ES2625310T3 - Tornillo para un sistema de implante dental que tiene estabilidad mejorada - Google Patents

Abstract

Un tornillo para un sistema de implante dental que comprende un cuerpo de acero inoxidable de grado quirúrgico 316L y un recubrimiento de oro sustancialmente puro sobre el cuerpo de acero inoxidable, donde el recubrimiento tiene un espesor en un intervalo de 0,5 μm a aproximadamente 1 μm.

Description

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DESCRIPCION

Tornillo para un sistema de implante dental que tiene estabilidad mejorada Antecedentes de la invencion Campo de la invencion

Esta invencion se refiere al campo de los implantes dentales, particularmente a los componentes usados en los sistemas de implantes dentales y, mas particularmente, a lostornillos que se usan para montar tales sistemas.

Descripcion de latecnica relacionada

Los implantes dentales son el tema de muchas patentes y extensa literatura. Los implantes artificiales se implantan en la mandfbula de los pacientes y se usan para apoyar los dientes de reemplazo. El diente de reemplazo puede fijarse directamente al implante o puede fijarse a una pieza intermedia, denominada pilar. Tanto los implantes artificiales como los pilares se fabrican tfpicamente de titanio o una aleacion de titanio. En la mayona de los sistemas, se usan tornillos pequenos para conectar las piezas. Los tornillos que se usan para conectar el pilar al implante tfpicamente tienen diametros aproximadamente menores de 1,4-1,5 mm (0,055-0,059 pulgadas). Los tornillos de retencion que sujetan el diente de reemplazo a la parte del pilar pueden tener diametros aproximadamente menores de 1,06-1,15 mm (0,0419-0,0453 pulgadas).

En general, si un metal o una aleacion es biocompatible y tiene una resistencia suficiente, puede utilizarse para fabricar tornillos para sistemas de implantes dentales. Los tornillos que se fabrican de aleaciones de paladio o aleaciones de titanio se aceptan para uso dental. Por ejemplo, una aleacion de paladio que tiene suficiente resistencia incluye aleacion de paladio 8010 (paladio que contiene 9,5-10,5% de galio, 6,5-7,5% de cobre y 1,82,2% de oro con trazas de zinc, iridio y rutenio). Entretanto, las aleaciones de titanio que se usan comunmente incluyen las aleaciones Ti Al6 V4 (Titanio que contiene 6% de aluminio y 4% de vanadio) y Ti 1313 (titanio que contiene 13% de circonio y 13% de niobio). Las aleaciones de platino que contienen iridio tambien pueden tener aplicacion como tornillos para implantes dentales.

Sera evidente que cuando tales dientes artificiales implantados se usan para masticar alimentos (masticacion), se sujetan a fuerzas significativas. Estas fuerzas colocan cargas en los tornillos que sostienen el diente y en cualquier pilar del implante. Mientras que estos tornillos se destinan a impedir que los componentes del sistema de implante se separen, las cargas de masticacion pueden hacer que las superficies de contacto de los componentes se abran ligeramente en un lado del sistema de implante doblando uno o mas de los tornillos. Esto crea lo que se denominara aqrn como "microespacio", que tfpicamente ocurre en la interfaz entre las superficies opuestas del pilar y el implante. Los lfquidos orales pueden tener acceso al interior del sistema de implantes a traves del microespacio, arriesgando a una infeccion. El movimiento de los componentes del implante tambien puede hacer que los tornillos se aflojen o fallen, ya que se estiran y doblan repetidamente.

Los tornillos pueden pretensarse para prevenir o minimizar la separacion entre los componentes individuales de un sistema de implante dental. Cuando un tornillo se enrosca completamente dentro de un orificio preenroscado, el tornillo se tensa entre las superficies enroscadas de acoplamiento del tornillo y el orificio, y las superficies del pilar de la cabeza de tornillo y la superficie estacionaria de asiento alrededor del orificio. Despues de que la cabeza del tornillo se asiente sobre una superficie estacionaria, la tension en el tornillo aumenta a medida que el tornillo se enrosca mas profundo dentro del orificio. Esta tension en el tornillo produce una fuerza que se conoce comunmente como la "precarga" del tornillo. Asf, "precarga" puede definirse como la fuerza inicial maxima requerida para revertir un tornillo apretado. La precarga tambien se describirse como la fuerza de sujecion.

