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Patent Searching and Data


Title:
ALUMINIUM IMPLANT AND USE THEREOF
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/078510
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to an MR-compatible implant which can be produced in a simple and economical manner by using aluminium or an aluminium compound or alloy as the base material which is covered by a barrier layer.

Inventors:
SAWITOWSKI THOMAS (DE)
FISCHER ALFONS (DE)
Application Number:
PCT/EP2002/003248
Publication Date:
October 10, 2002
Filing Date:
March 22, 2002
Export Citation:
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Assignee:
ALCOVE SURFACES GMBH (DE)
SAWITOWSKI THOMAS (DE)
FISCHER ALFONS (DE)
International Classes:
A61B17/28; A61L31/02; A61L31/18; A61B19/00; (IPC1-7): A61B/
Foreign References:
DE19855421A12000-05-11
EP0982041A12000-03-01
DE19506188A11996-08-29
US4000525A1977-01-04
DE3101679A11981-12-17
DE29804531U11998-05-20
DE19858579A12000-06-21
EP0231838A21987-08-12
Attorney, Agent or Firm:
GESTHUYSEN, VON ROHR & EGGERT (Essen, DE)
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Claims:
Patentansprüche :
1. l. Implantat (1) für Röntgenoder MRgeführte oderbasierte Operationen und/oder Untersuchungen, wobei das Implantat (1) zumindest im wesentli chen aus einem metallischen Grundmaterial (2) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial (2) aus Aluminium, einer Aluminiumverbindung, einer Aluminiumlegierung und/oder deren Mischungen besteht und daß das Grundmaterial (2) mit einer für Aluminium, Aluminiumionen und/oder Körperflüssigkeiten undurchlässigen Sperrschicht (3) zumindest in frei und/oder für Körperflüssigkeiten bzw.
2. gewebe zugänglichen Oberflä chenbereichen (4) abgedeckt ist.
3. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmate rial (2) zu mindestens 97 Masse%, vorzugsweise 98 Masse% oder mehr, aus Aluminium besteht.
4. Implantat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (3) zumindest im wesentlichen aus einem anorganischen Oxid, insbesondere Aluminiumoxid, Titandioxid und/oder Siliciumdioxid, besteht.
5. Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das Implantat (1) mit einem für Röntgenstrahlen sichtbaren und/oder MRsichtbaren MarkierungsStoff (6), insbesondere zur Bestim mung der Lage des Implantats (1), markiert ist.
6. Implanat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Markie rungsStoff (6) ein Halbmetall oder Metall, vorzugsweise ein Edelmetall oder Schwermetall, insbesondere Tantal, enthält oder daraus besteht.
7. Implantat nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mar kierungsStoff (6) in die Sperrschicht (3) eingelagert oder einlagerbar ist, ins besondere in vorzugsweise durch elektrolytische Oxidation gebildete Hohl räume (5).
8. Implantat nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der MarkierungsStoff (6) im Inneren des Grundmaterials (2) aufgenom men oder angeordnet ist.
9. Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Sperrschicht (3) amorph ausgebildet ist und/oder eine mittle re Dicke von 10 bis 200 nm, vorzugsweise 20 bis 100 nm und insbesondere von etwa 50 nm aufweist.
10. Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das Implantat (1) als Stent oder als Seed ausgebildet ist.
11. Verwendung eines Implantats (1), ausgebildet gemäß einem der voranste henden Ansprüche, für MRgeführte oderbasierte Operationen und/oder Untersuchungen und/oder computertomographische oder Röntgenuntersu chungen, insbesondere am menschlichen und/oder tierischen Körper.
Description:
Implantat und dessen Verwendung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Implantat gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Verwendung des Implantats.

Unter dem Begriff"Implantat"ist hier zunächst im engeren Sinne ein in den Körper eines Tieres oder eines Menschen zumindest vorübergehend einzu- setzendes Element, das beispielsweise therapeutische, Stütz-und ! oder Ge- lenkfunktionen ausüben kann, wie temporäre Implantate, beispielsweise so- genannte"Seeds", oder Stents zur Tumorbehandlung bzw.-therapie, Tracheal- Stents u. dgl., zu verstehen. Im weiteren Sinne sind hierunter jedoch auch mit dem Körper von außen und/oder insbesondere vorübergehend in Kontakt bringbare Elemente o. dgl. zu verstehen.

