RU2211003C1

RU2211003C1 - Osteointegrable implant of directed bone tissue regeneration

Info

Publication number: RU2211003C1
Application number: RU2002106848A
Authority: RU
Inventors: М.В. Дунаев; В.В. Кулагин; Д.С. Подсобляев; А.А. Тихонов
Original assignee: Дунаев Михаил Васильевич; Кулагин Владимир Витальевич; Подсобляев Денис Станиславович; Тихонов Альберт Андреевич
Priority date: 2002-03-18
Filing date: 2002-03-18
Publication date: 2003-08-27

Abstract

FIELD: medical engineering. SUBSTANCE: device has head and body manufactured as a whole. Medial and basal portion of the device are designed as two or more rods forming internal cavity to enable bone tissue to proliferate. The implant is cylindrical. Rod cross-sections are constant or uniformly variable in the direction of the basal portion. Axial lines of the rods are equidistant to screw lines running along generatrix of the implant lateral surface. EFFECT: enhanced effectiveness of treatment; high rigidity of fixation. 3 cl, 6 dwg _

Description

Изобретение предназначено для использования в ортопедической стоматологии для реабилитации пациентов с частичной и полной потерей естественных зубов при имплантации зубов верхней и нижней челюстей. The invention is intended for use in orthopedic dentistry for the rehabilitation of patients with partial and complete loss of natural teeth during implantation of the teeth of the upper and lower jaws.

Изобретение относится также к другим областям медицины (ортопедии, травматологии, челюстно-лицевой хирургии и т. д.) для создания элементов эндопротезов и имплантатов разных типов методами формообразования деталей без снятия стружки. The invention also relates to other fields of medicine (orthopedics, traumatology, oral and maxillofacial surgery, etc.) for creating elements of endoprostheses and implants of different types by the method of forming parts without removing chips.

В стоматологии при восстановлении зубных рядов с помощью протезов существует проблема надежного закрепления и последующего приживления опорных имплантатов. In dentistry, when restoring dentitions with dentures, there is a problem of reliable fixation and subsequent engraftment of supporting implants.

В известных технических решениях проблема решается, в основном, за счет создания на внешней поверхности имплантатов элементов макроретенции или нарезания крепежной резьбы, причем изготавливаются имплантаты методами механической обработки (резанием или электроэрозией). In known technical solutions, the problem is solved mainly by creating macroreretia elements on the outer surface of the implants or cutting fastening threads, whereby the implants are manufactured by machining methods (cutting or electroerosion).

Известны имплантаты, имеющие по поверхности элементы макроретенции - глухие углубления в форме четырехгранной пирамиды (Патент Российской Федерации 2146113, 2000 [1]), или в форме продольных пазов (Патент ФРГ 96/01455, 1996 [2]). Implants are known that have macroreretic elements on the surface — blind cavities in the form of a tetrahedral pyramid (Patent of the Russian Federation 2146113, 2000 [1]), or in the form of longitudinal grooves (German Patent 96/01455, 1996 [2]).

В Патенте Российской Федерации 2158117, 2000 [3] описан зубной имплантат с внутрикостным элементом, выполненным в форме цилиндра с резьбой и продольной ячейкой для ретенции с костной тканью. Patent of the Russian Federation 2158117, 2000 [3] describes a dental implant with an intraosseous element made in the form of a cylinder with a thread and a longitudinal cell for retention with bone tissue.

Для создания шероховатости с целью увеличения общей площади контакта с костью дополнительно вся поверхность имплантата может быть обработана пескоструйным аппаратом [1] . Также для повышения биологической совместимости имплантата с костной тканью на поверхность внутрикостной части наносят специальные покрытия, в частности из гидроксиапатита кальция (Патент Российской Федерации 2140227, 1999 [4]). To create a roughness in order to increase the total area of contact with the bone, in addition, the entire surface of the implant can be sandblasted [1]. Also, to increase the biological compatibility of the implant with bone tissue, special coatings are applied to the surface of the intraosseous part, in particular, calcium hydroxyapatite (Patent of the Russian Federation 2140227, 1999 [4]).

