Zweiteilig rev. verschraubte Zirkonoxid-Implantate
„It’s not magic, just science…!“
Dr. Karl Ulrich Volz, Konstanz
Summary
Zirkonoxid in seiner Verwendung als Implantatmaterial zeigt nicht nur eine hervorragende Osseointegration, sondern ein selbst dem natürlichen Zahn überlegenes Weichgewebsverhalten.
Inzwischen liegen mit den dentalen Keramik-Implantatsystemen über 12 Jahre Erfahrung vor, die eine verlässliche Aussage zulassen. Der Autor hat selbst über 7.000 Zirkonoxid-Implantate eingesetzt.
Dennoch hat die implantologisch tätige Zahnärzteschaft bislang verhalten reagiert, da einteilige Implantate geschützt werden müssen und nicht die prothetischen Möglichkeiten eines zweiteiligen Implantates bieten.
Einführung
Die durch den Autor 2001 begonnene und mit der Zulassung des Z-Look Implantates (Z-Systems AG) im Jahre 2004 eingeläutete Zirkonoxid-Implantat-Ära hat in den vergangenen 12 Jahren bereits viele Implantologen begeistert und dazu geführt, dass rund 50.000 Implantate weltweit aus diesem Material in Patienten eingesetzt wurden.
Am Anfang der Entwicklung standen relativ einfache Implantatformen, welche sich auf bewährte und gängige Systeme bezogen.
Der Implantathersteller SDS Swiss Dental Solutions AG führte 2008 erstmals ein im prothetischen Anteil identisches, aber im Knochenanteil den verschiedenen Knochenklassen angepasstes System ein:
Abb.1: die drei verschiedenen Implantatformen Cylindric Design, Root Design und Dynamic Thread für die unterschiedlichen Knochenqualitäten.
Der nächste Entwicklungsschritt bestand in der Verwendung des gegenüber dem herkömmlichen TZP-Zirkonoxids doppelt stabilen ATZ-Zirkonoxids als Implantatmaterial (ATZ = Alumina Toughened Zirconia), welches sogar eine den Titanimplantaten überlegene Bruchstabilität aufweist.
Die extrem schnelle Oberfläche Zircapore© wird in einem Schlickerverfahren aufgebracht und führt dazu, dass diese in allen Situationen und Regionen nach 6-8 Wochen belastet werden können.
Abb.2: Keramik-Oberfläche im rasterelektronen-mikroskopischen Bild (REM)
Die Erfolgsquote dieses seit 2007 in der Klinik des Verfassers eingesetzten Typs weist eine kumulierte Erfolgsquote von über 99% auf. Frakturen liegen bislang keine vor (seit 2007 über 2.000 vom Verfasser eingesetzte Implantate dieses Typs).
Es steht außer Diskussion, dass einteilige Zirkonoxid-Implantate im Hinblick auf die biologische Breite das beste und gesündeste ist, was einem Patienten inseriert werden kann.
Bei Sofortimplantaten und/oder sofort zu versorgenden Implantaten ist die Einteiligkeit immer vorzuziehen, da das Aufschrauben eines Abutments mit dem dazu gehörenden Kosten- und Zeitaufwand wegfällt. Auch in engen Schaltlücken, in denen das Implantat nicht geschützt werden muss, ist das einteilige Implantat vorzuziehen.
Der Grund, weshalb sich das Zirkonoxid-Implantat noch nicht weiter durchsetzen konnte, liegt in den vielen Situationen begründet, in denen aufwändige Schutzmaßnahmen getroffen werden müssen, um das Implantat belastungsfrei einheilen zu lassen:
- zahnlose Kiefer mit quantitativ oder qualitativ unzureichendem Knochenangebot, welches verhindert, dass die Implantate sofort belastet werden können.
- Freiend- oder große Schaltlücken, welche das Eingliedern einer belastungsfreien und keine Druckstellen verursachenden Schutzschiene oder Interimsprothese unmöglich machen oder schwierig gestalten.
- Teil- oder Interimsprothesen, welche nicht genügend ausgeschliffen werden können.
Prototyp 2004
Bereits im Jahre 2004 hatte der Autor mit Implantatformen experimentiert, welche geklebt wurden:
Abb.3: geklebtes Z-Look-4 Implantat aus dem Jahre 2004.
