CH638092A5

CH638092A5 - Kunstzahn mit implantierbarer zahnwurzel.

Info

Publication number: CH638092A5
Application number: CH792378A
Authority: CH
Inventors: Dent Guido Dr Med Riess; Helmut Dr Heide; Roland Dr Reiner; Kari Dr Koester; Guenther Broetz
Original assignee: Riess Guido
Priority date: 1977-07-23
Filing date: 1978-07-21
Publication date: 1983-09-15
Also published as: SE7801533L; LU79233A1; NO144817B; BR7801991A; DE2733394A1; IT1107152B; DE2733394B2; US4178686A; NO780308L; NO144817C; ZA78919B; AR213763A1; AU511691B2; JPS5424488A; FR2397827A1; IE780644L; NL7802816A; CA1117797A; DK95378A; AU3296578A

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen implantierbaren Kunstzahn, bzw. einen Zahn mit implantierbarer 55 Wurzel zu schaffen, die mit dem Kieferknochen dauerhaft verwachsen kann und auch bei hoher mechanischer Belastung, wie sie bei natürlichen Zähnen gegeben ist, keine Ab-stossungsreaktion zwischen dem natürlichen Knochen und dem Implantat entstehen lässt.

60 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Zahnwurzel im wesentlichen aus einer mit menschlichem Zellgewebe verträglichen, biostabilen Polymermatrix besteht, in die resorbierbare bioreaktive Calciumphosphate in fein disperser Form eingelagert sind, die von einer dünnen 65 porösen Schicht nicht resorbierbarer Calciumphosphate umgeben sind, und in die ein Kern als Verbindungsstück zur Anbringung einer dentalen Suprastruktur in Form einer Zahnkrone, eines Befestigungselementes für Zahnbrücken

eingefügt ist, wobei sich im Bereich des von der Gingiva (Mundschleimhaut) umschlossenen Zahnhalses zwischen der Zahnwurzel und der Suprastruktur ein Zwischenstück aus gewebefreundlichem, die dichte Anlagerung der Gingiva (Mundschleimhaut) unterstützendem Material befindet, und dass die dentale Suprastruktur mit der Zahnwurzel stossge-dämpft verbunden ist.

Die genannten Werkstoffe und der Aufbau der Zahnwurzel ermöglichen ein tatsächliches Verwachsen des Implantates mit dem Kieferknochen und ergeben so ein stabiles, belastungsfähiges Fundament für die in besonderer Weise aufmontierte, dentale Suprastruktur. Der dichte Randab-schluss im Bereich der Gingiva bewirkt eine völlige Abschirmung des Implantatlagers gegenüber dem Mundmilieu. Eine Überanspruchung des Implantatlagers wird schliesslich durch die erfmdungsgemässe, stossgedämpfte Anbringung der Suprastruktur auf der Zahnwurzel vermieden, durch diese Massnahme ergibt sich eine den natürlichen Verhältnissen im Zahn nachgebildete Beweglichkeit der Suprastruktur bzw. der Zahnprothese, die bei ungünstigen Belastungsverhältnissen eine zu hohe oder in der Richtung ungünstige Krafteinwirkung auf die Verankerung im Kiefer abbaut und korrigiert.

In zweckmässiger Ausgestaltung der Erfindung sind die resorbierbaren, bioreaktiven, gesinterten Calciumphosphate im äusseren Bereich der Polymermatrix in Form von kugelförmigen Partikeln mit einem Durchmesser zwischen 0,2 und 1,5 mm annähernd gleichmässig eingebettet und diese Partikel sind von einer dünnen, porösen Schicht aus nicht resorbierbarem gesintertem Calciumphosphat umgeben. Die in die Polymermatrix eingebetteten kugelförmigen Partikel besitzen somit einen mehrkomponentigen schaligen Aufbau, und zwar bestehen sie erfindungsgemäss im Kern aus einer resorbierbaren Calciumphosphatkeramik entsprechend der Zusammensetzung des Tricalciumphosphates (3CaO • 1P205) und tragen eine dünne Schale aus einer anderen nicht oder kaum resorbierbaren Calciumphosphatkeramik, nämlich aus Tetracalciumphosphat (4CaO • 1P205).

