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Die Erfindung betrifft Drähte für medizinische,
zahnmedizinische oder tiermedizinische Verwendung, etwa zur
Verwendung in der Orthodontik und insbesondere
orthodontische Drähte und Einrichtungen und Verfahren zur
Behandlung orthodontischer Drähte.
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Gegenwärtig sind orthodontische Drähte verschiedener
Zusammensetzungen und Eigenschaften bekannt. Im
allgemeinen führen die gegenwärtig verwendeten
orthodontischen Drahtzusammensetzungen und/oder aber die
Verfahren zu deren Lagerung, Handhabung und Verwendung zu
einem Verlust der gewünschten Eigenschaften in
unterschiedlichem Ausmaß, oder aber die Drähte haben einige
unerwünschte Eigenschaften. Insbesondere werden einige
Legierungen, insbesondere Elgiloy (Kobalt-Chrom-
Nickel), über eine längere Zeit gewisse
Erweichungserscheinungen in dem Mund des Patienten zeigen.
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Es wurde vorgeschlagen, eine Beta-Titan-Legierung für
einen orthodontischen Draht zu verwenden.
Beispielsweise wird in dem US-Patent-Nr. 4 197 643 in dem Namen von
Burstene das Konzept der Verwendung einer Beta-Titan-
Legierung für die Herstellung von orthodontischen
Drähten vorgeschlagen. Die Beta-Titan-Legierung hat
eine körperzentrierte kubische kristalline Struktur. Der
für einen orthodontischen Draht aus einer Beta-Titan-
Legierung soll den Vorteil einer optimalen
Krafteigenschaft haben, einschließlich der bevorzugten geringen
Kraftstärke und Kraftkonstanz über die Zeit. Es hat
sich jedoch in der Praxis gezeigt, daß Beta-Titan-
Legierungen über die Zeit ein Kriechen zeigen. Dies ist
bei orthodontischen Drähten, die ihre Form über
erhebliche Zeitdauern beibehalten sollen, unerwünscht.
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Die US-Patentbeschreibung Nr. 4 040 129 in dem Namen
von Steinemann offenbart die Verwendung von
Titanlegierungen, einschließlich Alpha-Beta Titanlegierungen, für
Knochen- und Zahnimplantate, sie offenbart jedoch nicht
die Verwendung derartiger Titanlegierungen in
Drahtform, insbesondere für orthodontische Verwendung, die
die Behandlung des Drahtes erlaubt, um dessen besondere
vorteilhafte Eigenschaften zu nutzen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
medizinischen/zahnmedizinischen/tiermedizinischen Draht
für die Behandlung von lebenden Menschen oder
Wirbeltieren zu schaffen, der über die Zeit gewünschte
Eigenschaften behält oder entwickelt.
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Es ist eine Aufgabe eines ersten besonderen Aspekts der
vorliegenden Erfindung, einen orthodontischen Draht zu
schaffen, der es erlaubt, gewünschte Eigenschaften des
Drahtes über die Zeit beizubehalten oder zu entwickeln.
Es ist eine weitere Aufgabe, eine orthodontische
Einrichtung zu schaffen, die einen solchen Draht
verwendet.
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Es ist eine Aufgabe eines zweiten besonderen Aspekts
der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur
Behandlung eines orthodontischen Drahtes zu schaffen, das die
gewünschten Eigenschaften des Drahtes nach einer
erheblichen Zeitdauer der Verwendung bewirken wird.
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Nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird
ein medizinisch/zahnmedizinisch/tiermedizinischer Draht
zur Verwendung bei der Behandlung von lebenden
Wirbeltieren bzw. eines Patienten, geschaffen, bei dem die
Legierung in einem Gegenstand innerhalb von
Körpergewebe oder Körperhöhlungen verwendet wird, wobei der Draht
aus einer Legierung zusammengesetzt ist, die eine
Titanlegierung mit einer alpha/beta-kristallinen Struktur
oder einer nahezu alpha-kristallinen Struktur aufweist.
Die Titanlegierung weist mehr als 5 %
alpha-stabilisierende Komponenten auf, wobei der Draht unterhalb des
Beta-Transus gehalten wird, das heißt einer minimalen
Temperatur, bei der im wesentlichen die reine
beta-kristalline Phase existieren kann, so daß die beta-
kristalline Phase nicht in einem erheblichen Ausmaß
angenommen wird.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung
ist die Lösung definiert in Anspruch 3 und entsprechend
dem zweiten besonderen Aspekt ist die Erfindung in
Anspruch 5 angegeben. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
sind in den Ansprüchen 4, 6 und 8 angegeben.
