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Zahnschiene zur Behandlung von Zahnfehlstellungen mit einer Vorrichtung zur Befestigung der Zahnschiene und deren Herstellungsverfahren
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf das Gebiet der Kieferorthopädie und der reversiblen Befestigung transparenter orthodontischer Zahnschienen zur Regulierung von Zahnfehlstellungen. Solche Schienen werden im Allgemeinen als Aligner bezeichnet.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Zahnschiene zur Behandlung von Zahnfehlstellungen mit einer Vorrichtung zur Befestigung der Zahnschiene an im Kieferknochen verankerten temporären Verankerungselementen und deren Herstellungsverfahren.
Seit den späten 1990er Jahren wurden durchsichtige Schienen zur Bewegung von Zähnen entwickelt. Es handelt sich dabei um in der Regel aus Kunststoff gefertigte Schienen, die über einen Zahnbogen gestülpt werden können. Dabei wurde zunächst eine Abformung der Zahnbögen des Patienten vorgenommen, um dann über einen Scan der Abformung ein digitales 3D-Modell des Gebisses zu erstellen. Anhand dieses Modells kann mit einer interaktiven Computersoftware die gewünschte Ausrichtung der Zähne eingestellt werden. Die Software schlägt dann schrittweise Zwischenstufen zwischen der aktuellen und der gewünschten Ausrichtung vor, und es werden durchsichtige Kunststoff- oder Acryl-Aligner erstellt, die der Patient eine gewisse Zeit trägt und dann auf die nächste Stufe wechselt. Jeder Aligner übt durch elastische Verformung des Alig- ner-Körpers eine kleine korrigierende Kraft auf die Zähne aus und bewegt dadurch die Zähne in die gewünschte Richtung. Die Behandlung kann sich über einen längeren Zeitraum erstrecken, da eine Reihe aufeinanderfolgender Aligner verwendet werden. Bei der Bewegung von Zähnen mit Hilfe orthodontischer Zahnschienen (Aligner) werden die Aligner im Allgemeinen an den Zähnen verankert. Teilweise werden hierzu sogenannte Attachements auf den Zähnen angebracht.
Nachteilig bei den bekannten Schienensystemen ist, dass die Effektivität von Alignern bei bestimmten Zahnbewegungen nicht gegeben ist, da die Verankerung im Zahnbogen sich immer auch auf die an der Bewegung nicht beteiligten Zähne auswirkt. Dadurch kommt es häufig zu unerwünschten Bewegungen und Verankerungsverlust, die sogenannte Überkompensationen notwendig machen, um die gewünschte Endposition der Zähne zu erreichen.
Zur Vermeidung von reziproken Kräften auf den Zahnbogen kann eine Abstützung der zu bewegenden Zähne im Knochen mittels zeitlich begrenzt inkorporierter Implantate (TADS = Temporary Anchorage Devices) erfolgen. Zur Verbindung des Aligners an den temporären Verankerungsvorrichtungen ist eine Befestigungsvorrichtung mit gebogenen
Metalldrähten oder Metallröhrchen und/oder Platten mit Bohrungen bekannt. An den Röhrchen angebrachte Verankerungsdrähte werden gebogen und an zwei Zähnen festgeklebt und die Platten an den inkorporierten Implantaten verschraubt.
Durch diese bekannte Befestigung erfolgt zwar eine Abstützung der zu bewegenden Zähne am Kieferknochen. Allerdings wirkt die Kraft primär auf die Zähne, an denen die Befestigungsvorrichtung angeklebt ist, so dass keine gleichmäßige Kraft auf den gesamten Zahnbogen einwirkt. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Aligner, die dann über diesen Zahnbogen und Teile der angeklebten Befestigungsvorrichtung gestülpt werden, Spiel haben. Zudem kann sich der Klebstoff ablösen. Weiterhin wird die sich im Ober- oder Unterkiefer befindliche Befestigungsvorrichtung vom Patienten häufig als störend empfunden, zumal an den Drähten oder Platten der Befestigungsvorrichtung Essensreste hängenbleiben und sich verhaken können.
