Eklemeli üretim ile üretilmiş gyroid humerus sabitleme plağının güvenirlik analizi
Reliability analysis of gyroid humerus fixing plate manufactured with additive manufacturing
Yazar: OSMAN YAVUZ
Danışman: PROF. DR. İRFAN KAYMAZ
Erzurum Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering
Dizin: Katmanlı üretim = Additive manufacturing ; Olasılıksal güvenlik analizi = Probabilistic safety analysis ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method ; Topoloji = Topology

Özet:
Vücuda kalıcı olarak yerleştirilen geleneksel sabitleme plakları, kemikle olan kontak ilişkisinden dolayı bazı olumsuz özelliklerin oluşmasına neden olur. Gözenekli olmayan implantların elastisite modülü insan kemiğinin elastisite modülüne göre çok daha yüksek bir değere sahip olduğundan kemik-implant ikilisine gelen yük, elastisite modülü yüksek olan implant tarafından karşılanır. Bu durum ise gerilme kalkanı (stress shielding) etkisi oluşturarak zamanla kemiğin zayıflamasına yol açmaktadır. Uzun kemiklerde kullanılan geleneksel sabitleme plakların kemik yüzeyi ile temas etmesi sonucu temas eden yüzeyler arası nekroz oluşumu görülür. Geleneksel implantların beraberinde getirdiği bu olumsuz özellikleri en aza indirmek için gözenekli plaklar üretilmiştir. Gözenekli kafes yapısından beklenen asıl görev ise kemik gelişimine izin vermesi ve kemiğe gelecek yükü ideal olarak taşıyıcılara aktarmasıdır. Kafes yapıları incelendiğinde kemik gelişimine en uygun yapının yüzey tabanlı bir model olan gyroid yapı olduğu literatürde belirtilmektedir. Ancak gyroid yapıya sahip gözenekli bir implantın mesh boyutunun çok fazla olması hem hesaplama zamanını oldukça fazla artırmakta hem de önemli derecede bilgi işlem gücü gerektirmektedir. Bu nedenle tez çalışmasında, humerus kemiğine uygulanacak sabitleme plağının gyroid kafes yapılı olarak tasarımı ve sonlu elemanlar analizinin gerçekleştirilmesi ile kemiğin ve üzerine gelen yüklerin rastgele değişkenleri dikkate alacak şekilde güvenirlik analizini gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Traditional fixation plates that are permanently placed on the body cause some negative features due to the contact relationship with the bone. Since the modulus of elasticity of non-porous implants is much higher than that of human bone, the load on the bone-implant couple is covered by the implant with a high modulus of elasticity. This situation creates a stress shielding effect and leads to weakening of the bone over time. As a result of the contact of traditional fixation plates used in long bones with the bone surface, interfacial necrosis occurs. Porous plates have been produced to minimize these negative features of traditional implants. The main task expected from the porous lattice structure is to allow bone development and ideally transfer the load from the bone to the carriers. When the lattice structures are examined, it is stated in the literature that the most suitable structure for bone development is the gyroid structure, which is a surface-based model. However, the large mesh size of a porous implant with a gyroid structure both increases the computation time considerably and requires significant computing power. Therefore, in the proposed thesis, it is aimed to design the fixation plate to be applied to the humerus bone with a gyroid lattice structure and to perform the finite element analysis and to perform the reliability analysis of the bone and the loads on it, taking into account random variables.