ITMS970006U1

ITMS970006U1 - ENDOSSEO IMPLANT IN NEW CERAMIC MATERIAL

Info

Publication number: ITMS970006U1
Application number: IT000006U
Authority: IT
Inventors: Fabio Angeloni; Angelis Enrico De; Daniele Tonlorenzi
Original assignee: Fabio Angeloni; Angelis Enrico De; Daniele Tonlorenzi
Priority date: 1997-09-23
Filing date: 1997-09-23
Publication date: 1999-03-23
Also published as: ITMS970006V0; ITMS970006U3; ITMS970005A3

Description

Descrizione gi? depositata con integrazione delle postille, Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo: "Impianto endosseo in nuovo materiale ceramico" Description already? filed with the addition of the footnotes, Description of the industrial invention entitled: "Endosseous implant in new ceramic material"

OBBIETTIVI DELL INVENZIONE OBJECTIVES OF THE INVENTION

Realizzazione di un impianto osseo composto da nuovi materiali ceramici in fibra vetrosa o cristallina e compositi, per il conseguimento dei seguenti obbiettivi: a) raggiungimento della biointegrazione, attraverso l'uso di materiali "bioattivi". Realization of a bone implant composed of new ceramic materials in glass or crystalline fiber and composites, for the achievement of the following objectives: a) achievement of biointegration, through the use of "bioactive" materials.

b) aumento-della resistenza alla trazione, alla flessione, al modulo dell'elasticit?' e alla tensione di rottura, tramite l'impiego dei suddetti materiali che hanno caratteristiche meccaniche equivalenti a quelle dei metalli . b) increase in tensile strength, flexural strength, modulus of elasticity and at the breaking stress, through the use of the aforesaid materials which have mechanical characteristics equivalent to those of metals.

STATO ATTUALE DELLA TECNICA CURRENT STATE OF THE TECHNIQUE

Il legame che i materiali bioattivi", come le ceramiche, stabiliscono con l'osso ? detto "biointegrato". E' caratterizzato, da una connessione strutturale con il tessuto osseo, attraverso un legame chimico; inoltre sono m grado di integrarsi in tempi relativamente piu1 brevi rispetto al titanio. Accanto ai grossi successi che gli impianti interamente costituiti da ceramica, hanno raggiunto, es. gli impianti in frialite tipo Monaco o tipo Tubingen, si sono avuti grossi inconvenienti, per i quali sono stati abbandonati. Infatti talvolta la resistenza di legame, pu?' essere superiore alla elasticit?' della ceramica stessa, con conseguente frattura dell'impianto, cio? sono estremamente resistenti alla compressione ma sono fragili. The bond that bioactive materials ", such as ceramics, establish with the bone is called" biointegrated ". It is characterized by a structural connection with the bone tissue, through a chemical bond; moreover, they are able to integrate relatively quickly. shorter than titanium. Alongside the great successes that implants made entirely of ceramic have achieved, eg the Munich or Tubingen type frialite implants, there have been major drawbacks, for which they have been abandoned. In fact, sometimes the resistance of bond, can? ' be higher than the elasticity? ' of the ceramic itself, with consequent fracture of the implant, that is, they are extremely resistant to compression but are fragile.

