Köpek femur'unun iki ve üç boyutlu görüntülerinde geometrik özelliklerin değerlendirilmesi ve sonlu elemanlar yöntemi ile biyomekanik analizi
Biomechanical analysis by finite element method and evaluation of geometrical properties from two and three dimensional images of femur in the dog
Yazar: FİGEN SEVİL KİLİMCİ
Danışman: PROF. DR. M. ERKUT KARA
Adnan Menderes Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Anatomi (Veterinerlik) Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Veteriner Hekimliği = Veterinary Medicine
Dizin: Femur = Femur ; Kalça protezi = Hip prosthesis ; Köpekler = Dogs ; Morfometri = Morphometry ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method ; Üç boyutlu modeller = Three dimensional models

Özet:
Proximal femur bölgesi geometrisinin iyi anlaşılması, özellikle total kalça arthroplastisi uygulamalarında kemik-implant uyumunun değerlendirilmesi ve yeni tasarımlarının geliştirilebilmesinde önemlidir. Veteriner hekimlikte fonksiyonel ve morfolojik özelliğinden dolayı köpeklerin ortopedik hastalıklarında önemli bir yer tutan femur'a ve buna bağlı implant tasarımlarına ilişkin morfometrik çalışmalar yetersizdir. Bu çalışmada rutin olarak kullanılan röntgen ve son yıllarda yaygın olarak kullanılmaya başlanan üç boyutlu model görüntüleri ile elde edilen köpek proximal femur ölçümleri arasında farklılık olup olmadığının araştırılması amaçlanmıştır. Ayrıca, ülkemizde yaygın olarak yetiştirilen, art. coxae problemlerinin sık görüldüğü ve vücut konformasyonlarında da farklılık olan Alman çoban köpeği ve Kangal köpeği proximal femur geometrisinin ırklar arasında farklılık gösterip göstermediğinin ve olası geometrik farklılıkların proximal femur mekaniğinde değişikliklere neden olup olmadığının araştırılması amaçlanmıştır.Çalışmada 21 adet (11 adet Kangal Köpeği, 10 adet Alman Çoban Köpeği) köpeğe ait temizlenmiş femur kemikleri kullanılmıştır. Femur'ların öncelikle cranio-caudal, medio-lateral röntgen görüntüleri alınmış ve daha sonra üç boyutlu modellemede kullanılmak için bilgisayarlı tomografi ile kesit görüntüleri elde edilmiştir. Elde edilen bu kesit görüntüleri kullanılarak üç boyutlu katı model görüntüleri hazırlanmıştır. Bilgisayar ortamında üç boyutlu modellerde ve iki boyutlu görüntülerde proximal femur'a ilişkin morfometrik ölçümler alınmıştır. Ayrıca üç boyutlu femur modellerinde bilgisayar ortamında sonlu elemanlar yöntemi ile biyomekanik analiz simülasyonu yapılmıştır.Köpeklerde kalça protezi tasarımı açısından önemli olan morfometrik değerlere bakıldığında; yeniden şekillendirilen caput femoris'in yeri-pozisyonu ve protezin sap kısmının yerleşeceği proximal femur'un medullar kanal geometrisi hem röntgen görüntüleri hem de üç boyutlu kemik modelleri üzerinden değerlendirilmiş ve her iki yöntem ölçümleri arasında bazı farklılıklar bulunmuştur. Ancak tasarım açısından çok değerli olan inklinasyon açısı ve canal flare indeks değerlerinde yöntemler arası farklılık görülmemiştir. Bu sonuçlara göre, üç boyutlu ölçme yöntemi ile genel olarak amaç açısından daha geçerli bir geometrik değerlendirme yapılablise de, her iki yöntemin birlikte kullanılmasının değerlendirme kolaylığı sağlayabileceği düşünülmüştür.Protezin sap kısmının yerleşeceği medullar kanal şeklinde, kesit geometrisinde, isthmus bölgesinin yerinde Alman çoban ve Kangal köpeği ırkları arasında belirgin bir farklılık görülmemiştir. Bu hayvanlarda ortalama canal flare index değerleri medio-lateral yönlü olarak 2.44-2.64 arasında, cranio-caudal yönlü olarak 1.52-1.59 arasında tespit edilmiştir. Proximal isthmus pozisyon indexi 39.59-40.43 arasında, distal isthmus pozisyon indexi ise 42.84-46.54 arasında tespit edilmiştir. Caput femoris pozisyonuna ilişkin olarak ırklar arası farklılık gösteren inklinasyon açısı değerinin Alman çoban köpeğinde ortalama 145o, Kangal köpeğinde ortalama 149o olduğu dikkati çekmiştir. Bunun yanında caput femoris merkezinin anatomik eksene mesafesinin her iki ırkta da bir birbirine eşit olması nedeniyle ve inklinasyon açısı daha yüksek olan Kangal köpeğinde caput femoris'in oransal olarak proximale daha yakın olduğu tespit edilmiştir. Her ne kadar mekanik test simülasyonu sonucunda ırklar arasında bir farklılık bulunmamışsa da, morfometrik değerlendirmedeki bu farklılığın aynı tip protez kullanılması durumunda protez-kemik uyumunda beklenenin dışındaki bölgelerde ve farklı miktarlarda oluşabilecek yüklenmelere neden olabileceği ve bunun sonucunda postoperatif kırık ve benzeri sorunların riskini arttırabileceği düşünülmüştür.

Abstract:
The understanding of the proximal femoral geometry is very important to develop of new prosthesis design and evaluate of bone-implant alignment on the total hip arthroplasty studies. The morphometric studies on dog femora are limited regarding implant design in veterinary medicine, although the femur is an important bone in dog orthopedics with functional and morphological properties. To investigate of differences on the measurements of canine proximal femora between the x-ray and three dimensional model images has aimed in this study. Second aim of this study has also investigated the differences on breed characteristics of geometrical and biomechanical properties of proximal femora between the German shepherd and Kangal dogs which have common hip problems and body conformation differences.The cleaned femora of 21 dogs (11 Anatolian shepherd dogs,10 German shepherd dogs) were used in this study. The X-ray images were obtained on cranio-caudal and medio-lateral positions. The sectional images were also obtained with computed tomography. The three-dimensional solid models were also created by using these images with computer. The some measurements were obtained from proximal femora both with computer-generated three-dimensional models and two-dimensional images. The biomechanical simulation with finite element method on three-dimensional models of femora was also generated.There were some differences on the measurements of position of femoral head and medullary canal of proximal femora between the x-ray and 3D methods. But, there were no differences between two methods at inclination angle and canal flare index which have more important data for designing of implant. The proximal femoral geometry may be evaluated more valid by three-dimensional measuring method, although the both methods may effective to this evaluation when used together. Beside, any difference was not observed on the shape of medullary canal and placement of isthmus region of the proximal femora between the Kangal and German shepherd dog. The mean values of canal flare index were observed 2.44-2.64 as medio-laterally, 1.52-1.59 as cranio-caudaly. The mean values of position of proximal and distal isthmus indices were also observed as 39.59-40.43 and 42.84-46.54, relatively. Related with femoral head position, there was an important diffirence between the inclination angle of Kangal and German Shepherd dogs. The mean angle was observed as 145o and 149o on German shepherd and Kangal dogs, relatively. In proportionally, the femoral head of Anatolian shepherd dog has located on more proximal than femoral head of German shepherd dog, but the distance between the center of femoral head and the anatomical axis of bone was similar in both breeds. There were no differences between the results of biomechanical simulations of dog breeds. However, the postoperative fracture risk may increase because of unexpected loads on different parts if the same type of prosthesis is used in different neck geometry.