DE69730569T2

DE69730569T2 - Apparat zum Einbetten eines Implantates in Knochengewebe

Info

Publication number: DE69730569T2
Application number: DE1997630569
Authority: DE
Inventors: Shedrick D Jones
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-08-26
Filing date: 1997-06-20
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2017-06-21
Also published as: EP1430843A2; EP1430843B1; JP2006212449A; JP4583331B2; DE69738227T2; DE69730569D1; EP1430843A3; ES2225915T3; DE69738227D1

Description

Ausgangspunkt der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Zahn- und Skelettimplantate zum Befestigen prothetischer Vorrichtungen an Knochengewebe.
Es gibt zwei Anforderungen zum Erreichen eines sicheren und lang-haltenden Implantats, das in Knochengewebe eingebettet ist. Das Implantat muss mechanisch fest sein, um den Belastungen zu widerstehen, denen es ausgesetzt ist und es muss biologisch kompatibel mit dem Knochengewebe sein, um Knochenwachstum dort herum zu fördern.
Implantate aus Metall sind hinsichtlich des mechanischen Festigkeitsaspektes attraktiv aber mit der Ausnahme einiger Ausnahmen, wie beispielsweise reinem Titan und der Titanlegierung Ti 6Al 4 V sind sie biologisch nicht zweckmäßig, da sie Metallionen abgeben, die für lebendes Gewebe schädlich sind. Implantate aus Keramiken, wie beispielsweise Einkristallallumina bzw. Tonerde geben keine schädlichen Ionen ab und sie sind mechanisch fest aber verbinden sich nicht gut mit lebendem Gewebe. Biologisch kompatible Keramiken, wie beispielsweise Apatite, die sich gut mit lebendem Gewebe verbinden, besitzen nicht die mechanische Festigkeit, die für Implantate erforderlich ist.
Aufgrund seiner mechanischen Festigkeit und der leichten Herstellung bleibt Metall das ausgewählte Material für die meisten Implantate. Um des Wachstum von lebendem Knochengewebe zu fördern, sind die Metallimplantate mit biologisch kompatiblen Materialien beschichtet. Um die Effekte einer inadäquaten biologischen Verbindung zu minimieren, werden die Implantate häufig in das Knochengewebe geschraubt, um dadurch mit mechanischen Mitteln zu erreichen, was nicht vollständig mittels biologischer Verbindung erreicht werden kann. Um die Effekte von Knochenwachstum auf den höchstmöglichen Grad zu maximieren ist das Implantat mit Löchern, Ausnehmungen und anderen Strukturen versehen, in die Knochenwachstum fortschreiten kann, um dadurch hoffentlich den Verlust des Implantats über die Zeit hinweg zu verhindern.
Ferner wird auf die WO-A-9001303 Bezug genommen, die sich auf ein Implantat bezieht, dass wenigstens einen Teil aufweist, einschließlich eines Pfostens, der in einen Knochen eingebettet wird, wobei sich der Pfosten durch die obere Kortikalis, das Knochenmark und die untere Kortikalis des Knochens erstreckt. Das Implantat weist an einem Endbereich einen Schraubgewindeteil auf, der durch einen geraden Kanal unterbrochen ist, der vorgesehen ist zum Entfernen von abgebröckeltem Knochen, der sich aus dem Schrauben des Implantats in die untere Kortikalis des Knochens ergibt.
Unglücklicherweise wächst das Knochengewebe häufig nicht in die Zwischenräume zwischen dem Implantat und dem Knochengewebe, indem es festsitzt, zurück. Stattdessen wächst in diesen Bereichen weiches Gewebe. Dieses weiche Gewebe fügt der Befestigung zwischen dem Implantat und dem benachbarten Gewebe wenig Festigkeit zu.