Per sfruttare le caratteristiche "bioattive" delle ceramiche, mantenendo una elevata flessibilit?1, si ? allora ricorsi ad un rivestimento, per gli impianti in titanio, o nelle sue leghe, con idrossiapatite (fosfato di calcio) che va quindi in intimo contatto con l'osso, essendo essa stessa una sua costituente . Le ceramiche di fosfato di calcio, vengono prodotte in polveri chimiche di base, sciolte in soluzione acquosa. Successivamente l'impasto ottenuto viene compattato ad alta pressione, e poi sinterizzato a temperature variabili da 1000-1300 gradi centigradi. La sinterizzazione consiste in un processo di riscaldamento della polvere, con solidificazione, ma non si raggiungono le temperature di fusione. Rimane la superfice porosa, con una resistenza inferiore a quella che si sarebbe ottenuta con la fusione stessa. La tecnica di rivestimento piu' utilizzata ? il plasma spray, e la riuscita finale ? determinata da un elevato numero di variabili: il tipo di HA, la sua provenienza, il tipo di titanio su cui viene depositata, la temperatura, il tipo di ambiente,ecc . In questo processo l'aumento della temperatura, provoca la fusione dello strato esterno delle particelle di HA che durante il raffreddamento possono subire un cambiamento di fase con formazione di TCP e di fosfati di calcio amorfi. Tale fenomeno riduce la cristallinita ' dell'HA, fatto questo che sembra determinare il grado di riassorbibilita' del rivestimento, e quindi il suo destino nel tempo. Si ritiene che un maggior grado di cristallinita' determini una minore solubilit?<1 >. Le HA in commercio presentano un grado di cristallinita' variabile tra il 5% e il 60-70%. Ci?' determina una serie di problemi; innanzitutto, ? tecnologicamente impegnativo, evitare il distacco dell'idrossiapatite dal titanio, che determinerebbe, uno strato ceramico perfettamente "biointegrato", e un impianto staccato dall'osso. Altro inconveniente ? che 1'idrossiapatite perimplantare viene talvolta riassorbita dall'osso, scoprendo il titanio sottostante. Si ritiene che maggiore ? il grado di cristallinita' minore sia la solubilit?' nell'osso. To exploit the "bioactive" characteristics of ceramics, while maintaining high flexibility 1, yes? then I resorted to a coating, for implants in titanium, or its alloys, with hydroxyapatite (calcium phosphate) which then goes into intimate contact with the bone, being itself one of its constituents. Calcium phosphate ceramics are produced in basic chemical powders, dissolved in aqueous solution. Subsequently, the mixture obtained is compacted under high pressure, and then sintered at temperatures ranging from 1000-1300 degrees centigrade. Sintering consists of a process of heating the powder, with solidification, but the melting temperatures are not reached. The porous surface remains, with a resistance lower than that which would have been obtained with the casting itself. The most used coating technique? the plasma spray, and the final success? determined by a large number of variables: the type of HA, its origin, the type of titanium on which it is deposited, the temperature, the type of environment, etc. In this process, the increase in temperature causes the fusion of the outer layer of the HA particles which, during cooling, can undergo a phase change with the formation of TCP and amorphous calcium phosphates. This phenomenon reduces the crystallinity of the HA, a fact which seems to determine the degree of resorbability of the coating, and therefore its fate over time. It is believed that a greater degree of crystallinity determines a lower solubility <1>. The HA on the market have a degree of crystallinity varying between 5% and 60-70%. There?' causes a series of problems; first of all, ? technologically demanding, avoiding the detachment of hydroxyapatite from titanium, which would result in a perfectly "biointegrated" ceramic layer and an implant detached from the bone. Other inconvenience? that the peri-implant hydroxyapatite is sometimes reabsorbed by the bone, revealing the underlying titanium. It is believed that greater? the lower degree of crystallinity is the solubility? in the bone.

Inoltre, in caso di periimplantite, attualmente ? richiesta l'asportazione dello strato rugoso di idrossiapatite, per allontanare meccanicamente la zona infetta. Dato che il titanio ossida solamente negli strati piu' superficiali, si viene ad avere, uno strato di metallo non ossidato, che ha una maggiore possibilit?' di indurre reazioni infiammatorie. Le ceramiche sono invece caratterizzate da una ossidazione in toto, che gli conferisce una maggiore inerzia chimica. Also, in case of peri-implantitis, currently? the removal of the rough layer of hydroxyapatite is required, to mechanically remove the infected area. Since titanium oxidizes only in the most superficial layers, a layer of non-oxidized metal is obtained, which has a greater possibility? to induce inflammatory reactions. Ceramics, on the other hand, are characterized by a total oxidation, which gives them greater chemical inertness.

Per tutta questa serie di motivi, gli impianti attualmente piu' usati, sono quelli in titanio, lucido, sabbiato, o rivestito di polvere di titanio (titanio plasma spray), che inducono una osteogenesi di contatto, la cosidetta "osteointegrazione" . Con questo termine si intende, "l'unione strutturale e funzionale diretta tra l'osso vitale e la superfice di un impianto sottoposto a carico", senza interposizione di tessuto connettivale. Il contatto avviene in una certa percentuale di superfice, mentre la restante parte entra in contatto con le lacune midollari dell'osso stesso. La percentuale di contatto ? in funzione del tempo di permanenza nei tessuti, del tipo di osso in cui ? avvenuto l'impianto e del tipo di carico funzionale. Una vite in titanio filettata, dopo un periodo di guarigione precarico di circa sei mesi, raggiunge una percentuale di contatto di circa il 40-50%, mentre dopo alcuni anni di carico funzionale, pu?' raggiungere anche 1'80-90% Nonostante la stretta connessione con l'osso, non ci sono legami chimici, e in assenza di connessioni micro o macromeccaniche, il materiale non offre nessuna resistenza alle forze di trazione, per questo sono detti "bioinerti". Ovviamente il materiale piu' usato ? il titanio che pu?' essere: puro, o in lega, con il 6% di Al e il 4% di Va (Ti6Al4Va) ; altro metallo di questa classe ? il vanadio. Il vetrocarbonio e alcune ceramiche come l'allumina, sono bioinerti finche rimangono senza carico protesico, poi tra osso e impianto, si viene ad interporre uno strato di tessuto fibroso. For all this series of reasons, the most used implants currently are those in titanium, polished, sandblasted, or coated with titanium powder (titanium plasma spray), which induce contact osteogenesis, the so-called "osseointegration". With this term we mean, "the direct structural and functional union between the vital bone and the surface of an implant subjected to load", without the interposition of connective tissue. The contact takes place in a certain percentage of the surface, while the remainder comes into contact with the medullary gaps of the bone itself. The percentage of contact? as a function of the residence time in the tissues, of the type of bone in which? the implant has been completed and the type of functional load. A threaded titanium screw, after a preload healing period of about six months, reaches a contact percentage of about 40-50%, while after a few years of functional loading, it can? reach even 80-90% Despite the close connection with the bone, there are no chemical bonds, and in the absence of micro or macromechanical connections, the material offers no resistance to traction forces, which is why they are called "bio-inert" . Obviously the most used material? the titanium that can? be: pure, or in alloy, with 6% Al and 4% Va (Ti6Al4Va); other metal of this class? vanadium. Carbon glass and some ceramics such as alumina are bio-inert as long as they remain without prosthetic load, then between the bone and the implant, a layer of fibrous tissue is interposed.