Ein weiterer Nachteil der bislang bekannten Befestigung ist, dass die Anfertigung solcher individueller Befestigungsvorrichtungen mit weiteren Kosten und Aufwand verbunden ist.
Aus der US 2006/0172251A ist eine orthopädische Apparatur zum Vorschub des Unterkiefers mit einem elastischen Vorschubsteg mit zwei Enden und einer implantierten Schraubenvorrichtung bekannt. Jedes Ende des Vorschubstegs weist jeweils eine Öffnung zur Verankerung an einer implantierten Schraubenvorrichtung auf. Die Befestigung der Enden des Vorschubstegs an den implantierten Schraubenvorrichtungen erfolgt dadurch, dass ein Sicherungsschraubenelement durch eine Öffnung in dem mit dem jeweiligen Ende des Vorschubstegs verbundenen Verbindungselement mit dem in dem Knochen implantierten Knochenschraubenelement verschraubt wird und dadurch ein Teil des Verbindungselements zwischen den Schraubelementen festgeklemmt wird. Diese Schiene wirkt intermaxilär.
Die US 2020/0383710 A lehrt einen Oberkieferexpander und eine Protraktionsvorrichtung umfassend eine im Kieferknochen zu verankernde Vorrichtung alleine oder in Kombination mit fixierten oder einstellbaren Alignern.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Zahnschiene bereitzustellen, die auf einfache Weise in den im Kieferknochen verankerbaren temporären Verankerungselementen befestigbar ist, eine effektive Zahnbewegung und eine einfache Reinigung des Mundraums ermöglicht und ein Herstellungsverfahren anzeigen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und 10 gelöst.
Erfindungsgemäß werden eine Zahnschiene und eine schraubenförmige Befestigungsvorrichtung, die in dem temporären Verankerungselement befestigbar ist und einen Kopf aufweist, bereitgestellt, wobei die Zahnschiene derart ausgebildet ist, dass sie wenigstens eine napfförmige Ausnehmung oder Öffnung zur Aufnahme des Kopfes der Befestigungsvorrichtung aufweist und der Kopf der Befestigungsvorrichtung derart geformt ist, dass er in die napfförmige Ausnehmung hineinsteckbar oder durch die Öffnung in der Zahnschiene hindurchsteckbar ist, so dass die Befestigungsvorrichtung mit der Zahnschiene kraftschlüssig und lösbar verbunden werden kann.
Dadurch, dass die Zahnschiene erfindungsgemäß mit wenigstens einer napfförmigen Ausnehmung oder Öffnung versehen ist und die Ausnehmung korrespondierend zu der Form des Kopfes der Befestigungsvorrichtung ausgebildet ist, so dass der Kopf in die Ausnehmungen hineingesteckt oder durch die Öffnungen hindurchgesteckt werden können, wird erfindungsgemäß eine kraftschlüssige Verbindung bereitgestellt, die auf einfache Weise vom Patienten selbst durch Abziehen oder Herausziehen des Kopfes der Befestigungsvorrichtung aus der Ausnehmung oder der Öffnung gelöst werden kann. Somit kann der Patient die an dem temporären Implantat mittelbar befestigte Zahnschiene zum Reinigen entnehmen und anschließend durch das Aufschieben der Ausnehmungen
auf oder Hindurchschieben der Öffnungen durch die Schraubenköpfe wieder selbst einsetzen.
Dies ermöglicht eine einfache und hygienische Reinigung, nicht nur des Aligners, sondern auch des Mundraumes, was bei den bislang bekannten im Mund verbliebenen Befestigungsvorrichtungen mit Röhrchen, Stäben und Platten nicht der Fall ist.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die einfache Herstellung der erfindungsgemäßen Zahnschiene, da im Vergleich zu der üblichen Herstellung der Zahnschienen die Abformung des Zahnbogens nur mit den bereits implantierten temporären Verankerungsmitteln mit den damit verbundenen Befestigungsvorrichtungen erfolgt, so dass bei der Herstellung der Schienen dann auch die Position der bereits implantieren temporären Verankerungsmittel mit den daran befestigten Befestigungsmitteln berücksichtigt werden kann. In der Regel erfolgt die Herstellung der napfförmigen Ausnehmungen durch Tiefziehen.