Diese Ausbildung gewährleistet eine abgestufte Resorption der Calciumphosphatkomponente und ein bioreaktives Verhalten der Zahnwurzel gegenüber dem Knochen. Das Tricalciumphosphat, also der Kern der kugelförmigen Partikel, wird relativ schnell resorbiert und simultan von neugebildeten Knochen ersetzt (vgl. K. Köster, E. Karbe, H. Kramer, H. Heide und R. König: Experimenteller Knochenersatz durch resorbierbare Calciumphosphat-Keramik, Lan-genbecks Archiv für Chirurgie 341, 77-86 (1976). Das Tetracalciumphosphat besitzt zwar eine ähnliche positive Reaktion gegenüber dem Knochen im Hinblick auf eine dichte Knochen-Keramik-Verbundbildung, wird aber nicht resorbiert. Auf diese Weise wird bei der Wurzelkonstruktion des erfindungsgemässen Kunstzahns eine innige Verbundbildung mit dem Knochen dadurch herbeigeführt, dass in die resorbierten Bereiche der Wurzeloberfläche neugebildetes Knochengewebe hineinwächst, das dann an den Innenflächen der Poren auf die nicht mehr resorbierbare Tetracal-ciumphosphatkeramik stösst und somit stets ein knochenfreundliches Material antrifft.

Um diese abgestufte Resorption und das schnelle Hineinwachsen von neugebildetem Knochen in die implantierte Zahnwurzel im Kontakt mit dem Kieferknochen zu erleichtern, befinden sich in weiterer zweckmässiger Ausbildung der Erfindung die etwa kugelförmigen Calciumphosphatpar-tikel nur in dem Oberflächenbereich der Zahnwurzel und sind etwa zu einem Fünftel bis zur Hälfte ihres Umfanges angeschnitten, derart, dass nur auf der der Polymermatrix zugewandten Seite die Schicht aus nicht oder kaum resor638 092

bierbarem, gesintertem Tetracaliumphosphat in Form des porösen Partikelüberzuges vorhanden ist. Die Polymermatrix der Zahnwurzel besteht z. B. aus Polymethylmetacrylat und Copolymeren, aus Polypropylen oder aus Polyäthylen und enthält zweckmässigerweise in gleichmässiger Verteilung 10 bis 20 Gew.-% Tricalciumphosphat als feindispersen Füllstoff, wodurch auch die übrigen Teile der künstlichen Wurzel gewebefreundlich werden und direktes Anwachsen des Knochens zulassen.

Grundsätzlich kann die Zahnwurzel in beliebigen Formen und Grössen hergestellt werden, auch in Sattelform, je nach verfügbarem Implantationsraum. Ein sehr wichtiger Vorteil der Erfindung liegt somit darin, dass die künstliche Zahnwurzel nicht der natürlichen Zahnwurzel nachgebildet werden muss, sondern, dass sie praktisch jede beliebige den mechanischen Anforderungen oder den Gegebenheiten beim Implantieren angepasste Form erhalten kann. Zweckmässigerweise hat daher die Zahnwurzel eine unterschiedliche, dem verfügbaren Implantationsraum entsprechende Form. Vorzugsweise ist die Zahnwurzel rotationssymmetrisch, insbesondere zylindrisch oder konisch zu ihrem freien Ende zulaufend ausgebildet.

Da die künstliche Zahnwurzel in ihrer äusseren Form und Abmessung dem Implantationsraum entsprechen soll, ist es auf einfache Weise möglich, mit Hilfe einer Knochenfräse auf einfache und schonende Weise, gegebenenfalls nach einer Schablone, den Implantationsraum in den Kieferknochen einzuarbeiten.

In weiterer zweckmässiger Ausbildung der Erfindung sitzt die dentale Suprastruktur z.B. in Form einer Zahnkrone, eines Befestigungselementes für Zahnbrücken od.dgl., auf einer Metallhülse, die mit Silikonkautschuk oder einem ähnlichen elastischen Werkstoff ausgefüllt ist und in die ein mit dem Kern der Zahnwurzel lösbar verbundener, z.B. verschraubbarer Bolzen hineinragt. Die auf die Suprastruktur ausgeübte Kraft wird gedämpft durch den Silikonkautschuk auf den Bolzen und von diesem auf die Zahnwurzel übertragen. Diese sogenannte «epimobile» Befestigung der Suprastruktur auf der Zahnwurzel und damit die Anordnung des stossdämpfenden Mechanismus innerhalb der Suprastruktur, also ausserhalb des eigentlichen Implantats - im Gegensatz zu einer denkbaren entsprechenden Anordnung in der Zahnwurzel - führt, wie die Praxis bestätigt, zu einem wirkungsvollen Stossdämpfereffekt mit günstigen Hebelverhältnissen.

