DE2447787A1

DE2447787A1 - Gebrannter keramikkoerper fuer ein knochenimplantat

Info

Publication number: DE2447787A1
Application number: DE19742447787
Authority: DE
Inventors: Yoshimasa Goto; Yoshiteru Hamano; Masaya Hirabayashi; Haruyuki Moriguchi Kawahara
Original assignee: Kyoto Ceramic Co Ltd
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1974-10-07
Filing date: 1974-10-07
Publication date: 1976-04-15
Also published as: DE2447787C2

Description

Gebrannter Keramikkörper für ein Knochenimplantat Die vorliegende Erfindung betrifft gebrannte Keramikmaterialien oder gebrannte Keramikkörper, die als Knochenersatz in der Zahn- und Oralmedizin sowie in der Orthopädie verwendet werden können.
Die Implantation von künstlichem Bio-Material in den Knochen oder als Knochenersatz hat in der Humanmedizin zunehmend an Bedeutung gewonnen. Zum Beispiel werden in der Zahnmedizinneuerer Zeit häufig ausgefallene oder unbrauchbar gewordene natürliche Zälme durch künstliche Zäme ersetzt, wobei ein Implantat in dem endostalen oder subperiostalen Bereich des Kiefers eingesetzt wird, das als Halterung für eine herausnehmbare oder feste Brücke verwendet werden kann. Bei dieser Art des Zahnersatzes kann es sich also um eine Implantatkrone, eine Implantatbrücke oder ein Implantatgebiß handeln.
Bisher bestanden die Implantate gewöhnlich aus Metall.
Vorwiegend wurden vorgefertigte Formteile in Form von Stiften, Klingen oder Schrauben oder dem endostalen Teil des Kiefers speziell angepaßte Gußteile verwendet. Bei der Wahl des verwendeten Metalls ist die Verträglichkeit des Implantats bezüglich des umgebenden Gewebes von großer Bedeutung, insbesondere die Verträglichkeit zwischen der Oberfläche des Pfosten- oder Halsteiles eines künstlichen Zahnimplantats und dem umgebenden Gewebe. Bisher hat man für solche Zwecke Titan, Kobalt-Chrom-Legierungen, Tantal, Nickel-Chrom-Legierungenw Bisen-Nickel-Chrom-Legierlmgen und dergl. verwendet. Alle diese Metalle und Legierungen haben jedoch den Nachteil, daß sie vom Speichel und anderen Mundsekreten, Speisen, Körperflüssigkeiten, Blut usw. angegriffen (ionisiert) werden und dadurch die umgebende Knochen- und Weichgewebesubstanz reizen. Implantate aus Kobalt-Chrom-Legierung oder metallischem Titan haben z.B.
den Nachteil, daß die umgebenden Zellen sich nicht mit der Begierllng bzw. dem Metall vertragen und daß daher das umgebende Gewebe nicht am Implantat haftet.
Wegen der oben geschilderten Nachteile hat man bereits versucht, anstelle der chemischen Angriffen ausgesetzten Metalle für Implantate stabile Kunststoffe oder Keramikmaterialien zu verwenden. Kunststoffe haben jedoch den Nachteil, daß sie sich im Körper durch Depolymerisation verschlechtern können, so daß sie nicht nur für das Implantat unbrauchbar werden, sondern auch die Gefahr eines Freiwerdens von krebserregenden Stoffen, die das umgebende Gewebe ernstlich schädigen können, besteht. Keramikmaterialien sind andererseits sowohl chemisch als auch mechanisch sehr stabil und daher wohl die für die Vermeidung der oben geschilderten Nachteile am besten geeigneten Materialien. Die bekannten Keramikmaterialien, die sich für Implantate eignen, haben jedoch den Nachteil, daß sie Röntgenstrahlen nur sehr wenig absorbieren, so daß es in einer Röntgenaufnahme fast unmöglich ist, die Grenzen zwischen dem Implantat und dem umgebenden Gewebe festzustellen. Dies ist in vielen Pällen hier nachteilig, da es die Uberwachung des Wachstums des Gewebes bezüglich des umgebenen Implantats und eine postoperative Untersuchung, z.B. zur Feststellung der Lage eines Implantats im Kieferknochen außerordentlich erschwert.
Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, die oben geschilderten Nachteile zu vermeiden und eine gebrannte Kera-mikzusammensetzung bzw. einen gebrannten Keramikkörper fi.r Implantatzwecke anzugeben, die physikalisch, chemisch und biologisch stabil sind, eine ausreichende mechanische Festigkeit haben, um einer wiederholten äußeren 3elastung widerstehen zu können, wie sie z.B. beim Kauen auf einen künstlichen Zahn ausgeübt werden, mit dem das Implantat nach dem Einsetzen versehen wurde, und die außerdem für Röntgenstrahlung ein hohes Absorptionsvermögen hat.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 unter Schutz gestellte Erfindung gelöst.
Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.
Die gebrannten Keramikmaterialien oder -körper bzw.
Implantate gemäß der Erfindung sind in jeder Hinsicht stabil und liefern in Röntgen-Negativen klare, weiße Schatten, so daß die Lage des Implantats im Körper, z.B. im Kiefernkilochen oder dergl., leicht und sicher bestimmt werden kann.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Photographien näher erlautet, die Röntgenaufnahmen verschiedener keramischer Implantaçkörper zeigen.
Die Aufnahmen a bis f beziehen sich auf Ausführungsformen der Erfindung; die Aufnahmen g und h sind Aufnahmen von Zusammensetzungen, die außerhalb der erfindungsgemäßen Bereichsgrenzen, jedoch nahe bei diesen liegen, und i zeigt zum Vergleich eine Röntgenaufnahme eines Körpers aus reiner Aluminiumoxidkeramik.
Die gebrannten Keramikmaterialien, Kerarikkörper für Iiplantationszwecke sowie Körper- und Knochenimplantate gemäß der Erfindung bestehen im endgültigen Zustand nach dem Brennen zu 95 bis 50 ß aus Al20 und zu 5 bis 50 aus mehr als einer der Verbindungen ZrO2, TiOz und Y203. A1203 hat unter allen Keramikmaterialien die größte mechanische Festigkeit bezüglich Druck-, Biege- und Zugbeanspruchungen und vermag diesen Beanspruchungen in einem für Implantate ausreichenden Maße standzuhalten, insbesondere hat es die Festigkeit und Widerstandsfähigkeit, wie sie für Zahnersatz und Kiefernimplantate im Hinblick auf die Beanspruchungen beim Kauen gefordert werden.
Außerdem ist Al203 chemisch, physikalisch und biologisch sehr stabil. Da ein Implantat gemäß der Erfindung A1203 als Hauptbestandteil enthält, hat es eine ausreichende mechanische, physikalische und chemische Stabilität und Festigkeit. Ein ausschließlich aus Al203 bestehendes Keramibnaterial würde jedoch für Röntgenstrahlung im wesentlichen transparent sein und der Al203-Keramik gemäß der Erfindung enthält daher mehr als eines der Metalloxide ZrO2, TiO2 und Y203 als Röntgenstrahlung absorbierenden Bestandteil. Diese Metalloxide können mit Al203-Keramikmasse durch die chemischen Hochtemperaturreaktionen, die beim Brennen von Al203 zu Keramik eintreten, zu homogenen Keramikörpern zusammengesintert werden. Die Grenzen für die Anteilsbereiche der Hauptkeramik aus Al203 und der für Röntgenstrahlung undurchlässigen Keramik aus ZrO2, TiO2 bzw. X203 sind deswegen in der oben angegebenen Weise festgelegt worden, weil bei einer Verringerung des Al203-Gehaltes unter 50 die mechanische Festigkeit verringert und das Keramikmaterial spröde wird, während bei einem unter 5 % liegenden Anteil an den die Röntgenstrahlung stärker absorbierenden Keramikanteilen die Röntgenstrahlungsabsorption für kontrastreiche Röntgenaufnahmen nicht mehr ausreicht. Der bevorzugte Bereich ist 90 bis 80 % Al203 und 10 bis 20 % von mehr als einem der Oxide ZrO2, TiO2 und Y2 03. Bei der Herstellung des Keramikmaterials bzw. der Implantate gemäß der Erfindung werden Al203 und mehr als eines der Oxide ZrO2, TiO2 und Y203 (oder Verbindungen, die diese Materialien beim Brennen liefern) in einem solchen stöchiometrischen Verhältnis gemischt, daß sich nach dem Brennen eine Zusammensetzung in dem angegebenen Bereich ergibt. Die Mischung wird dann zu einem Implantat geformt, das die Form einer Schraube, einer Klinge oder eines Stiftes und dergl.
haben kann und bei etwa 16000 C. zu Keramik gebrannt. Die Rohmasse kann einen Brenn- oder Sinterungsbeschleuniger für Al2O3 enthalten, wie BaO, GaO und/oder MgO. Die Menge dieser Zusätze soll so bemessen werden, daß ihr Anteil in der gebrannten Keramikmasse unter 10 o/o liegt. Wenn der Anteil solcher Zusätze 10 % übersteigt, können die mechanische Festigkeit und die Röntgenabsorption des Keramikmaterials leiden. Die oben für die vorliegende Keramik angegebenen Zusammensetzungen sollen also einen 10 % nicht überschreitenden Anteil an Flußmitteln oder Brennbeschleunigern für Al203, wie BaO, CaO, MgO usw.