Все вышеперечисленные внутрикостные элементы имплантатов изготавливаются методами механической или электрофизической обработки, крайне трудоемки и дороги. Основным их недостатком является то, что ретенция костной ткани и, следовательно, фиксация имплантата в челюсти происходит по наружной поверхности имплантата. Отметим, что в имплантатах с продольной прорезью в базальной части (Патенты Российской Федерации 214338, 2000 [5], 2154439, 2000 [6] ) прорезь служит только для обеспечения плотной посадки за счет деформации боковых пластин, но не может непосредственно фиксировать имплантат в прорастающей ткани. All of the above intraosseous elements of the implants are made by mechanical or electrophysical processing, it is extremely time consuming and expensive. Their main disadvantage is that the retention of bone tissue and, therefore, the fixation of the implant in the jaw occurs on the outer surface of the implant. Note that in implants with a longitudinal slot in the basal part (Patents of the Russian Federation 214338, 2000 [5], 2154439, 2000 [6]), the slot serves only to ensure a tight fit due to deformation of the side plates, but cannot directly fix the implant in the germinating tissue.

Фиксация имплантата не только по наружной поверхности, но и за счет прорастания ткани вовнутрь более эффективна. Такую возможность обеспечивают пористые имплантаты, получаемые литьем или спеканием металлических гранул. Fixation of the implant not only on the outer surface, but also due to the germination of the tissue inside is more effective. This possibility is provided by porous implants obtained by casting or sintering of metal granules.

В патенте США 4355428, 1982 [7] приведен способ получения литьем протезов с пористой поверхностью, по которому на поверхность выплавляемой модели протеза укрепляются гранулы из модельной массы, затем изготавливается огнеупорная форма, в которую заливается расплав. Этот способ включает в себя трудоемкую операцию ручного укрепления на поверхности модели мелких частиц модельной массы, не создает достаточно толстого пористого слоя и малопригоден для изготовления имплантатов малого диаметра. In US patent 4355428, 1982 [7], a method for producing castings of prostheses with a porous surface is provided, according to which granules of model mass are fixed to the surface of the investment model of the prosthesis, then a refractory mold is made into which the melt is filled. This method includes the time-consuming operation of manual reinforcement of small particles of model mass on the model surface, does not create a sufficiently thick porous layer and is not suitable for the manufacture of implants of small diameter.

Фирма Innova Corp. (Канада) выпускает имплантаты "Endopor^ТМ Dentalimplantant System" [8], изготовленные спеканием титановых гранул малого диаметра. Имплантат может быть полностью пористым, однако характеризуется малыми размерами открытых пор. Костная ткань, прорастающая в такие поры, не обеспечивается достаточным питанием.Innova Corp. (Canada) produces implants "Endopor ^TM Dentalimplantant System" [8], made by sintering of titanium granules of small diameter. The implant may be completely porous, but is characterized by small open pore sizes. Bone tissue sprouting into such pores is not provided with adequate nutrition.

В патентах Франции ( 2787010, 2000 [7] ) и Российской Федерации ( 214338, 2000 [8] , 2154439, 2000 [9]) описаны конструкции с продольными прорезями, которые за счет естественной [8] или принудительной [7, 9] деформации разрезных втулок (боковых пластин) обеспечивают плотную посадку имплантата. Кроме того, появляется возможность прорастания ткани внутрь прорези. Но возникающие костные перемычки имеют очень малую толщину и, следовательно, прочность. The patents of France (2787010, 2000 [7]) and the Russian Federation (214338, 2000 [8], 2154439, 2000 [9]) describe constructions with longitudinal slots that are due to natural [8] or forced [7, 9] deformation split bushings (side plates) ensure a tight fit of the implant. In addition, there is the possibility of tissue germination inside the slot. But the resulting bone bridges have a very small thickness and, therefore, strength.

В США запатентован имплантат [10], предназначенный для одноэтапной имплантации, имеющий в медиальной части цилиндрическую опорную пластину с клиновидными выступами, которые, врезаясь в кость, обеспечивают первоначальную фиксацию имплантата. Тело имплантата представляет собой заостренный центральный стержень, соединенный в базальной части с тонкими вертикальными лезвиями, исходящими из периферии опорной пластины. Число лезвий равно числу клиновидных выступов, а их плоскости симметрии лежат в радиальных плоскостях, проходящих через центральную ось имплантата. Пространство между лезвиями образует полость, в которую прорастает костная ткань, т.е. имеет место ее направленная регенерация. In the USA, an implant is patented [10], designed for one-stage implantation, having in the medial part a cylindrical support plate with wedge-shaped protrusions that, when cut into the bone, provide initial fixation of the implant. The body of the implant is a pointed central rod connected in the basal part with thin vertical blades emanating from the periphery of the base plate. The number of blades is equal to the number of wedge-shaped protrusions, and their plane of symmetry lie in radial planes passing through the central axis of the implant. The space between the blades forms the cavity into which the bone tissue grows, i.e. its directed regeneration takes place.

