EP3171901A1 - Bauteile zur fusionierung von wirbelkörpern - Google Patents

Bauteile zur fusionierung von wirbelkörpern

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EP3171901A1
EP3171901A1 EP15749739.7A EP15749739A EP3171901A1 EP 3171901 A1 EP3171901 A1 EP 3171901A1 EP 15749739 A EP15749739 A EP 15749739A EP 3171901 A1 EP3171901 A1 EP 3171901A1
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EP
European Patent Office
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component according
porous
ceramic
component
region
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15749739.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heinrich Wecker
Alfons Kelnberger
Mateusz Juszczyk
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ceramtec GmbH
Original Assignee
Ceramtec GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Ceramtec GmbH filed Critical Ceramtec GmbH
Publication of EP3171901A1 publication Critical patent/EP3171901A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/38—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of the spine, vertebrae or intervertebral discs

Definitions

  • the present invention relates to components for the fusion of vertebral bodies, processes for their preparation and their use.
  • Endoprosthetic components for fusion of vertebral bodies are well known. They are adapted in geometry to the anatomy of the human vertebral body, are located between two vertebral bodies and replace the intervertebral disc completely or partially.
  • PE polyethylene
  • PEEK polyetheretherketone
  • Ceramic components based on oxide or non-oxide ceramics for example of silicon nitride or aluminum oxide-based materials.
  • a decisive further disadvantage of ceramic components for the fusion of vertebral bodies is generally the high rigidity, which is substantially higher than that of the human vertebral bodies.
  • the mechanical stimulus necessary for bone formation and bone remodeling is missing in the spine and the fusion of the vertebral bodies only insufficient or long-term absence.
  • This phenomenon is also known as "stress shielding". It can lead to the breakdown of bone material and prevent the buildup of new bone material.
  • porous ceramic structures are already known which can be produced by various processes, for example via template techniques / molding techniques, direct foaming methods or freeze-foaming methods.
  • ceramic components can be produced for the fusion of vertebral bodies, and the bone cells find optimal structures for the construction of new bone material, which may possibly be rendered osseo-inductive by additional functionalizing layers.
  • porous ceramic structures can be designed to produce these mechanical and bone growth conducive conditions.
  • a major disadvantage is that in these porous structures based on ceramic materials during handling during implantation - for example, by the use of an instrument or during healing in the human body - due to biomechanical stresses to point loads on the individual webs of the porous ceramic implant can come and then this fails at least locally.
  • Either the ceramic component is made so massive that it can withstand the mechanical requirements as an implant, then this can suppress the formation of bone and it is only conditionally suitable as a ceramic fusion implant, or one can design if it is bone-porous, then it can happen that it does not meet the mechanical requirements.
  • the object of the present invention is to ensure in a ceramic component for the fusion of vertebral bodies a sufficiently high elongation to promote the formation of new bone and bone regeneration and at the same time a high mechanical and sufficient stability.
  • the invention relates to a ceramic component for fusing vertebral bodies in the region of the human spine (cages), which on the one hand supports bone regeneration and bone remodeling on the one hand solely because of its mechanical properties and on the other hand a sufficiently high mechanical stability and high protection against the occurring forces and effects during implantation and remaining in the human body.
  • the ceramic implant should ensure the fusion of two vertebral bodies quickly and sustainably and thus ensure an optimal result for the patient.
  • the object according to the invention is achieved by the following features of the invention: Component for fusing vertebral bodies, wherein the component consists of a porous, multi-surface body (second area) which has an edge with a compacted area (first area) on at least one surface.
  • the material used for the ceramic of the first region is preferably aluminum oxide, zirconium oxide or mixed ceramics based on previously mentioned materials.
  • Zirconia-reinforced materials are among the mixed ceramics in the context of this invention.
  • zirconium oxides fall all kinds of tetragonal-stabilized zirconia such.
  • the zirconia-based materials with an E-modulus of> 100 GPa and thus on the order of steel are suitable for the invention. Since these materials have high strengths, it is ensured that the component as a whole has sufficient and high strength according to the invention.
  • the standard measured 4-point bending strengths of these materials are in the range between 500 and 2000 MPa, preferably 700 to 1500 MPa.
  • the second inner region according to the invention consists of a porous ceramic, wherein the ceramic may in principle comprise the same material as that of the first region, but may be bioactivated by additional additions of bioactive substances.
  • hydroxyapatite or tricalcium phosphate (TCP) or glass-like substances such as.
  • TCP tricalcium phosphate
  • B. Bioglasses In the case of the hydroxylapatite variants, in particular nanoparticle-based coatings have been found to be particularly favorable according to the invention.
  • Bioglas has the designation 45S5 with the main components S1O2 (silicon dioxide), CaO (calcium oxide), Na2O (sodium hyperoxide) and P2O5 (phosphorus pentoxide).
  • S1O2 silicon dioxide
  • CaO calcium oxide
  • Na2O sodium hyperoxide
  • P2O5 phosphorus pentoxide
  • bioglass compositions which, for example, also have antibacterial properties, which in turn drastically reduces the risk of infection.
  • phosphating layers which are covalently bound to the ceramic surface and, because of their high hydrophilicity, are extremely attractive to bone cells.