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Die Alpha-Phase einer Legierung hat eine hexagonal eng
gepackte kristalline Struktur, während die Beta-Phase
eine körperzentrierte kubische kristalline Struktur
hat. Eine nahe Alpha-Titanlegierung hat mehr als 5 Gew.
% alpha-stabilisierende Bestandteile und weniger als 2
% beta-stabilisierte Bestandteile.
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Bei einem möglichen Ausführungsbeispiel der nahe
Alpha-Titanlegierung ist eine Titanlegierung mit mehr
als 5 % Aluminium vorgesehen, wobei das Aluminium ein
alpha-stabilisierender Bestandteil ist. Die bevorzugte
Menge der Aluminiumkomponente der Legierung liegt über
7 %. In einem möglichen Ausführungsbeispiel weist die
Legierungzusammensetzung eine Titanlegierung auf mit
etwa 8 % Aluminium, etwa 1 % Molybden und etwa 1 %
Vanadium (Vanadium ist ein beta-stabilisierendes
Element).
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einer
Legierung, die eine Alpha/Beta-Titanlegierung aufweist,
weist diese vorzugsweise weiter mehr als 5 % alpha-
stabilisierende Bestandteile mit mehr als 2 % beta-
stabilsierenden Bestandteilen auf. Beispielsweise kann
der beta-stabilisierende Bestandteil Vanadium
aufweisen. Eine geeignete Legierung kann eine Titan-Legierung
mit Aluminium in einer Menge von 6 % und Vanadium in
einer Menge von 4 % aufweisen (eine solche Alpha/Beta-
Legierung ist käuflich unter der Bezeichnung IMI-Titan
318 erhältlich).
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Die Vorteile der Alpha/Beta-Titanlegierung und
insbesondere der nahe Alpha-Titanlegierung mit weniger als
2 % beta-stabilisierenden Komponenten ist eine
erheblich verbesserte Kriechbeständigkeit in Verbindung mit
der Möglichkeit der Legierung, mit dem Alter sich
auszuhärten und sich zu versteifen oder härter zu werden
in einer wässrigen Umgebung, die Wasserstoff sowie
freie Wasserstoffionen aufweist. Dieser letztgenannte
Vorteil der Härtung, Versteifung oder Versprödung
beruht offenbar auf der Absorption von Wasserstoff, was
in einer wässrigen Umgebung möglich ist. Es wird
spekuliert, daß entweder die Härte oder die Sprödigkeit sich
entweder aus der Bildung von spröden Platten aus
Titanhydrid
oder von der Fusion von Wasserstoff insbesondere
in die belasteten Bereiche der kristallinen Struktur
ergibt. Diese Bildung des Hydrids wird durch das
Vorhandensein von Aluminium gefördert.
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Die Alpha/Beta-Legierungen und insbesondere die nahe
Alpha-Titanlegierungen mit weniger als 2 %
beta-stabilisierenden Komponenten zeigen die Härtung oder die
Sprödigkeitseigenschaften über die Zeit in einer
wässrigen, wasserstoffbeitragenden Umgebung. Die Härte oder
die Sprödigkeit schreitet offenbar mit zunehmender Zeit
für die nahe Alpha-Titanlegierungen entsprechend frühen
Bewertungen voran. Die Härtungs- oder
Verstärkungseigenschaft ist eine unerwartete Eigenschaft, die
Titanlegierungen im allgemeinen nicht eigen ist und
insbesondere nicht eine Eigenschaft von
Beta-Titanlegierungen ist. Die Eigenschaft hat besondere Vorteile bei
medizinischen, zahnmedizinischen oder tiermedizinischen
Verwendungen und insbesondere bei orthodontischen
Verwendungen, wie dies unten erläutert werden wird.
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Die Erfindung wird insbesondere in Beziehung auf eine
orthodontische Verwendung beschrieben, das
Handhabungsverfahren wird jedoch den Draht auch für die Verwendung
von orthopädischen Drähten geeignet machen, die
verwendet werden, um Knochen während der Heilung von
gebrochenen Knochen zu lokalisieren und rückzuhalten. Die
Beispiele der Ergebnisse und der beschriebenen
Verwendungen legen eine breite medizinische, zahnmedizinische
und tiermedizinische Verwendbarkeit des Drahtes nahe,
wie sich dies aus der Beschreibung ergibt.