La teona del tornillo clasica relaciona el grado (angulo) de giro de un tornillo con la fuerza de precarga o sujecion mediante la siguiente ecuacion simplificada:

F = (P 0/36O)K

donde:

F = fuerza de precarga o de sujecion de las dos partes unidas entre sf por el tornillo (por ejemplo, el pilar del implante),

P = paso del tornillo del pilar (por ejemplo, 0.4 mm para un tornillo de pilar tfpico),

0 = grado (angulo) de giro medido despues del ajuste del cabezal del tornillo contra la superficie opuesta (es decir, las superficies de apoyo/implante se asientan juntas), y K = Constante del muelle del tornillo y la junta.

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Si se aumenta el grado de giro (0), tambien se incrementa la fuerza de sujecion resultante (F). Un aumento en la fuerza de sujecion resulta en una junta de pilar/implante mas ajustada. La junta mas apretada imparte una mayor resistencia al aflojamiento del tornillo y aumenta la carga necesaria para separar la junta entre el pilar y el implante. Las cargas laterales producidas durante la masticacion dan lugar a fuerzas que tienden a separar la union pilar/implante. La tension de la junta y la resistencia a la fatiga se relacionan directamente y, por lo tanto, cuanto mayor sea la fuerza requerida para elevar la junta, mayor sera la fuerza necesaria para provocar la fatiga cfclica del tornillo.

En general, la resistencia a la fatiga del tornillo aumenta a medida que la precarga aumenta porque el tornillo permanece mas estable cuando se somete a diversas cargas. Cuanto mas se enrosca un tornillo en su orificio despues de asentar la cabeza del tornillo, mayor sera la pretension sobre el tornillo, es decir, mayor sera la fuerza ejercida por la resiliencia inherente (recuperacion elastica) del tornillo mismo sobre las superficies opuestas responsables de la tension en el tornillo. El movimiento de avance del tornillo en su orificio es resistido en parte por la friccion entre las superficies giratorias del tornillo y las superficies estacionarias opuestas, que debe superarse por la torsion aplicada para hacer avanzar el tornillo. Al reducir la friccion entre las superficies giratorias del tornillo y las superficies estacionarias opuestas, puede aumentarse la precarga en el tornillo para cualquier torsion aplicada, ya que esa torsion provoca que el tornillo avance mas profundo dentro de su orificio. En consecuencia, los tornillos, como los tornillos de aleacion de titanio y de aleacion de paladio, a menudo se recubren con materiales tales como oro, plata, politetrafluoroetileno (Teflon®) y revestimientos de carbono, para mejorar las propiedades de precarga del tornillo y asf minimizar la posibilidad de abrir microespacios durante la masticacion. Tales revestimientos tambien aumentan la resistencia a la corrosion de los tornillos. La discusion adicional sobre recubrimientos para tornillos de implante dental se proporciona en la Patente de Estados Unidos num. 6,287,116, publicado el 11 de septiembre de 2001.

El documento US5711669 describe tornillos de titanio revestidos o tratados con materiales biocompatibles seleccionados tales como oro, plata y politetrafluoroetileno, que pueden montar una protesis en un implante dental bajo una alta precarga sin la aplicacion de una torsion inaceptable.

Resumen de la invencion

Las modalidades de la presente invencion proporcionan un tornillo para un sistema de implante dental como se define en la reivindicacion 1. Las modalidades preferidas estan de acuerdo con las reivindicaciones dependientes.

Estos y otros aspectos de la presente invencion se pondran mas de manifiesto a partir de la siguiente descripcion detallada de las modalidades preferidas de la presente invencion cuando se observe conjuntamente con los dibujos adjuntos.

Breve descripcion de las Figuras

La Figura 1 es una vista lateral en elevacion, parcialmente seccionada, de una modalidad de un sistema de pilar de implante dental que puede emplear un tornillo de apoyo mejorado de acuerdo con los conceptos presentes.

La Figura 2 es una vista en despiece del conjunto mostrado en la Figura 1.

Descripcion detallada

Las Figuras 1 y 2 ilustran una modalidad de un sistema de pilar de implante dental que puede emplear un tornillo de apoyo mejorado de acuerdo con aspectos de la presente invencion. En particular, las Figuras 1 y 2 muestran un diente artificial 10 formado sobre un pilar 11 que se fija a un implante 12 con un tornillo de pilar 13. Como se describe mas adelante, el tornillo 13 puede conformarse de acuerdo con aspectos de la presente invencion para proporcionar caractensticas mejoradas de resistencia y precarga.