Somit kann die aufwändige Herstellung und Anpassung der bislang bekannten Befestigungssysteme vermieden.
Die Verbindung zwischen der Befestigungsvorrichtung und der Zahnschiene kann dadurch erfolgen, dass der Kopf der Befestigungsvorrichtung noppenförmig, das heißt hervorstehend ausgebildet ist und die Zahnschiene eine Ausnehmung aufweist und daher napfförmig ist, die der Negativform des Kopfes der Befestigungsvorrichtung entspricht, so dass eine kraftschlüssige Verbindung erzielt wird, wenn der Kopf der Befestigungsvorrichtung in die damit korrespondierende Ausnehmung in der Schiene hineingesteckt wird. Somit umfasst die Zahnschiene den Kopf der Befestigungsvorrichtung vollständig.
In einer bevorzugten Variante erfolgt die lösbare Verbindung der Zahnschiene an den Befestigungsvorrichtungen durch eine rein kraftschlüssige Verbindung, indem ein zylindrischer Kopf der Befestigungsvorrichtung in eine zylindrische Ausnehmung in der Zahnschiene hineingesteckt
wird, ähnlich der Verbindung bei einem Lego®-Stein. Die Durchmesser werden dabei so aufeinander abgestimmt, dass ein gewolltes Lösen der Zahnschiene von den Befestigungsvorrichtungen möglich ist, aber ein unabsichtliches Ablösen der Zahnschiene von den Befestigungsvorrichtungen im bestimmungsgemäßen Gebrauch verhindert wird.
In einer weiteren bevorzugten Variante weist der Kopf der Befestigungsvorrichtung einen Hinterschnitt auf, so dass der Kopf der Befestigungsvorrichtung in der damit korrespondierenden napfförmigen Ausnehmung verrastbar ist beziehungsweise verklemmt werden kann. In dieser Variante kann die Befestigungsvorrichtung auch als Klemmelement bezeichnet werden. Bei dieser Variante des Kopfes mit Hinterschnitt kann die Seitenwand des Kopfes sich beispielsweise in Richtung des Schaftes kegelstumpfartig verjüngen oder eine konkave oder konvexe Form aufweisen oder eine nach außen weisende Kante in der Höhe des Äquators des Kopfes. In dieser Variante wird somit sowohl eine kraftschlüssige, als auch infolge des Hinterschnitts, eine formschlüssige Verbindung verwirklicht.
Grundsätzlich kann der Kopf der Befestigungsvorrichtung sowohl rund als auch eckig, insbesondere vier- oder sechseckig als auch anderweitig geformt sein.
Die form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen Befestigungsvorrichtungen und Zahnschiene ist vorteilhafterweise so gestaltet, dass ein zerstörungsfreies Abnehmen der Zahnschiene von den Befestigungsvorrichtungen aufgrund der Elastizität des Zahnschienenmaterials mehrfach möglich ist.
Um ein einfacheres Aufstülpen der Zahnschiene mit den napfförmigen Ausnehmungen zu ermöglichen, kann der Kopf des Befestigungselements auch angeschrägt sein.
Unter einer napfförmigen Ausnehmung wird erfindungsgemäß eine jeder auf einer Seite offene Hohlkörper vorstehen, wobei die Form des Hohlkörpers im Wesentlichen der Form des Kopfes der Befestigungsvorrichtung entspricht.
Mit der vorliegenden Erfindung wird die Wirksamkeit von kieferorthopädischen Behandlungen bei Aligner-Therapien verbessert, da die Zahnschienen vermittels der mit den Zahnschienen kraftschlüssig und vorzugsweise auch formschlüssig verbundenen Befestigungsvorrichtungen, die wiederum mit den im Knochen verankerten Verankerungselementen verschraubt sind, indirekt im Knochen verankert sind und somit weniger schädliche Kräfte auf die restlichen in der Zahnschiene gefassten Zähne eingeleitet werden, so dass weniger Nebenwirkungen auftreten.
