JPH10510737A - 細胞応答を最適化する骨格インプラントの設計方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 骨格インプラント(10)を設計する方法であって、移植されるべき骨の物理的特性を測定する工程、物理的特性に基づいてインプラント(10)のマクロ設計を生成する工程、およびインプラント(10)のミクロ設計を決定し、骨上のひずみが100マイクロ-ひずみと3000マイクロ-ひずみとの間に維持されることを確実にし、骨増殖を促進し、そして機能的負荷の間の骨再吸収を最小にする工程を包含する。環状の基礎部分(30)は、峰状端部(34)、対向する尖状端部(36)、および峰状端部(34)と尖状端部(36)との中間にあり、そして外部表面(38)を有するコアセクション(32)を有する。らせん状のねじ山(40)は、コアセクション(32)の外部表面(38)の部分の周囲に伸びる。ねじ山(40)の骨接触表面領域は、ねじ山(40)が峰状端部(48)に近づくにつれて増加し、それによって、インプラント(10)から周辺骨に力が分配される表面領域を増加し、存在する骨の再吸収を最小にし、そしてこのデバイス(10)に隣接する新規骨組織の成長を促進する。

Description

【発明の詳細な説明】 細胞応答を最適化する骨格インプラントの設計方法 発明の背景 １．発明の分野 本発明は、骨格インプラント(歯科インプラントなど)に関し、そしてより詳細 には、インプラントの骨接触全表面にわたりひずみ誘導骨組織の増殖および維持 を促進する骨格インプラントを設計する方法に関する。 ２．先行技術の説明 骨格インプラントは、体内の関節の補充(例えば全股関節部関節形成術)、美学 の修復(例えば耳人工装具の骨保持)、およびなくした歯の補充(例えば歯科イン プラント)に用いられている。骨格インプラントの主な不全メカニズムの１つは 、非生理学的な負荷プロフィールに起因するインプラント-組織界面におけるイ ンプラントのゆるみである。 合衆国だけでも、約１億2500万人の人が、それらの歯のいくらかをなくしてい る。歯を失った患者を処置する１つのアプローチは、除去可能な義歯を提供する ことである。義歯は、それらを支持する骨(例えば、下義歯については下顎骨、 および上義歯については上顎骨)に適切な負荷を与えないという短所を有する。 負荷がかからない支持骨は、ほとんどひずみを経験しない。支持骨がひずみの最 小レベルを欠くとき、骨再吸収が起こる。この結果、支持骨の収縮が起こり、そ して関連する健康および美学上の問題がさらに起こり得る。 無歯の患者または部分的に無歯の患者を処置する別のアプローチは、支持骨中 に骨内膜の骨一体化(インプラントとの骨組織の一体化)インプラントを配置する ことである。骨一体化骨内膜インプラントは、残留骨稜中に手術により挿入され 、歯科補てつの基礎として供される無生物材料である。このようなインプラント は、補てつデバイスのプラットホームとして供される。骨一体化歯科インプラン トの導入は、無歯の患者および部分的に無歯の患者に、咀嚼能力を回復させ、そ して その外見を改善するためのより効果的な手段を与える。さらに、骨一体化インプ ラントは、それらが移植される下顎(または上顎)骨に機能的に負荷を与え、それ によって、通常の機能的負荷の下で、骨中にひずみを誘導する。義歯で通常生じ る骨損失および再吸収は、骨上の適切な負荷プロフィールを維持することにより 最小化され得るか、または避けられ得る。 骨内膜インプラントの２つのサブカテゴリーは、平板形態インプラントと根形 態インプラントとを含む。平板形態インプラントは、代表的には下顎骨または上 顎骨の水平次元に配置される、平坦な、細い平板により特徴付けられる。根形態 インプラントは骨の縦列で配置されるように設計される。根形態インプラントは 、２つのタイプ：受容骨中にドリルであけられた根型に押しつけられるねじ山の ない円筒である円筒形根型インプラント、および受容骨中にドリルであけられた 穴にねじ込まれるねじ山を持つ外部表面を有するねじ形根型インプラント、を含 む。 円筒形根型インプラントは、移植された骨(例えば穴および溝)および組織化表 面におけるインプラントの回転を最小にする設計特徴を有し得、このことは、イ ンプラントに対する緊密な骨並置を促進する。円筒形根型インプラントの欠点は 、適切にセットするために長時間を必要とすることである。何故なら、患者は、 インプラントに機能的に負荷が与えられる前に、周辺骨が適切にインプラントと 一体化するまで待たなければならないからである。 ねじ形根型インプラントは、ねじ山を備えた外部表面により周辺骨に保持され る。ねじ山表面は、インプラントの周辺骨への初期安定化を提供し、そして肉眼 的な骨一体化を容易にする。それらは骨中にねじ込まれるので、ねじ形根型イン プラントは、機能的に負荷が与えられる前に円筒形根型インプラントほど多くの 時間を必要とし得ない。 現在のねじ形および円筒形形態インプラントは、インプラントの峰領域におい て、この領域中で骨により経験される過剰のひずみに起因して、骨再吸収が通常 生じるという欠点を有している。さらに、骨の他の領域は、十分なひずみを経験 し得ず、そして再吸収がまた生じ得る。骨再吸収を防ぐためには、特定レベルの ひずみが骨によって経験されなければならないが、多すぎるひずみもまた骨再吸 収を生じ得る。支持骨が、100マイクロひずみより少ない、または3000マイクロ ひずみを超えてひずみを経験する場合、骨再吸収が生じる。その一方、約100マ イクロひずみと3000マイクロひずみとの間のひずみレベルは、実際、骨成長を刺 激し得る。 多くの通常のねじ形インプラントは、インプラント-骨界面(例えば峰領域)の ある部分にひずみがかかり過ぎ、界面のその他の部分ではひずみが十分ではない 。このことは、均質でない骨内生長および再吸収をもたらし、さらに、インプラ ントのゆるみを生じる。すべての歯科インプラント患者のほぼ10%〜15%が、不適 切な骨内生長、ゆるみ、またはインプラントの構造的不全のため、最終的に、改 訂手術(revision surgery)のためにインプラント技師に戻らなければならない。 改訂手術は、一次手術(primary surgery)にくらべかなりコストがかかり得る。 さらに、入手可能な骨の品質の低下、または一度骨損失が生じたインプラント上 の細菌の汚染の汚れ層を包含する手術の合併症に起因して、しばしば失敗の確率 の増加をもたらす。 今日、市場には、24以上の、円筒形状およびブレード形状の骨内膜および経骨 (transosteal)インプラント系が入手可能である。これらのデバイスは、合衆国 で最も一般的なものの１つであり、米国歯学会(ADA)により完全に認容されてい る骨内固定物であるスウェーデンのNobel IndustriesのNobelPharma USA,Inc.、 Branemark systemの開発者により作製されるデバイスを含む。ADAにより暫定的 に認容を受けている他のデバイスは：Dentsply(以前はCore-Vent)根型、Oratron icsブレードインプラント、およびCalcitekによるIntegral円筒インプラントを 含む。 Niznick（米国特許第4,431,416号）は、骨を合わせるための周辺ねじ山を有す る中間部分を有する、組み合わせ根形態インプラントを開示する。インプラント の下方の末端が中空であり、骨組織が成長し得る周辺の穴を有する。このインプ ラントは、咬合力を歯肉組織に伝える義歯を受容する。それによりインプラント へのこのような力の伝達が減少する。Niznickデバイスは移植された骨に生理学 的に負荷を与えないので、ひずみ誘導の骨成長を提供しない。 Friedmanら（米国特許第5,209,659号）は、円筒形本体部、およびこの本体の 長さの1/2を越えない、ねじ山のある尖部を有する歯科インプラントを開示する 。 このねじ山部は、円筒形部の直径を超えない長さの、鋭い外部切り込みねじ山を 有する。 Scortecci（米国特許第5,312,256号）は、ねじ山の複数の妨害物を有する細か いピッチのねじ山を用いるスクリュータイプ根形態インプラントを開示し、妨害 物は共に、壊死を避けるために骨の内部応力を低減させるように作用する。Scor tecciは、骨成長を促進するためおよび再吸収を減じるために所定の範囲内でひ ずみが維持されるインプラントを開示しない。 Weissら（米国特許第4,997,383号）は、骨の接触が最大応力領域において最適 の力吸収を生じる、インプラントの前部および後部表面上に実質的な平面領域を 有するブレードタイプ歯科インプラントを開示する。