Tambien puede hacerse referencia a la Figura 1 para ilustrar los problemas potenciales que pueden prevenirse o minimizarse mediante un tornillo 13 que se forma de acuerdo con aspectos de la presente invencion. Cuando se emplea un diente artificial en la masticacion de alimentos, las fuerzas ejercidas sobre el diente no estan todas alineadas con el eje vertical en el que se monto el diente. Las fuerzas se aplican en varios angulos fuera del eje vertical, produciendo tensiones correspondientes en el tornillo o tornillos que sujetan el sistema de implante juntos. Si la fuerza aplicada excede la resistencia de un tornillo, el tornillo puede doblarse y abrir un microespacio donde el implante 12 se encuentra con el pilar 11. La flexion repetida del tornillo puede conducir a la rotura. Ademas, los lfquidos de la boca pueden entrar en el microespacio y conducir a una infeccion.

Como se muestra en la Figura 1, la porcion enroscada del tornillo 13 acopla las roscas correspondientes en un orificio dentro del implante 12. Cuando se aprieta el tornillo 13, se coloca bajo tension aplicando una torsion de accionamiento predeterminada al tornillo. Esta aplicacion de la torsion de accionamiento produce una precarga en el tornillo.

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Cuando las fuerzas ejercidas en la masticacion exceden la precarga en el tornillo, el tornillo 13 se doblara bajo tension y permitira que se abra un microespacio. En la Figura 1, tal espacio podria abrirse en la union 14 donde el pilar 11 se encuentra con la parte superior del implante 12. La Figura 1 ilustra una fuerza de masticacion fuera del eje Fm ejercida sobre el diente, y muestra que esta fuerza puede resolverse en una componente de fuerza vertical Fvy una componente de fuerza horizontal Fh. La fuerza de flexion ejercida sobre el tornillo 13 en la union 14 puede expresarse como

(Fh)(Lcb)

donde Lcb es la distancia desde la parte superior del diente hasta la union 14.

La fuerza resistente Fs ejercida por el pretensado del tornillo 13 puede expresarse como

(Fs)(W/2)

donde W es el diametro menor de la porcion enroscada del implante 12. Si las dos fuerzas Fh y Fs son iguales para que el tornillo comience a doblarse, entonces

(Fs)(W/2) = (Fh)(Lcb)

y

Fs = (Fh)(Lcb)/ (W/2).

A partir de esta ecuacion, puede concluirse que el aumento de la fuerza resistente Fs mediante un mayor pretensado del tornillo 13 permitira una mayor fuerza de masticacion Fm a ejercerse sobre el diente antes de que el tornillo 13 se curve y abra un microespacio.

Los tornillos usados para montar sistemas de implantes dentales son ripicamente apretados con una torsion predeterminada que es suficientemente grande para producir una precarga sustancial sobre el tornillo, pero no tan grande como para arriesgarse a fracturar el metal. Los tornillos que son mas fuertes en terminos de torsion a fallo son mas capaces de aceptar la aplicacion de torsiones de apretado mas altas y lograr una mayor precarga. La resistencia de los tornillos se determina principalmente por el sustrato del metal utilizado.

Como se describio anteriormente, la torsion aplicada debe superar las fuerzas de friccion asociadas con el acoplamiento entre las roscas del tornillo 13 y el implante 12 y girar la cabeza del tornillo contra la superficie de asiento del pilar 11. Como resultado, la precarga sobre el tornillo 13 puede aumentarse para una torsion aplicada dada recubriendo el tornillo 13 para reducir la friccion entre las superficies giratorias del tornillo y las superficies estacionarias opuestas.

Por consiguiente, para conseguir precargas mas altas, es deseable emplear tornillos que combinen un material de sustrato fuerte con un revestimiento exterior de material reductor de friccion. Un material de sustrato mas resistente permite que se apliquen mayores torsiones sin provocar fallos, mientras que el revestimiento permite obtener una precarga mas alta para una torsion aplicada dada.

La combination seleccionada del sustrato y los materiales de revestimiento proporcionan un tornillo con muchas de sus caracteristicas de rendimiento. La Tabla 1 proporciona una comparacion de tornillos que tienen diversas combinaciones de sustrato y materiales de revestimiento. Para generar los datos de la Tabla 1, se examinaron tornillos con la misma geometria bajo condiciones de ensayo equivalentes. Espedficamente, la geometria de los tornillos era equivalente a la geometria del Tornillo Hexagonal Gold-Tite™, IUNIHG fabricado por BIOMET 3i (Palm Beach Gardens, FL). Para la prueba de precarga, los tornillos fueron probados en combinacion con Implantes Certain® de 4 mm tambien fabricados por BIOMET 3i (Palm Beach Gardens, FL). Durante el ensayo, los tornillos fueron accionados dentro del dispositivo de implante hasta que se hizo el contacto inicial de la cabeza del tornillo con la superficie de asiento en el dispositivo de implante. Los tornillos se aprietan entonces con torsiones iniciales aplicadas de 20 Newton-cenrimetros (N-cm) para precargar los tornillos. Los valores medios de precarga medidos para n = 5 muestras se proporcionan en la columna X de la Tabla 1. Ademas, se aplico una torsion a los tornillos para medir las caracteristicas de resistencia en terminos de torsion a fallo. En la columna Y de la Tabla 1 se proporcionan los valores medios de torsion a fallo resultantes expresados en N-cm para n = 5 muestras.