Implantate in Form Stents werden beispielsweise zur Abstützung aufgeweite- ter Gefäße eingesetzt. Diese röhrenförmigen Einsätze werden nach der Auf- weitung verengter Gefäße eingeführt und anschließend radial aufgeweitet, so daß die Stents die Gefäßwandungen innenseitig abstützen.

Beim Operieren, Untersuchen und/oder Implantieren wird zunehmend-ins- besondere im Hinblick auf möglichst wenig invasive, also minimal invasive Eingriffe-eine Lagebestimmung und/oder Funktionsbestimmung des Im- plantats basierend auf Magnetresonanz eingesetzt, wozu beispielsweise ein sogenannter Kernspintomograph verwendet wird. Die Magnetresonanz-hier kurz als MR bezeichnet-wird hier also insbesondere zur Abbildung von räumlichen Verhältnissen in einem Körper, beispielsweise der Lage von Ge- weben, Organen und/oder Implantaten, eingesetzt, wobei ein verhältnismäßig starkes Magnetfeld angelegt und aufgrund der unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften Stoffe und Materialien unterscheidbar sind. Operationen und/oder Untersuchungen, bei denen MR unterstützend, beispielsweise zu Kontrollfunktionen, oder zur Führung, beispielsweise zur richtigen Positio- nierung eines Implantats, verwendet wird, werden hier auch kurz als"MR- geführt und/oder-basiert"bezeichnet.

Um MR einsetzen zu können, ist die Verwendung von MR-kompatiblen Werkstoffen für Implantate erforderlich. Bei Verwendung eines herkömmli- chen Materials, wie Edelstahl, ergeben sich nämlich derartige Artefakte (Fehl- darstellungen), daß MR keine oder eine nur unzureichende (bildliche bzw. räumliche) Auflösung ermöglicht.

Als MR-kompatible Werkstoffe werden bis jetzt Kunststoffe und spezielle Nickel-Titan-Legierungen eingesetzt. Die Eigenschaften von den zur Verfü- gung stehenden Kunststoffen sind hinsichtlich Verträglichkeit, mechanischen Eigenschaften und Kosten wenig zufriedenstellend. Die sehr speziellen Nic- kel-Titan-Legierungen sind teuer und erfordern eine sehr schwierige und dem- entsprechend kostenträchtige Bearbeitung.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Implantat sowie eine Verwendung eines Implantats anzugeben, die insbesondere für MR- geführte oder-basierte Operationen und/oder Untersuchungen, insbesondere am menschlichen und/oder tierischen Körper, ggf. aber auch für Röntgen- tersuchungen, beispielsweise durch einen Computertomographen, geeignet sind, wobei das Implantat auf einfache Weise und kostengünstig bei sehr gu- ten mechanischen Eigenschaften herstellbar ist.

Die obige Aufgabe wird durch ein Implantat gemäß Anspruch 1 oder eine Verwendung gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine grundlegende Idee der Erfindung liegt darin, Aluminium oder eine pri- mär aus Aluminium bestehende Aluminiumverbindung oder eine Alumini- umlegierung bzw. deren Mischungen als Grundmaterial bzw. Hauptbestand- teil einzusetzen. Versuche haben gezeigt, daß Aluminium in einem Kernspin- tomographen überraschenderweise nicht oder quasi nicht sichtbar ist. Beim Einsatz von MR treten also nicht die ansonsten bei Metallen generell vorhan- denen Artefakte auf.

Die genannten Artefakte treten insbesondere bei ferromagnetischen Materia- lien auf. Aluminium wird häufig für Legierungen für Transformator-Kerne, also für hochgradig ferromagnetische Legierungen eingesetzt. Daher ist es um

so überraschender, daß Aluminium für den Einsatz von MR geeignet und so- gar besonders MR-kompatibel ist.