  • This bioactivation ensures according to the invention that the process of bone regeneration is excited efficiently and leads to a permanent fusion of the two vertebral bodies.
  • the internal structure of this second inner region has a decisive influence on the osseoconductivity of the component and consequently on the ability to build up new bone material.
  • So-called trabecular structures have proven to be particularly suitable. These structures are very similar to the morphology of cancellous bone and provide optimal conditions for the growth of cells involved in bone formation.
  • trabecular structures can be produced by known impression technologies, wherein polyurethane support structures are used as templates, which are immersed in appropriately prepared ceramic slurry and then burned out.
  • Direct foaming methods are also conceivable in which the foam-forming substances are part of the ceramic slip and the porous, interconnecting structures can be spontaneously generated in a targeted manner.
  • the mechanical properties of the second inner region in the final sintered state depend strongly on the composition of the material and on the structure, but can also be adjusted specifically and adapted to the biological environment. According to the invention, however, the second region of the component is less firm and less rigid than the first, outer region of the component, so that the deformations necessary for the stimulation of the bone can take place.
  • zirconium xid-based materials such as As cerium-stabilized zirconia or multiphase zirconia-based materials such.
  • B. strontium hexaaluminate-containing, yttrium-stabilized zirconia are suitable because of their relatively low modulus of elasticity for the invention.
  • the modulus of elasticity of the porous inner region is in the range of ⁇ 100 GPa, preferably ⁇ 50 GPa, particularly preferably ⁇ 25 GPa, very particularly preferably between 1 and 10 GPa.
  • the modulus of elasticity of the inner region is thereby understood the effective, macroscopic modulus of elasticity of the porous structure.
  • the corresponding compressive strengths are in the range of a few 10 MPa.
  • the compressive strength of the material of the compacted region (first region) is at least a factor of 10 higher than the compressive strength of the porous region (second region).
  • Decisive for the component according to the invention is the combination of these two areas or the design of the component resulting from the combination.
  • the first region is formed in two parts, with each part of the first region surrounding the mechanically sensitive edge regions of the end faces of the second region according to FIGS. 1 and 2.
  • the two peripheral parts of the first region are fixedly connected to the porous second region, for example sintered together.
  • the two parts of the first area but have no connection with each other.
  • the mechanical flexibility of the component is predetermined by the porous second region, the mechanically sensitive edge regions being protected by monolithic, solid and circumferential second ceramics.
  • the second porous region is offset inwardly overall and is thus protected by the two parts of the first region in the manner of a protector.
  • the two parts of the first region can also have structures, for example recesses, holes with / without threads or grooves, which make it possible to engage an instrument for safe handling, in particular during implantation.
  • the interface with the instrument according to the invention therefore extends primarily over the stable first region.
  • the first region of the component according to the invention represents the primary interface with the two end plates of the adjacent vertebral bodies, which are formed by suitable structures, such as, for example, As peaks, edges or pyramidal elevations ensures optimal primary stability.
  • connection of the two areas can be made according to the invention by joining in the green state and by subsequent cosintering, so that a cohesive connection is formed.
  • any type of shaping in the green according to the prior art is suitable for ensuring a connection of the two areas.
  • the porous second region can be foamed directly into the two monolithic partial regions, which are arranged in a special shape.
  • such an implant may be made of other materials suitable for implantation, such as titanium metals and metal wires, rather than ceramic.
  • materials suitable for implantation such as titanium metals and metal wires, rather than ceramic.
  • various of the above such as lower artifacts in imaging, general non-toxicity and others. The same applies to the next variant too.
  • the sensitive edge regions of the porous ceramic of the second region are green-infiltrated with a ceramic slip. Infiltration densifies these areas. Subsequent sintering forms a cohesive bond in which the mechanically sensitive regions of the fusion component are protected.
  • specific gradients in the porosity or other porous structures can also be set or produced according to the invention in order to specifically adapt the elastic properties of the ceramic component to the mechanical requirements of bone growth.
  • the invention comprises a component for fusing vertebral bodies, wherein the component consists of a porous, multi-surface body which has an edge with a compressed area on at least one surface.
  • the component consisting of the porous, multi-surface body, in each case on at least one surface on two opposite edges on a compacted region.
  • the component consisting of the porous, multi-surface body, on at least one surface on an edge with a circumferential, compacted area.
  • the component, consisting of the porous multi-surface body has edges with compressed regions on two surfaces lying opposite one another.
  • the component consisting of the porous, multi-surface body, on two opposite surfaces each edge with a circumferential, compacted area.
  • the component consisting of the porous, multi-surface body, made of porous ceramic.
  • the component consisting of the porous, multi-surface body, made of porous ceramic and allows large elastic strains to.
  • the compacted region consists of densely sintered ceramic.
  • the compacted region consists of densely sintered ceramic with high mechanical stability.
  • the material for the ceramic is selected from the group consisting of aluminum oxide, zirconium oxide or mixed ceramics based on the aforementioned.
  • the material for the ceramic is selected from zirconia-reinforced materials (ZTA, zirconia toughened alumina).
  • the component consisting of the porous, multi-surface elegantst the material for the ceramic tetragonal-stabilized zirconium oxide.
  • the component consisting of the porous, multi-surface elegantst the material for the ceramic yttrium-, cerium- or gadolinium-stabilized zirconium oxide.