Die Befestigungsvorrichtung kann aus einem mundbeständigen medizinischen Stahl oder aus einem für den Mundraum zugelassenen harten Kunststoffmaterial wie zum Beispiel PMMA bestehen.
Die Zahnschiene ist im allgemeinen transparent und vorzugsweise eine intramaxiläre Zahnschiene, insbesondere ein Aligner, nämlich eine transparente Zahnschiene aus Kunststoff oder Acryl zur Applikation von Kräften zur Zahnbewegung in einem Kiefer. Das Material der Zahnschiene sollte eine gewisse Elastizität aufweisen, damit sie über die Köpfe gestülpt werden kann.
Vorzugsweise wird die Zahnschiene durch Vakuum- oder Überdrucktechnik, mittels Drucken, insbesondere 3D-Druck oder durch additive Fertigung, insbesondere additiven 3D-Druck hergestellt.
Die Positionen der napfförmigen Ausnehmungen der Zahnschiene oder der Öffnungen richten sich nach der Position der temporär implantierten Verankerungselemente.
Grundsätzlich ist es ausreichend, die Zahnschiene mittels einer napfförmigen Ausnehmung oder einer Öffnung an einer Befestigungsvorrichtung zu befestigen. Vorzugsweise erfolgt die Befestigung jedoch mit zwei
napfförmigen Ausnehmungen oder Öffnungen an zwei Befestigungsvorrichtungen. Auch mehr als zwei Befestigungsvorrichtungen, insbesondere drei oder vier, sind möglich.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Zahnschiene mit Befestigungsvorrichtung, wobei der Zahnbogen und Gaumenbereich des Patienten einschließlich der an den implantierten temporären Verankerungselementen befestigten Befestigungsvorrichtungen abgeformt oder mittels Scan erfasst werden, daraus ein 3D-Modell erstellt, daraus die Zwischenstufe zwischen der aktuellen und der gewünschten Ausrichtung der Zähne berechnet und aufgrund dieser Daten und der Position der Befestigungselemente eine oder mehr Zahnschienen mit napfförmigen Ausnehmungen aus einem eine gewisse Elastizität aufweisenden transparenten Kunststoffmaterial hergestellt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen exemplarisch beschrieben, wobei die Erfindung nicht auf die beschriebenen Merkmale der Ausführungsbeispiele beschränkt ist. In den Zeichnungen zeigen
Figur 1 den Gaumenbereich mit Zähnen und einer Zahnschiene mit zwei napfförmigen Ausnehmungen zur Aufnahme der Befestigungsvorrichtungen,
Figur 2 einen Schnitt durch eine in dem temporären Verankerungselement verschraubte Befestigungsvorrichtung 30 mit einem zylindrischen Kopf gemäß einer ersten Variante, wobei der Kopf in einer zylindrischen Ausnehmung der Zahnschiene aufgenommen ist,
Figur 3 die Einzelteile aus Figur 2 als Explosionszeichnung,
Figur 4 einen Schnitt durch eine in dem temporären Verankerungselement verschraubte Befestigungsvorrichtung mit einem Kopf mit Hinterschnitt gemäß einer zweiten Variante, wobei der
Kopf in einer korrespondierenden Ausnehmung in der Zahnschiene aufgenommen und verrastet beziehungsweise verklemmt werden kann,
Figur 5 einen Schnitt durch ein temporär im Kiefer verankerbares Verankerungselement (TADS-Implantat),
Figur 6 einen Schnitt durch die schraubenförmige Befestigungsvorrichtung,
Figur 7 verschiedene Köpfe der Befestigungsvorrichtung,
Figur 8 einen Schnitt ähnlich Figur 4, wobei der Kopf der Befestigungsvorrichtung jedoch durch eine Öffnung in der Zahnschiene hindurchgesteckt ist.