nicht ausschließen. Diese Zusätze können also vorhanden sein, sie sind jedoch nicht notwendig.
Im folgenden werden einige Beispiele von Materialien gemäß der Erfindung und Vergleichsmaterialien beschrieben. Aus den Materialien wurden flache, rechteckige Probestücke mit Abmessungen von 18 x 4 x 1 mm hergestellt und von den Probenstücken wurden mit einem medizinischen Röntgengerät für Durchleuchtungszwecke die beiliegenden Aufnahmen gemacht. Die Ergebnisse sin-d in der folgenden Tabelle aufgeführt: Probenstück Typ Zusammensetzung (Gew.%) Aufnahme (A) Erfindung A1203 95 % + ZrO2 5 % (a) (B) " A1203 90 F ZrO2 10 lo (b) (C) fl Al203 80 + ZrO2 20 % (c) (D) " Al203 60 Vo + ZrO2 40 ß (d) (E) " Al203 80 % + Y203 20 % (e) (S) Al20 80 + Y2O3 10 % + T102 10 % (f) (G) Verschlechterte Aus. d. Erf. Al203 97 % + ZrO2 3 (g) (H) 1I Al203 96 + Y203 4 % (h) (I) Vergleichsversuch Al203 100 % (i) In den beiliegenden Aufnahmen entspricht eine helle Fläche starker Röntgenstrahlungsabsorption, während dunkle Blchen eine starke Durchlässigkeit vor Röntgenstrahlung bedeuten.
Das Probestück (I) aus reiner Aluminiumoxidkeramik absorbiert die Röntgenstrahlung praktisch nicht, wie die Aufnahme (i) zeigt. Die Probenstücke (G) und (H), die verschlechterten Ausführungsformen der Erfindung entsprechen und deren Zusammensetzung bezüglich des Gehalts an ZrO2 und Y203 außerhalb, jedoch nahe bei den für die Erfindung angegebenen Bereichen liegt, absorbieren wegen ihres Gehalts an ZrO2 und Y205 die Röntgenstrahlung zwar etwas stärker als das Probestück (1), das Absorptionsvermögen ist jedoch noch ungenügend, wie die graue Farbe der Aufnahmen (g) und (h) zeigt. Im Gegensatz dazu sind die Probe stücke aus KeramiZmaterialien mit Zusammensetzungen gemäß der Erfindung für die Röntgenstrahlung im wesentlichen undurchlässig und liefern klare, praktisch weiße Bilder, wie die Aufnahmen (a) bis (f) zeigen. Wenn ein Implantat aus dem vorliegenden Keramikmaterial in den Kiefer implantiert worden ist, läßt sich der Ort des implantierten Teiles daher leicht und sicher durch eine Röntgen-Aufnahme oder -Durchleuchtung feststellen.
Die vorliegenden Keramikkörper und Implantate haben, insbesondere für die Mund-, Kiefern- und Zahnmedizin die folgenden Vorteile: Das implantierte Teil läßt sich durch eine Röntgenuntersuchung leicht ermitteln, da es für die Röntgenstrahlung opak ist und daher z.B. im Kiefernknochen leicht festgestellt werden kann.
Änderungen der das Implantat umgebenden Knochensubstanz, die sich mit der Zeit ergeben können, lassen sich auf Röntgennegativen und bei visueller Röntgenuntersuchung des betreffenden Bereichs zu beliebigen Zeiten nach der Implantation bequem durchführen.
Da die Implantate gemäß der Erfindung aus Keramik auf Aluminiumoxidbasis bestehen, sind die mechanische Festigkeit sowie die physikalische und chemische Stabilität ausgezeichnet und die Implantate reizen auch nicht die sie umgebende Knochen-und Weichgewebesubstanz, da sie mit ihr gut verträglich sind.
Das Implantat vermag auch den Beanspruchungen beim Kauen standzuhalten, so daß es praktisch beliebige Zeiten ohne Xnderwzgen oder Bruch benutzt werden kann und nicht ausgetauscht zu werden braucht.
Da das Implantat aus Keramik besteht, neigt seine Oberfläche wegen der Polarisation der Keramik zu einem hydrophilen Verhalten,und sie ist mit den Zellen, der Weichgewebe- und Knochensubstanz gut verträglich, so daß diese zum Haften an der Keramikoberfläche neigen und das Implantat dicht mit der es umgebenden Körpersubstanz integriert wird. Das Implantat ist außerdem frei von irritierenden, toxischen und kanzerogenen Stoffen, die das umgebende Gewebe schädigen könnten; die Gefahr von postoperativen Krankheiten wird dadurch vermieden und das Implantat gewährleistet einen sehr sicheren Zahnersatz.
Die beschriebene Keramik eignet sich nicht nur sehr gut als Knochenersatz und dergl. in der Dental- und Oralmedizin, sondern auch für Knochenersatz, Schienen und implantierte Prothesen (z.B. Hüftkopfprothesen), wie sie in der orthopädischen Chirurgie genötigt werden.