しかし、Weissらは、移植 された骨において、骨成長を促進するひずみレベルを生じるように設計されたイ ンプラントを開示しない。 Valen（米国特許第5,007,835号）は、骨との接触位置での半径方向力を提供す る回転スクリューねじ山を有するスクリュータイプ根形態インプラントを開示す る。個別タップ機構もまた開示されている。Valenは、回転ねじ山を用いること によって骨壊死を低減させることを試みたが、Valenはインプラント周辺の骨に おけるひずみが所定の範囲内で維持されることを確実にする手段を開示しない。 これらのデバイスのいずれも、インプラントの全表面領域にわたって骨再吸収 を最小にする一方で、骨一体化を促進する骨ひずみレベルを刺激し、そして維持 するように開発されていない。 いくつかの参考文献は、機械的刺激を与えて、骨成長を維持し、そして促進す る方法を開示する。Mcleodら（米国特許第5,103,806号および同第5,191,880号） は、機械的負荷を比較的低い大きさ、かつ比較的高い頻度で骨組織に加えること により、骨減少症を防止し、骨成長を促進する方法について記載する。これらの 特許は開示された方法が補綴インプラントと共に使用され得ることを示唆するが 、これらは特定のインプラントジオメトリーまたはこのようなジオメトリーが由 来する方法を提案しない。 Lanyon、Contorol of Bone Architecture by Functional Load Bearing、７ J ournal of Bone and Mineral Research S369-S375(1992年２月補遺)は、骨構造 体の調節における局所的機能的ひずみの重要性を記載する。この論文は、骨の改 造および維持が、骨格系内の関心の各位置で維持される保存的または「骨形成性 」ひずみレジメに主に起因するとして考察する。 これらの文献はいずれも、インプラントのジオメトリーを最適にして、移植さ れた骨上に、骨一体化を最大とし、そして骨再吸収を最小にするために必要とさ れるひずみレベルを提供するインプラントを設計する方法を開示していない。ま た、これらの文献は全て、移植された骨上に、インプラントの表面領域に接触す る骨全体にわたって骨一体化を最大とし、かつ骨再吸収を最小にするために必要 とされるひずみレベルを提供するインプラント設計を開示していない。 従って、インプラントが、移植された骨において、インプラントの表面領域に 接触する骨全体にわたって骨成長を最大とし、かつ骨再吸収を最小にするひずみ レベルを作出するようなインプラントを設計する方法の必要性が存在する。 インプラントの表面領域に接触する骨全体にわたって機能的負荷条件下で骨の 維持を促進するインプラントの必要性もまた存在する。 発明の要旨 本発明は、ひずみ誘導骨成長を促進し、骨の維持を促進し、そしてインプラン トの全表面領域に亘って骨再吸収を減少させるために、機能的な負荷条件下で周 囲の骨組織に対するひずみ分布を最適化する、設計法およびインプラント器具を 含むインプラントシステムである。１つの好ましい実施態様において、本発明は ネジ型、歯根形態の歯科インプラント用のインプラントシステムを提供する。 本質的に、本発明は、インプラントに課せられる機能的な要求に応じて、堅固 な組織応答および骨成長を増強する補綴インプラントを設計するための方法に手 段を提供する。まず、設計者が、解剖学的な大きさの制限に関する知識、インプ ラント骨格受容部位における組織の機械的特性、およびインプラントに課せられ る機能的要求に基づいて、マクロ設計基準(macro-design criteria)を評価する 。次いで、設計者は、ひずみ誘導骨成長を増強するミクロ設計の特徴(micro-des ign feature)を最適化するために、受容部位での生理学的健康を促進する機能的 なひずみレベルに関する知識に基づいて、基本的なエンジニアリング原理を、マ ク ロ設計に適用しなければならない。最後に、設計者は、受容部位の種々の領域に 対して骨格インプラントをあつらえるために、ミクロ設計の特徴を改良する(ref ine)。 より詳細には、この方法は以下の工程を包含する：患者の所定の部位の骨を、 幅、高さ、および弾性率のパラメータに関して待徴づける工程；所定の部位の骨 の測定された幅および高さ、ならびにインプラントに望ましい生体力学的応答に 基づいて、マクロ設計または大規模な設計を作成する工程。次いで、所定の部位 の骨の測定された弾性率に基づいて、インプラントについてのミクロ設計が決定 される。この弾性率によって、インプラントに機能的に負荷をかける間、インプ ラントが骨においてひずみを生じさせる。このひずみは、骨成長を促進し、そし て骨再吸収を最小にする所定の範囲内にある。ミクロ設計は、細胞レベルで、イ ンプラントに対する周囲の骨組織の応答に影響するパラメータを変更することを 包含する。 インプラントの機能的な負荷の間、インプラントにより所定の部位の骨に生じ る生理学的な力を同定し、そして骨が受けたひずみと関連させて、法線ひずみお よび剪断ひずみについてのひずみ等式を作成する。次いで、法線ひずみおよび剪 断ひずみの等式を、入力として骨の特徴付けパラメータを使用して適用し、一般 の機械的マクロ設計を変更し、そしてこのことによってインプラントのためにミ クロ設計を作成し、その結果、移植された骨に作用する法線および剪断ひずみが 骨の再吸収を最小化し、そしてインプラント近傍での新たな骨組織の成長を増強 する。 インプラントのためのミクロ設計のジオメトリーは、骨におけるひずみが約10 0と約3000マイクロひずみとの間の所定の範囲内に維持されるよう、最適化され る。このことは、インプラントによって付与される力を、骨が受けたひずみと関 連させて、法線ひずみおよび剪断ひずみのひずみ等式を作成し、次いでこの法線 ひずみおよび剪断ひずみのひずみ等式を、入力として特徴付けパラメータを使用 して適用することによって行われる。 インプラントが歯科インプラント(例えば、ネジ型、歯根形態の歯科インプラ ント)である場合、設計者は、まず、下顎および上顎に一般的に見出される異な る型の骨を、予め規定されたグループに割り当て得る。それぞれの規定されたグ ループは、幅、高さ、密度、および弾性率といった平均的な特性で規定される。 次いで、設計者は、各グループに特異的なインプラントを設計する。このインプ ラントは、インプラントが設計される予め規定されたグループに関して平均的な 特性を有する骨において、骨成長を促進し、そして再吸収を最小化する量のひず みを生じるよう最適化される。このことは、外科医がインプラント部位の患者の 骨を特徴付け、この患者の骨に対応する予め規定されたグループを同定し、そし て患者の骨の特徴付けが属する予め規定されたグループに対応するインプラント 設計を選択することを可能にする。 一旦全体の設計が完了すると、インプラントの各型に特異的であるミクロ設計 の特徴を作成するために、最適化ルーチンを使用して設計を改良する。機能的な 負荷の下での各型の歯科インプラントの性能を確認するために、有限要素分析(F EA)がミクロ設計について行われ得る。このFEAは、実際の臨床状況を特徴づける 顕著な複雑性(幾何学的複雑性、材料的な複雑性、および負荷に関連する複雑性) に適応させる実行可能な方法を表す。一旦インプラントの確認が完了すると、設 計図が各型のインプラントについて作成され、その結果、製造計画が立案され得 る。 患者の存在する骨に移植するため、およびこれに歯科補綴を付着させるために 適合させたこのようなデバイスは、底面および反対側の上面を有するクレスト部 分を有する。この上面は、歯科補綴をこのデバイスに付着させるために適合させ られ、そして基底部分は、クレスト端、頂端、および外面を有するコアセクショ ンを有し、このクレスト端は、上記クレスト部分の底面に付着している。このデ バイスはまた、存在する骨内でこのデバイスを固定(secure)するための手段を上 記基底部分に有する。この手段は、存在する骨の再吸収を最小化し、そして上記 デバイスに近接する新たな骨組織の成長を促進する。 １つの実施態様において、固定手段は、基底部分の頂端に近接する第１の端か ら始まり、そして基底部分のクレスト端に近接する第２の端で終わる、連続する ネジ山(thread)を有する。このネジ山は、コアセクションの周りにらせんを形成 し、そしてこのコアセクションの外面から外側に放射状に伸び、ネジ山表面の最 も外側の端を有するネジ山表面に終わる。上記ネジ山は、上記コアセクションの 外面と最も外側の端との間で規定される骨接触表面領域を有する。