Con referencia a la Tabla 1, la fila A proporciona los resultados de la prueba para tornillos de aleacion de titanio con un recubrimiento de oro, y la fila B proporciona los resultados de la prueba para los tornillos de aleacion de oro/paladio con una capa de oro. La combinacion de materiales para las filas A y B refleja las combinaciones

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convencionales de sustrato y materiales de recubrimiento. Una comparacion entre los resultados de la prueba para las filas A y B demuestra que el tornillo de aleacion de titanio tiene caractensticas de resistencia mas altas en terminos de torsion a fallo, mientras que el tornillo oro/paladio logra una precarga mayor para una torsion inicial dada. Como se ha comentado anteriormente, para conseguir una mayor precarga, es deseable emplear un tornillo que tenga un material de sustrato que permita que se apliquen mayores torsiones sin provocar fallos y un revestimiento que permita una mayor precarga para una torsion aplicada dada. Sin embargo, los datos de las filas A y B indican que normalmente hay un equilibrio en el rendimiento entre estas dos caractensticas. En otras palabras, se conoce que tales combinaciones convencionales de sustrato y materiales de recubrimiento proporcionan una alta torsion o una alta precarga para una torsion aplicada dada, pero no ambas.

A diferencia de los sistemas que utilizan combinaciones convencionales de sustrato y materiales de recubrimiento, el tornillo mejorado aqrn descrito emplea combinaciones de materiales que proporcionan tanto una alta resistencia como una alta precarga para una torsion aplicada dada. En particular, dicho tornillo puede utilizar un acero inoxidable biocompatible, tal como acero inoxidable de grado quirurgico 316L, como un material de sustrato para conseguir una alta resistencia. Ademas, al tornillo mejorado se le puede aplicar un material, tal como oro, para el recubrimiento para reducir la friccion y permitir una alta precarga para una torsion aplicada dada. En vista de las caractensticas de las combinaciones convencionales de sustrato y materiales de recubrimiento como se muestra en las filas A y B de la Tabla 1, no pudo predecirse el logro tanto de alta resistencia como de alta precarga para una torsion aplicada dada con modalidades de la presente invencion.

La fila C de la Tabla 1 muestra un tornillo que tiene un material de sustrato de acero inoxidable 316L (220 KSI UTS) sin revestimiento. Mientras tanto, la fila D de la Tabla 1 muestra un tornillo que tiene un material de sustrato de acero inoxidable 316L (220 KSI UTS) con un recubrimiento de 0,5 pm a 1 pm de 99,9% de oro galvanizado.

Como muestra la columna Y en la Tabla 1, los tornillos que emplean acero inoxidable 316L para un material de sustrato, con o sin un recubrimiento, tienen la resistencia mas alta. Cuando el tornillo de acero inoxidable 316L se recubre con oro como se muestra en la fila D, el resultado en la columna X de la Tabla 1 indica que para la combinacion la precarga a 20 N-cm de torsion inicial es sustancialmente igual al valor para el recubrimiento de oro con aleacion de paladio 8010 mostrado en la fila A. En consecuencia, a diferencia de las combinaciones de materiales convencionales, un sustrato de acero inoxidable 316L recubierto de oro proporciona tanto una alta resistencia como una alta precarga para una torsion aplicada dada.

Tabla 1

Caractensticas de fuerza y precargade Varias Combinaciones de Sustratos y Materiales de

Revestimiento

X Y

Material del sustrato Revestimiento Precarga a 20 N-cm de Torsion Inicial (N), n=5 Torsion a fallar (N-cm), n=5

A

Aleacion de paladio 8010 (10% de galio, 7% de cobre, 2% de oro, 0,5% de zinc) Oro Galvanizado 99,9% (0,5 pm - 1 pm) 400 39,1

B

Titanio 6AL-4V ELI Oro Pulverizado 99,9% (0,8 pm) 304 46,9

C

316L de Acero Inoxidable (220 KSI UTS) Ninguna 235 53,9

D

316L de Acero Inoxidable (220 KSI UTS) Oro Galvanizado 99,9% (0,5 pm - 1 pm) 387 49,2

Aunque la Tabla 1 proporciona resultados de ensayo para una geometna de tornillo particular, pueden formarse tornillos de otras geometnas a partir de acero inoxidable 316L. En general, un tornillo de dispositivo de implante puede tener el tamano y la forma que lo haga compatible con los componentes de cualquier sistema de implante dental.

