Titanyum plâklarla yapılan sternal kapamaların mekanik performansının incelenmesi
Investigation of the mechanical performance of sternal closures made with titanium plates
Yazar: EDA ALKAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SÜLEYMAN NAZİF ORHAN
Erzurum Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Biyomekanik = Biomechanics ; Biyomekanik analiz = Biomechanical analysis ; Biyomekanik modelleme = Biomechanical modelling ; Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis ; Sonsuz elemanlar analizi = Infinite elements analysis ; Sternum = Sternum ; Titanyum = Titanium

Özet:
Bu çalışmada, sternal kapamalarda kullanılan x-şekilli, yıldız-şekilli ve düz-şekilli titanyum plâkların etkinliği, plâkların çelik tellerle birlikte kullanıldığında nasıl davranış gösterdiği ve plâklarda kullanılan vida sayısının etkisi nümerik analizlerle incelenmiştir. Oluşturulan kırk sekiz farklı sternum sabitleme yöntemi sonlu elemanlar yöntemi analizlerinden elde edilen emniyet yükü ve direngenlik değerleri dikkate alınarak incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. Geleneksel çelik tel, tek titanyum plâk ve üç titanyum plâk sabitleme yöntemlerinin nümerik analiz sonuçları deney sonuçları ile karşılaştırılmış ve böylece sonlu elemanlar yöntemi analizlerinin gerçekliği ortaya konmuştur. Yanal ayrılma ve boyuna kesme etkisinin uygulandığı analizler ANSYS Workbench programında gerçekleştirilmiştir. Tüm yöntemlerin analizlerden elde edilen emniyet yükü ve direngenlik değerleri incelendiğinde boyuna kesme yükleme etkisinde x-şekilli plâk kullanılan yöntemlerde, yanal ayrılma yükleme etkisinde ise yıldız-şekilli ve x-şekilli plâk kullanılan yöntemlerde daha iyi sonuçlar elde edilmiştir. Düz-şekilli ve yıldız-şekilli plâkların yanal ayrılmada iyi bir kapama davranışı gösterdiği belirlenirken, boyuna kesmede ise bu plâklarla yapılan kapamaların oldukça yetersiz kaldığı tespit edilmiştir. Yapılan analizlerde, yanal ayrılmada en iyi emniyet yükü ve direngenlik değeri 2x4d(vida) sabitleme yönteminden, boyuna kesmede ise 4x(vida) sabitleme yönteminden elde edilmiştir. Ayrıca, analizler sonucunda plâklarda kullanılan vida sayısı arttıkça her iki yükleme durumunda da daha iyi sternal sabitleme sağlandığı belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, the effectiveness of x-shaped, star-shaped and straight-shaped titanium sternal closure plates was investigated numerically. Also, the influence on the plate behavior of the number of screws and utilization of steel wires was identified. Forty-eight different sternum fixation techniques were modelled and compared taking into account the safety load and stiffness values obtained from the finite element method analyses. In order to reveal the accuracy of analyses, traditional steel wire, single titanium plate and three titanium plate fixation techniques were numerically
examined and the results were compared with the experimental data. The analyses were conducted by using Ansys Workbench software and performed under lateral distraction and longitudinal shear loading effects. When the safety load and stiffness values of all methods were examined, better results were obtained from the methods using x-shaped plates under the longitudinal shear effect, and from the methods using star-shaped and x-shaped plates under the lateral distraction effect. Moreover, it was determined that the straight-shaped and star-shaped plates provided a good sternal closure in lateral distraction, but showed a very poor behavior in longitudinal shear. As a result of the analyses, the highest safety load and stiffness values were obtained from the 2x4d(screw) fixation techniques in lateral distraction and the 4x(screw) fixation technique in longitudinal shear. In addition, it was observed that as the number of screws used in the plates increased, better sternal fixation was achieved in both loading conditions.