  • the material for the porous ceramic is selected from the group consisting of aluminum oxides, zirconium oxides or mixed ceramics based on previously mentioned, wherein the material additionally contains a bioactive substance by the the ceramic is bioactivated.
  • porous, multi-surface body is carried out by a bioactive substance based on calcium phosphate, by a glass-like substance or by a phosphating.
  • the bioactive substance is based on calcium phosphate. Hydroxylapatite or tricalcium phosphate (TCP).
  • the glass-like substance is a bioglass with the designation 45S5, which contains as main constituents SiO 2 (silicon dioxide), CaO (calcium oxide), Na 2 O (sodium hyperoxide) and P 2 O 5 (phosphorus pentoxide) ,
  • the effective, markoscopic modulus of elasticity of the porous inner region (second region) is ⁇ 100 GPa.
  • the compacted region has a 4-point bending strength in the range of about 500 to 2000 MPa, preferably 700 to 1500 MPa.
  • the material for the porous ceramic of a zirconia-based material with a compressive strength of> 10 MPa is selected from the group consisting of the porous, multi-surface body.
  • the material of the compacted region has an at least a factor of 10 higher compressive strength than the porous region.
  • the porous ceramic has the following parameters: a pore size between 100 and 1000 ⁇ ,
  • the geometry of the component of the anatomy of the human vertebral body is adapted.
  • the process for producing the component according to the invention comprises the use of template techniques / molding techniques, direct foaming methods or freeze-foaming methods.
  • the edge regions (edges) of the porous ceramic are compacted in a second step by infiltration with a ceramic slurry.

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Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Bauteile zur Fusionierung von Wirbelkörpern, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung.

Description

Bauteile zur Fusionierung von Wirbelkörpern
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Bauteile zur Fusionierung von Wirbelkörpern, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung.
Endoprothetische Bauteile zur Fusionierung von Wirbelkörpern sind hinlänglich bekannt. Sie sind in ihrer Geometrie der Anatomie des menschlichen Wirbelkörpers angepasst, befinden sich zwischen zwei Wirbelköpern und ersetzen die Bandscheibe ganz oder teilweise.
Typischerweise halten sie in einer ersten Phase des Verbleibs im menschlichen Körper alleine durch ihre mechanischen Eigenschaften die Wirbelkörper auf Distanz und so in einer anatomisch korrekten Position. Dadurch fördern sie die Fusionierung und später das Verwachsen der beiden sie umgebenden Wirbelkörper in einer zweiten Phase.
Entsprechend bekannte Bauteile zur Fusionierung von Wirbelkörpern basieren auf metallischen Werkstoffen wie z. B. Tantal oder Titan.
Nachteile dieser metallischen Werkstoffe sind beispielsweise:
• Hohes Infektionsrisiko
• Metallischer Abrieb und daraus resultierende negative Auswirkungen auf den menschlichen Organismus
• Artefakte in der Bildgebung bei der medizinischen Diagnostik
• Alterungseffekte und Langzeitverhalten
Auch Bauteile basierend auf Kunststoffen wie z. B. hoch vernetzte PE-Werkstoffe (Polyethylen) oder PEEK (Polyetheretherketon) sind bekannt.
Nachteile bei den Kunststoffen sind z. B.: • Unzureichende mechanische Eigenschaften wie z. .B. das Abbrechen von Zacken oder sonstigen Merkmalen des Bauteils beispielsweise beim Einbau. Dies kann negative Auswirkungen auf den menschlichen Organismus haben.
• Mangelnde Darstellbarkeit bei den gängigen Bildgebungsverfahren (MRI, Röntgen). Dadurch bedingt Einsatz von metallischen Markern. ■
• Alterungseffekte und Langzeitverhalten
Bekannt sind auch keramische Bauteile beispielsweise basierend auf Oxid- oder Nicht- oxidkeramiken, beispielsweise aus Siliziumnitrid oder aluminiumoxidbasierten Werkstoffen.
Einen entscheidenden weiteren Nachteil keramischer Bauteile zur Fusionierung von Wirbelkörpern stellt generell die hohe Steifigkeit dar, die wesentlich höher ist als die der menschlichen Wirbelkörper. Dies kann dazu führen, dass aufgrund der entsprechend niedrigen mechanischen Nachgiebigkeit der Bauteile bedingt durch den hohen E-Modul der keramischen Werkstoffe in der Größenordnung von einigen 100 GPa der für die Knochenbildung und Knochenremodellierung notwendige mechanische Stimulus in der Wirbelsäule fehlt und die Fusion der Wirbelkörper nur unzureichend oder langfristig ausbleibt. Dieses Phänomen ist auch unter dem Begriff "stress shielding" bekannt. Es kann zum Abbau von Knochenmaterial führen und den Aufbau von neuem Knochenmaterial unterbinden.