Конструкция имплантата крайне сложна и нетехнологична. При имплантации клиновидные выступы дополнительно травмируют кость и могут даже вызвать ее растрескивание. Нагрузка на костную ткань при эксплуатации имплантата распределяется неравномерно, острые кромки лезвий оказывают контактное воздействие, которое может привести к локальному разрушению кости и отторжению имплантата. The implant design is extremely complex and low-tech. During implantation, wedge-shaped protrusions additionally injure the bone and may even cause cracking. The load on the bone tissue during the operation of the implant is not distributed evenly, the sharp edges of the blades have a contact effect, which can lead to local destruction of the bone and rejection of the implant.

Вообще, распределение нагрузки, передаваемой на костную опору любым из рассмотренных цилиндрических имплантатов, существенно отличается от того, что имеет место в здоровом организме, так как корни зубов имеют сложную форму, и каждый из них наклонен по отношению к вертикальной оси под некоторым углом. In general, the distribution of the load transmitted to the bone support by any of the considered cylindrical implants is significantly different from what occurs in a healthy body, since the roots of the teeth have a complex shape, and each of them is inclined with respect to the vertical axis at a certain angle.

Целью предлагаемого технического решения является создание из современных высокопрочных материалов стоматологических имплантатов, которые обеспечили бы оптимальные условия направленной регенерации костной ткани (прорастания в тело имплантата и питания ее), обеспечивая надежную фиксацию имплантата, уменьшая риск развития остеосклероза и резорбции кости, а также были бы достаточно технологичными в условиях современного производства. The aim of the proposed technical solution is the creation of modern high-strength materials of dental implants that would provide optimal conditions for the directed regeneration of bone tissue (germination in the body of the implant and its nutrition), ensuring reliable fixation of the implant, reducing the risk of osteosclerosis and bone resorption, and would also be sufficient technological in the conditions of modern production.

Цель достигается за счет образования в теле имплантата полуоткрытой полости, таких размеров и конфигурации, которые позволяют костной ткани свободно прорастать в нее. Технологичность обеспечивается возможностью производства имплантатов из биосовместимых металлических (титановых, кобальтовых и других) сплавов или керамических и композитных материалов высокопроизводительными методами литья, прессования или спекания. The goal is achieved due to the formation in the body of the implant of a half-open cavity, of such size and configuration that allow bone tissue to freely grow into it. Manufacturability is ensured by the possibility of producing implants from biocompatible metal (titanium, cobalt and other) alloys or ceramic and composite materials by high-performance casting, pressing or sintering methods.

Имплантат (фиг.1) должен иметь цилиндрическую или многогранную апикальную часть (головку) 1 с резьбовым отверстием 2 и элементами ориентирования и крепления супраструктур различных типов. Полость 3, открытая в направлении базального торца и наружной поверхности имплантата, образуется за счет того, что медиальная и базальная части имплантата выполнены в виде двух или более ножек 4 - стержней произвольного сечения, соединенных в базальной части кольцевым фланцем 5. В базальной части имплантата могут быть выполнены направляющие элементы (фаска, поясок и т.п.). The implant (Fig. 1) must have a cylindrical or multifaceted apical part (head) 1 with a threaded hole 2 and orientation and fastening elements of suprastructures of various types. The cavity 3, open in the direction of the basal end and the outer surface of the implant, is formed due to the fact that the medial and basal parts of the implant are made in the form of two or more legs 4 - rods of arbitrary cross section, connected in the basal part by an annular flange 5. In the basal part of the implant guide elements (chamfer, girdle, etc.) must be made.

Соотношение продольных размеров головки 1 и полости 3 зависит от конструкции имплантата и типов закрепляемых на нем супраструктур. The ratio of the longitudinal dimensions of the head 1 and cavity 3 depends on the design of the implant and the types of suprastructures fixed on it.

Форма поперечного сечения ножек может быть произвольной, а размеры определяются условиями прочности и технологическими ограничениями. The cross-sectional shape of the legs can be arbitrary, and the dimensions are determined by the strength conditions and technological limitations.

Для более надежной первичной фиксации имплантата во фланце могут быть выполнены сквозные прорези, обеспечивающие возможность упругой деформации ножек (фиг.2). For a more reliable primary fixation of the implant in the flange can be made through the slots, providing the possibility of elastic deformation of the legs (figure 2).