Aluminium weist mehrere Vorteile auf. Es ist preisgünstig erhältlich und ein- fach zu bearbeiten, so daß das vorschlagsgemäße Implantat preisgünstig her- stellbar ist. Es weist gute mechanische Eigenschaften auf, insbesondere eine hohe Belastbarkeit bzw. Festigkeit und ausreichende Elastizität. Es ist ein Metall, das wie die meisten Metalle sehr gut temperaturbeständig ist, so daß eine Sterilisation bei erhöhten Temperaturen problemlos möglich ist. Es ist keine organische Verbindung, so daß sich nicht eine Vielzahl verschiedenarti- ger Elemente oder Ionen aus dem vorschlagsgemäßen Grundmaterial im Kör- per mit unerwünschten bzw. nicht bekannten Folgen lösen können.

Das Grundmaterial, ggf. das gesamte Implantat ist, mit einer Sperrschicht- zumindest in frei und/oder für Körperflüssigkeiten bzw.-gewebe zugängli- chen Oberflächenbereichen-abgedeckt. Die Sperrschicht ist dicht bzw. un- durchlässig für Aluminium, Aluminiumionen und/oder Körperflüssigkeiten ausgebildet. Dies verhindert, daß sich Aluminiumionen im Körper lösen kön- nen, die im Verdacht stehen, schädlich zu sein.

Eine bevorzugte Weiterbildung sieht vor, daß das Implantat mit einem für Röntgenstrahlen bzw. Röntgenuntersuchungen sichtbaren und/oder MR- sichtbaren Stoff (Markierungs-Stof markiert ist. Unter"markieren"bzw.

"Markierung"ist hier zu verstehen, daß der Stoff in einer ausreichenden Men- ge punktuell oder verteilt vorgesehen ist, um das Implantat für MR und/oder Röntgenuntersuchungen sichtbar zu machen, ohne die unerwünschten Arte- fakte (Fehldarstellungen bzw. Überdeckungen anderer Bereiche) insbesondere bei MR zu verursachen.

Der Markierungs-Stoff, wie ein Edelmetall, Schwermetall oder auch Eisen, kann in einer geeigneten Menge dem Grundmaterial unmittelbar zugegeben sein, wobei das Aluminium beispielsweise mit einer entsprechenden Menge zur Markierung"verunreinigt"sein kann. Von einer Aluminiumlegierung kann dabei nicht gesprochen werden, da die Menge an dem Aluminium zu- zusetzenden Markierungs-Stoff zu gering ist.

Alternativ ist der Markierungs-Stoff beispielsweise als eine Art Kern im Grundmaterial aufgenommen, insbesondere von diesem umhüllt.

Gemäß einer Ausführungsvariante ist der Stoff zur Markierung jedoch nicht unmittelbar in das Grundmaterial integriert, sondern in oder auf der Sperr- schicht vorgesehen. Beispielsweise kann der MR-sichtbare Stoff im Sperr- schichtmaterial enthalten und/oder von in der Sperrschicht gebildeten Hohl- räumen aufgenommen sein.

Weitere Eigenschaften, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend für zwei Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt : Fig. 1 eine schematische Darstellung eines vorschlagsgemäßen Implan- tats in Form eines Stents ; Fig. 2 eine ausschnittsweise Darstellung des schematischen Aufbaus des Implantats ; Fig. 3 eine nochmals vergrößerte, schematische Darstellung eines mög- lichen Schichtaufbaus gemäß Fig. 3 ; und Fig. 4 eine schematische Darstellung eines vorschlagsgemäßen Im- plantats in"Seed"-Form.

Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen, aus Veranschaulichungsgründen stark vereinfachten Darstellung ein vorschlagsgemäßes Implantat 1 in Form eines Stents. Beim Darstellungsbeispiel bildet das Implantat 1 einen gitterartigen, rohrförmigen Körper. Bezüglich alternativer Formen, Funktionen und An- wendungen des Implantats 1 wird auf die eingangsseitige Definition verwie- sen.

Fig. 2 zeigt in nicht maßstab$gerechter Darstellung einen vergrößerten Aus- schnitt des vorschlagsgemäßen Materialaufbaus des Implantats 1.

Das Implantat 1 besteht vorzugsweise zumindest im wesentlichen aus einem in Fig. 2 angedeuteten Grundmaterial 2. Insbesondere zeigt Fig. 2 lediglich einen teilweisen Schnitt in das Material des Implantats l.

Das Grundmaterial 2 ist vorzugsweise durch eine Sperrschicht 3 auf seiner Oberfläche, zumindest in Oberflächenbereichen 4, die frei und/oder für Kör- perflüssigkeiten bzw.-gewebe zugänglich sind, abgedeckt.

