WO2008155136A1

WO2008155136A1 - Pfostenteil zur einbringung in einen knochen

Info

Publication number: WO2008155136A1
Application number: PCT/EP2008/005052
Authority: WO
Inventors: Zipprich Holger
Original assignee: Zipprich Holger
Priority date: 2007-06-21
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2008-12-24
Also published as: DE102007029266A1

Abstract

Ein Pfostenteil zur Einbringung in einen Knochen mit einem Aufnahmekanal und einem äußeren Gewinde soll einen besonders hohe Sicherheit gegen durch mechanische Spannung in den Bauelementen entstehende Mikrorissbildung und Mikrorissausbreitung liefern. Dazu ist der Querschnitt des Aufnahmekanals von einer Übergangsstelle hin zum apikalen Ende des Aufnahmekanals erweitert.

Description

Beschreibung Pfostenteil zur Einbringung in einen Knochen

Die Erfindung betrifft ein Pfostenteil zur Einbringung in einen Knochen mit einem Aufnahmekanal und einem äußeren Gewinde.

Dentalimplantate sind in vielfältigen Formen bekannt. Sie werden meist durch Einschrauben an Stelle eines extrahierten oder ausgefallenen Zahnes in den Kieferknochen eingesetzt, um dort nach einer Einheilphase von drei bis vier Monaten ein als Zahnersatz dienendes prothetisches Aufbauteil oder eine Krone zu halten. Dazu ist ein derartiges Zahnimplantat üblicherweise als geeignet geformter Metallkörper ausgebildet und in der Art eines Stiftes geformt und weist am apikalen Ende ein zumeist selbstschneidendes Schraubengewinde auf, mit welchem der Stift in das entsprechend präparierte Implantatbett eingesetzt wird.

Ein Beispiel für ein Dentalimplantat der oben genannten Art ist in Fig. 1 in einer teilweisen Ansicht und teilweise in einem axialen Schnitt und in Fig. 2 als Explosionszeichnung gezeigt. Das zweiteilige Dentalimplantat 1 umfasst ein Pfostenteil 2 und ein Aufbauteil 3. Das Pfostenteil 2 besteht ebenso wie das Kopf- oder Aufbauteil 3 aus Metall oder einer Keramik, und zwar insbesondere aus Titan, einer Titanlegierung, einer titanhaltigen Legierung, einer Zirkonoxid-, Aluminiumoxidkeramik oder einer Keramik, die entweder Zirkonoxid oder Aluminiumoxid beinhaltet. Das Pfostenteil 2 ist von außen mit einem Gewinde 4 versehen, welches als selbst schneidendes oder als nicht selbst schneidendes Gewinde ausgeführt sein kann. Die Steigung des Gewindes kann gleichmäßig oder veränderlich ausgeführt sein. Die äußere Gestalt des Pfostenteils 2 kann auch ohne Gewinde mit und ohne mechanische Retentionshilfen ausgeführt sein. Über eine Verbindungsschraube 5 werden das Pfostenteil 2 und das Aufbauteil 3 miteinander verschraubt. Das Gewinde der Verbindungsschraube 5 wird dazu in ein Innengewinde 6 eines Aufnahmekanals des Pfostenteils 2 eingeschraubt. Der Schraubenkopf 7 der Verbindungsschraube 5 presst beim Einschrauben der Verbindungsschraube 5 über die Stirnsenkung 8 des Aufbauteils 3 das Aufbauteil 3 auf das Pfostenteil 2.

BESTATIGUNGSKOPIE Das Pfostenteil 2 wird in einem entsprechend aufbereiteten Implantatbett des Kieferknochens verankert. Die Gewindekonstruktion gewährleistet dabei eine hohe Primärstabilität und eine gleichmäßige Weiterleitung der bei Kaubelastung auftretenden Kräfte in den Kieferknochen. Das Aufbauteil 3 wird am oberen Bereich 9 mit einer Krone, einer anderen prothetischen Versorgung oder dergleichen in an sich bekannter Weise verbunden. Diese Verbindung kann als Verschraubung, Klemmung, konische Selbsthemmung, Unterdruck, Magnet, Kugelkopfsystem, Zementierung, Verklebung oder dergleichen ausgeführt sein.