Andererseits sind auch bereits poröse keramische Strukturen bekannt, die über verschiedene Verfahren hergestellt werden können, beispielsweise über Templattechni- ken/Abformtechniken, Direktschäumungsmethoden oder Gefrierschäumungsmethoden. Mit o. g. Methoden lassen sich keramische Bauteile zur Fusionierung von Wirbelkörpern herstellen und die Knochenzellen finden optimale Strukturen zum Aufbau von neuem Knochenmaterial vor, die ggf. noch durch zusätzliche funktionalisierende Schichten osseoinduktiv gestaltet werden können. Damit sollte es möglich sein, interkonnektierende, poröse Keramiken mit ausreichender Festigkeit in der Größenordnung > 10 MPa und bedingt durch den strukturellen Aufbau mechanisch nachgiebigere Strukturen mit elastischen Eigenschaften zu erzeugen, die bei den physiologisch üblichen biomechanischen Belastungen eine für Knochenaufbau und -remodellierung günstige Längenänderung zulassen, ohne die keramische Struktur dabei zu zerstören.
Es ist zudem bekannt, dass zur Knochenremodellierung - also zur Knochenerhaltung - Längenänderungen in der Größenordnung von 0,1 % nötig sind und die Neubildung von Knochen bei Deformationen in einem Bereich ca. 0,15 % bis 0,4 % gefordert wird. Höhere Deformationen des Knochens führen zu Mikrofrakturen und schließlich zum Knochenbruch.
Es hat sich auch herausgestellt, dass poröse Keramikstrukturen so gestaltet werden können, dass diese mechanischen und für das Knochenwachstum förderlichen Bedingungen erzeugt werden können.
Ein großer Nachteil allerdings ist, dass es bei diesen porösen Strukturen basierend auf keramischen Werkstoffen bei der Handhabung während der Implantation - beispielsweise durch den Einsatz eines Instruments oder während der Heilung im menschlichen Körper - aufgrund biomechanischer Belastungen zu Punktbelastungen auf die einzelnen Stege des porösen keramischen Implantates kommen kann und dieses dann zumindest lokal versagt.
Es kann schlimmstenfalls zum Bruch des keramischen Bauteils kommen. Somit liegt ein Dilemma vor:
Entweder man gestaltet das keramische Bauteil so massiv, dass es den mechanischen Anforderungen als Implantat standhält, dann kann dies die Knochenbildung unterdrücken und es eignet sich nur bedingt als keramisches Fusionsimplantat, oder man gestal- tet es knochenfreundlich porös, dann kann es passieren, dass es den mechanischen Anforderungen nicht gerecht wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in einem keramischen Bauteil zur Fusionierung von Wirbelkörpern eine ausreichend hohe Dehnung zur Förderung der Knochenneubildung und Knochenerneuerung und gleichzeitig eine hohe mechanische und ausreichende Stabilität zu gewährleisten.
Die Erfindung betrifft ein keramisches Bauteil zur Fusionierung von Wirbelkörpern im Bereich der menschlichen Wirbelsäule (cages), welches einerseits alleine aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften die Knochenneubildung und Knochenremodellierung unterstützt und andererseits eine ausreichend hohe mechanische Stabilität und hohen Schutz gegenüber den auftretenden Kräften und Einwirkungen während der Implantation und des Verbleibs im menschlichen Körper aufweist.
Weiterhin soll das keramische Implantat die Fusion zweier Wirbelkörper schnell und nachhaltig sicherstellen und so für ein optimales Ergebnis beim Patienten sorgen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch folgende Merkmale der Erfindung gelöst: Bauteil zur Fusionierung von Wirbelkörpern, wobei das Bauteil aus einem porösen, mehrflächigen Körper (zweiter Bereich) besteht, der an mindestens einer Fläche eine Kante mit einem verdichteten Bereich (erster Bereich) aufweist. Als Werkstoff für die Keramik des ersten Bereiches dienen vorzugsweise Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder Mischkeramiken basierend auf vorher genannten Materialien.
Unter die Mischkeramiken fallen im Rahmen dieser Erfindung u. a. Zirkonoxid-verstärkte Werkstoffe (ZTA, zirconia toughened alumina). Unter die Zirkonoxide fallen alle Arten von tetragonal-stabilisierten Zirkonoxiden, wie z. B. Yttrium-, Cer- oder Gadoliniumstabilisierte Zirkonoxide. Insbesondere die Zirkonoxid-basierten Werkstoffe mit einem E-Modul von > 100 GPa und damit in der Größenordnung von Stahl eignen sich für die Erfindung. Da diese Werkstoffe hohe Festigkeiten aufweisen ist sichergestellt, dass das Bauteil insgesamt eine ausreichend und erfindungsgemäß hohe Festigkeit besitzt. Die standardmäßig gemessenen 4-Punkt-Biegefestigkeiten dieser Werkstoffe liegen im Bereich zwischen 500 und 2000 MPa, vorzugsweise 700 bis 1500 MPa.
Der zweite innere Bereich besteht erfindungsgemäß aus einer porösen Keramik, wobei die Keramik prinzipiell das gleiche Material wie das des ersten Bereichs umfassen kann, jedoch durch zusätzliche Beigaben bioaktiver Substanzen bioaktiviert sein kann.
Dafür in Frage kommen erfindungsgemäß beispielsweise Schichten oder Beimischungen von bekanntlich bioaktiven Substanzen basierend auf Calciumphosphat, wie z. B. Hydroxylapatit oder Tricalciumphosphat (TCP) oder auch glasähnliche Substanzen wie z. B. Biogläser. Bei den Hydroxylapatitvarianten haben sich insbesondere nanopartikel- basierte Beschichtungen erfindungsgemäß als besonders günstig herausgestellt.
