DE2447787C2 - Gebrannter Keramikkörper für ein Knochenimplantat - Google Patents
Gebrannter Keramikkörper für ein KnochenimplantatInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem gebrannten Keramikkörper gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1, wie er aus der GB-PS10 83 769 bekannt ist
Für Knochenimplantate, insbesondere für Gelenkprothesen, werden in zunehmendem Maße Keramikmaterialien
verwendet da diese besser verträglich sind und eine geringere Korrosionsanfälligkeit aufweisen als
die früher gewöhnlich verwendeten Metallimplantate.
So ist aus der GB-PS 1083 769 ein keramisches Implantatmaterial bekannt das aus mindestens 99,5%
AI2O3 und Spuren von Cr2O3 und gegebenenfalls kleinen
Mengen an Bindemitteln, wie Mo, TiC, Mo2C, SiO2 und
MgO oder im wesentlichen aus BeO, MgO oder ZrO2, besteht Darüber hinaus wird dort darauf hingewiesen,
daß an Stelle von Al2O3 auch die Oxide BeO, MgO oder
ZrO2 als Hauptbestandteil in hochreiner Form eingesetzt
werden können. Die erhaltenen Knochenimplantate werden als für Kiefernknochen besonders geeignet
bezeichnet. Die Frage des Röntgenkontrasts wird nicht berührt.
Aus der DE-OS 22 38 263 ist ein keramischer Knochenersatz bekannt, der 75 bis 90 Gewichtsprozent
Al2O3, 8 bis 23 Gewichtsprozent SiO2, 0,2 bis 0,4
Gewichtsprozent Erdalkalien, 0,4 bis 0,6 Gewichtsprozent Alkalien, 0,0 bis 0,5 Gewichtsprozent Fe2O3 und
Spuren TiO2 enthält. Dieser Knochenersatz soll sehr
dicht sein und eine hohe Abriebfestigkeit, eine hohe Festigkeit und eine gute Gewebeverträglichkeit aufweisen.
Die Frage des Röntgenkontrasts wird nicht berührt.
Aus der US-PS 33 14 420 sind Hüftkopfprothesen aus
Keramikmaterial bekannt, das etwa 51 —66% Al2O3 und
11 -26% SiO2 sowie 18-28% Alkali- und Erdalkalioxide
enthält Als Ausgangsmaterial wird Kaolin verwendet, das außer Al2O3 und SiO2 stets auch sehr kleine
Mengen an K2O, Na2O, CaO, MgO, TiO2 und Fe2O3
enthält. Diese Keramikprothese ist ein poröser Keramikkörper mit einer Vielzahl von untereinander
verbundenen, offenen Zellen, die an der Oberfläche in Mikroporen enden. Diese poröse, offenporige Struktur
wird dadurch erreicht, daß während des Brennens Kohlendioxid aus im Rohkörper enthaltenen Carbonaten
freigesetzt wird. Die danach erhaltenen Keramikprothesen sind mechanisch fest und verträglich gegenüber
Körperflüssigkeiten und -geweben. Die Frage des Röntgenkontrasts ist hier nicht angesprochen.
Aus der Zeitschrift »Chirurgische Zahnheilkunde«, Heft 6, Juni 1970, Seite 19-21, Referat Nr. 4123, ist ein
Aufsatz mit dem Titel »Enossale Implantation von Porzellankörpern« bekannt Dort werden Porzellankörper
ids Retentionsanker für prothetische Konstruktionen empfohlen, insbesondere wegen ihrer Gewebefreundlichkeit,
ihrer Korrosionsbeständigkeit ihrer glatten und homogenen Oberfläche, ihrer Härte und
wegen ihrer elektro-neutralen Reaktion, auch im sauren Mundmilieu und den Metallen gegenüber. An anderer
Stelle wird erwähnt, daß eine bestimmte neue Porzellankeramikmasse keinen guten Röntgenkontrast
ergäbe; aber ein Weg zur Beseitigung dieses Nachteils wird nicht aufgezeigt
Aus der DE-AS 14 91 042 ist ein Dentalmaterial zur Herstellung von keramischen Zahnersatz- und Zahnporzellanen bekannt Dieses Material ist ein Gemisch
aus 20 bis 75 Gewichtsprozent Al2O3, TiO2 und/oder
ZrO2 und einem aus Feldspat Borsilikatglas oder
Dentalporzellan bestehendem matrixbildenden Material. Zur Herstellung der Zahnporzellane wird das
Gemisch so gebrannt, daß praktisch keine Beeinflussung des Verstärkungsmaterials, nämlich der Oxide, erfolgt,
d.h. ein eventuelles Anlösen oder eine chemische Reaktion bleibt lediglich auf die Grenzflächen beschränkt Das erhaltene Produkt ist ein brauchbares
Zahnporzellan mit den dafür zu fordernden besonderen Eigenschaften hinsichtlich der Härte, der mechanischen
Festigkeit, des Wärmeausdehnungskoeffizienten und des Aussehens. Die Frage der Annahme durch das
tierische oder menschliche Gewebe spielt bei Zahnporzellanen eine andere Rolle als bei Knochenimplantaten
und ist dementsprechend anders behandelt Die Frage des Röntgenkontrasts ist hier nicht angesprochen.