Um einer Rotation oder Verdrehung zwischen dem Aufbauteil 3 und dem Pfostenteil 2 durch äußere Kräfte (meist bedingt durch die Kaubelastung) entgegen zu wirken, wird entweder eine mechanische Indizierung in Form einer mechanischen Sperre verwendet oder die Flächenpressung zwischen Aufbauteil 3 und dem Pfostenteil 2 geeignet gewählt.

Die zur Indizierung und zur Vermeidung der Rotation des Aufbauteils 3 auf dem Pfostenteil 2 verwendete mechanische Sperre kann in verschiedenen Varianten ausgeführt sein. Im Beispiel nach den Fig. 1 und 2 ist dazu ein Innensechskant im Postenteil 2 und einen Außensechskant am Aufbauteil 3 vorgesehen, wobei die Ausführung als Außen- und Innensechskant auch anders herum erfolgen kann. Die Anzahl der Kanten eines solchen Kantensystems kann variieren. Weiterhin können die Ecken solcher Kantsysteme mit einem Radius versehen sein. Als weitere Ausführungen sind Torx und Vielzahnsysteme mit variierender Elementanzahl, variierender Geometrie bekannt. Darüber hinaus sind in alternativer Ausgestaltung, wie in Fig. 3 gezeigt, Indizierungen mittels Einfräsungen 14 im Pfostenteil 2 und herausragender Elemente 15 oder Nocken am Aufbauteil 3 bekannt.

Dabei erfolgt die Vermeidung der Rotation zwischen dem Pfostenteil 2 und dem Aufbauteil 3 über die Anpresskraft der Verbindungsschraube. Zusätzlich oder alternativ kann die Verbindung zwischen dem Pfostenteil 2 und dem Aufbauteil 3 meist konisch ausgeführt sein. Insbesondere handelt es sich dabei um Ausführungen der in Fig. 4 dargestellten Art, die auf Grund des Konuswinkels und der Oberflächenreibung zwischen den konischen Kontaktflächen des Pfostenteils 2 und des Aufbauteils 3 beim Anziehen der Verbindungsschraube 5 über die konischen Kontaktstellen zwischen dem Pfostenteil 2 und dem Aufbauteil 3 als konische Hemmung bzw. konische Selbsthemmung ausgeführt sind.

Bei der Osseointegration des Pfostenteils 2 im Knochen, d.h. bei der Verbindung des Pfostenteils 2 mit dem Knochengewebe müssen weiterhin folgende mechanische und biologische Belastungsquellen berücksichtigt werden. Zum Schutz gegenüber Bakterienbefall und Eindringen von Flüssigkeit muss das Pfostenteil 2 insbesondere in Kombination mit dem Aufbauteil 3 eine Hohe Dichtigkeit aufweisen. Weiterhin ist es notwendig, dass die Verbindungen und Verbindungselemente eine hohe Dauerfestigkeit besitzen. Weiterhin soll die Mikrobeweglichkeit der Verbindungselemente untereinander bei Belastungen, beispielsweise im Patientenmund, minimiert bzw. sogar ganz eingeschränkt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Pfostenteil der oben genannten Art anzugeben, welches einen sicheren Schutz gegen die oben genannten Belastungsquellen - insbesondere die Dauerfestigkeit - liefert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem die sich der Querschnitt des Aufnahmekanals von einer Übergangsstelle hin zum apikalen Ende des Aufnahmekanals erweitert.

