DE69519754T2 - Gerät zum testen der passiven verbindung von miteinander verschraubten teilen - Google Patents

Description

• Es gibt viele Situationen, in welchen eine durch eine Schraube gehaltene Struktur zu einer anderen Stuktur, mit der sie verbunden werden soll, mit einem hohen Grad an Genauigkeit und Passivität passen muß - das heißt, wenn die Halteschrauben angezogen werden, sollten sie auf keine Struktur einen Druck oder eine mechanische Verformung ausüben.
• Vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überprüfen der Passivpassung von schraubengehaltenen Strukturen. Es ist klar zu erkennen, daß es zahlreiche Situationen gibt, bei denen Strukturen präzise und passiv mittels Schrauben, Schraubbolzen oder anderer Gewindekomponenten in einem breiten Bereich von Genauigkeit und Drehmoment miteinander verbunden werden müssen; die vorliegende Erfindung findet ihre besondere Anwendung in der Zahntechnik, wie weiter unten beschrieben, aber es ist klar zu ersehen, daß die herrschenden, Prinzipien gleichermaßen auch bei jeglicher anderen Art von Technikanwendungen angewandt werden können.
• Wenn Zähne als Ergebnis von beispielsweise einer Zahnerkrankung verlorengegangen sind, kann es notwendig werden, Zahnimplantate anzubringen. Zahnimplantate bestehen üblicherweise aus Titan oder anderen gewebeverträglichen Materialien und bilden eine feste und flexible Einheit mit dem Knochen. Diese Art der Einheit wird als "Osseointegration" bezeichnet. Es ist nunmehr zu ersehen, daß die Osseointegration unter günstigen Umständen viele Jahre hält. Diese Vereinigung kann jedoch schnell zusammenbrechen, wenn das Implantat durch ungünstige Kräfte überbelastet ist.
• Allgemeine Praxis ist es, mehrere Implantate zum Halten einer Zahnbrücke zu verwenden. Es ist auch allgemeine Praxis, Halteschrauben zu verwenden, um derartige Brücken mit den Implantaten zu verbinden.
• Brücken werden heute durch Abgießen von Wachs- oder Kunststoff-Formen in Metall-Legierungen oder unter Verwendung von computergestützter Gestaltung und computergestützter Frästechnik hergestellt. Die meisten Schritte der Konstruktion werden an Modellen ausgeführt, die von Abdrücken des Mundes des Patienten hergestellt sind. Es gibt daher ein großes Fehlerpotential bei der Herstellung des Brückengestells, und es ist daher nicht überraschend, daß kleine Diskrepanzen bei der mechanischen Passung des Brückenoberbaus auf den Zahnimplantaten auftreten können.
• Bei der Positionierung im Mund kann eine geringe Diskrepanz manchmal unbemerkt bleiben, mit dem Ergebnis, daß, wenn die Brücke trotz eines kleines Fehlers an Ort und Stelle eingeschraubt wird, infolge von Biegung des Implantats, des umgebenden Knochengewebes, des Brückenoberbaus, der Halteschraube oder irgendwelcher anderer Prothesenbauteile die Brücke trotz nicht perfekter Passung sitzt. Als Ergebnis dieser Biegung kann sich dann in dem System ein beträchtlicher Druck oder eine beträchtliche mechanische Verformung aufbauen. Dies manifestiert sich später in einem Ausfall einer der Komponenten oder einem Ausfall der Osseointegration und schließlich in dem Verlust des Implantats.
• Wenn der implantatgehaltene Brückenoberbau gegenüber dem Implantat präzise paßt, wird dies allgemein als passive Passung bezeichnet - das heißt, wenn die Schrauben angezogen werden, wird kein Druck oder keine Belastung ausgeübt. Unter diesen Umständen bewirkt ein Anziehender Schrauben, die den Brückenoberbau halten, lediglich ein Drücken des Gestells gegen den Kopf des Implantats.
• Fig. 1 zeigt das schnelle Ansteigen des Drehmoments beim Anziehen der Halteschrauben, wenn der Schraubenkopf den Brückenoberbau berührt und der Oberbau passiv zum Implantat paßt.
• Wo der durch Implatat gehaltene Brückenoberbau schlecht zu den Implantaten paßt, führt das Anziehen der Halteschrauben zu einem relativ langsameren Aufbauen der Spannung in der Schraube, da die verschiedenen Komponenten des Systems gebogen werden.
• Fig. 2 zeigt, wie die Spannung in der Halteschraube (oder das auf diese ausgeübte Drehmoment) langsam steigt, wenn die verschiedenen Komponenten des Systems gebogen werden, und dann schnell steigt, wenn der Oberbau gegen das Implantat gepreßt wird, wenn der Oberbau zum Schluß das Implantat berührt.