Aus einer Veröffentlichung des Vortrags »Derzeitiger Stand orthopädischer Implantate« von D. Hohmann, auf der Tagung der deutschen Gesellschaft für Biomedizinische Technik, Erlangen 1973, S. 38—54, ist es bekannt zur Fixierung von Gelenkendoprothesen einen Knochenzement auf der Basis von Methylmethacrylat zu verwenden, der aus Polymerpulver, dem Röntgenkontrastmittel Bariumsulfat oder Zirkonoxid, einer Monomerflüssigkeit und eventuell einem Antibiotikazusatz besteht Es handelt sich dort nicht um einen Knochenersatz, sondern um ein Mehrkomponentenmittel zur Verankerung einer Gelenkprothese, insbesondere einer Hüftgelenkendoprothese, an einem Knochen in einem Menschen oder Tier. Das beschriebene Mittel auf der Basis von Methylmethacrylat das auch als Knochenzement bezeichnet wird, enthält BaSO4 oder ZrO2 als Röntgenkontrastmittel. Dieser Knochenzement auf Methylmethacrylatbasis unterscheidet sich ganz wesentlich in Zusammensetzung, Herstellung, Funktion und in den Eigenschaften von einem keramischen Knochenersatz.
Aus einer Veröffentlichung des Vortrags »Derzeitiger Stand orthopädischer Implantate« von D. Hohmann, auf der Tagung der deutschen Gesellschaft für Biomedizinische Technik, Erlangen 1973, S. 38—54, ist es bekannt zur Fixierung von Gelenkendoprothesen einen Knochenzement auf der Basis von Methylmethacrylat zu verwenden, der aus Polymerpulver, dem Röntgenkontrastmittel Bariumsulfat oder Zirkonoxid, einer Monomerflüssigkeit und eventuell einem Antibiotikazusatz besteht Es handelt sich dort nicht um einen Knochenersatz, sondern um ein Mehrkomponentenmittel zur Verankerung einer Gelenkprothese, insbesondere einer Hüftgelenkendoprothese, an einem Knochen in einem Menschen oder Tier. Das beschriebene Mittel auf der Basis von Methylmethacrylat das auch als Knochenzement bezeichnet wird, enthält BaSO4 oder ZrO2 als Röntgenkontrastmittel. Dieser Knochenzement auf Methylmethacrylatbasis unterscheidet sich ganz wesentlich in Zusammensetzung, Herstellung, Funktion und in den Eigenschaften von einem keramischen Knochenersatz.
Die bekannten keramischen Knochenimplantate
haben neben vielen Vorteilen allerdings den Nachteil daß sie auf Röntgenaufnahmen unzureichende Röntgenkontraste,
die eine Beurteilung durch den Arzt erschweren oder gar unmöglich machen, ergeben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen als Knochenimplantat geeigneten Keramikkörper
zu schaffen, der nicht nur die sehr guten mechanischen
und physiologischen Eigenschaften der bekannten, als
Knochenimplantate geeigneten Keramikkörper aufweist,
sondern darüber hinaus einen erheblich verbesserten Röntgenkontrast abgibt
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß der
Keramikkörper für Knochenimplantate bis zu 95 Gewichtsprozent Al2O3, ferner 5—50 Gewichtsprozent
Y2O3 und 0 bis 10 Gewichtsprozent weitere Keramikzusätze
enthält
Gegenstand der Unteransprüche sind vorteilhafte Ausgestaltungen des gebrannten Kerainikkörpers gemäß
der Erfindung.
Die gebrannten Keramikkörper gemäß der Erfindung sind in jeder Hinsicht stabil und liefern in Röntgen-Negativen
klare, wei3e Schatten, so daß die Lage des
Implantats im Körper, z. B. in Kiefernknochen od. dgl.,
leicht und sicher bestimmt werden kann. Das im Keramikkörper enthaltene Y2O3 bringt außerdem den
Vorteil, daß es das Sintern der Keramik während des Brenners fördert
Die aus erfindungsgemäßen Keramikkörpern hergestellten Implantate zeigen ein hydrophiles Verhalten
und sind 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.