Insbesondere zum Schutz gegenüber Bakterienbefall oder dem Eindringen von Flüssigkeit ist der Aufnahmebereich des Pfostenteils in bevorzugter Ausführung konisch ausgeführt. Durch die Einführung eines ebenfalls konisch auslaufenden Aufbauteils wird somit eine besonders hohe Dichtigkeit erreicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: Fig.1-4 jeweils ein Dentalimplantat nach dem Stand der Technik,

Fig: 5 eine Übersicht über die Spannungsbereiche eines

Dentalimplantates,

Fig. 6-7 eine plane Implantatsschulter eines Pfostenteils,

Fig. 8 eine Implantatsschulter eines Pfostenteils mit Phase,

Fig. 9 eine Implantatsschulter eines Pfostenteils mit Radius,

Fig. 10 eine Implantatsschulter eines Pfostenteils mit Ellipse,

Fig. 11 ein Pfostenteil mit Gewinde bzw. umlaufender Nut,

Fig. 12 ein Pfostenteil mit eingeschnittenem Gewinde,

Fig. 13 ein Pfostenteil mit einem Gewinde mit großen Radien,

Fig. 14 ein Pfostenteil mit großer Gewindesteigung,

Fig. 15 ein Pfostenteil mit Gewinde,

Fig. 16 ein mehrstückiges Dentalimplantat,

Fig. 17 eine zirkulär geschlossene Implantatsschulter,

Fig. 18 eine Verbreiterung des Aufnahmekanals mit Phase

Fig. 19 eine Verbreiterung des Aufnahmekanals mit Radius

Fig. 20 eine Verbreiterung des Aufnahmekanals mit Ellipse

Fig. 21-22 jeweils ein Dentalimplantat mit verbreitertem Aufnahmekanal

Fig. 23 ein Aufbauteil mit einer Phase am apikalen Ende

Fig. 24 ein Aufbauteil mit einer Ellipse am apikalen Ende

Fig. 25 ein Dentalimplantat mit verbreitertem Aufnahmekanal

Fig. 26 ein Pfostenteil mit fehlendem Gewindegang im Bereich der

Übergangsstelle.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit den selben Bezugszeichen versehen.

Die Basis für eine Hohe Dauerfestigkeit ist die Minimierung von mechanischen Spannungen in den Verbindungselementen denen sie im Mensch oder im Tier aber insbesondere im menschlichen Mund ausgesetzt sind. Besonders wichtig ist die Minimierung der mechanischen Spannung im Pfostenteil, im Aufbauteil und in der Verbindungsschraube. Bei metallischen und insbesondere bei keramischen Pfostenteilen, Aufbauteilen und oder Verbindungsschrauben kann mit der Minimierung der mechanischen Spannung in den Bauelementen der Mikrorissentstehung und Mikrorissausbreitung entgegengewirkt werden und somit das vorzeitige Versagen der implantologischen Restauration vermieden oder zeitlich hinausgezögert werden. In der Medizin werden vorzugsweise keramische Werkstoffe auf Basis von Siliziumoxid, Aluminiumoxid und oder Zirkonoxid verwendet. Es würden sich auch keramische Werkstoffe auf Basis von Nichtoxidkeramik oder Titanverbindungen eignen.

Dentalimplantate ersetzen Körpereigene Zähne. Das bedeutet dass Dentalimplantate (Pfostenteil, Aufbauteil, Verbindungsschraube und weitere Bauteile) das Bindeglied zwischen der prothetischen Restauration (Krone, Brücke, etc.) und dem Knochen sind. Die beim Kauen entstehenden Belastungen (Kräfte und Momente) werden von den Bauteilen der Dentalimplantate auf den Knochen übertragen. Die menschliche Kaufunktion ist ein dreidimensionaler Bewegungsablauf der abhängig von der Region (Frontzahnbereich, Seitenzahnbereich) in seinem Bewegungsablauf variiert. Darüber hinaus gibt es Menschen die Parafunktionen haben. D.h. Bruxer die vorzugsweise nachts mit den Zähnen knirschen. Sowohl bei der Kaufunktion und besonders bei den Parafunktionen können hohe Kräfte und Momente entstehen, die genau wie der Bewegungsablauf dreidimensional sind. Axial zum Pfostenteil verlaufende Kräfte werden meist sehr gut und ohne große Schädigungen auf den Knochen übertragen. Bei extraaxialen Kräften werden das Pfostenteil und das Aufbauteil zusätzlich auf Biegung belastet und die Zugbelastung der Verbindungsschraube wird erhöht.