• Die vorliegende Erfindung ist eine Vorrichtung, die die Spannung in der Halteschraube bei deren Anziehen überwacht. Ein schneller Spannungsaufbau bei minimaler Drehung der Halteschraube zeigt an, daß ein Brückenoberbau passiv zu den Implantaten paßt; während ein relativ langsames Aufbauen der Spannung mit längerer Rotation der Schraube bei Spannungsanstieg anzeigt, daß der Oberbau anfänglich vom Implantat getrennt ist.
• Aus der US-A-4 359 906 ist eine Knochenschrauben-Eintreibvorrichtung bekannt, die in der orthopädischen und traumatologischen Chirurgie zum Einschrauben einer Knochenschraube in das Knochenmaterial verwendet wird. Bei dieser Vorrichtung wird jedoch die Schraube solange angezogen, bis das Anzugsdrehmoment ein Optimum, einen vorbestimmten Wert, erreicht hat. Es ist eine Signalisiereinrichtung angeordnet, die dem Chirurgen angibt, daß das Drehmoment den definierten Drehmomentwert erreicht hat.
• Eine derartige Vorrichtung gibt jedoch keinen Hinweis auf die Qualität der Passung. Es ist immer noch ein Problem, eine nicht präzise Passung zu detektieren. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Eine spezifische Ausführungform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 beschrieben. Bezugnehmend auf Fig. 3 wird ein herkömmlicher oder geeigneter Dentalhandgriff 1 durch einen Miniatur-Elektromotor (Mikro-Motor) 2 angetrieben. In dem Handgriff wird eine geeignete Schraubendrehbefestigungs-Vorrichtung 3 eingesetzt, um den Handgriff zum Anziehen einer Halteschraube 4 verwenden zu können.
• Bezugnehmend auf die Fig. 4 wird die Leistung des Mikro- Motors 2 durch die Leistungszufuhr 5 so geregelt, daß die Spannung auf einem konstanten Pegel aufrechterhalten wird und der Strom durch einen geeigneten Schaltkreis überwacht werden kann. Der Handgriff und der Mikro-Motor sind so kalibriert, daß der Strom in der Leistungszufuhr zum Mikro-Motor mit dem Drehmoment korreliert, welches vom Handgriff beim Anziehen der Halteschraube ausgeübt wird.
• Bei dieser Ausführungsform der Erfindung tastet ein Analog/Digital-Wandler 7 den Strom nach einer Strom/Spannungs- Konversion und geeigneten Verstärkung 6 ab. Die digitale Ausgabe wird dann durch einen Mikrocomputer 8 bearbeitet, der dann eine grafische Repräsentation einer Kurve von Strom (Drehmoment) zu Zeit an einer Sichtanzeige 9 aufzeigt; die Form der Kurve kann dann qualitativ bewertet werden. Eine weitere Verarbeitung wird auch ein numerisches Ergebnis, wie beispielsweise eine Änderungsrate des Drehmomentes, rückführen.
• Alternativ überwacht ein Schaltkreis die Änderungsrate des Stromes bei Anziehen der Halteschraube. Ein schnell ansteigender Strom, der eine Passivpassung des Oberbaus anzeigt, wird durch ein Anzeigelicht angezeigt, beispielsweise eine grün emittierende Diode. Unter einem vorbestimmten Schwellwert werden andere Indikatoren aufleuchten, wodurch verschiedene Pegel der Inadäquatheit der Passung gezeigt werden. Ähnlich kann eine numerische Anzeige vorgesehen sein.
• Das Instrument kann unter Verwendung der Vorrichtung als erstes bei standardisierten Strukturen zusammen mit gewünschten Halteschrauben kalibriert werden, und wird auch einen Vergleich zwischen der Passung der Brücke bei Sitzen auf dem Modell und im Mund des Patienten erlauben.
• Eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann Komponenten wie beispielsweise optische Dekodierer oder Hall-Effekt-Sensoren oder andere Arten von Umsetzern in Verbindung mit einem geeigneten Schaltkreis verwenden oder kann einen Schaltkreis verwenden, der Änderungen überwacht, die bei der Speisung des Mikro-Motors durch den Motor hervorgerufen werden und die eine Überwachung der Rotation des Mikro-Motors erlauben.
• Die Anzahl der Umdrehungen oder Teile der Umdrehungen des Motors, die mit der Rotation des Schraubeintreibkopfes korreliert, kann somit gezählt werden, wenn das der Halteschraube zugeführte Drehmoment steigt; wenn das Drehmoment über einen spezifischen Bereich steigt, ist die Anzahl der Umdrehungen des Mikro-Motors, die über einen spezifischen Bereich gezählt werden, invers bezogen zur Genauigkeit der Passung der Strukturen.