Die erfindungsgemäßen Keramikkörper eignen sich nicht nur sehr gut als Knochenersatz in der Dentalmedizin,
sondern auch für sonstige Knochenersätze, z.B. Schienen und implantierte Prothesen (z. B. Hüftkopfprothesen),
wie sie in der orthopädischen Chirurgie benötigt werden.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Fotografien 1-4 näher erläutert; die Röntgenaufnahmen verschiedener keramischer Implantatkörper zeigen:
— die Aufnahme 1 bezieht sich auf eine Ausführungsform der Erfindung,
— die Aufnahmen 2 und 3 sind Aufnahmen von Zusammensetzungen, die außerhalb der erfindungsgemäßen
Bereichsgrenzen, jedoch nahe bei diesem liegen, und
— die Aufnahme 4 zeigt zum Vergleich eine Röntgenaufnahme eines Körpers aus reiner Aluminiumoxidkeramik.
Die gebrannten Keramikkörper für Implantationszwecke gemäß der Erfindung bestehen im endgültigen
Zustand nach dem Brennen aus bis zu 95 Gewichtsprozent aus AI2O3 und 5 bis 50 Gewichtsprozent Y2O3.
Al2O3 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 Kieferimplantate im Hinblick auf die Beanspruchungen beim Kauen
gefordert werden. Außerdem ist Al2O3 chemisch,
physikalisch und biologisch sehr stabil. Da das Implantat gemte der Erfindung AI2O3 als Hauptbestandteil
enthllt, hat es eine ausreichende mechanische, physikalische
und chemische Stabilität, und Festigkeit Ein ausschließlich aus Al2Os bestehendes Keramikmaterial
würde jedoch für Röntgenstrahlungen im wesentlichen transparent sein. Die Al2O3-Keramik gemäß der
Erfindung enthält daher Y2O3 als Röntgenstrahlung
absorbierenden Bestandteil Ein Teil des Y2O3 kann
durch ZrO2 ersetzt werden. Das Metalloxid Y2O3 bzw.
das bevorzugte Metalloxidgemisch Y2O3ZZrO2 kann mit
Al2O3-Keramikmasse durch die chemischen Hochtemperaturreaktionen,
die beim Brennen von Al2O3 zu Keramik eintreten, zu homogenen Keramikkörpern
zusammengesintert werden. Die Grenzen für die Anteilsbereiche der Hauptkeramik aus Al2O3 und der für
Röntgenstrahlung undurchlässigen Keramik aus Al2O3
und Y2O3 bzw. Y2O3/ZrO2 sind deswegen in der oben
angegebenen Weise festgelegt worden, weil bei einer Verringerung des Al2O3-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 Keramikteilen die Röntgenstrahlungsabsorption für kontrastreiche Röntgenaufnahmen nicht
mehr ausreicht. Der bevorzugte Bereich ist 80—90 Gewichtsprozent Al2O3 und 10—20 Gewichtsprozent
der beiden Oxide Y3O3 und ZrO2 zusammen.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Keramikkörpers werden Al2O3 und Y2O3 sowie nach einer
bevorzugen Ausführungsform zusätzlich ZrO2 (oder
Verbindungen, die diese Materialien beim Brennen liefern) in einem solchen stöchiometrischen Verhältnis
gemischt, daß sich nach dem Brennen eine Zusammensetzung in den angegebenen Bereichen ergibt. Die
Mischung wird dann zu einem Implantat geformt, das die Form einer Schraube, einer Klinge oder eines Stiftes
und dergleichen aufweist und wird bei etwa 16000C zu Keramik gebrannt Die Rohmasse kann einen Flußmittel-,
Brenn- oder Sinterungsbeschleuniger für Al2O3
enthalten, wie BaO, CaO und/oder MgO. Die Menge dieser Zusätze soll so bemessen werden, daß ihr Anteil
in der gebrannten Keramikmasse unter 10 Gewichtsprozent liegt Wenn der Anteil solcher Zusätze 10
Gewichtsprozent übersteigt, können die mechanische Festigkeit und die Röntgenabsorption des Keramikmaterials
leiden. Die oben für die vorliegende Keramik angegebenen Zusammensetzungen können 0 bis zu 10
Gewichtsprozent solcher Keramikzusätze enthalten.
Die erfindungsgemäßen Keramikkörper bzw. Implantate haben, insbesondere als Knochenimplantate 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.
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.
