Kişiye özel diz protezinin olasılığa dayalı analiz yardımıyla tasarımı ve deneysel olarak doğrulanması
Designing patient specific knee prosthesis using probabilistic analysis and its verification with experiments
Yazar: İSMAİL HAKKI KORKMAZ
Danışman: PROF. DR. İRFAN KAYMAZ ; PROF. DR. ÖMER SELİM YILDIRIM
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Özelliklerini yitirmiş diz ekleminin metal ana bileşenler ve polimer esaslı ara bileşenler ile yenilenmesi olarak bilinen Total Diz Artroplastisi (TDA)'nde kullanılan Total Diz Protezi (TDP) için ortalama ömür değeri 15-20 yıl arasındadır. TDA tedavisine ihtiyaç duyan hasta yaşının giderek düşmesi bu dayanım süresinin yetersizliğine ve sonuçta da revizyon ameliyatına sebep olmaktadır. Revizyon operasyonlarının başarısı ilk TDA'lardan çok daha düşük olduğundan hastanın devam eden yaşantısında kritik bir süreci başlatmaktadır. TDP'lerde meydana gelen hasarları azaltıp kullanım ömrünü artırmak amacıyla son yıllarda kişiye özel tasarımlar kullanılmaktadır. 
Bu çalışmada, anatomik kemik modeline tam uyumlu olarak tasarlanan TDP bileşenleri ile üç boyutlu kemik modelleri, bilgisayar ortamında montajlanmıştır. Montajlanan tüm kemik ve bileşenler sonlu elemanlar metodu ile deterministik ve olasılık esaslı analizler ile incelenmiş ve analiz sonuçları dikkate alınarak tasarlanan hastaya özel protez bileşenleri, lazer sinterleme yöntemi ile üretimi yapılmıştır. Yapay kemik modelleri ile tasarlanan protezler ilgili ortopedist tarafından gerçek ortamda montajlanmış ve statik yükleme altında kemik şekil değişimleri incelenmiştir. Deneysel testler ile sonlu elemanlar analizinden alınan sonuçlar karşılaştırılarak modelin doğruluğu değerlendirilmiştir. Çalışma sonucunda tasarlanan hastaya özel protezin, geleneksel proteze göre kemik çimentosu-kemik ara yüzeyinde daha az deplasmana, insert-femoral bileşen ara yüzeyinde daha az temas basıncına maruz kaldığı ve daha iyi kemik-protez uyumuna sahip olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
The average life of a Total Knee Prosthesis (TKP) that is used in the total knee arthroplasty (TKA) known as replacement of degenerated knee joints by main metal components and polyethylene based intermediate components is approximately between 15 and 20 years. The fact that the age of patients who needs TKA gradually drops causes insufficiency of the life of the prosthesis, and ultimately the need for a revision operation. Since the success rate of revision operations is significantly lower than that of the first TKAs, a critical period for the patient starts for his/her life left. In recent years, patient-specific design has been used to eliminate failures occurred at the TKP as well as increasing the usage life. 
In this study, three dimensional bone models along with the TKP components that were designed as full-compatible to the anatomical bone model were assembled in a computer program. The full model including all the bones and components were studied by deterministic and probabilistic analysis based on the finite element method, and the patient-specific components of the prosthesis that was designed in this study were manufactured using the laser melting method, considering the results from the analyses. The orthopaedist concerned assembled the artificial bone models with the prosthesis designed, and the strain behaviour under static loading was investigated. The finite element model was verified by comparing the results from the experiments and the finite element analysis. As a result of this study, compared to functional prosthesis, it is found out that patient-specific prosthesis proposed is exposed less strain on the interface of bond-cement, less contact pressure on the interface of insert-femoral component and provides better compliance between bone and prosthesis.