Die Nachteile dieses zweiteiligen geklebten Implantates überwogen aus Sicht des Verfassers die Vorteile:
- nicht reversibel
- aufwändiges Zementierungsverfahren
- Gefahr von Zement- bzw. Kunststoffresten im Weich- und Hartgewebe
- enormer Stabilitätsverlust durch den im bruchgefährdeten Bereich des Implantates liegenden Hohlraum
Konstruktionsmerkmale des SDS2.0
Abb.4: das zweiteilige SDS-DT3811-2
(1) Leistungsbereiche und Stabilität
Entscheidend war die Erkenntnis, dass ein zweiteiliges Zirkonoxid-Implantat in zwei Leistungsbereiche aufgeteilt werden muss:
– den belastungstragenden oberen Anteil, welcher so konstruiert wurde, dass dieser massiv ist und durch das 0.04 mm Mikro Gewinde sogar einen höheren Kerndurchmesser (3.72 mm) als das vergleichbare einteilige Implantat (Kerndurchmesser 3.00 mm) aufweist. Laut ISO 14801 ist der Bereich eines Implantates, der 3 mm unterhalb der offiziellen Knochengrenze liegt, als bruchgefährdet einzustufen. Deshalb muss für diese Norm das Implantat an dieser Stelle eingebettet werden. Dieses Feingewinde erstreckt sich noch mehr als einen Millimeter tiefer als diese kritische Grenze.
Abb.5: oberer Implantatanteil mit 0.04 mm Feingewinde, massiv im bruchgefährdeten Anteil (roter Pfeil) – Knochengrenze = weißer Pfeil
– Der untere, keine Belastung tragende Anteil, weist das sog. „Dynamic Thread“ (pat. pend.) auf, welches im knochenverdichtenden Anteil eine zweieinhalbfache Gewindetiefe besitzt und damit eine sehr große Oberfläche generiert. Durch an die Knochenverhältnisse angepasste Formbohrer erwirkt dieses Implantat in allen Knochenklassen hervorragende Primärstabilität.
Abb. 6: unterer Implantatanteil – der Kern hat einen konischen Knochenverdichtungsanteil, die Außenkontur ist parabelförmig konstruiert (dyncamic thread) und zeigt eine extreme Gewindetiefe
(2) Verbindungsschrauben
– Weiterhin konnte eine Verbindungsstruktur gefunden werden (Konus und Index), welche auch ohne Schraube im Belastungstest ISO 14801 den Kräften widersteht. Dadurch konnte die in den Materialien Titan, Gold und Pekkton© (metallfrei) angebotene Verbindungsschraube extrem kurz konstruiert werden. Diese greift nur 2,5 Gewindegänge in das Zirkonoxid und lokalisiert damit die gesamte Verbindungsstruktur im oberen breiten Implantatanteil.
Abb.7: oberer Verbindungsteil mit Konus und Index – die Standardschraube greift nur 2,5 Gewindegänge in das Zirkonoxid.
Dadurch kann auch im Falle einer Schraubenfraktur (eingebaute Sollbruchstelle direkt unter dem Schraubenkopf) dieselbe innerhalb von Sekunden einfach entfernt und ausgetauscht werden.
Abb.8: bei einer Schraubenfraktur unterhalb des Schraubenkopfes (Sollbruchstelle) steht das Implantat gut zugängig im Hohlraum der Verbindungskonstruktion und kann sehr einfach mit einer Wurzelspitzenzange entfernt werden
(3) Verbindungskonstruktion
Die größte Herausforderung eines zweiteiligen Implantates aus dem Werkstoff Zirkonoxid ist die Stabilität gemäß der Norm ISO 14801.
Diese Norm beschreibt die statische (Abbruchtest) und dynamische (Dauerbelastung) Belastung von Implantaten.
Abb.9: Versuchsanordnung gemäß ISO 14801
a) Abbruchtest (statische Belastung): hierbei wird das Implantat mit zunehmender Kraft so lange belastet, bis es abbricht – die dafür notwendige Kraft wird in Newton gemessen
b) Dauerbelastung (dynamische Belastung): hierbei wird das Implantat mit einer vorgegebenen Kraft (in der Regel 80% der aus dem statischen Test ermittelten Kraft) dauerhaft belastet.