Das bekannteste und für diese Zwecke am besten geeignete Bioglas hat die Bezeichnung 45S5 mit den Hauptbestandteilen S1O2 (Siliziumdioxid), CaO (Calciumoxid), Na2O (Natriumhyperoxid) und P2O5 (Phosphorpentoxid). Es gibt jedoch eine Fülle von Bioglaszusammensetzungen, die beispielsweise auch antibakterielle Eigenschaften aufweisen, was wiederum die Infektionsgefahr drastisch reduziert.
Eine weitere Methode zur Bioaktivierung stellen erfindungsgemäß Phosphatierungs- schichten dar, die kovalent an die keramische Oberfläche gebunden sind und aufgrund ihrer hohen Hydrophilizität für Knochenzellen extrem attraktiv sind.
Diese Bioaktivierung stellt erfindungsgemäß sicher, dass der Prozess der Knochenneubildung effizient angeregt wird und zu einer dauerhaften Fusion der beiden Wirbelkörper führt. Die innere Struktur dieses zweiten inneren Bereiches hat entscheidenden Einfluss auf die Osseokonduktivität des Bauteils und folglich auf die Fähigkeit, neues Knochenmaterial aufzubauen. Sogenannte trabekuläre Strukturen haben sich als besonders geeignet herausgestellt. Diese Strukturen sind der Morphologie von spongiosem Knochen sehr ähnlich und sorgen für optimale Bedingungen zum Wachstum der am Knochenaufbau beteiligten Zellen.
Erfindungsgemäß entscheidend sind dabei folgende Parameter:
• Porenverteilungen mit einem Maximum zwischen 100 und 1000 μηη, bevorzugt zwischen 400 und 600 μηη
• Porositäten zwischen 75 und 85 Vol.-%
• Interkonnektivität, d. h. die einzelnen Poren sind miteinander verbunden und ermöglichen eine optimale Vaskularisierung des Bauteils
Diese trabekulären Strukturen lassen sich über bekannte Abformungstechnologien herstellen, wobei Polyurethanträgerstrukturen als Template genutzt werden, die in entsprechend aufbereitete keramische Schlicker eingetaucht und anschließend ausgebrannt werden.
Denkbar sind ebenfalls Direktschäumungsmethoden bei denen die schaumbildenden Substanzen Teil des keramischen Schlickers sind und sich die porösen, interkonnektie- renden Strukturen gezielt spontan erzeugen lassen.
Die mechanischen Eigenschaften des zweiten inneren Bereiches im fertigen gesinterten Zustand hängen stark von der Materialzusammensetzung und von der Struktur ab, können damit jedoch auch gezielt eingestellt und auf das biologische Umfeld angepasst werden. Erfindungsgemäß ist der zweite Bereich des Bauteils aber weniger fest und weniger steif als der erste, äußere Bereich des Bauteils, so dass die für die Stimulation des Knochens notwendigen Deformationen stattfinden können. Insbesondere Zirkono- xid-basierte Werkstoffe wie z. B. Cer-stabilisiertes Zirkonoxid oder auch mehrphasige Zirkonoxid-basierte Werkstoffe wie z. B. Strontiumhexaaluminat-haltiges, Yttriumstabilisiertes Zirkonoxid eignen sich aufgrund ihres relativ geringen E-Moduls für die Erfindung. Der E-Modul des porösen inneren Bereiches (zweiter Bereich) liegt dabei im Bereich von < 100 GPa, vorzugsweise < 50 GPa, besonders bevorzugt < 25 GPa ganz besonders bevorzugt zwischen 1 und 10 GPa.. Als E-Modul des inneren Bereiches wird dabei der effektive, makroskopische E-Modul der porösen Struktur verstanden.
Die entsprechenden Druckfestigkeiten liegen im Bereich von einigen 10 MPa. Die Druckfestigkeit des Werkstoffes des verdichteten Bereiches (erster Bereich) ist dabei mindestens um den Faktor 10 höher als die Druckfestigkeit des porösen Bereiches (zweiter Bereich).
Entscheidend für das erfindungsgemäße Bauteil ist die Kombination dieser beiden Bereiche bzw. das Design des durch die Kombination entstehenden Bauteils.
In einer ersten erfindungsgemäßen Variante ist der erste Bereich zweiteilig ausgebildet, wobei jeweils ein Teil des ersten Bereichs die mechanisch sensiblen Kantenbereiche der Stirnflächen des zweiten Bereichs gemäß Abb. 1 und 2 umlaufend umschließt.
Die beiden umlaufenden Teile des ersten Bereichs sind fest mit dem porösen zweiten Bereich verbunden, beispielsweise zusammengesintert. Die beiden Teile des ersten Bereichs weisen aber keine Verbindung untereinander auf.
Damit ist erfindungsgemäß die mechanische Nachgiebigkeit des Bauteils durch den porösen zweiten Bereich vorgegeben, wobei die mechanisch sensiblen Kantenbereiche von monolithischer, fester und umlaufender zweiten Keramik geschützt werden. Außerdem ist in dieser erfindungsgemäßen Variante der zweite poröse Bereich insgesamt nach innen versetzt und wird so von den beiden Teilen des ersten Bereichs in der Art eines Protektors geschützt.