Figur 1 zeigt schematisch die Draufsicht auf den Gaumenbereich 50 im Oberkiefer mit Zahnbogen 51 und den Zähnen 52. Über den Zahnbogen 51 ist eine Zahnschiene 20 gestülpt, die im vorliegenden Beispiel auch einen Teil des vorderen Gaumenbereichs 53 überdeckt.
Die Zahnschiene 20 weist zwei napfförmige Ausnehmungen 21 auf, die sich bei dem hier dargestellten Oberkiefer im vorderen Gaumenbereich 53 befinden können. Bei einer Zahnschiene 20 für den Unterkiefer werden die napfförmigen Ausnehmungen 21 im allgemeinen bucal oder lingual angeordnet.
Die napfförmigen Ausnehmungen 21 dienen der Aufnahme der Köpfe 31 der schraubenförmigen Befestigungsvorrichtungen 30, wie in den Figuren 2 bis 4 gezeigt.
Die Verbindung zwischen dem Schraubenkopf 31 und der napfförmigen Ausnehmung 21 kann nur aufgrund eines Formschlusses erfolgen, wie in Figur 2 und 3 mit dem zylindrischen Schraubenkopf 31 schematisch dargestellt, oder mittels eines Kraft- und Formschlusses, wie in Figur 4 bei
dem Schraubenkopf 31 mit Hinterschnitt 35 und der entsprechend geformten Ausnehmung 21 gezeigt.
Bis auf die unterschiedliche Form des Schraubenkopfes 31 und der damit korrespondierenden Ausnehmung 21 sind die Figuren 2 und 4 identisch.
Die schraubenförmige Befestigungsvorrichtung 30 wird mit den im Kiefer verankerten temporären Verankerungselementen 11 verbunden, vorzugsweise verschraubt. Die Verbindung zwischen temporärem Verankerungselement 11 und Befestigungsvorrichtung 30 kann aber auch mittels Verkleben oder Klemmen oder anderweitig erfolgen.
Das temporäre Verankerungselement 11, das schematisch in Figur 5 dargestellt ist, ist an sich bekannt und weist an seiner Außenseite ein Gewinde 12 auf, mittels dem es in den Kieferknochen eingeschraubt werden kann. An der nach oben weisenden Seite weist das Verankerungselement 11 Antriebsmittel 14, beispielsweise mit einem Sechseckprofil 14 auf, mittels der das Verankerungselement 11 mit einem geeigneten Schraubenschlüssel in den Knochen geschraubt werden kann.
Die in Figur 6 dargestellte Befestigungsvorrichtung 30 ist schraubenförmig, weist einen Schaft 32 mit einem Außengewinde 33 und einen Schraubenkopf 31 auf und dient einerseits zur Befestigung in dem temporären Verankerungselement 11 und zum anderen zur lösbaren Befestigung an der Schiene 20. Die Befestigung an dem temporären Verankerungselement 11 erfolgt mittels Verschraubung des Außengewindes 33 in dem Innengewinde 13 des Verankerungselements 11.
Nach dem Verschrauben liegt die Unterseite 36 des Kopfes 31 der Befestigungsvorrichtung 30 auf der nach oben weisenden Seite 15 des Verankerungselements 11 auf.
Die Form des Schraubenkopfes 31 kann unterschiedlich sein. Zum einen kann die senkrecht der Stirnfläche 30 verlaufende Seitenwand 37 des Kopfes 31 gemäß Figur 2 zylindrisch sein, so dass sie in eine ebenfalls
zylindrische Ausnehmung in der Zahnschiene 20 hineingesteckt werden kann und dort durch einen Kraftschluss (Haftreibung) fixiert ist.
Nachdem die Befestigungsvorrichtung 30 in dem implantierten temporären Verankerungselement 11 fest verschraubt ist, wird durch das Hineinstecken der zylindrischen Köpfe 31 der Befestigungsvorrichtungen 30 in die zylindrischen napfförmigen Ausnehmungen 21 gemäß Figur 2 eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Schiene 20 und Befestigungsvorrichtung 30 und damit letztendlich eine Verbindung zwischen der Schiene 20 und dem Kieferknochen bereitgestellt, die durch ein Herausziehen des Kopfes 31 der Befestigungsvorrichtung 30 aus der Ausnehmung 21 der Schiene 20 lösbar ist.