Wirken Biegebelastungen auf konische Verbindungen ergeben sich die größten mechanischen Spannungen an den Trennstellen der einzelnen Bauteile. Bezogen auf eine Verbindung eines Pfostenteils 2 mit einem Aufbauteil 3 bedeutet das, das bei dessen optimaler Dimensionierung im Aufbauteil 3 die größten mechanischen Spannungen dort entstehen wo das Aufbauteil 3 das Postenteil 2 verlässt (Fig. 5 Markierung a). Im Pfostenteil 2 entsteht die größte Spannung in dem Bereich wo das Aufbauteil 3 im Pfostenteil 2 endet (Fig. 5 Markierung b). Durch eine ungünstige Gestaltung kann im Pfostenteil 2 auch im Austrittsbereich des Aufbauteils 3 aus dem Pfostenteil 2 (Fig. 5 Markierung c) eine sehr hohe und unter Umständen auch eine höhere Spannung entstehen als im Bereich Fig. 5 Markierung b. Zur Minimierung der mechanischen Spannungen in den Bereichen der Fig. 5 Markierung a und c gibt es die Möglichkeit den oberen Bereich des Pfostenteils 2 (Implantatschulter 22) nicht plan zu gestalten (Fig. 6) sondern abzuflachen. Dies wird bei Dentalimplantaten bereits angewendet. Die Implantatschulter 22 ist in einem solchen Fall mit einer Phase versehen (Fig. 8). Um die Spannungsminimierung weiter zu optimieren eignet sich die Gestaltung der Implantatschulter 22 im Längsschnitt mit einem Radius (Fig. 9) und insbesondere die Gestaltung der Implantatschulter 22 mit einem in Pfostenteilachse variierenden Radius (z.B. Teilbereich einer Ellipse Fig. 10).

Zur Minimierung der mechanischen Spannung im Bereich aus Fig. 5 Markierung b ist es wichtig, dass der obere zum Aufbauteil 3 hin zeigende Bereich (Implaπtatschulter 22) zirkulär geschlossen ist (Fig. 17a) und möglichst zirkulär nicht in Richtung der Pfostenachse seine Geometrie verändert (Fig. 17b).

Zur besseren Verankerung des Pfostenteils im Knochen ist das Pfostenteil außen meist mit einem Gewinde 4 (Fig. 11a) oder mit umlaufenden Ausformungen bzw. Nuten (Fig. 11b) versehen. Sind Gewinde 4 und oder umlaufende Nuten am Kerndurchmesser ohne (Fig. 12) bzw. nur mit kleinen Radien versehen ergibt sich bei einer Biegebelastung des Pfostenteils 2 an diesen Stellen eine Erhöhung der mechanischen Spannung. Da sich diese mechanische Spannungserhöhung und die mechanischen Spannungserhöhung aus Fig. 5 Markierung b addieren ist die Minimierung der mechanischen Spannungserhöhung die auf dem äußeren Gewinde 4 basiert ein wichtiger Parameter bei der Gestaltung des Pfostenteils und bei der Gestaltung einer Verbindung zwischen Pfostenteil 2 und Aufbauteil 3. Ein Weg der Minimierung der mechanischen Spannungserhöhung die auf dem äußeren Gewinde 4 basiert ist das Vergrößern der Radien am Gewindekerndurchmesser (Fig. 13) bzw. das Vergrößern der Radien zwischen den umlaufenden Nuten.

Einen besonders Spannungsminimierenden Effekt erhält man wenn das äußere Gewinde bzw. die umlaufenden Nuten des Pfostenteils mit großen Radien versehen sind und die Gewindeflanken im Verhältnis zur Gewindesteigung relativ klein sind. Insbesondere eignet sich ein Gewindeprofil, welches einen möglichst langen Bereich besitzt der am Gewindekern parallel zur Pfostenachse verläuft (Fig. 14). Das bedeutet dass der Gewindekern große Bereiche aufweist die zylindrisch sind. Ein solches Gewinde macht den Anschein als ob es auf das zylindrische Pfostenteil 2 aufgelegt ist und nicht in das Pfostenteil 2 eingeschnitten ist. Einen besonders Spannungsminimierenden Effekt erhält man durch eine Kombination der Gewinde 4 aus Fig. 13 und Fig. 14. Dieses Gewinde ist in Fig. 15 dargestellt.