• Das Testergebnis kann numerisch dargestellt werden, oder es kann durch Anzeigelampen angezeigt werden, die geeignete Schwellwerte beleuchten. Das Instrument kann unter Verwendung der Vorrichtung als erstes bei standardisierten Brückengestellen und Modellen mit den geeigneten Halteschrauben kalibriert werden und erlaubt ebenfalls einen Vergleich zwischen der Brücke, am Modell oder im Mund des Patienten eingesetzt.
• Bei beiden dieser Ausführungsformen können die Signalverarbeitung oder andere Verarbeitungsfunktionen mit Hilfe eines Mikrocomputers und zugehöriger Software durchgeführt werden. Dies erleichtert den Kalibriervorgang und erlaubt ein Vergleichen der digitalen Daten, die von dem Analog/Digital- Wandler aus Messungen abgeleitet sind, die an einem Patienten durchgeführt worden sind, mit Messungen, die an einem standardisierten Brückengestell durchgeführt worden sind oder dem Brückengestell des Patienten, wenn dieses auf dem Modell sitzt, auf welchem es hergestellt worden ist. Dies erleichtert auch die Kompensation von Spiel oder Reibung im System, die zu einem erhöhten Strom im Motor führen können, oder von Rotation eines Elementes in der Vorrichtung vor dem tatsächlichen Eindrehen der Halteschraube.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Gebrauch mit Strukturen, die durch eine Halteschraube (4) miteinander verbunden werden, zum Testen der Passivpassung der zu verbindenden Strukturen, einschließlich eines Dentalhandgriffs (1) mit einer geeigneten Schraubendreherbefestigung (3) zum Anziehen der Halteschraube (4) an zumindest einer der Strukturen und einem Mikromotor (2) zum Treiben des Dentalhandgriffs (1), gekennzeichnet durch eine geeignete Schaltung zum Überwachen der Drehung des Mikromotors (2), von dem die Änderung des Drehmomentes, das an die Halteschraube (4) geliefert wird, während des Festziehens über eine Zeitspanne abgeleitet werden kann, und Anzeigemitteln (9) in Form von (a) einer numerischen Anzeige zum Anzeigen von Daten, die sich auf die Anzahl der Drehungen beziehen, die zum Festziehen der Schraube verwendet werden, oder der Rate des Festziehens der Schraube, über einen ausgewählten Drehmomentbereich, oder (b) eine visuelle Anzeige, die eine graphische Darstellung des Drehmomentes, das an die Halteschraube angelegt wird, wenn sie festgezogen wird, angibt, über einen ausgewählten Drehmomentbereich, oder (c) Anzeigelichter, die bei geeigneten Schwellen leuchten, und die ausgelegt sind, eine Ausgabe von den Überwachungsmitteln hinsichtlich der Änderung des Drehmomentes über die Zeitspanne erhalten können, wobei die Änderung des Drehmomentes über diese Zeitspanne die Qualität der Passung der zu verbindenden Strukturen anzeigt, zum Anzeigen der Genauigkeit der Passung zwischen den Strukturen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsmittel die Änderung im Widerstand gegen Drehung während des Festziehens der Halteschraube (4) messen können.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsmittel elektronische Schaltungen aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsmittel eine Änderung in der Versorgungsspannung oder dem -strom für den Mikromotor (2) über die Zeit messen können.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie angepaßt ist über einen Drehmomentenbereich zu arbeiten, der normalerweise für Dentalapplikationen verwendet wird, bei denen Halteschrauben (4) zum Verbinden von Kronen oder Brücken mit Zähnen oder Zahnimplantaten verwendet werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dentalhandgriff (1) zum Festziehen der Halteschraube (4) ein druckluftbetriebener Handgriff ist und die Überwachungsmittel angepaßt sind, über die Zeit eine Änderung im Luftstrom zu dem druckluftbetriebenen Handgriff zu messen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsmittel ausgelegt sind, die Anzahl von Drehungen der Schraubendreherbefestigung (3) über einen spezifischen Bereich des Drehmomentes zu zählen, wenn die Halteschraube (4) angezogen wird, um die Genauigkeit der Passung zwischen den Strukturen anzuzeigen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsmittel ausgelegt sind, die Anzahl von Drehungen der Schrauben dreherbefestigung (3) über einen vorgegebenen Zeitbereich zu zählen, wenn die Halteschraube (4) über einen spezifizierten Bereich von Drehmomenten angezogen wird, um die Genauigkeit der Passung zwischen der Struktur und der Halteschraube (4) anzuzeigen.