Die Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist eine Vorrichtung zum Einbetten eines Implantats mit einem speziellen Aufbau in einer Art und Weise, welche das Knochengewebewachstum in und um das Implantat herum fördert, um dadurch eine höhere Befestigungssicherheit über längere Zeitperioden zu erreichen. Ein Verfahren zur Verwendung der Vorrichtung weist die Schritte der Ausbildung eines Lochs in dem Knochengewebe an dem gewünschten Ort des Implantats, das Sammeln der Knochenfragmente, die sich aus der Ausbildung des Lochs ergeben, das Zerbröckeln der Knochenfragmente, das Packen der zerbröckelten Knochenfragmente in das Loch und in und um das Implantat herum sowie das Installieren des Implantats in dem Loch, auf.
Die Verfahrensschritte zur Ausbildung des Lochs in der Knochenstruktur und das Sammeln der Knochenfragmente werden mit einem Knochenfragmentsammelbohrer durchgeführt, der eine koaxiale Anordnung einer Rohrsäge und eines Bohrers aufweist, wobei die Rohrsäge und der Bohrer zusammenwirken, um das Loch zu bilden und die sich ergebenden Knochenfragmente in einen eingeschlossenen Bereich zwischen der Rohrsäge und den Bohrer zu befördern.
Der Zerbröckelungsschritt wird mit einer handbetätigten Zerbröcklungsvorrichtung durchgeführt, die eine zangenähnliche Anordnung aufweist, wobei die Backen löffelförmig sind, wobei die konvexe Oberfläche einer Backe mit der konkaven Oberfläche der anderen Backe zusammenpasst, wenn die Backen geschlossen sind. Der Bediener führt den Zerbröckelungsschritt durch, in dem die Knochenfragmente in die konkave untere Backe platziert werden und durch wiederholtes Öffnen und Schließen der Backen, um die Zerbröckelungsfunktion zu Erreichen. Die zerbröckelten Knochenfragmente werden entweder innerhalb der löffelförmigen unteren Backe gehalten oder alternativ durch kleine Öffnungen in der unteren Backe hindurchgesiebt.
Das Implantat weist einen Hauptteil und einen Anschlussteil auf. Der Hauptteil besitzt einen oder mehrere schraubenförmige Kanäle, die in der Oberfläche des Implantats eingebettet sind, zum Zwecke des Transports zerbröckelter Knochenfragmente, die vor der Installation des Implantats in das Knochengewebeloch platziert werden. Querverlaufende Durchgangslöcher sind an unterschiedlichen Ebenen entlang der Implantatlängsachse vorgesehen, um Knochengewebewachstum in das Implantat hinein zu erlauben.
Das Packen besteht aus dem teilweisen Füllen des Lochs mit zerbröckelten Knochenfragmenten und auch dem Packen der Kanäle und der Löcher des Implantats mit zerbröckelten Knochenfragmenten.
Das Installieren des Implantats besteht aus dem Installieren des Implantats in dem Loch. Übergangsbereiche zwischen dem Implantat und dem Knochengewebe werden mit dem eigenen Knochengewebe des Patienten während dieses Installationsvorgangs gefüllt, um dadurch stark das weitere Wachstum von Knochengewebe in dem Implantat und um das Implantat herum zu fördern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenansicht des Sammelbohrers.
2 ist eine Seitenansicht der Knochenfragmentzerbröckelungsvorrichtung.
3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der konvexen Seite der Zerbröckelungsbacke der Knochenfragmentzerbröckelungsvorrichtung.
4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der gegenüberliegenden Backe der Knochenfragmentzerbröckelungsvorrichtung.
5 ist eine Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels des Implantats.
6 ist eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Implantats.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Ein Knochenfragmentsammelbohrer macht normalerweise ein Loch in einem Knochengewebe und sammelt die Knochenfragmente, die sich dabei ergeben. Ein Implantat ist auch oft als eine Knochenfragmentzerbröckelungsvorrichtung ausgebildet. Die vorliegende Erfindung ist ein Implantat, dass aufgebaut ist zum Verteilen von Knochenfragmentbröckeln bzw. -krümeln die in ein Loch platziert werden, und zwar zu den Zwischenräumen zwischen dem Implantat und dem Loch.