Vorteilhafterweise ist das Zwischenstück und der Zahnwurzelkern einstückig aus gewebeverträglichem Metall, beschichtetem Metall, Metallkeramik od.dgl. hergestellt. Dabei befindet sich in dem Zwischenstück eine Innenbohrung für den Bolzen zur Befestigung der Suprastruktur. Um ein gutes Anwachsen der Gingiva (Mundschleimhaut) und ein dichtes Umschliessen des Zahnhalses zu erreichen, ist in weiterer zweckmässiger Ausbildung der Erfindung das Zwischenstück in Form eines scheibenförmigen Körpers mit konkav eingewölbtem Rand ausgebildet.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigen in schematisch vereinfachter Darstellung:

Fig. 1 in vergrösserter Darstellung im Axialschnitt den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemässen Kunstzahnes gemäss einer Ausführungsart der Erfindung,

Fig. 2 in perspektivischer Darstellung eine weitere Aus.-führungsart der Zahnwurzel des erfindungsgemässen Kunstzahnes und

Fig. 3 eine Knochenfräse mit zugehöriger Schablone zur Herstellung eines Implantatlagers für einen erfindungsgemässen Kunstzahn.

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Nach der Darstellung in Fig. 1 besteht der erfindungsge-mässe Kunstzahn im wesentlichen aus der enossalen Wurzel 1, dem Kern 2, dem von der Gingiva zu umschliessenden Zwischenstück 3 und der Suprastruktur 4, hier beispielsweise einer Verblendkrone (Jacketkrone). Der epimobile Aufbau des Kunstzahnes wird in dem hier gezeigten Beispiel dadurch erreicht, dass die Verblendkrone 4 auf eine Hülse 5 aufgesetzt ist, die eine Füllung aus Silikonkautschuk 5 enthält. Annähernd zentrisch in den Silikonkautschuk eingefügt ist ein Gewindebolzen 7, der wiederum in eine mit einem Innengewinde versehene Bohrung 13 im Zentrum des scheibenförmigen Zwischenstückes 3 eingeschraubt ist. Das Zwischenstück 3 und der Kern 2 sind hier in einem Stück ausgebildet und bestehen aus Gold oder aus einem goldbeschichteten Material; Metallkeramik kommt ebenfalls als Material zur Herstellung des Zwischenstückes 3 in Frage.

In eine Polymermatrix 8 der Zahnwurzel 1 sind nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel im äusseren Bereich kugelförmige Partikel 9 von etwa 1 mm im Durchmesser eingebettet; der Einfachheit halber wurden in der schematischen Darstellung nach Fig. 1 nur links oben solche Partikel eingezeichnet, obgleich die gesamte Peripherie der Wurzel 1 mit einer Schicht aus kugelförmigen Partikeln 9 versehen ist. Die kugelförmigen Partikel 9 bestehen aus resorbierbarer Trical-ciumphosphatkeramik und sind bei der gezeigten Ausführungsform zu etwa einem Drittel ihres Umfanges angeschnitten, so dass der neugebildete Knochen bei Resorption des Materials des kugelförmigen Körpers in die Polymermatrix der Wurzel eindringen kann. Eine die kugelförmige umgebende dünne Beschichtung 10 besteht dagegen aus nicht oder kaum resorbierbarer Tetracalciumphosphatkeramik.

Die den Zahnhals bzw. das Zwischenstück 3 umschlies-sende Gingiva ist in Fig. 1 mit der Bezugsziffer 11 bezeichnet, der symbolisch angedeutete Kieferknochen mit 12.

Die Form der Zahnwurzel 1 des erfindungsgemässen Kunstzahnes kann nahezu beliebig gewählt und den jeweiligen anatomischen Gegebenheiten angepasst werden. Während im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 die Wurzel 1 in Form eines Kegelstumpfes ausgebildet ist, zeigt Fig. 2 eine langgezogene Version 1' der künstlichen Wurzel, die z.B. als Ersatz für mehrere nebeneinanderliegende Zähne oder zur Anbringung eines hochbelasteten Befestigungselementes für Zahnbrücken vorzuziehen sein dürfte. Der Zahnhals bzw. s das Zwischenstück, das von der Gingiva möglichst vollständig umschlossen werden soll, ist in Fig. 2 und 3' bezeichnet.