ネジ山のこの 骨接触表面領域は、このネジ山が上記クレスト端に近づくにつれて増加し、この ことによって、力がインプラントから周囲の骨まで分布する表面領域を増加させ る。また、上記コアセクションの外面から上記ネジ山表面の最も外側の端までの 、ネジ山の半径方向の長さは、このネジ山がクレスト端に接近するにつれて増加 する。このネジ山の半径方向の長さはまた、このネジ山がクレスト端に接近する につれてネジ山の骨接触表面領域を増加させる。 基底部分の中心線長軸とネジ山表面の最も外側の端とによって規定されるこの デバイスの半径は、基底部分の頂端と基底部分のクレスト端との間で一定である 。しかし、コアセクションは円錐状であり、頂端に近づくにつれてより幅広くな り、そしてクレスト端に近づくにつれてより狭くなる。 ネジ山表面は、上部表面エッジと最も外側の端とによって規定される上部表面 、および下部表面エッジと最も外側の端とによって規定される下部表面とを有す る。下部表面および上部表面は最も外側の端で接触して、これらの間に所定の角 度を形成する。下部表面および上部表面によって形成される所定の角度は、ネジ 山がクレスト端に接近するにつれて、予め選択された割合で増加する。この特徴 は、より大きな表面領域にわたって骨のクレスト領域上でインプラントによって 付与される力を分配し(このことによって、この領域の骨において誘導されるひ ずみを100〜3000マイクロひずみの範囲内に維持される)、一方、ネジ山の少なく とも一部分(頂領域内)が患者の存在する骨における予めドリルした穴に雌ネジを 切るために適合された、自己タッピングネジ山(self-tapping thread)であるこ とを保証する。 好ましい実施態様は、移植される骨の密度に応じて移植に適合させられ得る。 単位高さあたりのネジ山のターンの数は、移植される骨の密度に基づいて選択さ れる。比較的稠密な骨では、インプラントは、比較的稠密でない骨における移植 に適合させたインプラントよりも、単位高さ当たりのネジ山のターンが比較的多 くあるべきである。すなわち、ターンが互いに比較的接近しているべきである。 比較的稠密でない骨では、インプラントは、比較的稠密な骨における移植に適合 させたインプラントよりも、単位高さ当たりのネジ山のターンが比較的少なくあ るべきである。すなわち、ネジ山は比較的離れているべきである。 別の局面において、本発明は、長軸を有する、骨への移植用の歯科インプラン トである。このインプラントは、上端、下端、および外面を有する壁を有するク レストモジュールを備える。このクレストモジュールの下端に境界を接するのは 、クレスト端および頂端を有する、ネジ山を作成された第１のセクションのクレ スト端である。第２のセクションは、第１のセクションの頂端から長軸方向に伸 び、そして端表面に終わる。少なくとも１つの表面が、インプラント上の長軸方 向に方向づけられた任意の力の一部分を、長軸方向でない方向の骨に分配する。 本発明のさらに別の局面では、ネジ山を形成されたアバットメントネジおよび アバットメントスクリューボアは、それらの個々の配列を補助するネジ山を作成 されていない部分を備え、アバットメントネジおよびアバットメントスクリュー ボアの交差性のネジ山形成を防ぐ。本発明のさらに別の局面では、開口部が設け られ、端面に隣接する移植された骨において流体圧を軽減し得る。 本発明のさらに別の局面は、外部のネジ山を作成された部分およびこれから伸 びる外部のネジ山を形成されていない部分を有する細長い雄部材を備える留め具 である。雌部材は第１の端を有し、この第１の端からこの部材中に長軸方向に伸 長した、延びたボアを規定する。このボアは、第１の端に隣接する内部のネジ山 を作成された部分、およびこの内部のネジ山を作成された部分から長軸方向に伸 びる内部のネジ山を形成されていない部分を有する。この内部のネジ山を作成さ れていない部分は、形状が、雄部材の外部のネジ山を作成されていない部分に相 補的である。この内部のネジ山を形成されていない部分は、そこで、雄部材の外 部のネジ山を作成されていない部分を受容し得る。従って、雄部材の外部のネジ 山を作成されいる部分と雌部材の内部のネジ山を作成されている部分との配列を 補助する。 従って、本発明の目的は、インプラントが、移植された骨において、インプラ ントの全表面領域にわたって骨の成長および骨同化(osteointegration)を最大化 するレベルのひずみを生じるように、インプラントを設計する方法を提供するこ とである。 本発明のさらなる目的は、インプラントが、移植された骨において、インプラ ントの全表面領域にわたって骨の再吸収を最小化するレベルのひずみを生じるよ うに、インプラントの設計方法を提供することである。 本発明のさらなる目的はまた、ネジ山のジオメトリーが、移植される骨におい て最適なひずみレベルを生じる、歯科インプラントを提供することである。 本発明のさらなる目的は、外れるのを防ぐためにクレスト端で十分な固定力を 提供しながら、頂端で自身で雌ネジを切る、ネジ山を作成されたネジインプラン トを提供することである。 これらの目的および他の目的は、以下の図面を合わせて考慮される、以下の好 ましい実施態様の説明から明らかになるが、変形および改変が本開示の新規な概 念の精神および範囲から逸脱することなく達成され得る。 図面の図の簡単な説明 図１は、歯科インプラントとして使用するために設計された本発明のインプラ ントの側面図である。 図２は、利用可能な下顎骨の断面領域をいくつかの区分に分類するスキームを 示すチャートである。 図３は、本発明のインプラントの、その部材の角度の関係および空間的関係を 示す略側面図である。 図４は、ねじ山部分の、その部材の角度の関係および空間的関係を示す、略断 面図である。 図５は、ねじ山を横切る溝を有する本発明の歯科インプラントの側面図である 。 図６は、本発明の歯科インプラントの別の好適な実施態様の側面図である。 図７は、本発明のインプラントの底部セクションの、その中の凹部および丸い 空洞を示す斜視図である。 図８は、本発明のインプラントの底部セクションの別の実施態様の、その中の 複数の凹部および丸くない空洞を示す斜視図である。 図９は、本発明のインプラントの底部セクションのさらなる実施態様の、切断 表面を有する凹部を示す側面図である。 図10は、力を分配するためのリングを使用するインプラントの斜視図である。 図11は、本発明の留め具の分解側面図である。 発明の好適な実施態様 本発明の好適な実施態様をここで詳細に説明する。図面に関しては、図全体に わたって同じ数字が同じ部材を示す。本明細書およびそれに続く請求の範囲全体 で使用されるように、「a」、「an」、および「the」は、文脈が明らかに他のことを示 唆しない限り、複数の指示物を包含する。また、本明細書およびそれに続く請求 の範囲全体で使用されるように、「in」の意味は、文脈が明らかに他のことを示唆 しない限り、「in」および「on」を包含する。また、ねじ山に関しては、「形状が相 補的(complimentary in shape)」とは、概して適合し得るねじ山寸法を有するこ とを意味し、必ずしも同一のねじ山形状を有することを必要としない。 本発明の１つの好適な実施態様は、所定部位の患者の骨に移植するに適合する 、骨格インプラント(skeletal implant)を設計する方法を提供する。本明細書に おいて用いられるように、用語「所定部位」は、骨格インプラントを使用し得る任 意の可能な身体部位を包含する(例えば、歯科インプラントなど)。まず、設計者 は、所定部位の患者の骨を、幅、高さ、および弾性率のパラメータに関して測定 し；所定部位の骨の測定された幅および高さとインプラントのための所望の生体 力学的応答とに基づいて、インプラントのマクロデザイン(またはラージスケー ルデザイン)を作成する。次に、所定部位の骨の測定された弾性率に基づいて、 インプラントのために、ミクロデザインを決定する。これにより、インプラント は、インプラントの機能的負荷(functional loading)の間、骨の成長を促進し、 かつ骨の再吸収を最小化する、所定範囲内のひずみを骨内で生じる。ミクロデザ インは、インプラントに対する骨の周囲組織の応答に細胞レベルで影響を与える パラメータを改変することを伴う。 設計者は、測定された弾性率に基づき、ひずみ式を用いてインプラントのミク ロデザインを決定し、機能的負荷の間、骨の成長を促進し、かつ骨の再吸収を最 小化する範囲内に骨内のひずみが保持されることを確実にする。これは、インプ ラントから所定の移植部位の骨に与えられる力と、インプラントから与えられる 力の結果として骨が受けるひずみとを同定することによって行われる。