Der Knochenfragmentsammelbohrer 1 ist in 1 gezeigt. Er besteht aus der koaxialen Anordnung der rohrförmigen Säge 3 und des Bohrers 5. Die rohrförmige Säge 3, die in 1 im Querschnitt gezeigt ist, ist ein dünnwandiger rostfreier Stahlzylinder mit einer Vielzahl von Sägezähnen 7 entlang der Kante der Zylinderwand an dem distalen Ende und Verbindungsmitteln 9 des Schraubtyps an dem proximalen Ende.
Der Bohrer 5 besteht aus einem gerillten bzw. mit Span-Nute versehenen Abschnitt 11 an dem distalen Ende und einer Welle 13 and dem proximalen Ende. Der mit Span-Nute versehene Abschnitt 11 endet in einem spitzen Glied 17, das den Knochfragmentsammelbohrer 1 während des Lochbohrvorgangs führt. Ein schraubenartiger Verbinder 15, der so aufgebaut ist, dass er mit dem schraubenartigen Verbinder 9 der rohrförmigen Säge 3 zusammenpasst, ist an der Welle 13 an dem proximalen Ende befestigt.
Wenn die rohrförmige Säge 3 und der Bohrer 5 wie in 1 gezeigt, zusammengesetzt sind, erstreckt sich das spitze Glied 17 über das distale Ende der rohrförmigen Säge 3 hinweg, so dass das spitze Glied 17 mit dem Gewebe vor den Sägezähnen 7 in Kontakt kommt, wenn mit dem Bohren begonnen wird. Der Durchmesser des mit Span-Nute versehenen Abschnitts 11 ist etwas größer als der Innenseitendurchmesser der rohrförmigen Säge 3, um einen leichten Zusammenbau zu erlauben.
Die Verbindungsmittel 9 und 15 besitzen eine hexagonale Form, um zu erlauben, dass beim Auseinanderbauen der rohrförmigen Säge 3 und des Bohrers 5 Schraubenschlüssel verwendet werden. Das Ende der Welle 13, das von den Verbindungsmitteln 15 vorsteht, kann verwendet werden zum Verbinden mit einer Energiequelle, zum Zweck des Antriebs des Knochenfragmentsammelbohrers 1. Die Welle 13 könnte auch an den Verbindungsmitteln 15 enden, wobei in diesem Fall die Energiequelle an den Verbindungsmitteln 15 befestigt würde.
Während des Betriebs werden Knochenfragmente und anderes Material, das sich aus dem Schneidbetrieb der rohrförmigen Säge 3 und des Bohrers 5 ergeben, durch die Span-Nuten des Span-Nuten versehenen Abschnitts 11 zu dem Bereich 19 zwischen der rohrförmigen Säge 3 und der Welle 13 transportiert. Zum Ende des Bohrvorgangs kann der Knochenfragmentsammelbohrer auseinandergebaut und die Knochenfragmente wiedergewonnen werden.
Die Knochenfragmente werden durch die handbetätigte Zerbröckelungsvorrichtung 25 wie in 2 gezeigt ist, zerbröckelt. Die Vorrichtung besteht aus dem Zerbröckelungsglied 27 und dem gegenüberliegenden Glied 29, die in entgegengesetzte Richtungen um den Stift 31 während des Betriebs schwenken. Die Vorrichtung ist vorzugsweise aus einem Material wie beispielsweise reinem Titan oder der Titanlegierung Ti 6Al 4 V hergestellt, das nicht korrodierbar ist, leicht sterilisierbar ist und die notwendige Festigkeit zum Zerbröckeln von Knochenfragmenten besitzt.
Das Zerbröckelungsglied 27 besteht aus der löffelförmigen Zerbröckelungsklaue bzw. -backe 33 und dem Zerbröckelungshebelarm 35. Ein kleiner Teil der konvexen Oberfläche der Zerbröckelungsbacke 33 ist in 3 dargestellt. Es besteht aus einem Gitter bzw. einer Anordnung von Pyramiden mit Grundflächen die ungefähr quadratisch sind und Seitenlängen von 2 mm besitzen und Höhen von ungefähr 2 mm.