Однако наличие фланца 5 как фиксирующего элемента не является обязательным. Надежная фиксация может быть обеспечена, если ножки 4 имеют переменное (по форме и/или размерам) поперечное сечение, а также если оси ножек непрямолинейны или непараллельны главной оси имплантата (фиг.3 и 4). Такие ножки существенно увеличивают площадь контакта имплантата с костью. However, the presence of the flange 5 as a locking element is optional. Reliable fixation can be achieved if the legs 4 have a variable (in shape and / or size) cross-section, as well as if the axis of the legs are indirect or non-parallel to the main axis of the implant (FIGS. 3 and 4). Such legs significantly increase the contact area of the implant with the bone.

У предлагаемых вариантов конструкции имеется существенный с точки зрения стоматологии недостаток - удалить такой имплантат в случае необходимости после его приживления можно, только целиком высверлив его. Этот недостаток устраняется за счет создания конструкции тела имплантата в виде полого многозаходного винта с большим шагом (соизмеримым с длиной имплантата). The proposed design options have a significant disadvantage from the point of view of dentistry - it is possible to remove such an implant if necessary after its engraftment, only by completely drilling it. This disadvantage is eliminated by creating an implant body structure in the form of a hollow multi-thread screw with a large pitch (commensurate with the length of the implant).

В этой конструкции фланец 5 отсутствует, а ножки 4 выполнены в виде стержней, сечение которых или постоянно, или равномерно уменьшается по направлению к базальной части, а осевые линии стержней эквидистантны винтовым линиям, проходящим по теоретической образующей боковой поверхности имплантата (фиг.5), причем винтовые поверхности ножек могут быть продолжены в направлении апикального торца головки 1, врезаясь в нее (фиг.6). In this design, the flange 5 is absent, and the legs 4 are made in the form of rods, the cross section of which either constantly or evenly decreases towards the basal part, and the axial lines of the rods are equidistant to the helical lines passing along the theoretical generatrix of the lateral surface of the implant (Fig. 5), moreover, the helical surface of the legs can be continued in the direction of the apical end of the head 1, crashing into it (Fig.6).

После прорастания в тело имплантата костной ткани образуется многозаходная винтовая пара, исключающая самопроизвольное продольное перемещение имплантата. Для дополнительного самоторможения такой пары достаточно незначительно (на несколько процентов) изменить шаг винтовой линии на одной из ножек. После приживления имплантат может быть удален вывинчиванием его с приложением некоторого усилия. After germination of the bone tissue into the body of the implant, a multi-start helical pair is formed, which excludes spontaneous longitudinal movement of the implant. For additional self-braking of such a pair, it is enough to slightly (by several percent) change the pitch of the helical line on one of the legs. After engraftment, the implant can be removed by unscrewing it with some force.

Для установки всех вышеперечисленных типов имплантатов не требуется нарезания резьбы в отверстии, просверленном в челюстной кости. To install all of the above types of implants, threading is not required in the hole drilled in the jaw bone.

Наличие полости позволяет, до или после (если резьбовое отверстие в головке выполнено сквозным) имплантации, заполнить имплантат биоактивным или лекарственным веществом, улучшив тем самым условия регенерации костной ткани в теле имплантата. Так в полость можно запрессовать биоактивный керамический материал на основе гидроксиапатита кальция, заполнить ее гранулами биоактивного или лекарственного вещества, ввести эти вещества через резьбовое отверстие в головке в виде суспензии. The presence of a cavity allows, before or after (if the threaded hole in the head is made through) the implantation, to fill the implant with a bioactive or medicinal substance, thereby improving the conditions for the regeneration of bone tissue in the body of the implant. So, it is possible to press bioactive ceramic material based on calcium hydroxyapatite into the cavity, fill it with granules of a bioactive or medicinal substance, introduce these substances through a threaded hole in the head in the form of a suspension.

Применение имплантатов с направленной регенерацией костной ткани позволяет повысить надежность фиксации имплантата, ускорить процесс приживления, уменьшить риск послеоперационных осложнений, исключить нарезание резьбы в кости, облегчив тем самым подготовку к имплантации и сократив номенклатуру дорогостоящего режущего инструмента, в конечном счете уменьшить затраты на протезирование и повысить качество медицинского обслуживания. The use of implants with directed bone tissue regeneration allows to increase the reliability of implant fixation, accelerate the engraftment process, reduce the risk of postoperative complications, exclude threading in the bone, thereby facilitating preparation for implantation and reducing the range of expensive cutting tools, and ultimately reduce prosthetics costs and increase quality of medical care.