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Die Alpha/Beta-Titanlegierung mit einem anfänglichen
Wasserstoffgehalt von etwa 70 ppm wurde bei einem Draht
für eine orthodontische Behandlung verschiedener
Patienten über etwa drei bis vier Monate verwendet. Nach
dieser Zeitdauer in dem Mund des Patienten, das heißt
in einer wässrigen, Wasserstoff enthaltenden und dieser
zuführenden Umgebung, wurden die Drähte bezüglich ihres
Wasserstoffgehaltes durch Schmelzen und Sammeln und
Analysieren der abgegebenen Gase geprüft. Alle Drähte
zeigten eine deutliche Erhöhung des Wasserstoffgehaltes
von 70 ppm bis 120 ppm, verschiedene von 70 ppm bis
180 ppm und einer von 70 ppm bis etwa 200 ppm. Im
allgemeinen wurde wenigstens einer Verdoppelung des
Wasserstoffgehaltes gefunden.
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Die orthodontische Drahtzusammensetzung kann in einem
runden Querschnitt, in einem im wesentlichen
kreuzförmigen Querschnitt und einem quadratischen Querschnitt
geschaffen werden. Die allgemeinen rechteckigen oder
quadratischen Querschnitte sind für die Bequemlichkeit
des Patienten und für die erneute Positionierung durch
den Orthodentisten bevorzugt. Eine geeignete
rechteckige Ausbildung hat Querschnittserstreckungen von 0,018 x
0,026 Inch und ein quadratischer Draht kann etwa 0,020
Inch im Quadrat haben.
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Das Verfahren zur Behandlung eines orthodontischen
Drahtes nach diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung
weist das Schaffen eines orthodontischen Drahtes mit
der oben angegebenen Zusammensetzung und das Aussetzen
des Drahtes einer wässrigen, Wasserstoff beitragenden
Substanz über eine solche Zeitdauer, um den Draht
während dieser Zeitdauer fortschreitend zu härten oder zu
verspröden, auf. Die Behandlung kann das Aussetzen des
angepaßten, geformten oder in einer orthodontischen
Anwendung verwendeten und in dem Mund des Patienten
eingesetzten orthodontischen Drahtes zu einer
wässrigen, Wasserstoff abgebenden und zutragenden Substanz
aufweisen, um den Draht fortschreitend zu härten. Das
Härten des Drahtes bei der Verwendung ermöglicht es,
den Draht einzusetzen, um eine Kraft auf die Zähne
auszuüben, um so eine Bewegung der Wurzeln des Zahns in
Übereinstimmung mit dem Behandlungsplan des
Orthodontisten zu fördern. Insbesondere härtet der Draht infolge
des Behandlungsprozesses über eine Zeitdauer, wodurch
die Kraft auf den Zahn, der sich über die Zeitdauer in
Richtung auf die gewünschte Endposition bewegt hat, die
Kraft, die er zu dem Zeitpunkt der Installation des
Drahtes aufgebracht hat, veriingert wird, sie bleibt
jedoch im wesentlichen oder erhöht die Kraft auf den
Zahn (etwa Backenzähne mit längeren Wurzeln), was
größere oder länger anhaltende Kräfte zur Bewirkung einer
Zahnbewegung erfordert.
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In dem Fall eines orthodontischen Drahtes, der als ein
Bogendraht verwendet wird, er hat ein Draht mit der
Zusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung, gute
Rückfedereigenschaften, um so geeignet zu sein, Zähne
über Entfernungen zu bewegen, ohne das Erfordernis des
Entfernens des Drahtes zur Reaktivation oder
Neuformung. Auch hat der Draht gute
Formbarkeitseigenschaften, die die Anordnung von Lösen in dem Draht erlaubt.
Das Härten oder Verspröden des Drahtes im Anschluß an
die Installation und das Aussetzen unter wässrige,
Wasserstoff beitragende Zusammensetzungen über eine
Zeitdauer, etwa mehrere Wochen oder Monate, ist eine
unerwartete und insbesondere vorteilhafte Eigenschaft,
verglichen mit Titanlegierungen oder anderen bekannten
orthodontischen Drahtzusammensetzungen, wie sie oben
erwähnt sind.
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Die Behandlung des orthodontischen Drahtes in der
Verwendung kann die Zugabe von einer wässrigen Säure oder
anderen Wasserstoff abgebenden Substanzen zu dem Draht,
etwa durch Mundwässer oder die Zugabe mittels Betupfen
oder Belegen der Drähte an Ort und Stelle mit einer
wässrigen Lösung aufweisen.