Die oben beschriebenen Gestaltungsmöglichkeiten erhöhen die Dauerfestigkeiten von metallischen und keramischen Pfostenteilen, Aufbauteilen und Verbindungsschrauben. Über dies hinaus wird auch die Biegefestigkeit des Pfostenteils 2, des Aufbauteil 3 und der Verbindungsschraube 5 erhöht, wobei die Biegefestigkeitserhöhung bei keramischen Pfostenteilen 2, Aufbauteilen 3 und Verbindungsschrauben 4 größer ist als bei metallischen.

Eine weitere Steigerung der Biegefestigkeit des Bereichs aus Fig.5 Markierung b kann mit der geometrischen Variation des Pfostenteils 2 und oder des Aufbauteils 3 erreicht werden. Diese Aufgabe wird beim Pfostenteil erfindungsgemäß gelöst indem die konische Ausformung im Pfostenteil 2 unterhalb der Kontaktfläche zwischen Pfostenteil 2 und Aufbauteil 3 an einer Übergangsstelle 24 im Querschnitt verbreitert wird (Fig. 18). Dies führt zwar zu einer geringen Materialschwächung also zu einer Verringerung der Materialstärke aber auch zu einer Verteilung der mechanischen Spannung auf eine größere Fläche bzw. ein größeres Volumen. Durch die Verteilung der mechanischen Spannung wird der örtlich begrenzte Maximalwert der mechanischen Spannung deutlich reduziert. Fig. 18 zeigt eine Phase als Übergang zwischen dem konischen Bereich des Pfostenteils 2 und der Verbreiterung des Querschnittes im Pfostenteil 2. Besonders günstig ist es den Übergang mit einem Radius zu versehen (Fig. 19). Insbesondere hat sich die Gestaltung der Verbreiterung des Querschnittes in Form variierenden Radien vorzugsweise in Form eines Teilbereichs einer Ellipse als sehr günstig erwiesen, doch sind auch andere Verläufe denkbar und realisierbar. Fig. 20 zeigt einen Übergang mit einer Ellipse. Vorzugsweise ist die konische Aufbaulänge so gestaltet, dass das Aufbauteil über die konische Kontaktfläche hinaus in das Pfostenteil

2 hineinragt (Fig. 22).

Bei dem Aufbauteil 3 wird die Aufgabe der mechanischen Spannungsminimierung erfindungsgemäß ebenfalls durch eine Materialschwächung gelöst. Es wird eine Ausformung (z.B. eine Bohrung) von unten in die konische Anformung des Aufbauteils

3 eingearbeitet (Fig. 23). Durch eine deutliche und ungleichmäßige Materialschwächung wird die Nachgiebigkeit des Aufbauteils 3 verändert und führt zu einer deutlichen Verteilung der mechanischen Spannung und somit zu einer Reduzierung der maximalen mechanischen Spannung im Material. Auch hier bewirken Variationen in der Geometrie der Ausformung Veränderungen in der Spannungsverteilung und somit Veränderungen des Spannungsmaximums. So kann durch mit der geometrischen Variation der Ausformung als Phase, Radius und oder einem variierendem Radius (Fig. 24) ein großer Einfluss auf die mechanische Spannungsminimierung im Pfostenteil 2 genommen werden.

Die beschriebenen Variationen der Geometrie mit der Aufgabe der Spannungsminimierung sind auch gegeben wenn es sich um mehrteilige Pfostenteile 2, mehrteilige Aufbauteile 3 und mehrteilige Verbindungsschrauben 5 handelt. Ebenfalls betrifft dies die Verbindung innerhalb des mehrteiligen Pfostenteils 2, des mehrteiligen Aufbauteils 3 und der mehrteiligen Verbindungsschraube 5. Ebenfalls kann die Eingriffsrichtung der einzelnen Elemente umgekehrt werden. Das bedeutet, dass auch das Pfostenteil 2 in das Aufbauteil 3 eingreifen kann (Fig. 16).