この情報 から、インプラントの設計者はひずみ式を立てる。入力した骨の特性パラメータ を用いて、このひずみ式をインプラントデザインに適用し、概括的な力学的マク ロデザインを改変し、移植された骨におけるひずみの量が所望の範囲内になるよ うにする。所望の範囲は約100〜3000ミクロひずみ(microstrain)である。 ひずみ式は、ひずみ式において見出されるタイプの複合式を最適化するために 任意の適切な数的分析プログラムを使用するコンピュータを用いて適用され得、 骨の接触表面領域が所望の範囲内のひずみを誘起するようにする。このようなプ ログラムは当業者に一般的に公知であるが、このようなプログラムの１つは、Br igham Young University の「OPTDES」相互作用コンピュータプログラムである。 歯科インプラントに関しては、下顎骨および上顎骨に通常見出される異なるタ イプの骨をグループに帰属し得る。各グループは、幅、高さ、密度、および弾性 率の限定された平均特性を有する。従って、インプラント設計者は、各個のグル ープに特有のインプラントを設計することができる。インプラントは、新しい骨 の成長および骨形成を増強し、かつインプラントが設計されるグループの平均特 性を有する骨への再吸収を最小化するひずみの量を生じるべく、最適化される。 これにより、このようなインプラントを使用する口腔外科医は、患者の骨を特徴 付けし、帰属グループを同定し、そして患者の骨の特徴が属するグループに対応 するインプラントデザインを選択することが可能となる。 解剖学的な寸法の限界(例えば、頬-舌の幅および稜高(crestal height))と骨 の力学的構造とに基づく拘束値が同定される。これらの拘束を用いて、インプラ ントによって与えられる物理力に対する拘束に関連する拘束式が定義される。下 顎骨および上顎骨の特定の領域に対して拘束式が定義されたのち、各タイプのイ ンプラントに特有のミクロデザインの特徴を作出するために、最適化のルーチン を用いて、マクロデザインを改良する。デザインは、インプラント設計の当業者 に自明の任意の方法によって実証され得る。このような方法の１つは、得られた デザインに対して有限要素分析(FEA)を行い、これにより生理学的機能性負荷下 での歯科インプラントの各タイプの性能を実証する。FEAは、当業者に自明のプ ログラム(例えば「NASTRAN」)を用いてコンピュータで行われる。インプラント の 実証が完了したら、製造計画を立案できるように、各タイプのインプラントにつ いて設計図面を作成する。 図１に関して、本発明の装置の好適な実施態様は、歯科インプラント10として の使用のために設計され、基部30に接続した稜部(crest portion)20を備える。 稜部20は頂面22を備え、そこに補綴デバイス(図示せず)が固定され得る。稜部20 はまた底面24を備え、これが基部30に接続する。 基部30は、インプラントを患者の下顎骨または上顎骨に固定する手段を備える 。基部30は、実質的に円錐形のコア部分32と、コア部分32に固定されたねじ山40 とを備える。コア部分32は、稜部20の底面24に固定された稜端(crestal end)34 と、対向する頂端(apical end)36とを有する。 ねじ山40は連続しており、第１端46と第２端48とを有し、これが、コア部分32 を周回して、頂端36から稜端34まで螺旋を形成する。ねじ山40はねじ面50を有し 、これが上面52と下面54とに分割され、これらは最外端56によって分割される。 ねじ山40は、コア部分32の外面38から外側に放射状に延び、そしてねじ面50の最 外端56で終わる。ねじ面50は上面レッジ42と下面レッジ44とを有する。 インプラントがセルフタッピングの特徴を有するようにするために、頂端36は ねじ山40の外側直径よりも小さい直径を有する。上面縁部52と下面縁部54とがな す角度は、ねじ山40が稜端34に近づくにつれて180度に近づき、その結果、イン プラント10にかかる閉塞力に対して法線面の表面積が大きくなる。このことは、 インプラント10にかかる力の最大量は閉塞面に直交するという事実を考慮すると 、必要である。従って、法線応力が、特に稜領域で最も重要である。解剖学的目 印(landmark)(例えば、図２に符号64として示す下顎神経管)の妨害を避けるため 、そして加えられる力に対して法線面内に増大した表面積を提供するため、基部 30の底面100は平坦である。 インプラント10は、典型的には、機能的負荷の結果生じる力の大部分を骨の稜 領域に伝える。これは、ひずみの大部分を稜領域で誘起し、これはしばしば、骨 の再吸収を生じさせる生理学的ひずみレベルを越える。従って、骨の稜領域にイ ンプラント10によって伝えられる力をより広い表面積に分配し、それにより、移 植された骨の稜領域における、より小さいひずみを誘起することが所望される。 従って、本発明のインプラント10においては、ねじ山40が稜端34に近づくにつ れて骨接触総表面が増大する。ねじ山の骨接触表面積は、上部ねじ山レッジ42、 下部ねじ山レッジ44、上面縁部52および下面縁部54を含む。コア部分32の外面38 からねじ面50の最外端56までのねじ山40の半径方向の長さは、ねじ山40が稜端34 に近づくにつれて増大する。これは、ねじ山が第２端48に近づくにつれ上部ねじ 面52と下部ねじ面54とがなす角度が増大すること、およびコア部分32が稜端34に 近づくにつれ狭くなることの両方の結果である。これにより、表面積(ここにわ たって、力がインプラント10から周囲の骨(特に骨の稜領域)に向けて分配される )が増大する。稜領域のより広い表面積にわたって力を分配することによって、 インプラント10の機能的負荷の結果、骨の稜領域においてインプラント10によっ て誘起されるのは約3000マイクロひずみ未満となる。 逆に頂端36は、周辺の骨に、より少ないひずみを誘起する傾向にある。インプ ラント10が頂端36の近くの骨の領域に100マイクロひずみ未満を誘起する場合、 新しい骨の成長および骨形成は、最適速度未満で生じる。従って、ねじ山40が頂 端36に近づくにつれ、コア部分32の外面38からねじ面50の最外端56までのねじ山 40の半径方向の長さは減少する。これは、頂端36に近づくにつれコア部分32が広 くなること、および上部ねじ面縁部52と下部ねじ面縁部54とがなす角度が減少す ることの結果である。ねじ山40が頂端36に近づくにつれ、インプラント10の頂端 36の周囲の骨において、より多くのひずみが誘起される。従って、本発明のイン プラント10は周囲の骨において少なくとも100ミクロひずみのひずみを誘起し、 これにより新しい骨の成長および骨形成を促進する。 骨内に誘起されるひずみのレベルは、インプラント10によって骨に与えられる 応力の関数である。その最も単純な形態において、応力は、分配される力の大き さを、力がそこにわたって作用する面積で割ったものと等しい(応力＝力／面積) 。応力は、法線応力(力が作用する平面と垂直)または剪断応力(力が作用する平 面と平行)のいずれかとして表され得る。フックの法則は法線応力に関し、そし て法線応力は次式に従う： σ＝Ｅε ここで： σ＝法線応力 Ｅ＝弾性率 ε＝法線ひずみ である。 同様の関係が、剪断応力と剪断ひずみとの間に存在し、次式に従う： τ＝Ｇγ ここで： τ＝剪断応力 Ｇ＝剛性率 γ＝剪断ひずみ である。 インプラント10の全長に沿った均一なひずみプロフィールを維持するために、 応力プロフィールは均一でなければならない。臨床的経験から、歯根の周囲の稜 の再吸収が歯科インプラントを形成することが示されている。分析的研究が示す ように、応力は歯科インプラントの稜領域の近くの骨において顕著に増大する。 この応力は、稜領域の骨に接触する表面積を増大させることによって、稜領域に おいて低減され得る。本発明の好適な実施態様において、この面積は、ねじ山の 深さを徐々に増大させることによって、ねじ山40がインプラントの頂部に近づく につれて漸次増大する。この概念は、上面縁部52と底面縁部54とがなす予め選択 された角度(ここで、この角度はインプラントの長さに沿ったねじ山の法線位置 の関数である)を、インプラントの頂部に進むにつれて、予め選択された割合に( この割合はひずみ式によって決定される)で180度に近づけることによって、さら に強化される。しかし、外科的プロセスの容易さを促進するために、インプラン トの外側直径は一定のままでなければならない。一定の外側直径を維持すること によって、インプラントを配置するために骨にドリルされる穴は一定の内側直径 を有し得る。