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Das Verfahren zur Behandlung des orthodontischen
Drahtes kann den weiteren Schritt des Behandelns eines oder
mehrerer Abschnitte des oder mehrerer Drähte aufweisen,
um ein Aushärten oder Verspröden des Drahtes infolge
der Aussetzung unter eine wässrige, Wasserstoff
beitragender Zusammensetzungen über eine Zeitdauer zu
verhindern. Die Behandlung kann vor einer anfänglichen
Anordnung des Drahtes in dem Mund des Patienten ausgeführt
werden, so daß einer oder mehrere Abschnitte nicht
aushärten oder aber in einem geringeren Ausmaß aushärten.
Diese Behandlung kann erwünscht sein, um eine
Rückformung von Abschnitten des orthodontischen Drahtes zu
erlauben, insbesondere die Enden, die befestigt sind,
nach einer Zeitdauer der Verwendung ohne die einen
Bruch der befestigten Enden bei einer Erstarrung
während der Neuformung des Drahtes verursachende
Versprödung.
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Die Behandlung zur Verhinderung eines Härtens weist
vorzugsweise eine Behandlung zum Verhinderung der
Aufnahme von Wasserstoff durch die Legierung auf. Eine
mögliche Behandlung weist das Erwärmen des Abschnitts,
der gegenüber Wasserstoff widerstandsfähig ist, auf, um
eine Oxydbeschichtung zur Verhinderung der Aufnahme von
Wasserstoff zu erzeugen. Das Erwärmen wird vorzugsweise
bei einer relativ geringen Temperatur durchgeführt
(jedoch oberhalb der Raumtemperatur oder normalerweise
bei Temperaturen, die im Mund) erreicht werden,
beispielsweise etwa 600ºC bis 700ºC. Diese Temperatur ist
offenbar ausreichend, um Wasserstoff an interstitialen
Positionen wenigstens an einer Anzahl von Atomschichten
aufzunehmen und zwischen den metallischen, insbesondere
den Titanatomen in der Legierung, die die Positionen
sind, die ansonsten von Wasserstoffatomen über die
Zeitdauer der orthodontischen Behandlung gesetzt
werden. Das Erwärmen erfolgt vorzugsweise während einer
kurzen Zeitdauer, das heißt in der Größenordnung von
wenigen Sekunden, so daß lediglich eine
Oberflächenoxidation bewirkt wird. Die Erwärmung kann ausgeführt
werden beispielsweise durch eine Flamme, bis die
Oberfläche eine blaue Farbe zeigt, die das Vorhandensein von
Oxidation angibt. Die Erwärmung wird dann gestoppt
(falls erforderlich mit Abschrecken), um eine weitere
Oxidation zu verhindern, die das Ende unmittelbar
verspröden könnte. Die Flächenoxidation selbst ist
offenbar spröde, verhindert jedoch die Aufnahme von
Wasserstoff, die über die Zeitdauer der orthodontischen
Behandlung ein Ausmaß der Versprödung bewirken wird, um
ein Neuformen des Drahtes schwieriger oder unmöglich zu
machen.
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Bei einem alternativen Verfahren der Behandlung zur
Verhinderung von Wasserstoffaufnahme kann einen
Anodisierungsvorgang auf der Fläche des oder der
behandelnden Abschnitte aufweisen. Die anodisierte Schicht oder
Haut kann wirksam sein, um die Absorption von
Wasserstoff in die Legierung, die die aushärtenden Effekte
zeigt, zu behindern.
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Das Verfahren der Herstellung einer orthodontischen
Einrichtung weist das Formen eines orthodontischen
Drahtes mit einer wie oben angegebenen Zusammensetzung
auf, wobei das Formen des Biegen des Drahtes ohne
erhebliches Erwärmen zur Annahme der gewünschten
Ausformung, gefolgt von der Einbringung des Drahtes in den
Mund des Patienten derart, daß dieses an den Zähnen des
Patienten befestigt ist und mit wenigstens einem Zahn
gekoppelt ist, um auf diesen eine Kraft auszuüben, auf.
Falls erwünscht, können lokalisierte Vorbehandlungen
eines oder mehrerer Abschnitte des Drahtes zur
Behinderung des Aushärtens ausgeführt werden, wie oben
beschrieben, um ein Neuformen nach einer Zeitdauer in dem
Mund zu erlauben.