Изготовить имплантаты с направленной регенерацией костной ткани методами механической или электрофизической обработки принципиально возможно, но крайне сложно и дорого. It is fundamentally possible to produce implants with targeted bone tissue regeneration by mechanical or electrophysical processing, but it is extremely difficult and expensive.

Развитие современных технологий формообразования деталей без снятия стружки позволяет изготавливать имплантаты из высокопрочных металлических (титановых, кобальтовых или других сплавов) или керамических и композитных материалов литьем, прессованием или спеканием. The development of modern technologies for the shaping of parts without chip removal allows the manufacture of implants from high-strength metal (titanium, cobalt or other alloys) or ceramic and composite materials by casting, pressing or sintering.

Для этих производственных процессов необходима оснастка или мастер-модели, на производство которых традиционными методами приходится основная часть технологической себестоимости изделия, причем требуется наличие рабочих высшей квалификации. Решить проблему позволяет применение высоких технологий автоматизированного проектирования (CAD) и быстрого прототипирования (RAPID PROTOTYPING). For these production processes, equipment or master models are needed, the production of which by traditional methods accounts for the bulk of the technological cost of the product, and the presence of highly skilled workers is required. The problem can be solved by the use of high technologies of computer-aided design (CAD) and rapid prototyping (RAPID PROTOTYPING).

Имплантаты из титановых сплавов изготавливаются литьем в керамические формы по выжигаемым моделям, которые получают методами стереолитографии (Stereolithography) или послойной экструзии (FDM или MJM). Implants from titanium alloys are made by casting in ceramic molds on burnable models, which are obtained by the methods of stereolithography (Stereolithography) or layer-by-layer extrusion (FDM or MJM).

Огнеупорная керамическая форма, соответствующим образом укрепленная, может быть использована при изготовлении имплантатов методами порошковой металлургии или отверждением в ней металл-композитов и других материалов. A refractory ceramic mold, suitably reinforced, can be used in the manufacture of implants by powder metallurgy methods or by curing metal composites and other materials in it.

Образцы различных типов имплантатов с направленной регенерацией костной ткани диаметром 3,5 и длиной 11 мм из стандартного биосовместимого титанового сплава были получены литьем в керамические формы по выжигаемым стереолитографическим моделям. Сквозное резьбовое отверстие и апикальный торец имплантата подвергались механической обработке. Samples of various types of implants with directed regeneration of bone tissue with a diameter of 3.5 and a length of 11 mm from a standard biocompatible titanium alloy were obtained by casting in ceramic molds using burned stereolithographic models. The through threaded hole and the apical end face of the implant were machined.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент Российской Федерации 2146113, А 61 С 8/00, 2000.SOURCES OF INFORMATION
1. Patent of the Russian Federation 2146113, A 61 C 8/00, 2000.

2. Патент ФРГ 96/01455, А 61 С 8/00, 1996. 2. Patent of Germany 96/01455, A 61 C 8/00, 1996.

3. Патент Российской Федерации 2158117, А 61 С 8/00, 2000. 3. Patent of the Russian Federation 2158117, A 61 C 8/00, 2000.

4. Патент Российской Федерации 2140227, А 61 С 8/00, 1999. 4. Patent of the Russian Federation 2140227, A 61 C 8/00, 1999.

5. Патент Российской Федерации 214338, А 61 С 8/00, 2000. 5. Patent of the Russian Federation 214338, A 61 C 8/00, 2000.

6. Патент Российской Федерации 2154439, 2000. 6. Patent of the Russian Federation 2154439, 2000.

7. Патент США 4355428, А 61 F 2/20, 1982. 7. US patent 4355428, A 61 F 2/20, 1982.

8. Проспект фирмы Innova Corp. (Канада), 1997. 8. Prospectus of Innova Corp. (Canada), 1997.

9. Патент Франции 2787010, А 61 С 8/00, 2000. 9. French patent 2787010, A 61 C 8/00, 2000.

10. Патент США 5989030, А 61 С 8/00, 1999. 10. US patent 5989030, A 61 C 8/00, 1999.

Claims

1. Osteointegrated dental implant containing made as a single whole head and body, the medial and basal parts of which are made in the form of two or more rods with the formation of an internal cavity for germination of bone tissue, characterized in that it has a cylindrical shape, the cross-section of the rods is constant or uniform changes towards the basal part, and the axial lines of the rods are equidistant to the helical lines passing along the generatrix of the lateral surface of the implant.

2. The implant according to claim 1, characterized in that the steps of some of the helical lines are different.

3. The implant according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the cross-sections of the legs are unstable in shape and / or size along the length of any rod.