Das gegenüberliegende Glied 29 besteht aus einer löffelförmigen gegenüberliegenden Backe 37, die mit der Zerbröckelungsbacke 33 zusammenpasst, wenn die zwei Backen und der gegenüberliegende Hebelarm 39 zusammenkommen. Ein kleiner Teil der Oberfläche der gegenüberliegenden Backe 37 ist in 4 dargestellt. Sie besteht aus einer Anordnung bzw. einem Gitter von quadratischen Öffnungen, die ungefähr 1 mm im Quadrat sind.
Die Backen 33 und 37 werden normalerweise durch die Feder 41 offen gehalten, welche entgegengesetzte Kräfte auf die Hebelarme 35 und 39 ausübt, um sie auseinanderzudrücken. Die Zerbröckelungsvorrichtung wird durch den Verwender betätigt, indem er die Hebelarme 35 und 39 mit einer Hand greift, und die Hebelarme zusammendrückt und dann wieder frei gibt, so dass sie zu ihren normalen geöffneten Positionen zurückkehren können. Dieser Vorgang bewirkt, wenn er wiederholt durchgeführt wird, dass Knochenfragmente die in die gegenüberliegende Backe 37 platziert werden, zerbröckelt werden und hat zur Folge, dass Knochenfragmentbröckel bzw. -krümel, die kleiner sind als die Öffnungen in der gegenüberliegenden Backe 37, durch die Öffnungen hindurchgehen und in einem Behälter unterhalb der Backe gesammelt werden.
Es gibt unterschiedlichste geeignete alternative Designs für die Zerbröckelungsbacke 33. Das wesentliche Erfordernis ist, dass die Oberfläche, die mit den Knochenfragmenten in Kontakt kommt, rauh ist, und eine Vielzahl von Spitzen und Tälern aufweist. Die Spitzen sollten scharf sein, um in die Knochenfragmente und die größeren Krümel bzw. Bröckel einzudringen und um zu bewirken, dass sie in kleinere Stücke zerbrechen. Der Abstand der Spitzen sollte vergleichbar zu der größterlaubten Krümel- bzw. Bröckelgröße sein.
Es gibt auch unterschiedlichste geeignete alternative Designs für die gegenüberliegende Backe 37. Die gegenüberliegende Backe kann ohne Öffnungen vorgesehen sein um dadurch alle Krümel bzw. Bröckel innerhalb der Backe zu halten, und zwar unabhängig von der Größe. Wenn es nicht nur zweckmäßig ist, die Knochenfragmente zu zerbröckeln, sondern auch die größeren Bröckel von den kleineren Bröckeln zu trennen, dann kann die gegenüberliegende Backe mit Öffnungen mit geeigneter Größe versehen sein.
Die Öffnungen können quadratisch oder rund sein oder irgendeine andere Form besitzen, welche die Trennungsfunktion durchführen kann.
Seitenansichten der bröckelverteilenden Implantate 47 und 65 sind in den 5 bzw. 6 dargestellt. Das Implantat 47, das in 5 dargestellt ist, ist ein fester Zylinder mit einem Schraubgewinde 49, dass sich von dem distalen Ende zu dem Anschlussteil 51 des Implantats erstreckt. Der Anschlussteil 51 sieht Mittel zum Befestigen einer Prothese vor. Das Implantat 65, das in 6 gezeigt ist, ist in jeder Hinsicht ähnlich zu dem Implantat 47, mit der Ausnahme, dass es das Schraubgewinde 49 nicht besitzt und zusätzlich das Koaxialloch 67 aufweist, dass mit dem Loch 57 verbunden ist.