Die beiden Teile des ersten Bereichs können erfindungsgemäß auch Strukturen aufweisen, beispielsweise Ausnehmungen, Bohrungen mit/ohne Gewinde oder Nuten, die den Eingriff eines Instruments zur sicheren Handhabung insbesondere während der Implantation ermöglichen.
Die Schnittstelle mit dem Instrument erstreckt sich erfindungsgemäß also primär über den stabilen ersten Bereich.
Genauso stellt der erste Bereich des erfindungsgemäßen Bauteils die primäre Schnittstelle mit den beiden Endplatten der angrenzenden Wirbelkörper dar, der durch geeignete Strukturen, wie z. B. Zacken, Kanten oder pyramidenförmige Erhebungen für eine optimale Primärstabilität sorgt.
Die Verbindung der beiden Bereiche kann erfindungsgemäß durch Zusammenfügen im Grünzustand und durch anschließendes Kosintern erfolgen, so dass eine stoffschlüssige Verbindung entsteht.
Prinzipiell ist erfindungsgemäß jede Art der Formgebung im Grünen gemäß Stand der Technik geeignet, eine Verbindung der beiden Bereiche sicherzustellen. Insbesondere kann der poröse zweite Bereich in die beiden monolithischen Teilbereiche, die in einer speziellen Form angeordnet sind, direkt eingeschäumt werden.
Natürlich kann ein solches Implantat statt aus Keramik auch aus anderen, für Implantationszwecke geeigneten Materialien, beispielsweise Metallen und Metalldrähten aus Titan, hergestellt sein. Dann entfallen allerdings diverse der vorstehend aufgeführten Vor- teile wie geringere Artefakte in der Bildgebung, die generelle Ungiftigkeit und andere. Gleiches trifft auch für die nächste Variante zu.
In einer zweiten erfindungsgemäßen Variante gemäß Abb. 3 und 4 werden die sensiblen Randbereiche der porösen Keramik des zweiten Bereichs im Grünzustand mit einem keramischen Schlicker infiltriert. Durch die Infiltrierung werden diese Bereiche verdichtet. Bei der anschließenden Sinterung bildet sich ein stoffschlüssiger Verbund, bei dem die mechanisch sensiblen Bereiche des Fusionsbauteils geschützt sind.
Als Herstellungsmethode für diese Variante eignen sich erfindungsgemäß besonders Rapid Prototyping-Methoden nach dem Stand der Technik, da dadurch ein schrittweiser Aufbau des Implantats möglich ist und die beiden erfindungsgemäßen Bereiche unabhängig voneinander gestaltbar sind.
Insbesondere lassen sich mit diesen Verfahren erfindungsgemäß auch gezielt Gradienten in der Porosität oder sonstige poröse Strukturen einstellen bzw. herstellen, um die elastischen Eigenschaften des keramischen Bauteils gezielt auf die mechanischen Bedürfnisse des Knochenwachstums anzupassen.
Insbesondere umfasst die Erfindung ein Bauteil zur Fusionierung von Wirbelkörpern, wobei das Bauteil aus einem porösen, mehrflächigen Körper besteht, der an mindestens einer Fläche eine Kante mit verdichtetem Bereich aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Bauteil, bestehend aus dem porösen, mehrflächigen Körper, an mindestens einer Fläche an zwei gegenüberliegenden Kanten jeweils einen verdichteten Bereich auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Bauteil, bestehend aus dem porösen, mehrflächigen Körper,an mindestens einer Fläche eine Kante mit einem umlaufenden, verdichteten Bereich auf. ln einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Bauteil, bestehend aus dem porösen, mehrflächigen Körper, an zwei einander gegenüberliegenden Flächen Kanten mit verdichteten Bereichen auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Bauteil, bestehend aus dem porösen, mehrflächigen Körper, an zwei einander gegenüberliegenden Flächen jeweils Kanten mit einem umlaufenden, verdichteten Bereich auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht das Bauteil, bestehend aus dem porösen, mehrflächigen Körper, aus poröser Keramik.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht das Bauteil, bestehend aus dem porösen, mehrflächigen Körper, aus poröser Keramik und lässt große elastische Dehnungen zu.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Bauteils, bestehend aus dem porösen, mehrflächigen Körper, besteht der verdichtete Bereich aus dicht gesinterter Keramik.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Bauteils, bestehend aus dem porösen, mehrflächigen Körper, besteht der verdichtete Bereich aus dicht gesinterter Keramik mit hoher mechanischer Stabilität.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Bauteils, bestehend aus dem porösen, mehrflächigen Körper, ist der Werkstoff für die Keramik ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder Mischkeramiken basierend auf den vorher genannten. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Bauteils, bestehend aus dem porösen, mehrflächigen Körper, ist der Werkstoff für die Keramik ausgewählt ist aus Zirkono- xid-verstärkten Werkstoffen (ZTA, zirconia toughened alumina).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Bauteils, bestehend aus dem porösen, mehrflächigen Körperjst der Werkstoff für die Keramik tetragonal-stabilisiertes Zir- konoxid.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Bauteils, bestehend aus dem porösen, mehrflächigen Körperjst der Werkstoff für die Keramik Yttrium-, Cer- oder Gadoli- nium-stabilisiertes Zirkonoxid.