- trocken: 5 Mio. Zyklen mit einer Frequenz von 15 Hz (15 Belastungen pro Sekunde)
- feucht-warm: 2 Mio. Zyklen mit einer Frequenz von max. 2 Hz
Diese Versuchsanordnung soll eine Zeit von rund 20 Jahren Belastung im Mund simulieren.
Im eigenen Forschungs- und Entwicklungszentrum wurden in den vergangenen Jahren ca. 50 unterschiedliche Designs getestet, rund 1.000 Implantate zerstört und einige hundert Millionen Belastungszyklen durchgeführt:
Abb.10: DORA-Versuchsanlage nach ISO 14801
Um die Reproduzierbarkeit noch zu verbessern wurden spezielle Testabutments hergestellt:
Abb. 11: Zirkonoxid-Testabutment speziell nach ISO 14801
Stabilität des zweiteiligen SDS2.0
Im statischen Test erreichen die bislang nur in TZP erhältlichen SDS2.0-Implantate höhere Werte als die einteiligen Implantate desselben Durchmessers!
Die dynamischen Werte liegen für das durchmesserreduzierte Implantat 3.80 mm bei rund 200N und für das 4.60 mm Implantat bei rund 240N, was bedeutet, dass bereits das TZP-Implantat dicht an die Stabilität von zweiteiligen Titanimplantaten rankommt.
Die Implantate sind so konstruiert, dass im Sinne einer Sollbruchstelle vor einer Implantatfraktur möglichst entweder das Abutment oder die Schraube brechen soll. Beides kann mit sehr geringem Kosten- und Zeitaufwand reproduzierbar ausgewechselt werden.
Abb.12: ATZ > geschätzter Wert
(4) Schutz vor Periimplantatitis
Es ist bekannt, dass glatte Strukturen zwar langsamer und schlechter osseointegrieren, jedoch langfristig den besten Schutz gegen Periimplantitis bilden. Deshalb wurde beim SDS2.0 für die oberen 2 mm eine maschinierte Oberfläche ohne Gewindeanteile gewählt. Diese Oberfläche zeigt auch nach über 20-jähriger Liegedauer im Patienten noch eine perfekte Osseointegration:
Abbildung 13: Knochen nach über 20-jähriger Liegedauer im Patienten. Maschinierte Oberfläche. (Dr. Dr. Hans-Günther Rudelt, Hamburg)
(5) Mikrogewinde
Darunter schließt sich ein superfeines 0.04 mm Mikro-Gewinde an, welches dieselbe Steigung wie das darunter liegende Gewinde besitzt. Dieses Gewinde ist besonders für die Stabilisierung des Knochens geeignet. Außerdem kann so das Kerngewinde maximal ausgedehnt werden.
(6) Oberfläche
Der gesamte Gewindebereich ist mit einem neuartigen patentierten Verfahren aufgeraut. Dabei werden nicht Aluminiumoxid-Partikel, welche zwar biokompatibel sind, aber dennoch eine Verunreinigung der Oberfläche darstellen können, verwendet. Sondern Zirkonoxid-Partikel, welche die optimale Rauigkeit von 1.7 μm erzielen:
Abb.14: Rauigkeit der mit Zirkonoxid gestrahlten Oberfläche >> 1.7 μm
(7) stabil in allen Knochenklassen
Der Autor hatte erstmals 2008 prothetisch identische Implantate mit drei verschiedenen, den Knochendichten angepassten, Gewindeformen in die Implantologie eingeführt.
Im SDS2.0 kommt das bewährte dynamische Gewinde (DT = Dynamic Thread, pat. pend.) zur Anwendung, welches durch seine große Gewindetiefe und damit extrem knochenverdichtende Wirkung weichen Knochen Klasse III und IV so verdichten kann, dass problemlos auch dort Drehmomenten von über 35 Ncm erzielt werden können. Speziell für das SDS2.0 hat der Autor einen sog. Kompaktabohrer entwickelt, welcher exakt die Außenkontur des Implantates minus 0,25 mm präpariert. Dadurch entstehen im unteren Anteil große Hohlräume, welche sich mit Blut füllen und die Osseointegration starten. Ein großer Vorteil bei Knochen Klasse I, da dieser bekanntermaßen sehr schlecht osseointegriert.