Wenigstens ein schraubenförmiger Kanal 53 ist in der Oberfläche des Implantats eingebettet und zwar über den Gewindeteil hinweg. Der Schnittpunkt des schraubenförmigen Kanals mit dem Gewinde resultiert darin, dass die Gewinde Schneidkanten besitzen, welche erlauben, dass das Implantat sein eigenes Gewinde bzw. eigene Gewindegänge in das Knochengewebe schneidet, wenn es installiert wird. Um den Gewindeschneidvorgang zu fördern, besitzt der Gewindeteil einen sich verjüngenden Abschnitt 55 an dem distalen Ende, um den leichten Eintritt in das Loch in dem Knochengewebe zu erlauben.
Der Hauptzweck des schraubenförmigen Kanals 53 ist das Tragen von Knochenfragmentkrümeln bzw. -bröckeln die vor der Installation des Implantats 67 oder des Implantats 65 in das Knochengewebeloch gefüllt wurden, und zwar weg von dem distalen Ende und zum Verteilen derselben über den Gewindeteil des Implantats hinweg. Der schraubenförmige Kanal 53 sieht auch einen Platz zum Packen von Knochenfragmentbröckeln bzw. -krümeln vor der Installation des Implantats vor.
Der Gewindeteil des Implantat 47 und des entsprechenden Teils des Implantats 65 umfasst auch diametrale Löcher 57 in dem Implantat und zwar auf unterschiedlichen Ebenen entlang der Achse des Implantats und in Verbindung zu dem schraubenförmigen Kanal 53. Die diametralen Löcher 57 können optional vollständig durch das Implantat hindurchgehen. Der Zweck der Löcher liegt im Vorsehen von Aufnahmen für das Packen zerbröckelten Knochengewebes vor der Installation des Implantats und Wege bzw. Passagen für das Knochengewebewachstum nach der Installation.
Eine hexagonale Ausnehmung ist in dem proximalen Ende 59 der Implantate 47 und 65 vorgesehen, mittels derer ein Bediener mit dem Implantat in Eingriff kommen kann, und zwar mit einem hexagonalen Antriebswerkzeug zum Zweck des Schraubens des Implantats in ein Aufnahmeloch in dem Knochengewebe im Fall des Implantats 47 oder durch Drehen des Implantats hin und her während das Implantat in ein Loch in weichem Knochen gedrückt wird, im Fall des Implantats 65. Das proximate Ende 59 kann auch ein Gewindeloch unterhalb der hexagonalen Ausnehmung umfassen zum Zwecke der Befestigung einer Prothese an dem Implantat. Das Anschlußende 51 kann verjüngt sein, um sicher zu stellen, dass die Befestigung der Prothese in einer sicheren Art und Weise erreicht wird. Andere Arten von Antriebswerkzeugseingriffsmitteln und anderer Arten von Prothesenbefestigungsmitteln können auch verwendet werden.
Die Implantate 47 und 65 sind aus einem biokompatiblen Material wie beispielsweise reinem Titan oder einer Titanlegierung beispielhaft Ti 6Al 4 V hergestellt. Um Knochengewebewachstum in dem Implantat und um das Implantat herum zu fördern kann das Implantat beschichtet oder mit Hydroxyapatite plasmabesprüht sein. Für Zahnanwendungen ist der Durchmesser des Implantats typischerweise in dem Bereich von 3 bis 4 mm mit Längen in dem Bereich von 6 bis 16 mm. Der Durchmesser eines Oberschenkelimplantats liegt typischerweise im Bereich von 6 mm bis 16 mm mit Längen in dem Bereich von 140 bis 190 mm.