En consecuencia, el tornillo 13 mostrado en las Figuras 1 y 2 se forma a partir de acero inoxidable 316L y tiene un recubrimiento de oro. Las roscas de los tornillos pueden mecanizarse o las piezas metalicas de acero inoxidable pueden enroscarse en rollo. Despues de ser enroscados, los tornillos se revisten con oro sustancialmente puro, por

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ejemplo, 99,9% de oro galvanizado. El espesor del oro se limita por el espacio entre las roscas y, por consiguiente, esta en el orden de 0,5 pm a 1 pm.

Aunque algunas modalidades pueden aplicar un recubrimiento de oro a un sustrato de acero inoxidable 316L, otras modalidades pueden recubrir el sustrato de acero inoxidable con otros materiales maleables, incluyendo pero sin limitarse a plata, carbono o politetrafluoroetileno (Teflon®) para mejorar la precarga. Alternativamente, los tornillos de acero inoxidable pueden recubrirse con materiales mas duros tales como carbono similar al diamante (DLC), diamante amorfo, diamante cristalino o una combinacion de los mismos. Al igual que el revestimiento de oro, estos otros recubrimientos proporcionan un bajo coeficiente de friccion para mejorar las propiedades de precarga. Ademas de reducir la friccion durante la fijacion, los revestimientos descritos de aqu en adelante tambien pueden mejorar la resistencia a la corrosion de un tornillo.

Las tecnicas para revestir tornillos inoxidables pueden incluir, pero no se limitan a estas, galvanoplastia, pulverizacion catodica, deposicion ffsica en fase vapor y deposicion qrnmica en fase vapor. Para algunas tecnicas, tales como la galvanoplastia, las roscas metalicas tal como se formaron inicialmente pueden tener rugosidad de superficie suficiente para permitir la aplicacion directa del revestimiento al material de sustrato de acero inoxidable. Sin embargo, en otras tecnicas, tales como pulverizacion, puede requerirse adicionalmente una capa intermedia de un material biocompatible, tal como titanio, para conseguir las caractensticas de adhesion requeridas del revestimiento.

Aunque se han mostrado y descrito diversas modalidades de acuerdo con la presente invencion, se entiende que la invencion no esta limitada a la misma. La presente invencion puede cambiarse, modificarse y aplicarse adicionalmente por los expertos en la tecnica. Por lo tanto, esta invencion no se limita al detalle mostrado y descrito anteriormente, sino que tambien incluyetodos estos cambios y modificaciones.

Claims (8)

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   Reivindicaciones

   1. Un tornillo para un sistema de implante dental que comprende un cuerpo de acero inoxidable de grado quirurgico 316L y un recubrimiento de oro sustancialmente puro sobre el cuerpo de acero inoxidable, donde el recubrimiento tiene un espesor en un intervalo de 0,5 pm a aproximadamente 1 pm.
2. 2. Un tornillo segun la reivindicacion 1, en donde el revestimiento se aplica a una capa intermedia de titanio sobre el cuerpo de acero inoxidable.
3. 3. Un tornillo segun la reivindicacion 1, en donde el cuerpo de acero inoxidable tiene una resistencia a la traccion final de 1517 MPa (220 KSI) y el recubrimiento de oro sustancialmente puro es un recubrimiento de 99,9% de oro galvanizado.
4. 4. El tornillo de la reivindicacion 1, en donde el revestimiento se aplica mediante electrodeposicion, pulverizacion, deposicion ffsica en fase vapor o deposicion qmmica en fase vapor.
5. 5. Un sistema de implante dental que comprende un primer componente y un segundo componente, estando el primer componente y el segundo componente sujetos juntos mediante el tornillo de la reivindicacion 1.
6. 6. El sistema de implante dental de la reivindicacion 5, en donde el primer componente es un implante artificial y el segundo componente es un pilar.
7. 7. El sistema de implante dental de la reivindicacion 6, en donde el recubrimiento de oro sustancialmente puro es un revestimiento de 99,9% de oro aplicado por galvanoplastia.
8. 8. El sistema de implante dental de la reivindicacion 7, en donde el cuerpo de acero inoxidable tiene una resistencia a la traccion final de 1517 MPa (220 KSI).