また、一定の外側直径によって、インプラントがセルフタッピング のねじ山を有することを可能とする。これは安定性の増大のために皮質板(corti cal plate)をかみ合わせ得る。この特徴は、先細のインプラントコアの必要性を もたらす。先細のコアが、ねじ山の表面積をインプラントの稜領域に向かって徐 々 に増大させる一方で、外側直径を一定のままとすることを可能とする。 後下顎骨のためのインプラントの群について、１つの好ましい実施態様におい て、以下の小柱骨密度のクラス分けを用いて、このデザインに拘束条件を提供す る：Ｄ１、Ｄ２（粗い）、Ｄ３およびＤ４（細かい）。小柱骨についての弾性率 は、これらの密度によって定量化されている。例えば、Ｄ２のモジュラスは67.5 MPaであり、そしてＤ３およびＤ４のモジュラスは35.5MPaである。 図２に示すように、様々な骨形状の下顎が、６つの区分に特徴づけられ得る。 これらの区分の中で、区分A60およびB70が、本発明の好ましい本実施態様に従っ た、後下顎骨におけるインプラントとしての使用についての直接の候補である。 区分C-h 76、B-W 72、C-W 74、およびD 78は、骨グラフト手順に従う本実施態様 における候補である。利用可能な骨の利用可能な高さ、幅、および長さはまた、 各患者について評価されなければならない。高さは、エンドエントゥラス（ende ntulous）な隆線の稜62から反対側の目印（例えば、最大の洞または下顎骨の管6 4）までで測定される。幅は、顔面板66から舌面板68まで稜で測定される。長さ は、隣接する歯または他のインプラント（示していない）によって限定される。 インプラントの外側の直径は、利用可能な骨の幅および長さに依存する。 再び図１を参照すると、補綴（示していない）に１点の接着を提供するために 、および稜の骨シールを提供するために、稜部20は、インプラントデザインに取 り込まれる。稜部の直径は骨のタイプによって変わり、Ｄ４タイプの骨のインプ ラントの外径よりも約0.4mm大きい直径から、Ｄ１タイプの骨の外径と等しい直 径までの範囲である。Ｄ４の骨の直径がより大きければ、稜部分20の下のその稜 領域における力の消散の補助となる。稜部分20はまた手術プロセスの間に発生し 得る骨の損失の増加を補償し、そして適切な稜の骨シールを確実にする。 上記のパラメーターを用いて、後下顎骨の例については、以下の拘束条件群を 使用して、デザインを最適化する。インプラントデザインの当業者には、これら の拘束条件が、後下顎骨以外の領域については異なり得ることは自明である。 いくつかの研究では、42〜2500ニュートンの範囲のかむ力を記録している。し たがって、これらの制限は、デザインを最適化するために使用される力の制限に 用いられる。 図３および図４を参照すれば、上記の一覧表の拘束条件群および以下の等式を 最適化プログラムに適用することにより、インプラントの様々な面の大きさが、 決定され得る： ここで： ｎは、コアセクションの周りのネジ山の回転数である。 DTは、ネジ山からネジ山までのベース部分の直径である。 BDは、頂点の端の直径である。 TDは、稜の端の直径である。 Ｈは、ベース部分の高さである。 Thは、ネジ山の幅の半分である。 Ｅは、Ｄ２またはＤ３またはＤ４小柱骨密度についての弾性率である。 Ｆは、インプラントへの法線方向の力である。 ｙは、骨の中に導かれる剪断応力である。 εは、骨の中に導かれる法線方向の応力である。 θは、ネジ山面端の法線に対する角度である。 Ｃは、Ｄ４骨においては0.4である。 Ｃは、Ｄ３骨においては0.3である。 Ｃは、Ｄ２骨においては0.2である。 Ｃは、Ｄ１骨においてはＤＴである。 Φは、コアセクションの外側表面の法線に対する角度である。 αは、ネジ山堤の法線に対する角度である。 ｖは、ポワッソン比である。 上記応力等式は、マクロデザインを記述するのに使用されるジオメトリーの変 数のそれぞれを含む。これらの応力等式は、コンピューター最適化プログラムに おいて、デザインを最適化するために使用される。上記応力等式に従って、一度 最適化されれば、デザインはインプラントされた骨中で所望の範囲の応力を導く 。 上記の実施態様は、スクリュー根形状の歯科インプラントに仕立てられるが、 当業者により、開示された方法が他のタイプの骨格のインプラントに適用され得 ることが認識されるべきである。これらは、予め決定されたレベルの骨中の応力 の維持が生理学的機能負荷下で骨統合を促進し、そして骨吸収を減少させる、腰 インプラント、頭蓋インプラント、および任意のタイプの骨格インプラントを含 む。 別の好ましい実施態様においては、図５に示すように、歯科インプラント105 は、インプラント105の回転を防ぐために、ネジ山110を交差する溝120を備え得 る。 図６に示すように、本発明のインプラント210の別の好ましい実施態様は、先 端222、底端224、および端222、224に相互結合している壁226を有し、そして外 側の表面228を有する稜モジュール220を含む。壁226の外側の表面228は、先端22 2から底端224までインプラント210の縦軸212に向かってテーパー状にされている 。そのため、インプラント210に加えられた任意の縦方向の力の一部が、壁226の 外側表面228に対して法線の方向の骨に分配される。 ネジ切りされた第１セクション230は、稜端234および頂端236を有する。稜端2 34は、稜モジュール220の底端224に接触する。ネジ切りされた第１のセクション 230は、頂端236の近くから稜端234の近くにまで延びるらせんネジ山250を規定す る。 実質的に円筒状の第２セクション260は、第１セクション230の頂端236から縦 に延び、そして端表面262で終わる。第２セクション260は、その長さの一部に沿 って、骨を収容するための少なくともひとつの凹所270を規定する。（図６に示 す実施態様では、このような４つの凹所270を使用する。しかし、インプラント デザインの当業者に認識されるように、凹所270の多くの構造が、本発明の範囲 から離れることなく使用され得る。ひとつのこのような構造は、多くの小さい、 またはさらなる半微視的（semi-microscopic）な凹所を含み得る。縦方向でない 凹所（例えば、らせん形凹所）は、可能である。図７に示すように、凹所270は 第１の端272および反対側の第２の端274を有する。内側の表面276は、第１の端2 72から第２の端274まで延びて、内側の表面276は、第１の端272から第２の端274 まで、内側に向かってテーパー状にされている。その結果、インプラント210に 与えられる縦方向の力は、内側の表面276に対して法線の方向の骨に分配される 。第２セクション260の端の表面262は、インプラントされた骨中の液圧を低減す る、中心に位置するキャビティ264を規定する。 図８に示すように、本発明の別の実施態様においては、内側にテーパー状にさ れた、縦方向に延びる凹所の、いくつかの構造が、第２セクション360において 可能である。これらは、カーブした凹所370aおよびＶ字形状の凹所370bを含む。 また、非円形キャビティ364を使用して、端表面362の近くの骨からの液圧を低減 し得る。例えば、正方形のキャビティ364は、液圧を低減するのみでなく、イン プラントの回転をも防ぐ。 図６に戻ると、稜モジュール220は、縦方向に延びる接触スクリューボア290を 規定する。ボアの表面は、内側にネジ切りされていない部分294（そこから同軸 的に延びる）で、らせん状ネジ山を規定する、内側にネジ切りされた部分292を 有する。接触スクリューボア290に挿入するために適合させられる接触スクリュ ー280は、内側のネジ切りされた部分292に相補的な形状の外側のネジ山部分282 と、そこから縦方向に延びる、外部のネジ切りされていない部分284とを有する 。内側のネジ切りされていない部分294は、外側のネジ切りされていない部分284 に対する形状であり、その結果、内側のネジ切りされていない部分294は、そこ に外側のネジ切りされていない部分284を収容し得、そのため、接触スクリュー2 80の外側のネジ切りされた部分284が、接触スクリューボア290の内側のネジ切り された部分292とアラインメントする補助となる。 図９に示すように、インプラント凹所470は、インプラントがインプラントさ れるときに、穴の内部表面から骨を除去するための手段として提供され得、その 結果、穴の形状をインプラントの形状と適合させる補助となる。