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Bauteils, bestehend aus dem porösen, mehrflächigen Körper, ist der Werkstoff für die poröse Keramik ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxiden, Zirkonoxiden oder Mischkeramiken basierend auf vorher genannten, wobei der Werkstoff zusätzlich eine bioaktive Substanz enthält, durch die die Keramik bioaktiviert wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des porösen, mehrflächigen Körpers erfolgt durch eine bioaktive Substanz auf Basis von Calciumphosphat, durch eine glasähnliche Substanz oder durch eine Phosphatierungsschicht erfolgt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Bauteils, bestehend aus dem porösen, mehrflächigen Körper, ist die bioaktive Substanz auf Basis von Calciumphosphat. Hydroxylapatit oder Tricalciumphosphat (TCP).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Bauteils, bestehend aus dem porösen, mehrflächigen Körper, ist die glasähnliche Substanz ein Bioglas mit der Bezeichnung 45S5, welches als Hauptbestandteile Si02 (Siliziumdioxid), CaO (Calciumoxid), Na20 (Natriumhyperoxid) und P205 (Phosphorpentoxid) enthält. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Bauteils, bestehend aus dem porösen, mehrflächigen Körper, ist der effektive, markoskopische E-Modul des porösen inneren Bereiches (zweiter Bereich) < 100 GPa.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Bauteils, bestehend aus dem porösen, mehrflächigen Körper, weist der verdichtete Bereich eine 4-Punkt-Biegefestigkeit im Bereich von etwa 500 bis 2000 MPa, vorzugsweise 700 bis 1500 MPa auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Bauteils, bestehend aus dem porösen, mehrflächigen Körper, besteht der Werkstoff für die poröse Keramik aus einem Zir- konoxid-basierten Werkstoff mit einer Druckfestigkeit von > 10 MPa.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Bauteils, bestehend aus dem porösen, mehrflächigen Körper, weist der Werkstoff des verdichteten Bereiches eine mindestens um den Faktor 10 höhere Druckfestigkeit auf als der poröse Bereich.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Bauteils, bestehend aus dem porösen, mehrflächigen Körper, weist die poröse Keramik die folgenden Parameter auf: eine Porengröße zwischen 100 und 1000 μηη,
eine Porosität zwischen 75 und 85 Vol.-% und
eine Interkonnektivität der Poren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die die Geometrie des Bauteils der Anatomie des menschlichen Wirbelkörpers angepasst.
Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils, bestehend aus dem porösen, mehrflächigen Körper, umfasst die Verwendung von Templattechni- ken/Abformtechniken, Direktschäumungsmethoden oder Gefrierschäumungsmethoden. ln einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die Randbereiche (Kanten) der porösen Keramik in einem zweiten Schritt durch Infiltration mit einem keramischen Schlicker verdichtet.

Claims

Patentansprüche
1. Bauteil zur Fusionierung von Wirbelkörpern, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil aus einem porösen, mehrflächigen Körper besteht, der an mindestens einer Fläche eine Kante mit verdichtetem Bereich aufweist.
2. Bauteil gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil aus einem porösen, mehrflächigen Körper besteht, der an mindestens einer Fläche an zwei gegenüberliegenden Kanten jeweils einen verdichteten Bereich aufweist.
3. Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil aus einem porösen, mehrflächigen Körper besteht, der an mindestens einer Fläche eine Kante mit einem umlaufenden, verdichteten Bereich aufweist.
4. Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil aus einem porösen, mehrflächigen Körper besteht, der an zwei einander gegenüberliegenden Flächen Kanten mit verdichteten Bereichen aufweist.
5. Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil aus einem porösen, mehrflächigen Körper besteht, der an zwei einander gegenüberliegenden Flächen jeweils Kanten mit einem umlaufenden, verdichteten Bereich aufweist.
6. Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse, mehrflächige Körper aus poröser Keramik besteht.
7. Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse, mehrflächige Körper aus poröser Keramik besteht und große elastische Dehnungen zulässt.
8. Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der verdichtete Bereich aus dicht gesinterter Keramik besteht.
9. Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der verdichtete Bereich aus dicht gesinterter Keramik mit hoher mechanischer Stabilität besteht.
10. Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff für die Keramik ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder Mischkeramiken basierend auf den vorher genannten.
1 1 . Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff für die Keramik ausgewählt ist aus Zirkonoxid-verstärkten Werkstoffen (ZTA, zirconia toughened alumina).
12. Bauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff für die Keramik tetragonal-stabilisiertes Zirkonoxid ist.
13. Bauteil gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff für die Keramik Yttrium-, Cer- oder Gadolinium-stabilisiertes Zirkonoxid ist.
14. Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff für die poröse Keramik ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxiden, Zirkonoxiden oder Mischkeramiken basierend auf vorher genannten, wobei der Werkstoff zusätzlich eine bioaktive Substanz enthält, durch die die Keramik bioaktiviert wird.
15. Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bioaktivierung durch eine bioaktive Substanz auf Basis von Calcium- phosphat, durch eine glasähnliche Substanz oder durch eine Phosphatierungs- schicht erfolgt.
16. Bauteil gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die bioaktive Substanz auf Basis von Calciumphosphat. Hydroxylapatit oder Tricalciumphosphat (TCP) ist.
