Kalça protezlerinde sürtünmeye bağlı olarak değişim gösteren fiziksel büyüklüklerin ve geometrik özelliklerin ölçüm, analiz ve metrolojik değerlendirilmesi
Measurement, analysis and metrologic evaluation of physical magnitudes and geometrical features that show alteration with regard to friction in hip prosthesis
Yazar: BİNNUR SAĞBAŞ
Danışman: PROF. DR. M.NUMAN DURAKBAŞA
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Bölümü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günlük aktiviteler boyunca vücut ağırlığının yaklaşık sekiz katı yük altında çalışan kalça implantları oldukça yüksek oranda sürtünmeye maruz kalmaktadır. Gerek vücut içi ortamda gerekse laboratuar şartlarında yapılan deneylerde sürtünmeye bağlı olarak ortaya çıkan sıcaklık artışı kalça eklemindeki malzemelerin ve ortamdaki yağlayıcı sıvının özelliklerinde değişime neden olmaktadır. Sıcaklık artışı ile birlikte bağlantı yüzeyleri ayrışma ve sürünmeye maruz kalmakta, implantı çevreleyen doku da zarar görmektedir. Sonuç olarak implantın aseptik gevşemesi ile birlikte implant ömrü öngörülen süreden daha kısa bir sürede sona ermektedir. İmplant malzemelerinin aşınma ve sürtünme davranışlarının iyileştirilmesi yönünde pek çok çalışma yapılmış olmasına rağmen bağlantı elemanlarının servis ömürlerinin uzatılması konusunda henüz istenen başarı sağlanamamıştır.
Bağlantı yüzeylerinde ortaya çıkan sürtünme ve yol açtığı sıcaklık değişiminin ölçülmesi ve malzemelerin aşınma davranışlarının anlaşılması tasarım, malzeme, yağlayıcı ve benzeri faktörler yönünden daha başarılı bağlantıların oluşturulmasına yardımcı olacaktır. Bu amaçdan yola çıkılarak gerçekleştirilen çalışmada, ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen (UYMAPE), çapraz bağlı UYMAPE, vitamin E karıştırılmış UYMAPE ve vitamin E karıştırılmış çapraz bağlı UYMAPE asetabular insert malzemelerinin ve CoCrMo femur başı malzemesinin aşınma ve sürtünme davranışları incelenmiştir. Malzemelerin aşınma davranışları standart bir pim-disk test cihazında belirlenmiştir. Malzeme yüzeylerinde sürtünmeye bağlı olarak ortaya çıkan sıcaklık değişimi ise kalça ekleminin yürüme çevrimini simüle etmek üzere tasarlanıp, imal edilmiş olan deney düzeneğinde ölçülmüştür. Asetabular insert malzemelerinin yüzeylerinde oluşturulan farklı çaplardaki gözeneklerin, malzemelerin aşınma ve sürtünme davranışları üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Sonuçlar matematiksel olarak ve yapay sinir ağları ile modellenmiştir.

Abstract:
Hip implants that work under load of almost eightfold of body weight during daily activities are subjected to severe friction. Experiments realized in both in-vivo medium and laboratory conditions show alteration of specifications of materials in hip joint and lubricating liquid in the environment caused by temperature rise which is a consequence of friction. Joint connector surfaces are subjected to separation and creep with the rise in temperature and tissue that surrounds implant is harmed. As a consequence, implant service life ends before anticipated lifespan because of aseptic loosening. Although there have been extensive literature research that aim on enhancing the wear and friction behaviors of implant materials, desired success on prolongation of service life of joint connector members has not been achieved.
Measurement of friction and frictional temperature rise that occur between articulating surfaces and understanding wear behaviors of materials will help construct more successful artificial joints in terms of design, material, lubrication and similar factors. This study was based on this aim and wear and frictional behaviors of ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE), cross-linked UHMWPEPE, vitamin E blended UHMWPE and vitanin E blended and cross-linked UHMWPE acetabular insert materials and CoCrMo femur head material have been researched. Wear behaviors of materials have been determined using standard pin-on-disc test device. Frictional temperature rise on material surfaces has been measured on custom made experimental setup, which was designed and manufactured in order to simulate walking cycle of hip joint. In addition, the effects of machined surface dimples with different diameters on acetabular insert material surfaces on wear and friction behavior of materials have been researched. Results have been modeled mathematically and using artificial neural networks.