Gelişimsel kalça displazili kemiğin sonlu elemanlar analizi ve normal kemikle karşılaştırılması
Finite element analysis of a developmental hip dysplasic bone and a normal bone comparison
Yazar: BURCU TANRIVERDİ
Danışman: PROF. DR. FEZA KORKUSUZ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering
Dizin: Basınç gerilmesi = Compressive stress ; Bilgisayar destekli tasarım = Computer aided design ; Kalça displazisi-köpek = Hip dysplasia-canine ; Kalça protezi = Hip prosthesis ; Yüksek mertebeli sonlu elemanlar = Higher order finite elements

Özet:
Gelişimsel Kalça Displazisi(GKD) hastalarının taranmış bilgisayarlı tomografileri(BT) üzerinden elde edilen DICOM verilerinin gerçek anatomiye uygun ve hastaya özel bir şekilde 3 boyutlu kalça eklemi femur kemiklerinin modellemesi bilgisayar ortamında yapılmıştır. Bu modelleme farklı yaş, cinsiyet ve kemik mineral yoğunluğunda olan bir hasta ve bir normal birey için şu iki farklı yazılım; Mimics Materialise ve MATLAB programları kullanılarak farklı iki şekilde yapılmıştır. Kemik modellerinin von-Misses gerilmeleri, belirli bir yükleme altında, ABAQUS Sonlu Elemanlar Analizi(SEA) programı kullanılarak, sonlu elemanlar analizi yöntemi ile hesaplanmıştır. Kısa köklü kalça protezi CATIA V5 programı kullanılarak üç boyutlu modellenmiştir. Bu protez, daha önce modellemesi yapılmış femur kemiğine, bilgisayar ortamında Total Kalça Artroplastisi(TKA) yöntemine uygun olarak yerleştirilmiştir. Sonuçta, kısa köklü kalça protezinin kemikte oluşturacağı farklı gerilme değerleri ABAQUS SEA programı kullanılarak hesaplanmıştır. İki ayrı yardımcı programdan elde edilen modeller için yapılan bu statik analiz sonuçları karşılaştırılmıştır. Ayrıca, modelleme öncesi kullanılan DICOM verilerinin çözünürlük, yakınlaştırma, dilim aralığı ve sayısı değerlendirilerek, bu parametrenin elde edilen model kalitesine etkisi araştırılmıştır.

Anahtar Kelimler: Gelişimsel Kalça Displazisi,  Kemik, Femur, Kısa Köklü Kalça Protezi, Tasarım, Sayısal Analiz, von-Misses, Gerilme, Çözünürlük, MATLAB, Mimics, CATIA V5, ABAQUS SEA Programı.

Abstract:
DICOM data obtained from scanned computerized tomography(CT) of patients with Developmental Hip Dysplasia (DDH) were modeled as a 3-dimensional hip joint's pelvis and femur bones in a patient-specific manner appropriate for true anatomy.
This modeling has done with one patient and one healthy individual who have different age, sex, and bone mineral density by using two different software; Mimics Materialise and MATLAB. Von- Misses stresses were calculated by using finite element analysis method in ABAQUS Finite Element Analysis(FEA) software under specific loads on bone models. Shortly stemmed hip prosthesis is modeled in CATIA V5. This prosthesis was embedded to previously modeled femur according to Total Hip Arthroplasty(THA) operation. Finally, the different stress values of the prosthesis are calculated using ABAQUS FEA software. Also, the resolution of DICOM data used before modeling was evaluated and the effect of resolution, zoom, distances between slices and numbers of slices on the obtained model quality was investigated.

Keywords: Developmental Hip Dysplasia, DDH, Bone, Femur, Short-Stemmed Hip Prosthesis, Design, Numerical Analysis, von-Misses, Stress, Resolution, MATLAB, Mimics, CATIA V5, ABAQUS SEA PROGRAM.