Mandibulada farklı bölgelerde meydana gelen fraktürlerin titanyum plak ve karbon fiberle güçlendirilmiş polietereterketon plak sistemleriyle fiksasyonunda plak ve çevre dokularda oluşan streslerin sonlu elemanlar yöntemi ile karşılaştırılması
Comparison of stress occurring in plate and surrounding tissues in fixation of fractures in different parts of mandible with titanium plate and carbon fiber reinforced polyetheretherketone plate systems by finite element method
Yazar: FATMA ERİŞ DERKUŞ
Danışman: DOÇ. DR. UTKU NEZİH YILMAZ
Dicle Üniversitesi / Diş Hekimliği Fakültesi / Ağız Diş ve Çene Cerrahisi Ana Bilim Dalı
Derece: Diş Hekimliği Uzmanlık, 2022
Konu: Diş Hekimliği = Dentistry
Dizin: Dental stres analizi = Dental stress analysis ; Kırık fiksasyonu = Fracture fixation ; Kırık fiksasyonu-iç = Fracture fixation-internal ; Kırıklar-kemik = Fractures-bone ; Mandibula = Mandible ; Mandibular kırıklar = Mandibular fractures ; Polietereterketon = Polyetheretherketone ; Sonlu elemanlar stres analizi = Finite elements stress analysis ; Titanyum = Titanium

Özet:
Mandibula, maksillofasiyal kemikler içerisinde en fazla travmaya maruz kalan ve kırılan kemiklerdendir. Mandibulanın kondil, angulus ve simfiz bölümleri kırık açısından en hassas anatomik bölgelerdir. Kraniyofasiyal travma hastalarında mandibula fraktürlerinin düzeltilmesi tatmin edici kozmetik bir görünümün yanında oklüzyonun sağlanması, çiğneme, fonasyon gibi fonksiyonların sağlıklı bir düzeyde olmasını sağlamak ve oluşabilecek sekelleri önlemek açısından da çok önemlidir. Mandibula fraktürlerinin internal fiksasyon ile tedavisi miniplak ve vida sistemlerindeki gelişmeler ile biyomekanik prensiplerin anlaşılmasıyla daha popüler olmuştur. Bu çalışmanın amacı; mandibulanın farklı bölgelerinde gelişen fraktürlerde, karbon fiberlerle güçlendirilmiş polimer plaklar ile titanyum plakların biyomekanik performanslarının sonlu elemanlar analizi yardımıyla, karşılaştırmalı olarak değerlendirilmesidir. Çalışmamızda farklı bölgelerde fraktür oluşturulan 4 adet mandibula modelinde titanyum alaşımlı mini plak ve karbon fiberle güçlendirilmiş polietereterketon plaklar kullanılarak yapılan 8 farklı fiksasyon modellemeleri insizal ısırma ve molar çiğneme olmak üzere iki farklı yükleme koşulunda 3 boyutlu modelleme ve sonlu elemanlar analizi tekniği ile incelenmiştir. Uygulanan kuvvetler sonucunda vida çevresindeki kortikal kemikte, kondilde, plaklarda ve vidalarda oluşan stresler ile fragmanlar arası yer değiştirme miktarları sonlu elemanlar analizi ile incelenmiş ve gruplar arası karşılaştırmalar yapılmıştır.Vidalar etrafındaki kortikal kemikte oluşan gerinim değerleri tüm gruplarda fizyolojik sınırlar içerisinde bulunmuştur. Vidalar ve plaklardaki Von Mises stres değerlerinin CFR-PEEK plak uygulanan modellerde daha düşük olduğu gözlenmiştir. En yüksek Von Mises stres değerine angulus fraktürüne uygulanan titanyum mini plaklarda rastlanmış olup, plaklarda oluşan stres tüm modellerde plağın kalıcı deformasyonuna veya kırılmasına sebep olacak değerden daha az olduğu gözlemlenmiştir. Fraktür bölgesinde fragmanlar arasındaki hareketlilik ise rijiditesi daha yüksek olduğundan titanyum plaklarda daha az görülmüştür. Araştırılan biyomekanik parametreler değerlendirildiğinde, fiksasyon materyali ve kemik arasındaki mekanik farklılıklar nedeniyle gelişen komplikasyonları elimine etmek amacıyla kortikal kemik elastisitesine çok yakın özellik gösteren CFR-PEEK malzemeleri mandibula fraktürlerinin tedavisi için uygun görünmektedir. Bu çalışma ile plak ve vida sistemlerinde kullanılan materyalde oluşan streslerin etkileri incelenip, yüksek stres birikimine bağlı olarak oluşan vida veya plak kayıpları, enfeksiyon, fraktür hattında stabilizasyon bozuklukları gibi komplikasyonların azaltılarak iyileşmeye katkıda bulunulacağı ve ileride yapılacak yeni çalışmalara ışık tutacağı kanısındayız.

Abstract:
Mandible is one of the bones that is exposed to the most trauma and fractures within the maxillofacial bones. Condyle, angle and symphysis parts of the mandible are the most sensitive anatomical regions in terms of fracture. Treatment of mandible fractures in craniofacial trauma patients is very important in order to functions such as occlusion, chewing, phonation and preventing sequelae as well as providing a satisfactory cosmetic appearance. The treatment of mandibular fractures with internal fixation has become more popular with the development of miniplate and screw systems and the understanding of biomechanical principles. The aim of this study is to compare the biomechanical performances of carbon fiber reinforced polymer plates and titanium plates in fractures developed in different parts of the mandible, with the finite element analysis.In our study, 4 mandible models with fractures in different regions were obtained by using finite element analysis. Eight different fixation models made using titanium alloy mini-plate and carbon fiber reinforced polyetheretherketone plates were examined using 3D modeling and finite element analysis technique under two different loading conditions, incisal biting and molar chewing. As a result of the applied forces, the stresses occurring in the cortical bone around the screw, condyle, plate and screws and the amount of displacement between fragments were investigated by finite element analysis and comparisons were made between groups.
The stresses in the cortical bone around the screws were found within physiological limits in all groups. Von Mises stress values on screws and plates were observed to be lower in models which using CFR-PEEK plate. The highest Von Mises stress value was found in titanium mini-plates applied to the angle fracture, and the stress on the plates was found to be less than the value that would cause permanent deformation or breakage of the plate in all models. The displacement between fragments in the fracture region was less in titanium plates because of their higher rigidity.When the investigated biomechanical parameters are evaluated, CFR-PEEK materials which are very close to the elasticity of the cortical bone, seem suitable for the treatment of mandible fractures in order to eliminate the complications that develop due to mechanical differences between the fixation material and the bone. With this study, we believe that the effects of stress on the material used in plate and screw systems will be examined, and complications such as screw or plate losses due to high stress accumulation, infection, stabilization disorders in the fracture line will be reduced, contributing to healing and will shed light on new studies to be done in the future.