Dadurch kann das SDS2.0 in allen Situationen und Knochenklassen sowohl im Unterkiefer als auch im Oberkiefer nach 8-10 Wochen belastet werden.
Abb. 15: grau dargestellt der Hohlraum, welcher sich in Knochen Klasse I durch Verwendung des Kompaktabohrers ergibt. Verbleibende Gewindetiefe: 0.25 mm.
(8) Rosa Ästhetik
Der Rand des Implantates und die oben liegende Fläche sind hochglanzpoliert und bieten der Gingiva optimale Bedingungen, sich perfekt anzulagern:
Abb.16: optimale Gingivaanlagerung an Zirkonoxid-Implantaten
Abutmentformen
Vorerst stehen 10 verschiedene Abutmentformen zur Verfügung:
Abb.17: verschiedene Abutmentformen für das SDS2.0
– es stehen Standardabutments, abgewinkelte Abutments, Platformswitching-, Multiunit- Abutments (incl. Prothetikschraube), Locator-, TiBase- und Pekkton©Base-Abutments zur Verfügung. Diese können mit Schrauben aus Titan, Gold oder Pekkton® (metallfrei) befestigt werden. Es hat sich in den umfangreichen Testreihen gezeigt, dass sowohl die Metall- als auch die Kunststoffschrauben in dem extrem harten Zirkonoxid verformt und damit quasi „kaltverschweißt“ werden.
Metallfreiheit
Die Abformpfosten, Laboranaloge und Eindrehtools wurden metallfrei gefertigt, so dass keine Metallspuren am Implantat verbleiben. Grundsätzlich kann das Implantat im Patienten metallfrei versorgt werden. Das Eindrehtool aus Zirkonoxid besitzt eine Sollbruchstelle, welche bei ca. 90 Ncm bricht – weit vor einer möglichen Fraktur des Implantates. Selbstverständlich steht auch ein Eindrehtool aus gehärtetem Stahl zur Verfügung, welches zusätzlich noch einen ISO-Ansatz für das Hand- und Winkelstück besitzt. Der Abformpfosten kann ebenfalls wahlweise mit einer Abformpfostenschraube aus Titan befestigt werden
Abb.18: Eindrehtool aus Zirkonoxid, Abformpfosten incl. Schraube und Laboranalog metfallfrei (Pekkton ®)
Schlussfolgerung
Damit steht erstmals in der Geschichte der Implantologie ein (fakultativ komplett metallfreies) zweiteilig reversibel verschraubtes Implantatsystem aus Zirkonoxid zur Verfügung welches vergleichbare Stabilitätswerte wie zweiteilige Titanimplantate besitzt und dieselben prothetischen Möglichkeiten bietet, wie ein modernes Titan-Implantatsystem.
Da auch das OP-Tray ausschließlich aus abnutzungs- und metallfreien Zirkonoxid-Bohrern besteht, kann das System nicht nur für Patienten mit hohen ästhetischen Ansprüchen, sondern auch für metallsensible Patienten eingesetzt werden.
Abb.19: OP-Tray bestehend aus Zirkonoxid-Bohrern
Auch bei der Preisgestaltung wurde Wert darauf gelegt, dass dieses System vergleichbar zu Titan-Implantatsystemen bleibt:
Das Implantat wird netto für 310€ angeboten werden und mit Standardabutment und Goldschraube unter 500 € liegen.
Damit liegt es dicht im Bereich von zweiteiligen Titanimplantatsystemen, sofern diese ebenfalls mit Zirkonoxid-Abutment und Goldschraube kalkuliert werden.
Informationen, Kontaktadresse
Weitere Informationen finden Sie auf der Website des Herstellers:
als auch auf der IDS: Halle 4 Stand B38
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Die technischen Ausführungen sind als Patentanmeldungen beim Deutschen Patent- und Markenamt hinterlegt. Eine Veröffentlichung hat noch nicht stattgefunden. Bei Fragen bzgl. dieser Schutzrechtsanmeldungen, können Sie sich gerne an den Verfasser wenden.