Osteoporotik vakalarda kullanılan kanüllü pedikül vidaların invitro mekanik özellikleri açısından tasarım değişkenlerinin incelenmesi
In vitro study of mechanical properties of cannulated pedicle screws in terms of design variables at patients with osteoporosis
Yazar: MEHMET FATİH TORAMAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. TEYFİK DEMİR
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde artan yaşlı nüfusa bağlı olarak osteoporotik vakaların görülme oranı artmaktadır. Osteoporotik vertebra kırıklarının tedavisinde en çok kullanılan tedavi çeşitlerinden birisi pedikül vida yerleştirilmesidir. Omurga osteoporozu olan bu hastalarda pedikül vida kullanımı sırasında karşılan en büyük problemlerden biri kemik-vida ara yüzündeki tutunma yetersizliği sonucu vida ayrılmasıdır. Bu problemlerden kurtulmak için kanüllü pedikül vidalar geliştirilmiştir ve güçlendirme maddesi olarak polimetilmetakrilat (PMMA) gibi çimento malzemelerinden yararlanılmaktadır.Bu çalışmada 6 farklı kanüllü vida tipi tasarlanmış ve üretilmiştir. Testlerde kontrol grubu olarak kanülsüz vidalar da kullanılmıştır. Kanüllü vidaya açılan delik ve slotların konumu, sayıları ve yönü biyomekanik olarak incelenmiştir. Bütün deney grupları hem çimento takviye edilerek hem de çimento takviyesi yapılmadan suni füzyon ile test edilmişlerdir.Kanül pedikül vidanın burma dayanımını düşürmektedir. Burma dayanımıyla beraber çekme özellikleri de dikkate alınarak optimum verimi elde edebilmek için çeşitli tasarım parametreleri üzerine çalışılmıştır. Burma ve çekme testleri ASTMF 543'e uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Çekme testlerinde sağlıklı kemiği taklit etmek üzere 40 grade poliüretan köpük kullanılmıştır. Osteoporotik kemikler için ise 10 grade poliüretan köpük kullanılmıştır. Güçlendirici çimento malzemesi olarak ise PMMA kullanılmıştır. Tek taraflı üç delik açılmış ve S3H olarak isimlendirilen numuneler çimento takviyeli yapılan deneylerde en iyi performansı gösterirken, çift taraflı üç delik açılmış ve D3H olarak isimlendirilen tasarım suni füzyon ile incelenen tasarım tipleri arasında en iyi performansı göstermiştir. Çalışmanın sonucu olarak her ne kadar suni füzyon ile incelenen deneylerde D3H, çimento takviyeli deneylerdeki S3H'den daha iyi performans gerçekleştirse de suni füzyonun gerçekleşmesi için uzun bir vakit gerektiği ve osteoporotik hastalarda vidaların hemen performans göstermesi istenildiğinden çimento takviyeli S3H en iyi performans olarak değerlendirilmiştir.

Abstract:
Today, the incidence of osteoporotic cases are increasing due to the increasing of elderly population. One of the most commonly used therapy in the treatment of osteoporotic vertebral fractures is pedicle screw placement. During the use of pedicle screw in these patients with spinal osteoporosis, one of the biggest problem is screw loosening due to the lack of holding strength in the bone-screw interface. Cannulated pedicle screws have been developed and as a reinforcement material such as polymethylmethacrylate (PMMA) cement are utilized to get rid of these problems.In this study, six different cannule types were designed and manufactured. Noncannullated screw was also used in tests as control group. Position, numbers and orientation of holes/slots normal to the main axis of screw shaft were investigated biomechanically. All experimental groups were tested with cement augmentation and also with artificial fusion .Cannule reduces the torsional strength of pedicle screw. Considering the torsional strength and pull-out properties, to obtain the optimum efficiency various design parameters were studied. Torsion and pull-out tests were carried out according to ASTM F 543. Grade 40 polyurethane foam was used to mimic the healthy bone structure in pull-out tests. Also grade 10 polyurethane foam was used to mimic the osteoporotic bones. Same cement type (PMMA) was used in all tests. Single-sided three holes samples which named S3H were showed the best performance in the cement augmentation experiments. On the other hand double-sided three holes samples which named D3H were showed the best performance in artificial fusion groups. As a result of study although in naturel fusion experiments D3H showed the best performance than S3H in cement augmentation experiments, for the realization of the natural fusion needs a long time and in osteoporotic patients we want the immediate performance of the screws, S3H with cement augmentation was evaluated as the best performance.