骨の除去手段は 、端表面462を通って延びる凹所470の端に形成された第１の切削表面478、また は第２セクション460の外側の表面に隣接する凹所470の縦方向の端に形成された 第２の切削表面479を含み得るか、あるいは、第１の切削表面478および第２の切 削表面479の両方が使用され得る。切削表面478および479は、インプラントが矢 印Ａの方向に回転しながら骨を除去するように配列する。 図10に示すように、本発明の別の実施態様においては、インプラントは、上部 表面430および反対側の底端422、上部表面430および底端422と相互結合する側壁 434を有する円形の稜モジュール420を備える。稜モジュール420は、軸方向に、 稜モジュール420の中へ、上部表面430から延びるボア432を規定する。セクショ ン460は、縦方向に、底端422から（底端422から内側にテーパー状にされなが ら）延び、そして複数の間隔をおいて離れた（separate apart）リング476が、 セクション460の長さに沿って放射状に配置される。その結果、インプラントに 与えられる任意の力の一部は、骨に分配される。各リングは外側表面480を有し 、これは、１つの実施態様においては、側壁434とともに延びる。 図11に示すように、本発明の別の実施態様は、端部586、端部586に隣接する外 側のネジ切りされた部分582、およびそこから延びる外側のねじ切りされていな い部分584を有する、細長い雄部材580を備えるファスナー510であり、部分582の 直径は部分584の直径よりも大きい。雌部材520は、第１の端522を有し、そして 第１の端522から縦方向に延びる、細長いボア590を規定する。ボア590は、第１ の端522に隣接した内側のネジ切りされた部分592、および内側のネジ切りされた 部分592から縦方向に延びる内側のネジ切りされていない部分594を有する。内側 のネジ切りされていない部分594は、そこに、外側のネジ切りされていない部分5 84を収容し得、その結果、雄部材580の外側のネジ切りされた部分582が、雌部材 520の内側のねじ切りされた部分592とアラインメントする補助となる。 付加的なシミュレーションをインプラントに適用することにより、歯科インプ ラントに接触する骨の初期治療を促進すること、骨グラフトの固化を促進するこ と、および失敗する歯科インプラントの統合を補助することが可能である。処置 の結果、インプラントは、そうでない場合に可能なよりも非常に速やかに復元さ れ得、それにより、無歯の患者の生活の質が改善され得る。インプラントにシミ ュレーションを適用するデバイス、例えば、Exogen,Inc.により開発されたSonic れた超音波を使用して、新たな骨折治療を促進する。デバイスは、毎日の20分の 処置の間、医者により処方され得、そして患者により自己投与され得る。 上記の実施態様は、例示的な実施例として与えられたものであり、そして本発 明にどのような制限をも課すことを意図するものではない。本発明から離れるこ となく、本明細書中に開示された特定の実施態様から、多くの改変がされ得るこ とは容易に理解される。したがって、本発明の範囲の中の、このようなすべての 改変をカバーすることが意図される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，Ｂ Ｙ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ストロング，ジェイ．トッド アメリカ合衆国 アラバマ 35216，バー ミンガム，プリム レーン 3423−エフ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 所定の部位で患者の骨における移植に適合した骨格インプラントを設計す る方法であって、以下の工程を包含する方法： ａ． 所定の部位での該患者の骨を、幅、高さ、および弾性率のパラメータに 関して特徴付けする工程； ｂ． 所定の部位で測定した該骨の幅および高さ、および該インプラントに対 する所望の生体力学的応答に基づいた該インプラントについてマクロデザインを 作製する工程； ｃ． 所定の部位で測定した該骨の弾性率に基づいたインプラントについてマ イクロデザインを決定する工程であって、これにより、該インプラントが、骨成 長を促進し、そして骨の再吸収を最小化する所定の範囲内にある該インプラント の機能的充填の期間中に、該骨中においてひずみを生じる、工程。 ２． 請求項１に記載の方法であって、前記インプラントのマイクロデザインの ジオメトリーが最適化され、それにより前記骨のひずみが、100マイクロひずみ と3000マイクロひずみとの間の所定の範囲内に維持される、方法。 ３． 請求項１に記載の方法であって、前記決定工程がさらに以下の工程を包含 する、方法： ａ． 前記インプラントにより与えられる力を、前記骨が経験するひずみと相 関させて、法線ひずみと剪断ひずみに関するひずみ方程式を作成する工程；およ び ｂ． 特性パラメータを出力として用い、法線ひずみと剪断ひずみとの方程式 を適用して、該インプラントのマイクロデザインを最適化する工程。 ４． 請求項１に記載の方法であって、前記骨格インプラントが、ねじ切りされ たアタッチメント表面を有するスクリュータイプのインプラントである、方法。 ５． 請求項１に記載の方法であって、前記骨格インプラントが歯科インプラン トである、方法。 ６． 所定の部位で患者の骨における移植のための骨格インプラントを設計する 方法であって、以下の工程を包含する方法： ａ． 所定の部位での該患者の骨を、幅、高さ、および弾性率のパラメータに 関して特徴付けする工程； ｂ． 該骨の幅および高さ、および該インプラントに対する所望の生体力学的 応答に基づいた該インプラントについてマクロデザインを決定する工程； ｃ． 該インプラントの機能的充填期間中、該所定の部位で該骨上の該インプ ラントによって発揮される生理学的力を同定する工程； ｄ． 前記インプラントによって発揮される同定された力を、前記骨が経験す るひずみと相関させて、法線ひずみと剪断ひずみに関するひずみ方程式を作成す る工程；および ｅ． 該骨の特性パラメータを出力として用い、法線ひずみと剪断ひずみとの 方程式を適用して、一般力学的マクロデザインを改変し、その結果該インプラン トについてのマイクロデザインを作製し、それによって、該移植された骨に作用 する該法線ひずみおよび剪断ひずみが該骨の再吸収を最小化し、そして該インプ ラントに隣接する新たな骨組織の成長を増強する、工程。 ７． 請求項６に記載の方法であって、前記インプラントのマイクロデザインの ジオメトリーが最適化され、それにより該インプラントに隣接する前記骨のひず みが、100マイクロひずみと3000マイクロひずみとの間に維持される、方法。 ８． 請求項６に記載の方法であって、前記骨格インプラントが歯科インプラン トであり、さらに以下の工程を包含する、方法： ａ． 下顎骨および上顎骨で一般に認められる異なるタイプの骨を所定のグル ープに割り当て、各所定のグループが幅、高さ、密度、弾性率の所定の平均特性 を有する、工程；および ｂ． 該グループのうち選択された１つについて特異的なインプラントを設計 する工程であって、該インプラントが最適化されて、骨成長を促進し、そして該 インプラントが設計される所定のグループについて、平均特性を有する骨の再吸 収を最小化する量のひずみを生じ、その結果医師がインプラント部位で患者の骨 を特徴付けし、該患者の骨に対応する該所定のグループを同定し、そして該患者 の骨の特性が属する該所定のグループに対応するインプラントデザインを選択し 得る、工程。 ９． 請求項６に記載の方法であって、前記骨格インプラントが、ねじ切りされ たアタッチメント表面を有するスクリュータイプのインプラントである、方法。 １０． ねじ切りされたアタッチメント表面を有する、スクリュータイプ根型歯 科インプラントを設計する方法であって、以下の工程を包含する、方法： ａ． 所定の部位での該患者の骨を、幅、高さ、および弾性率のパラメータに 関して特徴付けする工程； ｂ． 所定の部位で測定した、インプラントされる該骨の幅および高さ、およ びインプラントに対する所望の生体力学的応答に基づいたインプラントについて マクロデザインを作製する工程；および ｃ． 該骨の測定された弾性率に基づいたインプラントについてマイクロデザ インを決定する工程であって、これにより、ねじ切りされたアタッチメント表面 上のねじ山のサイズおよび形状が、骨成長を促進し、そして骨の再吸収を最小化 する所定の範囲内にある該インプラントの機能的充填期間中に、該骨においてひ ずみを生じる、工程。 １１． 