Nach der Verbreiterung des Querschnittes am Übergangspunkt 22 des Pfostenteils 2 ist es besonders günstig, wenn die darauf folgende Verkleinerung des Querschnittes ebenfalls mit einer Phase, einem Radius, einer Ellipse oder einer ähnlichen abgerundeten Form durchgeführt wird, wie dies im Ausführungsbeispiel nach Fig. 24 vorgesehen ist. AIIe beschriebenen und in den Figuren gezeigten Radien, variierende Radien und Ellipsen können konkav und oder konvex gestaltet sein und oder eine in Form einer Kombination aus mehreren Phasen, Radien, variierenden Radien und oder Ellipsen gestaltet sein. Vorzugsweise ist die Krümmung konkav/konvex wie in den Ausführungsbeispielen nach Fig. 10 und Fig. 20.

Das Außengewinde am Pfostenteil 2 kann in einer besonders günstigen Variante in der Steigung, im Abstand zur Drehachse und oder in seiner Form über die Pfostenlänge variieren. Eine sehr günstige Variation ist die Gestaltung von mehrstufigen Gewinden die vorzugsweise in der Gewindegangzahl variieren. Die Kombination eines zweistufigen Gewindes mit einem eingängigen Anteil und einem zwei aber vorzugsweise mit einem dreigängigen Anteil haben sich als besonders günstig erwiesen.

Zur weiteren Erhöhung der Stabilität ist beim Pfostenteil 2 nach Fig. 26 im Bereich der Übergangsstelle 24 kein äußeres Gewinde vorgesehen. Im Gewindeverlauf 4 werden daher je nach gewünschter Stabilität eine Anzahl von Gewindegängen in Höhe der Übergangsstelle 24 ausgelassen und somit die Dicke des Pfostenteils 2 in diesem Bereich erhöht.

Diese Spannungsoptimierende Gestaltung des Pfostenteils 2 und des Aufbauteils 3 kann auch bei der Verbindung von anderen im Tier und oder im Mensch eingesetzten metallischen Implantaten in Knochengewebe insbesondere aber bei keramischen Implantaten angewendet werden.

Bezugszeichenliste

Dentalimplantat

Pfostenteil

Aufbauteil

Gewinde

Verbindungsschraube

Innengewinde

Schraubenkopf

Stirnsenkung oberer Bereich des Aufbauteils

Einfräsungen herausragende Elemente apikales Ende des Aufbauteils

Implantatsschulter

Übergangsstelle

Claims

Ansprüche

1. Pfostenteil (2) zur Einbringung in einen Knochen mit einem Aufnahmekanal und einem äußeren Gewinde (4), wobei sich der Querschnitt des Aufnahmekanals von einer Übergangsstelle (24) hin zum apikalen Ende des Aufnahmekanals erweitert.

2. Pfostenteil (2) nach Anspruch 1 , bei dem sich der Aufnahmekanal in Längsrichtung zum apikalen Ende hin vor der Übergangsstelle (24) konisch verjüngt.

3. Pfostenteil (2) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Verbreiterung des Aufnahmekanals nach der Übergangsstelle (24) im Längsschnitt die Kontur eines Kreis- oder Ellipsensegmentes aufweist.

4. Pfostenteil (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welches aus einem keramischen Werkstoff auf Basis von Aluminiumoxid und/oder Zirkonoxid hergestellt ist.

5. Pfostenteil (2) insbesondere nach Anspruch 1 , wobei dieses im Bereich der Übergangsstelle (24) ohne äußeres Gewinde ausgeführt ist.

6. Dentalimplantat (1) mit einem Pfostenteil (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und einem Aufbauteil (3) mit einem in den Aufnahmekanal einbringbaren Verbindungsfuß.

7. Dentalimplantat (1) nach Anspruch 6, bei dem der Verbindungsfuß derart dimensioniert ist, dass das apikale Ende des Verbindungsfußes im in den Aufnahmekanal eingebrachten Zustand mindestens die Übergangsstelle (24) erreicht.