Anti-füzyon mobil disk protezi tasarımı ve performansının incelenmesi
The desing and performance investigation of an anti-fusion mobile disc prosthesis
Yazar: RAMAZAN ÖZMEN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA GÜNAY
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Servikal disk dejenerasyonunun cerrahi tedavisinde spinal füzyon ve total disk artroplastisi (TDA) yöntemleri kullanılmaktadır. Operasyon yapılan seviyede mobilitenin istenildiği durumda füzyon yerine total disk artroplastisi tercih edilmektedir. Bu çalışmada tasarlanan iki farklı tipteki yapay disk protezinin C3-C6 segmentinin biyomekaniğine etkileri sonlu elemanlar yöntemi ile araştırılmıştır. Öncelikle, C3-C6 segmentinin sonlu elemanlar modelini oluşturmak için gerekli olan omurların CAD modeli sağlıklı bir insanın bilgisayarlı tomografi görüntülerinden elde edilmiştir. Modelde kullanılacak olan yumuşak dokuların mekanik özellikleri literatürden alınmıştır. İntervertebral diskler, faset eklemler ve yumuşak dokulardan oluşan sağlıklı modelin hareketliliği literatürde yayınlanmış olan deneysel verilerle doğrulanmıştır. TDA yönteminin simülasyonlarında küresel mafsallı yapay disk protezi ile elastik çekirdekli yapay disk protezi tasarlanmıştır. Tasarlanan bu yapay diskler C4-C6 seviyesine implante edilmiş ve fleksiyon-ekstansiyon, lateral eğilme ve eksenel dönme simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Çalışma sonunda protezlerin implante edildiği modellerin performansları sağlıklı modele göre karşılaştırılmıştır. Fleksiyon hareketinde her iki protezin implante edildiği modellerde sağlıklı proteze yakın fizyolojik hareket miktarları elde edilmiştir. Ekstansiyon, lateral eğilme ve eksenel dönme hareketlerinde ise protezlerin implante edildiği seviyede sağlıklı modele kıyasla biraz yüksek, diğer seviyelerde ise biraz düşük hareket miktarları elde edilmiştir. Bununla birlikte, ekstansiyon, lateral eğilme ve eksenel dönme hareketlerinde her iki protezde de sağlıklı modele kıyasla düşük faset eklem kuvvetleri elde edilmiştir.

Abstract:
Spinal fusion and total disc arthroplasty (TDA) methods are used in the surgical treatment of cervical disc degeneration. TDA is preferred instead of fusion when mobility is desired at the level of operation. In this study, the effects of two different types of artificial disc prosthesis on the biomechanics of the C3-C6 segment were investigated by the finite element (FE) method. Primarily, the CAD model of the vertebrae, which is required to construct the finite element model of the C3-C6 segment, was obtained from the computerized tomography images of a healthy human neck. Mechanical properties of the soft tissues to be used in the model are taken from the literature. The mobility of healthy model consisting of intervertebral discs, facet joints and soft tissues was validated by experimental data published in the literature. Ball and socket type artificial disk prosthesis and elastic core artificial disc prosthesis were designed in the TDA method simulations. These designed artificial discs were implanted to C4-C6 level and flexion-extension, lateral bending and axial rotation simulations were performed. At the end of the study, the performances of the prosthesis implanted models were compared according to the healthy model. In flexion motion, close physiological motion ranges were obtained to the healthy model in both prosthesis implanted models. In extension, lateral bending and axial rotation motions a slightly higher motion ranges were obtained at the implanted level compared to the healthy model, while, at the other levels a slightly lower motion ranges were achieved than healthy model. However, in both prosthesis implanted models, lower facet joint forces were obtained as compared to the healthy model in extension, lateral bending and axial rotation motions.