Im folgenden werden einige Beispiele von Materialien gemäß der Erfindung und Vergleichsmaterialien
beschrieben. Aus den Materialien wurden flache, rechteckige Probestücke mit Abmessungen von
18x4x1 mm hergestellt und von den Probenstücken
(,5 wurden mit einem medizinischen Röntgengerät für
Durchleuchtungszwecke die beiliegenden Aufnahmen gemacht. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle
aufgeführt:
Probenstück Typ
Zusammensetzung (Gew.-%)
Aufnahme
Erfindung Vergleich Vergleich Vergleich
Al2O3 80% + Y2O3 20%
Al2O3 97% + ZrO2 3%
AIjO1 96% + Y2O., 4%
AI2O3 100%
AIjO1 96% + Y2O., 4%
AI2O3 100%
In den beiliegenden Aufnahmen entspricht eine helle ι ο
Fläche starker Röntgenstrahlungsabsorption, während dunkle Flächen eine starke Durchlässigkeit vor
Röntgenstrahlung bedeuten.
Das Probestück 4 aus reiner Aluminiumoxidkeramik absorbiert die Röntgenstrahlung praktisch nicht, wie die
Aufnahme 4 zeigt Die Probenstücke 2 und 3 sind verschlechterte Ausführungsrormen, deren Zusammensetzung bezüglich des Gehalts an ZrO2 und Y2O3
außerhalb, jedoch nahe bei den für die Erfindung angegebenen Bereichen liegt, absorbieren wegen ihres
Gehalts an Z1O2 und Y2O3 die Röntgenstrahlung zwar
etwas stärker als das Probestück 4, das Absorptionsvermögen ist jedoch noch ungenügend, wie die graue Farbe
der Aufnahmen 2 und 3 zeigt Im Gegensatz dazu ist das Probestück aus einem Keramikmaterial mit einer
Zusammensetzung gemäß der Erfindung für die Röntgenstrahlung undurchlässiger und liefert ein klares,
praktisch weißes Bild, wie die Aufnahme 1 zeigt. Wenn ein implantat aus dem erfindungsgernäßen 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.
Claims (5)
1. Gebrannter Keramikkörper für ein Knochenimplantat aus mindestens 50 Gewichtsprozent Al2Os
und weiteren Oxidmaterialien, dadurch gekennzeichnet, daß er bis zu 95 Gewichtsprozent
Al2O3, ferner 5 bis 50 Gewichtsprozent Y2O3
und O bis zu 10 Gewichtsprozent weitere Keramikzusätze
enthält
2. Gebrannter Keramikkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er 80 bis 90 Gewichtsprozent
Al2O3 und 10 bis 20 Gewichtsprozent Y2O3
enthält
3. Gebrannter Keramikkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß ein Teil des Y2O3 durch
ZrO2 ersetzt ist
4. Gebrannter Keramikkörper nach Anspruch 1,2
oder 3, dadurch gekennzeichnet daß der Keramikzusatz aus BaO, CaO und/oder MgO besteht
5. Gebrannter Keramikkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus 80 Gewichtsprozent
Al2O3 und 20 Gewichtsprozent Y2O3
besteht
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19742447787 DE2447787C2 (de) | 1974-10-07 | 1974-10-07 | Gebrannter Keramikkörper für ein Knochenimplantat |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19742447787 DE2447787C2 (de) | 1974-10-07 | 1974-10-07 | Gebrannter Keramikkörper für ein Knochenimplantat |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE2447787A1 DE2447787A1 (de) | 1976-04-15 |
DE2447787C2 true DE2447787C2 (de) | 1982-08-19 |
Family
ID=5927740
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19742447787 Expired DE2447787C2 (de) | 1974-10-07 | 1974-10-07 | Gebrannter Keramikkörper für ein Knochenimplantat |
Country Status (1)
Country | Link |
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US4552852A (en) * | 1984-06-27 | 1985-11-12 | Champion Spark Plug Company | Alumina ceramic comprising a siliceous binder and at least one of zirconia and hafnia |
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US4751207A (en) * | 1986-08-06 | 1988-06-14 | Champion Spark Plug Company | Alumina-zirconia ceramic |
USRE34028E (en) * | 1986-08-06 | 1992-08-11 | Champion Spark Plug Company | Alumina-zirconia ceramic |
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JP2000016863A (ja) * | 1998-06-30 | 2000-01-18 | Shunzo Tajima | アルミナセラミックス生体部材 |
Family Cites Families (4)
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CH444376A (fr) * | 1965-03-15 | 1967-09-30 | Stomatol Sandhaus Sami Dr Med | Implant pour la chirurgie de l'os |
DE2238263C3 (de) * | 1972-08-03 | 1979-07-05 | Staatliche Porzellan-Manufaktur Berlin, 1000 Berlin | Keramischer Knochenersatz und Verfahren zu seiner Herstellung |
-
1974
- 1974-10-07 DE DE19742447787 patent/DE2447787C2/de not_active Expired
Also Published As
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