Da das Implantatlager im Kieferknochen am einfachsten mit einer rotierenden, gekühlten Knochenfräse 14, vgl. Fig. 3, eingearbeitet wird, ist die Form der Wurzel 1, V ent-lo weder ein rotationssymmetrischer Zylinder oder Kegelstumpf, oder sie bildet - ähnlich Fig. 2 - einen in die Länge gezogenen Körper mit halbkreisförmigen Enden, für den zweckmässigerweise mit Hilfe einer entsprechenden Frässchablone 15 (Fig. 3) das Implantatlager in den Kieferkno-is chen gestaltet wird.

Die in Fig. 1 und 2 angedeutete, eingewölbte oder hohl-kehlige Form des Zwischenstückes 3,3' unterstützt ein den natürlichen Verhältnissen angepasstes Heranwachsen der Gingiva an dieses Zwischenstück und somit einen dichten 20 Abschluss des enossalen Teiles bzw. der Wurzel des erfindungsgemässen Kunstzahnes.

Bei dem Implantieren der Zahnwurzel 1 ist zweckmässig die Innenbohrung 13 (vgl. Fig. 1) durch eine nichtdargestell-te Schraubkappe verschlossen, die nach dem Einwachsen der 25 Wurzel 1,1' entfernt wird, worauf dann die Suprastruktur 4 mit Hilfe des Schraubbolzens 7 eingesetzt werden kann. Ein späteres Austauschen der Suprastruktur bzw. der Teile 4-7 ist bei solcher Gestaltung des Kunstzahnes ebenfalls möglich.

30 Die viskoelastischen Eigenschaften des in der Hülse 5 befindlichen Polymeren können in weiten Grenzen variiert und somit den Forderungen optimal angepasst werden.Wichtig ist, dass die Suprastruktur 4 über diese mit Kunststoff gefüllte Hülse 5 epimobil mit der Wurzel 1 derart verbunden ist, 35 dass harte Stösse bei Fehlbelastung, z.B. bei unbeabsichtigtem Biss auf einen harten Gegenstand, abgedämpft werden. Ausserdem vermag diese epimobile Befestigung der Suprastruktur die am Kiefer bei Belastungen auftretenden Relativbewegungen auszugleichen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Kunstzahn mit implantierbarer Zahnwurzel, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnwurzel (1,1') im wesentlichen aus einer mit menschlichem Zellgewebe verträglichen, biostabilen Polymermatrix (8, 8') besteht, in die resorbierbare bioreaktive Calciumphosphate in fein disperser Form eingelagert sind, die von einer dünnen porösen Schicht nicht resorbierbarer Calciumphosphate umgeben sind, und in die ein Kern (2) als Verbindungsstück zur Anbringung einer dentalen Suprastruktur (4) in Form einer Zahnkrone, eines Befestigungselementes für Zahnbrücken eingefügt ist, wobei sich im Bereich des von der Mundschleimhaut (11) umschlossenen Zahnhalses zwischen der Zahnwurzel (1, 1') und der Suprastruktur (4) ein Zwischenstück (3, 3') aus gewebefreundlichem, die dichte Anlagerung der Mundschleimhaut (11) unterstützendem Material befindet, und dass die dentale Suprastruktur (4) mit der Zahnwurzel (1) stossgedämpft verbunden ist.
2. Kunstzahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die resorbierbaren bioreaktiven gesinterten Calciumphosphate im äusseren Bereich der Polymermatrix (8,8') in Form von kugelförmigen Partikeln (9, 9') mit einem Durchmesser zwischen 0,2 und 1,5 mm annähernd gleichmässig eingebettet sind und dass diese Partikel (9, 9') von einer dünnen porösen Schicht (10) aus nicht resorbierbarem gesintertem Calciumphosphat umgeben sind.
3. Kunstzahn nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die resorbierbaren Calciumphosphate Tricalciumphos-phate und die nicht resorbierbaren Calciumphosphate Te-tracalciumphosphate sind.
4. Kunstzahn nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die etwa kugelförmigen Calciumphos-phatpartikel (9,9') nur in dem Oberflächenbereich der Zahnwurzel (1, 1') befinden und zu einem Fünftel bis zur Hälfte ihres Umfanges angeschnitten sind, derart, dass nur auf der der Polymermatrix (8. 8') zugewandten Seite die Schicht (10) aus nicht oder kaum resorbierbarem, gesintertem Tetracal-