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Die Behandlung des orthodontischen Drahtes zum Zeigen
der Eigenschaft des Aushärtens oder des Versprödens
wird vorzugsweise bei einer relativ geringen Temperatur
und vorzugsweise in dem Bereich von 30ºC bis 50ºC in
dem besonders bevorzugten Bereich von etwa 36ºC bis
40ºC ausgeführt.
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Das Lagern des orthodontischen Drahtes mit der
besonderen Zusammensetzung kann temperaturempfindlich sein,
und vorzugsweise sollte der Draht (vor der Verwendung
zur Herstellung einer orthodontischen Einrichtung) bei
einer relativ geringen Temperatur, beispielsweise 5ºC
und 20ºC erfolgen. Der Draht kann vorzugsweise in einer
trockenen Umgebung gelagert sein, um nicht in Berührung
mit Wasserdampf zu sein, das ein Medium zur Einführung
von Wasserstoff in diesen unter Bewirkung einer
vorzeigigen Aushärtung darstellen kann.
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Ein Verfahren zur orthodontischen Behandlung weist die
Installation des orthodontischen Drahtes mit der oben
beschriebenen Zusammensetzung in dem Mund eines
Patienten auf. Der orthodontische Draht ist an den Zähnen des
Patienten befestigt und wirkt auf wenigstens einen
Zahn, der unter Kräften, die von dem Draht auf den Zahn
ausgeübt werden. Das Verfahren weist weiter das Härten
des Drahtes über eine Zeitdauer durch Aussetzen des
Drahtes unter eine wässrige, Wasserstoff beitragende
Substanz auf, mittels deren der orthodontische Draht
über eine Zeitdauer, die verglichen mit der Zeitdauer
der orthodontischen Behandlung erheblich ist, gehärtet
oder versprödet wird. Eine Vorbehandlung eines
Abschnitts
oder von Abschnitten zur Verhinderung eines
Härtens wie oben beschrieben, kann vor der Einbringung
ausgeführt werden, um es zu ermöglichen, diese
Abschnitte später zu verformen.
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Als ein Beispiel der Verwendung eines Drahtes nach der
vorliegenden Erfindung und verwendet bei einer
Streifenbogenart, um ein Drehmoment in dem Draht für einen
Standardfall aufzubringen, kann der Draht für die
Vorderzähne nach innen eingeschlagen sein, wenn die Form
des Vorderzahnbogens eingeschlagen ist. Dann kann die
Person, die den Draht einbringt, mit der Hilfe von zwei
Drahtzangen den bukkalen Ring mesial zu den Spitzen
drehen. Ein Versatz des Molar und andere Versätze
können vorgesehen sein, um die Zähne zu ebnen und
auszurichten. Wenn die Molaren schief sind, können die
Streifen auf den sekundären Molaren angeordnet sein und
der Bogendraht kann durch die zwei Sätze von Röhren
geführt sein. Es hat sich gezeigt, daß geringe Probleme
mit Retentionen auftreten, wenn endbearbeitete
Bogendrähte routinemäßig verwendet werden. Die Drähte haben
jedoch einen großen Nutzen, wenn man lediglich eine
gute Kontrolle zum genauen Plazieren der Zähne benötigt
(verglichen damit, wenn man diese sich einfach setzen
läßt) in solchen Situationen wie einer Gaumenspalte,
Fällen, die einen prosthetischen Ersatz wie Maryland-
Brücken erfordern und für orthognatische Chirurgie.
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Die Drähte können mittels T-Stiften gehalten werden,
deren Köpfe auch zum Anbringen des Gewebes des
Patienten verwendet werden können. Falls erwünscht, können
Schuh-Haken verwendet werden. Diese können in einem
ersten Beispiel bukkal gebogen sein und sodann vertikal
(gingival) umgebogen sein - wiederum mittels zweier
Zangen, mesial und distal zu den Schuh-Haken. Die
Drähte werden sodann langsam befestigt.
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Der orthodontische Draht nach der vorliegenden
Erfindung härtet bei einer Behandlung unter Verwendung nach
dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung über eine
Zeitdauer von mehreren Wochen oder Monaten in dem Mund.
Dies ist ideal verglichen mit anderen Drähten, die über
die Zeit weicher werden. Das Härten bedeutet, daß der
Draht auf der flacheren Vorderseite sanfter ist, bevor
er eine Kraft für die größeren Backenzähne erreicht.
Verglichen mit einem Beta-Titandraht zeigt der Alpha-
Beta- und insbesondere der nahe Alpha-Titandraht kein
erhebliches Kriechen.