Aşırı plastik deformasyon yöntemi ile dayanımı artırılmış saf titanyumdan miniplak üretimi ve biyomekanik açıdan değerlendirilmesi
The manufacture and biomechanical assessment of miniplate produced of the strengthened CP-Ti by severe plastic deformation method
Yazar: HOJJAT GHAHRAMANZADEH ASL
Danışman: PROF. DR. AKGÜN ALSARAN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Çene kemiğinde oluşan kemik hastalıkları veya kırıkların giderilmesi için farklı geometrilere sahip miniplak olarak adlandırılan implantlar kullanılır. Miniplaklar, kırık yeri ve boyutuna göre değişik sayı ve geometrilerde kemik dokuya gömülerek monte edilir. Kırığın büyüklüğüne göre bölgeye yerleştirilecek miniplak sayısının fazla olması kemik dokunun daha fazla açılması anlamına gelmektedir. Ayrıca, çene kırıklarında, kemik kırığının hareketsiz kalması özellikle iyileşme periyodu açısından önemlidir. Buda kullanılan miniplakların rijit özelliklere sahip olmasını gerektirir. 
Miniplak malzemesi olarak genellikle saf titanyum kullanılır. Saf titanyumun biyouyumluluğu yüksek olup dayanımı bazı implant uygulamları için yetersizdir. Bu durum bazı çene kırığı fiksasyonlarında yeterli rijitlik sağlanamadığı için özellikle iyileşme süresinin uzamasına neden olur. Bu çalışmanın amacı, alt çene kırıklarında, klasik miniplaklara nazaran daha rijit bir fiksasyon sağlamaktır. Bu amaca ulaşabilmek için saf titanyumun dayanımı aşırı plastik deformasyon yöntemlerinden biri olan eş kanallı açısal ekstrüzyon (EKAE) yöntemi ile artırılmıştır. Daha sonra iki farklı miniplak geometrisi (köprüsüz ve köprülü) dayanımı artırılmış titanyumdan imal edilerek, in vitro şartlarda biyomekanik testlere tabi tutulmuştur. Elde edilen sonuçlar işlemsiz saf titanyumdan imal edilmiş miniplakların kullanıldığı fiksasyonlar ile mukayese edilmiştir. Biyomekanik testler statik (üç noktadan eğme, iki noktadan eğme ve burulma) ve dinamik şartlarda yapay alt çene kemiği üzerinde gerçekleştirilmiştir. Ayrıca biyomekanik testler numerik olarak da analiz edilmiş ve elde edilen sonuçlar deneysel çıktılar ile karşılaştırılmıştır. Numerik analizler için öncelikle çene kemiğinin 3B modeli MIMIMCS 17.0 yazılımı vasıtasıyla ve miniplaklar ise SolidWorks 2013 yazılımı ile elde edilmiştir. Nümerik analizleri için ANSYS Workbench 15.0 kullanılmıştır. 
Çalışma sonucunda, dayanımı artırılmış saf titanyumdan imal edilen hem regular hem de long miniplak içeren fiksasyonların işlemsiz miniplak içeren fiksasyonlara göre daha rijit bir davranış gösterdiği tespit edilmiştir. Bu sonuç, EKAE işlemli saf titanyumun düşük tane boyutlu olması, dayanımının yüksek olması ve bası yönünde artık gerilmeler içermesi ile açıklanmıştır.

Abstract:
Miniplates are types of implants which, with different geometries are used for the treatment of fractured or diseased mandibula. Generally, Ti based miniplates with various quantities and geometries are fixed into the bone tissue by embedding, regarding the fracture location and shape. The more number of miniplates depending on the fracture size the more increase the size of surgical intervention we will have. Restriction of movement is a significant factor in terms of healing period of mandibular bone fractures. Thus, the fixation system to be used, should be rigid. 
Miniplates are commonly manufactured from pure Ti. CP Ti has high biocompability but its strength is insufficient for some implant applications. This situation causes to the prolonged healing period because the sufficient fixation rigidity aren't provided in some kind of mandibula fractures.  
The aim of this study is to obtain a relatively rigid fixation in mandibula fractures in comparison to conventional miniplates. In order to achieve this aim, the strength of CP Ti was increased by equal channel angular extrusion processing (ECAP), which is one of the severe plastic deformation methods. Afterwards, two different types of miniplates (regular and long) were manufactured from the strengthened CP Ti and subsequently, in vitro biomechanical tests were performed on these miniplates. The obtained results were compared with the results of miniplates produced from unprocessed CP Ti.  The biomechanical tests under static (three point bending, two point bending and torsion) and dynamic conditions were performed on different miniplate-bone systems. Additionally, numerical analyses were carried out by considering the biomechanical experiments and these results were compared with the experimental outputs. Prior to numerical analyses, three-dimensional model (3D) of mandibula were obtained using MIMIMCS 17.0 software and miniplates were modeled by SolidWorks 2013. ANSYS Workbench 15.0 software was utilized for numerical analyses.
As a result of the study, it was determined the miniplates produced from strengthened CP Ti exhibited more rigidity than the fixations systems, which were manufactured from unprocessed material, for both regular and long miniplates. This result was explained with the ultra-fine grain structure, high strength and compressive residual stresses formed after ECAP of processed CP Ti.