Claims

X Gebrannter Keramikkörper für Implantatzwecke, d a -

d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß er 95 bis 50 Gewichtsteile Al203, 5 bis 50 Gewichtsteile mindestens einer der Verbindungen ZrO2, TiO2 und Y203 sowie weniger als 10 Gewichtsteile andere Keramikzusätze enthält.
2. Gebrannter Keramikkörper nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß er 90 bis 80 Gewichtsteile Al203 und 10 bis 2G Gewichtsteile ZrO2 und/oder Ti02 und/oder Y203 enthält.
3. Gebrannter Keramikkörper nach Anspruch 1 oder 2, d a d u rc h g e k e n n z e i c h n e t , daß er mindestens zwei der Verbindungen ZrO2, TiO2 und Y203 enthält.
4. Gebrannter Keramikkörper nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß er bis zu 10 Gewichtsteile BaO und/oder CaO und/oder MgO enthält.
5. Gebrannter Keramikkörper nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß er 95 Gewichtsteile Al 203 und 5 Gewichtsteile ZrO2 enthält.
6. Gebrannter Keramikkörper nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß er 90 Gewichtsteile Al203 und 10 Gewichtsteile ZrO2 enthält.
7. Gebrannter Keramikkörper nach Rspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß er 80 Gewichtsteile Al203 und 20 Gewichtsteile ZrO2 enthält.
8. Gebrannter Keramikkörper nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß er 60 Gewichtsteile Al203 und 40 Gewichtsteile ZrO2 enthält.
9. Gebrannter Keramikkörper nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß er 80 Gewichtsteile Al203 und 20 Gewichtsteile Y203 enthält.
10. Gebrannter Keramikkörper nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß er 80 Gewichtsteile Al203, 10 Gewichtsteile Y203 und 10 Gewichtsteile Ti02 enthält.
11. Gebrannter Keramikkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß er die Form eines stift-, klingen- oder schraubenförmigen Implantats hat.
12. Gebrannter Keramikkörper nach einem der Anspruche 1 bis 1O, a a u r c gek e n n z e i ohne t , daß er die Form einer implantierbaren Knochenprothese hat. Leerseite