Der Kopf 31 kann jedoch auch einen Hinterschnitt 31 aufweisen, wie in Fig. 4 und Figur 7 a - c dargestellt, so dass der Kopf 31 in der korrespondierenden Ausnehmung 21 verrastet beziehungsweise verklemmt werden kann. Die Ausnehmung 21 weist hierfür eine mit der Form des Kopfes 31 korrespondierende Einschnürung 23 auf.
Die senkrecht der Stirnflächen 38 des Schraubenkopfes 31 verlaufende Seitenwand 37 kann konkav geformt sein (Figur 7a), oder sich in Richtung des Schaftes 32 kegelstumpfartig verjüngen (Figur 7b) oder eine konvexe Form oder gar eine nach außen weisende Kante am Äquator 39 des Kopfes 31 aufweisen (Figur 7c). Selbstverständlich können die Köpfe 31 mit Hinterschnitt auch anders geformt sein.
Durch die Verrastung des Kopfes 31 mit Hinterschnitt 35 in der napfförmigen Ausnehmung 21 wird eine kraft- und formschlüssige Verbindung erreicht, vgl. Figur 4, und somit ein unbeabsichtigtes Lösen der Schiene weiter erschwert.
Das Lösen der Zahnschiene 20 von den Befestigungsvorrichtungen 30 in den implantierten Verankerungselementen 11 kann sowohl bei einer rein
kraftschlüssigen Verbindung gemäß Figur 2, als auch bei der Rastverbindung gemäß Figur 4 durch ein Herausziehen der Schiene vom Patienten auf einfache Weise selbst vorgenommen werden.
In einer weiteren in Figur 8 dargestellten Variante weist der Kopf 31 der Befestigungsvorrichtung 30 einen Hinterschnitt 35 auf und der Kopf 31 wird mit der Zahnschiene 20 verrastet, wie zuvor bei Figur 4 beschrieben, allerdings nicht vermittels der napfförmigen Ausnehmung 21, die mit der Form des Kopfes 31 korrespondiert. Vielmehr wird der Kopf 31 mit dem Hinterschnitt 35 durch eine Öffnung 22 in der Zahnschiene 20 hindurchgesteckt. Die Form der Öffnung 22 korrespondiert mit der Form des Kopfes 31 und ist vorzugsweise kreisrund. Die Öffnung kann aber auch eckig oder anders geformt sein. Durch den Hinterschnitt 35 ist diese Verbindung gegen ein unbeabsichtigtes Lösen gesichert.
Diese Variante ermöglicht, dass auch eine bereits vorhandene Zahnschiene 20 in der erfindungsgemäßen Weise mittels der Befestigungsvorrichtungen 30 an den Verankerungselementen 11 befestigt werden kann. Bei bekannter Position der in den implantierten Verankerungselementen 11 befestigten Befestigungsvorrichtungen 30 müssen nur die entsprechenden Öffnungen 22 in die Zahnschiene 20 eingebracht werden, die einen solchen Durchmesser haben, dass die Köpfe der Befestigungsvorrichtungen 30 durch die Öffnungen 22 hindurchgeschoben werden können.
In dieser Variante sind die Befestigungsvorrichtungen 30 nicht vollständig durch die Schiene 20 abgedeckt, sondern ragen vielmehr durch die Öffnungen 22 in der Schiene 20 heraus. Der Kopf 31 wird von den Öffnungen 22 ringförmig umfasst.
In den zuvor beschriebenen Varianten mit der Schiene 20 mit der napfförmigen Ausnehmung 21 deckt die napfförmige Ausnehmung 21, die Teil der Schiene ist und während der Herstellung in das Schienenmaterial eingeformt wird, die Befestigungsvorrichtungen hingegen vollständig ab.