Claims

Eine einstückige Vorrichtung (47, 65) zum Implantieren in Knochengewebe, mit einem distalen Ende und einem proximalen Ende, wobei dass proximale Ende das Ende ist, an dem eine Prothese befestigt werden kann, wobei die Vorrichtung eine Achse besitzt und aus einem Hauptabschnitt besteht, der sich von dem distalen Ende zu einem Zwischenpunkt an der Achse erstreckt und einen Anschlussabschnitt (51), der sich von dem Zwischenpunkt zu dem proximalen Ende erstreckt, wobei der Anschlussabschnitt (51) die Mittel enthält zur Befestigung der Prothese an der Vorrichtung, wobei der Hauptabschnitt begrenzt ist durch eine zylindrische Hauptoberfläche, eine distale Ebene und eine Zwischenebene, wobei die distale Ebene und die Zwischenebene beide senkrecht zu der Achse der Vorrichtung stehen, wobei die Zwischenebene einen Zwischenpunkt enthält, wobei der Anschlussabschnitt begrenzt ist durch eine Anschlussoberfläche, die Zwischenebene und eine Proximalebene, wobei die Anschlussoberfläche entweder die Oberfläche eines Zylinders oder eines Kegelstumpfes ist, wobei die proximale Ebene auch senkrecht zu der Vorrichtungsachse steht, wobei der Schnittpunkt der Anschlussoberfläche mit der Zwischenebene ein Kreis ist, der als Zwischenkreis bezeichnet wird, und wobei der Schnitt der Anschlussoberfläche mit der Proximalebene ein Kreis ist, der als Proximalkreis bezeichnet wird, wobei die Vorrichtung, die zylindrische Hauptoberfläche und die Anschlussoberfläche alle eine gemeinsame Achse besitzen, wobei die zylindrische Hauptoberfläche in Kontakt mit dem Hauptabschnitt steht, und zwar in einer Vielzahl von Punkten axial und umfangsmäßig verteilt an der zylindrischen Hauptoberfläche, wobei die distale Ebene in Kontakt steht mit dem Hauptabschnitt, wobei die proximale Ebene in Kontakt steht mit dem Anschlussabschnitt, wobei der Kontakt zwischen der distalen Ebene und dem Hauptabschnitt ein einzelner Punkt, wesentliche Teile eines konzentrischen Kreises, wesentlichen Teile eines Bereichs, der durch einen konzentrischen Kreis eingegrenzt wird, oder wesentlichen Teile eines Bereichs ist, der durch zwei konzentrische Kreise begrenzt wird, wobei ein konzentrischer Kreis seine Mitte auf der Vorrichtungsachse besitzt, wobei der Anschlussabschnitt in Kontakt mit im Wesentlichen der gesamten Anschlussoberfläche steht, wobei die Vorrichtung wenigstens einen schraubenförmigen Kanal (53) mit geschlossenen Enden besitzt, der die Vorrichtung umkreist, und in deren Oberfläche eingebetet ist, wobei der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Umkreisungen größer ist als die Breite des Kanals.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Abstand zwischen der Distalebene und der Ebene, welche den ersten Definierungskreis enthält, größer als Null ist, wobei ein Definierungskreis der Schnitt zwischen der zylindrischen Hauptoberfläche und einer Ebene senkrecht zur Achse der zylindrischen Hauptoberfläche ist, wobei ein Definierungskreis die Oberfläche des Hauptabschnitts an einem oder mehreren Punkten kontaktiert, wobei der erste Definierungskreis der Definierungskreis ist, der am nächsten zu dem distalen Ende der Vorrichtung liegt, wobei der Anschlussabschnitt Mittel umfasst, zur Anbringung eines Werkzeugs, um dem Verwender zu ermöglichen, die Vorrichtung zu greifen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Durchmesser des Proximalkreises kleiner ist als der Durchmesser des Zwischenkreises.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Vielzahl von zylindrischen Löchern in dem Hauptabschnitt vorgesehen ist, wobei die Achsen der Löcher senkrecht zur Achse der zylindrischen Hauptoberfläche sind, und die Achse der zylindrischen Hauptoberfläche an unterschiedlichen Punkten schneiden.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Eingang zu jedem Loch in einem schraubenförmigen Kanal angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Axialloch an dem distalen Ende der Vorrichtung vorgesehen ist, wobei der Durchmesser des Axiallochs kleiner oder gleich zu der größten Abmessung von irgendeiner Öffnung in dem Hauptabschnitt ist, das mit dem Axialloch in Verbindung steht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Teil des Hauptabschnitts mit Gewinde versehen ist.