Das Grundmaterial 2 besteht zumindest im wesentlichen aus Aluminium, ei- ner Aluminiumverbindung, einer Aluminiumlegierung und/oder deren Mi- schungen. Insbesondere aus verhältnismäßig reinem Aluminium. Vorzugs- weise besteht das Grundmaterial 2 zu mindestens 95 Masse-%, vorzugsweise 97 oder 98 Masse-%, aus Aluminium, insbesondere einer entsprechenden.

Aluminiumlegierung. Damit ergibt sich die bereits angesprochene MR- Kompatibilität des Grundmaterials 2.

Die vorgesehene Sperrschicht 3 ist verhältnismäßig dünn und amorph ausge- bildet. Dadurch ergibt sich eine gute bzw. ausreichende Flexibilität. Dies ist insbesondere bei Ausbildung des Implantats 3 als Stent wichtig, um bei der üblicherweise vorgesehenen radialen Aufweitung des Stents im Inneren eines Gefäßes ein Ablösen der Sperrschicht 3 zu vermeiden.

Vorzugsweise ist die Sperrschicht 3 zumindest im wesentlichen einheitlich dick ausgebildet. Insbesondere beträgt die mittlere Dicke 10 bis 200 nm, vor- zugsweise 20 bis 100 nm und insbesondere etwa 50 nm.

Die Sperrschicht 3 ist undurchlässig für das Grundmaterial 2, davon gebildete Ionen und/oder Körperflüssigkeiten bzw. sonstige körpereigene Stoffe ausge- bildet. Auf diese Weise kann ein ungewolltes Lösen des Grundmaterials 2 im Körper verhindert werden.

Das Grundmaterial 2 wird zur Bildung der Sperrschicht 3 vorzugsweise plas- mabeschichtet, die Sperrschicht 3 also durch ein Plasmaverfahren aufgebracht.

Das aufzubringende Material, hier vorzugsweise Silicium, wird beispielsweise im Vakuum verdampft und reagiert unter Zusatz von Sauerstoff an der Ober-

fläche des Implantats 1 unter Ausbildung einer festhaftenden Oxidschicht, die überwiegend amorph und damit flexibel ist.

Beispielhaft wird zu den Möglichkeiten der Beschichtung, insbesondere das Aufbringen einer Siliciumdioxid-Schicht, auf die US 4,917,786, US 5,096,558, US 5,565,248 und US 5,662,741 verwiesen, deren Inhalt hiermit als ergänzende Offenbarung genannt wird.

Jedoch ist das Aufbringen nicht auf reine Plasmaverfahren beschränkt. Viel- mehr können auch sonstige Verfahren, insbesondere plasmagestützte Verfah- ren, wie das plasmagestützte PVD-Verfahren oder das plasmagestützte CVD- Verfahren zum Einsatz kommen, wie in dem Artikel"Charakterrollen"von Volker Buck und Horst Ehrich, Essener Unikate, Materialwissenschaft, Band 13, Universität GH Essen/Wissenschaftsverlag, ISSN 0944-6060, Seite 42 folgende, offenbart, eingesetzt werden. Die vorgenannte Zeitschrift wird voll- umfänglich ergänzend als Offenbarung hinsichtlich Beschichtungsverfahren und verwendbarer Materialien auch hinsichtlich verwendbarer biokompatibler Materialien genannt.

Vorzugsweise besteht die Sperrschicht 3 zumindest im wesentlichen aus ei- nem Halbmetall-Oxid, insbesondere Siliciumdioxid. Siliciumdioxid hat als häufigste anorganische Verbindung eine ausgezeichnete Biokompatibilität, ist also für den Körper optimal verträglich. Mit Siliciumdioxid läßt sich auch eine ausreichend dichte bzw. undurchlässige Sperrschicht 3 bilden.