請求項１０に記載の方法であって、前記ねじ山のサイズおよび形状が最 適化され、それにより該インプラントのねじ切りされたアタッチメント表面に隣 接する骨中の該ひずみが、100マイクロひずみと3000マイクロひずみとの間の所 定の範囲内に維持される、方法。 １２． 請求項１０に記載の方法であって、前記決定工程がさらに以下の工程を 包含する、方法： ａ． 前記インプラントにより与えられる力を、前記骨が経験するひずみと相 関させて、法線ひずみと剪断ひずみに関するひずみ方程式を作成する工程；およ び ｂ． 特性パラメータを出力として用い、法線ひずみと剪断ひずみとの方程式 を適用して、該インプラントのマイクロデザインを決定する工程。 １３． 請求項１０に記載の方法であって、さらに以下の工程を包含する、方法 ： ａ． 下顎骨および上顎骨で一般に認められる異なるタイプの骨を所定のグル ープに割り当て、各所定のグループが幅、高さ、密度、弾性率の所定の平均特性 を有する、工程；および ｂ． 該所定のグループのうち選択された１つについて特異的なインプラント を設計する工程であって、該インプラントが最適化されて、骨成長を促進し、そ して所定のグループについて平均特性を有する骨の再吸収を最小化する量のひず みを生じ、その結果医師がインプラント部位で患者の骨を特徴付けし、該患者の 骨に対応する該所定のグループを同定し、そして該患者の骨の特性が属する該所 定のグループに対応するように設計されたインプラントを選択し得る、工程。 １４． 患者の既存の骨に移植し、そしてそこに歯科用補綴物を付着するために 適合した装置であって、該デバイスが以下を含む、装置： ａ． 底部表面および対向するの頂部表面を有する稜部であって、該頂部表面 がそこの歯科用補綴物に付着するように適合されている、稜部； ｂ． 稜端、頂部、および外表面を有するコアセクションを有する基底部であ って、稜端が稜部の基底表面に付着している、基底部；および ｃ． 既存の骨内の該デバイスを固定するための基底部上の手段であって、該 手段が既存の骨の再吸収を最小化し、そして該デバイスに隣接する新たな骨組織 の成長を促進する、手段。 １５． 請求項１４に記載の装置であって、前記デバイスが、機能的充填の期間 中該デバイスに隣接する前記既存の骨に力を発揮し、該力が骨吸収を引き起こす ひずみのレベルより低いレベルで該既存の骨中にひずみを作製する、装置。 １６． 請求項１５に記載の装置であって、前記デバイスによって前記既存の骨 に発揮される力が、該既存の骨中に100マイクロひずみと3000マイクロひずみと の間の範囲内のレベルのひずみを作製する、装置。 １７． 請求項１４に記載の装置であって、前記デバイスが機能的充填期間中に 既存の骨に力を発揮し、該力が、該デバイスに隣接する新たな骨組織の成長を促 進するのに必要なひずみの少なくとも最低限のレベルで該既存の骨中にひずみを 作製する、装置。 １８． 請求項１７に記載の装置であって、前記デバイスによって前記既存の骨 に発揮される前記力が、100マイクロひずみと3000マイクロひずみとの間の範囲 のレベルで該骨中にひずみを作製する、装置。 １９． 請求項１８に記載の装置であって、前記固定手段が連続したねじ山を含 み、該ねじ山が前記基底部の頂端に隣接する第１の端部で開始し、そして該基底 部の稜端に隣接する第２の端部で終結し、該ねじ山がコアセクションの回りにら せんを形成し、そして最外端を有するねじ山面内で終結しているコアセクション の該表面から外側に放射状に伸長し、該ねじ山がコアセクションの外表面と最外 端との間に規定された骨接触表面積を有し、それによって、該ねじ山が稜端に近 づくにつれて該ねじ山の骨接触表面積が増加して、その結果力がインプラントか ら周囲の骨にまで分配されるところにわたって該表面積を増加する、装置。 ２０． 前記コアセクションの外表面から前記ねじ面の最外端までの前記ねじ山 の半径長が、該ねじ山が前記稜端に接近するにつれて増加し、その結果該ねじ山 の前記骨接触表面積が、該ねじ山が該稜端に接近するにつれて増加する、請求項 １ ９に記載の装置。 ２１． 前記基底部分の中心線長軸および前記ねじ面の最外端により規定される 前記デバイスの半径が、該基底部分の頂端と該基底部分の稜端との間で一定であ る、請求項１９に記載の装置。 ２２． 前記コアセクションが円錐状であり、前記頂端の付近でより広く、かつ 前記稜端の付近でより狭い、請求項１９に記載の装置。 ２３． 前記ねじ面が、上方面縁部および前記最外端により規定される上方面な らびに下方面縁部および該最外端により規定される下方面縁部をさらに含み、そ の結果該下方面および該上方面が該最外端で連結してその間に所定の角度を形成 する、請求項１９に記載の装置。 ２４． 前記下方面および上方面により形成される所定の角度が、前記ねじ山が 前記稜端に接近するにつれて増加する、請求項２３に記載の装置。 ２５．前記所定の角度が予め選択された速度で増加する、請求項１９に記載の装 置。 ２６． 前記ねじ山の少なくとも一部分が前記患者の既存の骨における予めドリ ルした穴をタッピングするために適合された自己タッピングねじ山である、請求 項１９に記載の装置。 ２７． さらに前記デバイスの回転を防止する前記ねじ山を横切る溝を含む、請 求項１９に記載の装置。 ２８． スクリュータイプ根型歯科インプラントであって、該インプラントは稜 端、頂端、およびねじ面を有し、該ねじ山は上方面縁部、下方面縁部、および 予め選択された単位高さあたりの回転の数を有し、 ここで、該上方面縁部と該下方面縁部との間の前記角度は該ねじ山が該稜端に 近づくにつれて増加し；そして ここで、該ねじ山の該深さは該ねじ山が該稜端に近づくにつれて増加する、イ ンプラント。 ２９． 前記ねじ山の前記回転の数が移植される骨の密度に基づいて選択される 、請求項２８に記載のインプラント。 ３０． 前記デバイスが、機能的付加の間に前記デバイスに隣接する既存の骨に 対して力を発揮し、該機能的付加が該既存の骨におけるひずみのレベルを生じ、 該レベルが骨の吸収を生じるひずみのレベル未満である、請求項２８に記載のイ ンプラント。 ３１． 骨における移植のための長軸を有する歯科インプラントであって、以下 を含む、インプラント： ａ． 頂部端、基底端、および外表面を有する壁を有する稜モジュール； ｂ． 稜端および頂端を有するねじ切りされた第１のセクションであって、該 稜端は該稜モジュールの基底端に接しており、らせん状のねじ山が該第１のセク ションの一部に沿って伸長するセクション； ｃ． 該第１のセクションの該頂端から長軸に伸長し、かつ端表面において終 結する第２のセクション；および ｄ． 該稜モジュールまたは該第２のセクションの選択される１つの上に配置 され、該インプラント上の任意の縦方向力の一部を該骨に対して非縦方向で分配 させるための手段。 ３２． 請求項３１に記載のインプラントであって、前記分配手段が、前記イン プラント上の任意の縦方向力の一部が前記骨に対して前記壁の前記外表面に対し て法線な方向で分配されるように、前記頂部端から前記基底端へ該インプラント の長軸に向かって先細になる該壁の該外表面を含む、インプラント。 ３３． 請求項３１に記載のインプラントであって、前記第２のセクションが、 その中に骨を受容するための該第２のセクションの長さの一部に沿った縦に伸長 する凹所を規定し、該凹所が第１の端および対向する第２の端を有する、インプ ラント。 ３４． 請求項３３に記載のインプラントであって、前記分配手段が前記凹所の 第１の端から第２の端へ伸長する内部表面を含み、該インプラント上に分与され る縦方向の力が該内部表面に対して法線な方向で前記骨に対して分配されるよう に該内部表面が該第１の端から該第２の端へ内部に向かって先細になる、インプ ラント。 ３５． 前記第２のセクションが実質的に円筒形である、請求項３１に記載のイ ンプラント。 ３６． 請求項３１に記載のインプラントであって、前記稜モジュールが縦に伸 長するアバットメントスクリューボアを規定し、該ボアの前記表面がらせん状の 固定ねじ山を規定する内部のねじ切りされた部分を有する、インプラント。 ３７． 請求項３６に記載のインプラントであって、前記アバットメントスクリ ューボアの内部のねじ切りされた部分に対して形状において相補的である、外部 のねじ切りされた部分を有するアバットメントスクリュー、およびそこから縦に 伸長する外部のねじ切りされていない部分をさらに含み、そしてここで該アバッ トメントスクリューボアの内部のねじ切りされた部分が前記稜モジュールの頂部 端および対向する第２の端に隣接した第１の端、該ねじ切りされた部分の第２の 端から同軸で伸長する内部のねじ切りされていない部分を有し、該内部のねじ切 りされていない部分が該アバットメントスクリューの外部のねじ切りされていな い部分に対して形状において相補的であり、その結果該内部のねじ切りされてい ない部分が、該アバットメントスクリューの外部のねじ切りされた部分と該アバ ットメントスクリューボアの該内部のねじ切りされた部分との整列を補助するよ うに該ねじ切りされていない部分をその中に受容し得る、インプラント。 ３８． 請求項３１に記載のインプラントであって、前記第２のセクションの端 表面が前記インプラントされた骨における流体力を緩和するキャビティを規定す る、インプラント。 ３９． 請求項３１に記載のインプラントであって、前記インプラントが内部表 面を有する前記骨における穴の中に移植され、該インプラントが移植される時に 該穴の該内部表面から骨を取り出すための手段をさらに含み、その結果該穴の形 状を該インプラントの形状に合致させることにおいて補助する、インプラント。 ４０． 請求項３９に記載のインプラントであって、前記骨取り出し手段が前記 インプラントを前記穴内に自己タッピングさせるための手段を包含する、インプ ラント。 ４１． 請求項３９に記載のインプラントであって、前記第２のセクションが、 第１の端および第２のセクションの前記表面端に隣接する対向する第２の端を有 する縦の凹所を規定する外部表面を有し、ここで、前記骨取り出し手段が該凹所 の該第２の端上に形成される切断表面を含み、その結果該インプラントが回転す るときに該切断表面が骨を取り出し得る、インプラント。 ４２． 請求項３９に記載のインプラントであって、前記第２のセクションが、 第１の端および対向する第２の端ならびに該第１の端および該第２の端を相互連 結する対向する側壁を有する縦の凹所を規定する外部表面を有し、ここで、前記 骨取り出し手段が該外部表面と該凹所の側壁の１つとの交差で形成される縁部に 沿って形成される切断表面を含み、その結果該インプラントが回転し、該切断表 面が骨から取り出し得る、インプラント。 ４３． Ｄ１型の骨への移植に適合される、請求項３１に記載のインプラント。 ４４． Ｄ２型の骨への移植に適合される、請求項３１に記載のインプラント。 ４５． Ｄ３型の骨への移植に適合される、請求項３１に記載のインプラント。 ４６． Ｄ４型の骨への移植に適合される、請求項３１に記載のインプラント。 ４７． 骨における移植のための、長軸を有する歯科インプラントであって： a． 円形の頂部端、円形の底部端、および該頂部端と該底部端を相互に連結す る外部表面を有する壁を有する稜モジュール； b． 稜端および頂端を有するねじ切りされた第１セクションであって、該稜端 が該稜モジュールの底部端に隣接する、第１セクション； c． 該第１セクションの頂端から長軸方向に延び、そして端部表面で終結する 第２セクション；および d． 該端部表面に隣接した移植された骨における流体圧を軽減するための手段 を備えるインプラント。 ４８． 前記流体圧を軽減する手段が、前記端部表面の中心から軸方向に伸長す るキャビティを定義する前記第２セクションの該端部表面を備える、請求項４７ に記載のインプラント。 ４９． インプラントの回転の防止を促進するために、前記キャビティが非円形 形状を有する、請求項４８に記載のインプラント。 ５０． 前記流体圧を軽減する手段が、前記第２セクションの長さの一部に沿う 凹所を定義する該第２セクションを備え、該凹所が第１端部および第２端部を有 する、請求項４７に記載のインプラント。 ５１． 前記壁の外部表面が前記インプラントの前記頂部端から前記底部端へ長 軸方向に先細になり、該インプラント上に分与された任意の長軸方向の力の一部 が該壁の該外部表面に対して法線方向で前記骨に分配される、請求項４７に記載 のインプラント。 ５２． 前記第２セクションが、その中に骨を受け入れるために該第２セクショ ンの長さの一部に沿う凹所を定義し、該凹所は第１端部および第２端部を有し、 該凹所の該第１端部から該第２端部へと内部表面が延び、該内部表面は該第１端 部から該第２端部へと内部に向かって先細にされ、前記インプラント上に分与さ れた長軸方向の力が該内部表面に対して法線方向で前記骨に分配される、請求項 ４７に記載のインプラント。 ５３． 骨における移植のための、長軸を有する歯科インプラントであって： a． 頂部端、底部端、および外部表面を有する壁を有する稜モジュールであっ て、該稜モジュールが該頂部端から長軸方向に延びるねじ切りされたアバットメ ントスクリューボアを定義する、稜モジュール： b． 稜端および頂端を有するねじ切りされた第１セクションであって、該稜端 が該稜モジュールの底部端に隣接する、第１セクション； c． 該第１セクションの頂端から長軸方向に延び、そして端部表面で終結する 第２セクション；および d． 該アバットメントスクリューおよび該アバットメントスクリューボアの交 差ねじ切りを防ぐために、該アバットメントスクリューボアにねじ切りされた該 アバットメントスクリューを整列させるための手段 を備えるインプラント。 ５４． 前記アバットメントスクリューボアが内ねじ切り部を有し、そして該ア バットメントスクリューボアの該内ねじ切り部に相補的な形状で外ねじ切り部を 有するアバットメントスクリュー、およびそこから長軸方向に延びる非ねじ切り 部をさらに備え、そして前記整列手段が前記稜モジュールの頂部端に隣接する第 １端部および対向する第２端部を有する該アバットメントスクリューボアの該内 ねじ切り部、該ねじ切り部の該第２端部から共軸方向に延びる該内非ねじ切り部 を備え、該内非ねじ切り部は該アバットメントスクリューの該外非ねじ切り部に 相補的な形状であり、該アバットメントスクリューの該外ねじ切り部と該アバッ トメントスクリューボアの該内ねじ切り部との該整列を補助するように、該内非 ねじ切り部がその中に該外非ねじ切り部を受け入れることが可能である、請求項 ５３に記載のインプラント。 ５５． 骨における移植のための、長軸を有する歯科インプラントであって： a． 円形の頂部端、円形の底部端、および該頂部端と該底部端を相互に連結す る外部表面を有する壁を有する稜モジュール； b． 該稜モジュールの該底部端から長軸方向に延びるセクション；および c． 該インプラント上に分与される任意の力の一部を該骨に分配するために、 該長軸方向に延びるセクションの長さに沿って配置される、間隔を置いた複数の 離れた環 を備えるインプラント。 ５６． 留め具であって： a． 雄部材から延びる外ねじ切り部および外非ねじ切り部を有する、細長い雄 部材；および b． 第１端部を有し、そして該第１端部から長軸方向に延びた細長いボアを定 義する雌部材であって、該ボアは第１端部に隣接する内ねじ切り部、および該内 ねじ切り部から長軸方向に延びる内非ねじ切り部を有し、該内非ねじ切り部が該 雄の部材の該外非ねじ切り部と相補的な形状であり、該雌部材の該内ねじ切り部 と該雌部材の該ねじ切り部との該整列を補助するように、該内非ねじ切り部がそ の中に該雄部材の該外非ねじ切り部を受け入れることが可能である、雌部材を備 えた留め具。 ５７． 前記雄部材が歯科アバットメントスクリューを備える、請求項５６に記 載の留め具。 ５８． 前記雌部材が歯科インプラントを備える、請求項５６に記載の留め具。 ５９． 患者の既存の骨に移植するため、および骨に歯科補綴物を取り付けるた めに適した装置であって： a． 円形の底部表面、対向する円形の頂部表面、および該底部表面と該頂部表 面との間に介在する側壁を有する稜部であって、該頂部表面が該歯科補綴物をそ こに取り付けるために適する、稜部； b． 稜部端、対向する頂端、および該稜部端と該頂端との間に介在するコアセ クションを有する円形基底部であって、該コアセクションが外部表面を有し、該 稜部端が該稜部の底面に取り付けられている、基部；および c． 該既存の骨内に該デバイスを固定するための該コアセクションの該外部表 面上の手段であって、該手段は該既存の骨の再吸収を最小にし、該固定手段が、 該コアセクションに該外部表面の一部の周りに伸長するらせん状のねじ山を備え 、該ねじ山が該稜部端に近づくにつれて該ねじ山の骨接触表面積が増加して、そ の結果、力が該周囲の骨にインプラントから分配される表面積であって、そこに わたって表面積が増加する、手段 を備える、装置。 ６０． 前記ねじ山か最外端を有し、そして上面縁部と該最外端とで定義される 上面と下面縁部と該最外端とで定義される下面とを備え、ここで該下面と該上面 とが該最外端で角度を形成し、そしてここで該下面および該上面によって形成さ れる該角度が、該ねじ山が該稜端に近づくにつれて増大する、請求項５９に記載 の装置。