Per completezza esistono ancora dei materiali definiti "biotollerati", che vengono rivestiti da uno strato di connettivo perimplantare anche quando vengono impiantati in condizioni ideali. Fra questi si annoverano i materiali sintetici, i cementi ossei come il polimetilmetacrilato, le leghe acciaiose. For the sake of completeness, there are still materials defined as "biotolerated", which are coated with a layer of peri-implant connective tissue even when they are implanted under ideal conditions. These include synthetic materials, bone cements such as polymethylmethacrylate, steel alloys.

DESCRIZIONE DELL INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION

L 'invenzione consiste nell'utilizzo, per 1 'impianto endosseo, di nuovi materiali ceramici che uniscono elevate caratteristiche di biocompatibilit? ad elevate caratteristiche meccaniche, paragonabili a quelle dei metalli. Si tratta, in sostanza, di superare gli inconvenienti principali delle ceramiche che si ? tentato di utilizzare in queste applicazioni: la fragilit?, la scarsa resistenza a trazione e alla flessione. The invention consists in the use, for the endosseous implant, of new ceramic materials which combine high biocompatibility characteristics. with high mechanical characteristics, comparable to those of metals. In essence, it is a question of overcoming the main drawbacks of ceramics that you? tempted to use in these applications: brittleness, poor tensile and flexural strength.

I materiali ceramici individuati di possibile utilizzo' sono: The ceramic materials identified for possible use are:

1) in fibra, semplice o composta,suddivisibili in: 1) in fiber, simple or composite, divided into:

- fibre amorfe o vetrose,-- fibre policristalline; - amorphous or glassy fibers, - polycrystalline fibers;

fibre monocristalline o whiskers . monocrystalline fibers or whiskers.

2) compositi, composti da una massa di fondo, la matrice, e da fibre, le stesse di cui al punto precedente. 2) composites, composed of a base mass, the matrix, and fibers, the same as in the previous point.

L'impianto ? cos? composto: fixture ossea, di forma esterna qualsiasi e interna ad accoppiamento di tipo maschiofemmina cilindrico a sezione poligonale, a incastro. Un altro tipo di accoppiamento pu? essere di tipo maschio femmina cilindrico, con una posizione di stop {ad esempio a baionetta) . Questo tipo di accoppiamento impedisce movimenti rotazionali e garantisce la ri tenzione della sovrastruttura . The plant? cos? composite: bone fixture, of any external shape and internal with cylindrical male-female coupling with polygonal section, interlocking. Another type of coupling can? be of the cylindrical male female type, with a stop position (eg bayonet type). This type of coupling prevents rotational movements and ensures retention of the superstructure.

L'impianto cos? realizzato possiede intrinsecamente caratteristiche di intrusione di gran lunga inferiori a quelle di un dente naturale (circa un decimo). Per compensare questa differenza si utilizza l'interposizione di un ammortizzatore in materiale qualsiasi con caratteristiche elastiche, tra fixture e sovrastruttura di spessore tale da consentire il raggiungimento di un'intrusione paragonabile a quella del dente naturale. The plant cos? realized inherently possesses intrusion characteristics far inferior to those of a natural tooth (about one tenth). To compensate for this difference, the interposition of a shock absorber in any material with elastic characteristics is used, between the fixture and the superstructure of such thickness as to allow the achievement of an intrusion comparable to that of the natural tooth.

Claims

CLAIMS It claims: 1) the use of the following new ceramic materials: a) ceramic materials in fiber, simple or composite, subdivided into: - amorphous or glassy fibers; - polycrystalline fibers; - monocrystalline fibers or whiskers. b) composite ceramic materials, composed of a base mass, the matrix, and fibers, the same as in the previous point. 1.1) in endosseous implantology, -1.2) in removable prostheses (skeletonized, etc ...); 1.3) in fixed prostheses with or without the superimposed use of traditional type ceramics.

2) The implant composed of: bone fixture, of any external shape and internal coupling of a cylindrical male-female type with polygonal section, interlocking, or of a cylindrical male female type with a stop position (for example bayonet), with the '' interposition of a shock absorber in any material with elastic characteristics, between the fixture and the superstructure, of such thickness as to allow an intrusion to be reached