Bei der vorzugsweise vorgesehenen amorphen Ausbildung wird auch eine ausreichende Flexibilität und Haftung auf dem Grundmaterial 2 bzw. den ab- zudeckenden Oberflächenbereichen 4 erreicht Durch eine verhältnismäßig geringe Dicke der Sperrschicht 3 ist es möglich, quasi jedes beliebige, jedenfalls an sich nicht MR-kompatible Material für die Sperrschicht 3 einzusetzen. Aufgrund der geringen Gesamtmenge, die zur Bildung der Sperrschicht 3 erforderlich ist, bleibt eine insgesamt ausreichende MR-Kompatibilität erhalten. Gegebenenfalls kann die Sperrschicht 3 gleich- zeitig eine gewünschte"Markierung"des Implantats 1 darstellen, also bewir- ken, daß das Implantat 1 mittels MR-also beispielsweise bei einer Kern-

spintomographie-und/oder für Röntgenstrahlung-also beispielsweise beim Röntgen oder einer Computertomographie-noch sichtbar ist, was bei alleini- ger Verwendung von hochgradig reinem Aluminium nicht der Fall ist.

Alternativ kann die Sperrschicht 3 auch aus anderen Materialien bestehen, insbesondere zumindest im wesentlichen aus Aluminiumoxid oder Titandio- xid. Eine Ausbildung aus Aluminiumoxid bietet sich an, da hierzu das Grundmaterial 2-zumindest sofern es sich um Aluminium handelt-lediglich an seiner Oberfläche oxidiert werden muß. Dies erfolgt insbesondere durch elektrolytische Oxidierung (Anodisierung), wobei eine ausreichend dichte bzw. undurchlässige Sperrschicht 3 mit den gewünschten Eigenschaften-aus- reichende Flexibilität, amorpher Aufbau-erreichbar ist.

Nachfolgend wird eine Weiterbildung bzw. Ausführungsvariante der Markie- rung des Implantats 1 anhand der ausschnittsweisen Vergrößerung gemäß Fig.

3 näher erläutert.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsvariante sind in der Sperrschicht 3 Hohlräume 5-beispielsweise durch entsprechende Anodisierung, insbeson- dere bei Verwendung von Aluminiumoxid als Material für die Sperrschicht 3 - zur Aufnahme eines MR-sichtbaren und/oder Röntgen-sichtbaren Stoffs 6 gebildet.

Der Markierungs-Stoff 6 kann beispielsweise durch ein Metall, insbesondere ein Edelmetall oder ein Schwermetall, vorzugsweise Tantal, gebildet sein. Be- darfsweise kann der Markierungs-Stoff 6 über schematisch angedeutete Bin- dungspartner 7 an Wandungen 8 der Hohlräume 5 gebunden sein.

Beim Darstellungsbeispiel sind die Hohlräume 5 zur Außenseite bzw. Ober- fläche 9 der Sperrschicht 3 offen ausgebildet, weisen also Öffnungen 10 auf.

Bedarfsweise können die Öffnungen 10 bzw. die Oberfläche 9 durch eine Ab- deckschicht 11, beispielsweise aus Gold, überdeckt sein.

Bei der Ausbildung von Hohlräumen 5 in der Sperrschicht 3 erstrecken sich diese vorzugsweise nicht durch die gesamte Dicke der Sperrschicht 3 um die

Sperrwirkung bzw. Barrierewirkung der Sperrschicht 3 zu erhalten, also die gewünschte Undurchlässigkeit sicherzustellen.

Wie bereits erläutert, kann der Markierungs-Stoff 6 auch in sonstiger Weise bei Bedarf in das Grundmaterial 2 und/oder die Sperrschicht 3 eingelagert, ggf. mit dem jeweiligen Material vermischt sein. Beispielhaft wird hierzu auf die Ausführungsvariante gemäß Fig. 4 verwiesen.

Das Implantat 1 gemäß Fig. 4 ist ein"Seed"und insbesondere radioaktiv, bei- spielsweise durch Aufnahme eines radioaktiven Materials in die Hohlräume 5.

Der Markierungs-Stoff 6, insbesondere ein biokompatibles, also körperver- trägliches Metall, beispielsweise Tantal, ist innerhalb des Grundmaterials 2 aufgenommen und bildet hier eine Art Kern.

Je nach Größe und/oder Ausbildung des Implantats 1 können auch mehrere separate Markierungen von Stoff 6 im Grundmaterial 2 gebildet sein.

Die Markierung durch den Stoff 6 ermöglicht also eine Lagebestimmung des Implantats 1 im implantierten Zustand durch MR und/oder Röntgen.