5 ciumphosphat in Form des porösen Partikelüberzuges (10) vorhanden ist.
5. Kunstzahn nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die Polymermatrix (8, 8') ein im Vergleich zu den eingelagerten Partikeln (9,9') feindisperser io Füllstoff aus gesintertem resorbierbarem Tricalciumphos-phat in einer Menge zwischen 10 und 20 Gew.-%, bezogen auf die Polymermatrix, gleichmässig verteilt eingelagert ist.
6. Kunstzahn nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnwurzel (1) rotationssymme-

15 trisch, insbesondere zylindrisch oder konisch zu ihrem freien Ende zulaufend ausgebildet ist.
7. Kunstzahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dentale Suprastruktur (4) auf einer Metallhülse (5) sitzt, die mit Silikonkautschuk (6) oder einem ähnlichen ela-

20 stischen Kunststoff ausgefüllt ist und in die ein mit dem Kern (2) der Zahnwurzel (1) lösbar verbundener, z.B. ver-schraubbarer Bolzen (7) hineinragt.
8. Kunstzahn nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück (3, 3') und der Zahnwurzelkern (2)

25 einstückig aus gewebeverträglichem Metall, beschichtetem Metallkeramik hergestellt sind, und dass sich in dem Zwischenstück (3, 3') eine Innenbohrung (13) für den Bolzen (7) zur Befestigung der Suprastruktur (5) befindet.
9. Kunstzahn nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn-

30 zeichnet, dass das Zwischenstück (3, 3') in Form eines scheibenförmigen Körpers mit konkav eingewölbtem Rand ausgebildet ist.

Die bekannten und derzeit am meisten verwendeten Implantate bestehen in ihrem Verankerungsteil aus Metall und sind in Form einer Platte, Nadel oder Schraube ausgebildet. Allen diesen implantierbaren Körpern ist gemeinsam, dass die Verankerung der Prothese am Knochen auf einer rein mechanischen Verzahnung mit dem Knochen beruht. Eine direkte, übergangslose Verwachsung des Implantates mit dem Knochen ist dabei nicht möglich, vielmehr bildet sich im Grenzbereich zwischen Knochen und implantierten Körper stets eine mehr oder weniger dicke, bindegewebige Abkapslung, die bei Belastung der Prothese in ihrer Grösse und Dicke noch zunimmt und den Beginn einer Abstossungsre-aktion darstellt. Dieser Vorgang ist nach dem heutigen Erkenntnisstand auf ein Ineinandergreifen von biochemischen und biomechanischen Faktoren zurückzuführen.

Ferner sind künstliche Zahnwurzeln bekannt, die aus einem metallischen Kern mit einem Überzug aus reiner A1203-Oxidkeramik bestehen (bioinerte Werkstoffe). Zur Vergrös-serung der Oberfläche tragen diese Al203-Wurzeln Einschnitte, Rippenstrukturen oder Bohrungen, in die der Kieferknochen hineinwachsen soll, um so eine mechanische Verzahnung herbeizuführen. Es wurde jedoch festgestellt, dass Prothesenschäfte aus Al203-0xidkeramik, insbesondere bei hoher mechanischer Belastung im Knochen/Keramik-Grenzbereich, durch eine Bindegewebskapsel abgetrennt werden, so dass eine direkte Verbundbildung mit dem Knochen nicht eintreten kann. Im Zuge eines dynamischen Umbildungsprozesses des Knochens kann diese Bindegewebs-membran an Stellen höherer Belastung an Dicke zunehmen: Es kommt dadurch zur Lockerung und schliesslich zur Abstossung der Prothese bzw. des Implantats. Analoge Ein-40 wände bestehen gegen Implantate aus anderen bioinerten Werkstoffen, zu denen z.B. auch Implantate aus Glaskohlenstoff zu rechnen sind.

Bei einer weiteren Gruppe von bekannten Zahnprothesen werden spezielle glaskeramische Werkstoffe als Pro-45 thesenschaft verwendet, die aufgrund ihrer Zusammensetzung eine bioaktive Wirkung auf die Knochenbildung ausüben sollen, wodurch man eine direkte Verwachsung von Knochen und Implantat zu erreichen hofft. Diese Glaskeramik und die zur Haftung an Metall benötigten Emails ent-50 halten körperfremde Bestandteile, die eine langzeitige Kompatibilität mit dem Körpergewebe zumindest fraglich erscheinen lassen.