Co in einer Zusammensetzung, bei der
zumindest eines der Elemente dieser Gruppe in dem Körper
abschnitt in einem Bereich zwischen 40 Gew.% und mehr als
99 Gew.% vorhanden ist.
2. Zahnbracket nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Bracket hergestellt ist aus mindestens
einem Bestandteil einer Gruppe von Legierungen auf der Basis
von Ti, Zr, Si, B, Be, Cr, Nb oder Co in einer Zusammen
setzung, bei der der Anteil zumindest eines der vorgenannten
Elemente größer als 40 Gew.% ist.
3. Zahnbracket nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die chemischen Haftungseigenschaften der
Zahnkontaktfläche des Basisteils bezüglich der Dentalkleb
stoffe verbesssert ist entweder durch eine weitere chemische
Behandlung des Basisteils, durch den Zusatz von Mitteln für
eine mechanische Haftung, durch Befestigung von Partikeln an
der Basis oder durch den Zusatz von Mitteln zur Befestigung
an Legierungen, die zum chemischen Haften an den Klebstoffen
fähig sind.
4. Zahnbracket nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Grundfläche des Schlitzes entweder
zur Herstellung einer Titannitridbeschichtung nitriert oder
diamantbeschichtet oder voroxidiert ist, um den Reibbeiwert
bezüglich des Bogendrahtes zu verringern und außerdem die
Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb, Fressen und Korrosion zu
erhöhen.
5. Zahnbracket nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitzgrundabschnitt durch
Kugelstrahlen, Ionenstrahlätzen oder reaktives Ionenstrah
lätzen behandelt ist, um den Reibbeiwert bezüglich des
Bogendrahtes zu verringern.
6. Zahnbracket nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der effektive Flächenbereich der
Zahnkontaktfläche des Basisteils durch Kugelstrahlen, Ionen
strahlätzen, reaktives Ionenstrahlätzen, spanabhebende Bear
beitung zur Herstellung von Hinterschneidungen oder die
Befestigung an einem Maschendraht erhöht ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/864,396 US5232361A (en) | 1992-04-06 | 1992-04-06 | Orthodontic bracket |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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