17. Bauteil gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die glasähnliche Substanz ein Bioglas mit der Bezeichnung 45S5 ist, welches als Hauptbestandteile S1O2 (Siliziumdioxid), CaO (Calciumoxid), Na2Ü (Natriumhyperoxid) und P2O5 (Phosphorpentoxid) enthält.
18. Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der effektive, markoskopische E-Modul des porösen inneren Bereiches (zweiter Bereich) < 100 GPa ist.
19. Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der verdichtete Bereich eine 4-Punkt-Biegefestigkeit im Bereich von etwa 500 bis 2000 MPa, vorzugsweise 700 bis 1500 MPa aufweist.
20. Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff für die poröse Keramik aus einem Zirkonoxid-basierten Werkstoff mit einer Druckfestigkeit von > 10 MPa besteht.
21 . Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des verdichteten Bereiches eine mindestens um den Faktor 10 höhere Druckfestigkeit aufweist als der poröse Bereich.
22. Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Keramik die folgenden Parameter aufweist:
eine Porengröße zwischen 100 und 1000 μηη,
eine Porosität zwischen 75 und 85 Vol.-% und
eine Interkonnektivität der Poren.
23. Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie des Bauteils der Anatomie des menschlichen Wirbelkörpers angepasst ist.
24. Verfahren zur Herstellung des Bauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, unter Verwendung von Templattechni- ken/Abformtechniken, Direktschäumungsmethoden oder Gefrierschäumungsme- thoden hergestellt wird.
25. Verfahren zur Herstellung des Bauteils nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Randbereiche (Kanten) der porösen Keramik in einem zweiten Schritt durch Infiltration mit einem keramischen Schlicker verdichtet werden.
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RU (1) RU2017105757A (de)
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9265620B2 (en) 2011-03-18 2016-02-23 Raed M. Ali, M.D., Inc. Devices and methods for transpedicular stabilization of the spine
EP2967909A4 (de) 2013-03-14 2016-10-05 Raed M Ali M D Inc Vorrichtungen, systeme und verfahren für seitliche intervertebrale fusion
US10687962B2 (en) 2013-03-14 2020-06-23 Raed M. Ali, M.D., Inc. Interbody fusion devices, systems and methods
CN111227994A (zh) * 2018-11-28 2020-06-05 财团法人金属工业研究发展中心 多孔质生医植入物及其制造方法
WO2020116568A1 (ja) * 2018-12-06 2020-06-11 キヤノン株式会社 セラミックス物品の製造方法、及びセラミックス物品
JP2020093973A (ja) * 2018-12-06 2020-06-18 キヤノン株式会社 セラミックス物品の製造方法、及びセラミックス物品

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58172260A (ja) * 1982-03-31 1983-10-11 東洋ゴム工業株式会社 強化セラミツク多孔体の製法
JPH0597551A (ja) * 1991-10-03 1993-04-20 Ngk Spark Plug Co Ltd リン酸カルシウムセラミツクス及びその製造方法
EP0566427B1 (de) * 1992-04-17 2000-03-15 Kyocera Corporation Prothese und Verfahren zur deren Herstellung
US20120330420A1 (en) * 2001-05-01 2012-12-27 Amedica Corporation Spinal fusion implants
JP2004089326A (ja) * 2002-08-30 2004-03-25 Akira Nai 人工椎弓用部材および人工椎体用部材
US20060173542A1 (en) * 2004-12-28 2006-08-03 Takiron Co., Ltd. Biomaterial for artificial cartilage
JP2008541851A (ja) * 2005-05-27 2008-11-27 アメディカ コーポレイション セラミックの脛骨部品を有する人工膝関節
US8029575B2 (en) * 2005-10-25 2011-10-04 Globus Medical, Inc. Porous and nonporous materials for tissue grafting and repair
EP2058014B1 (de) * 2006-08-31 2015-08-12 Japan Science and Technology Agency Künstlicher knochenverbund
WO2008122595A2 (en) * 2007-04-05 2008-10-16 Cinvention Ag Biodegradable therapeutic implant for bone or cartilage repair
DE102009014184A1 (de) * 2008-11-07 2010-05-20 Advanced Medical Technologies Ag Implantat zur Fusion von Wirbelsäulensegmenten
FR2955025B1 (fr) * 2010-01-11 2012-11-30 Kasios Piece en titane poreux et son procede de fabrication.
JP2013535264A (ja) * 2010-07-23 2013-09-12 プリフェロプ−シュピーネ アーゲー 外科インプラント
US9867711B2 (en) * 2010-11-10 2018-01-16 Mitsubishi Materials Corporation Vertebral body spacer
JP5648432B2 (ja) * 2010-11-10 2015-01-07 三菱マテリアル株式会社 多孔質インプラント素材
CN102397588B (zh) * 2011-11-15 2014-02-12 东南大学 多孔镁合金三维增强可吸收医用复合材料及其制备方法
WO2014009340A1 (de) * 2012-07-11 2014-01-16 Ceramtec Gmbh Keramisches bauteil zur fusionierung von wirbelkörpern
WO2014080008A2 (de) * 2012-11-26 2014-05-30 Ceramtec Gmbh Endoprothetisches bauteil

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *
See also references of WO2016012506A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
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