Sternum kapama tekniklerinin etkinliğinin biyomekanik yöntemlerle araştırılması
Investigation of efficiency of sternum closure techniques by biomechanical methods
Yazar: SÜLEYMAN NAZİF ORHAN
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET HAMİT ÖZYAZICIOĞLU
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu çalışmada, çelik tel (no.5), çelik bant, PEEK bant, çelik kablo, titanyum klips ve titanyum plâk kullanılarak yapılan on farklı sternum kapama tekniğinin etkinliği biyomekanik deneylerle, çelik tel, çelik bant ve PEEK bantlarla yapılan ve deneysel olarak karşılaştırılmamış on bir farklı kapama tekniğinin yanal ayrılma yükü etkisindeki davranışları ise sonlu elemanlar yöntemi analizleriyle incelenmiştir. Yapay sternum modellerinin kullanıldığı deneylerde, yanal ayrılma, boyuna kesme ve enine kesme yüklemelerinin etkisi incelenmiş ve kapama yöntemleri, deneylerden elde edilen emniyet yükü, direngenlik, kopma yükü ve kopma uzaması değerleri kullanılarak karşılaştırılmıştır. Yanal ayrılma ve boyuna kesme yüklemelerinde, sternumda oluşan yer değiştirmeler MATLAB ortamında kodlanan özel bir program kullanılarak görüntü analizi yöntemiyle belirlenmiş ve elde edilen sonuçlar yöntemlerin karşılaştırılmasında kullanılmıştır. Değerlendirmelerde ayrıca, kapama yöntemlerinin maliyetleri, uygulama hızı ve kolaylığı ile birlikte deneyler sırasında gözlemlenen davranışları da dikkate alınmıştır. Sonlu elemanlar yöntemi analizleri ise ANSYS Workbench programında gerçekleştirilmiş ve malzemelerin doğrusal olmayan özellikleri de dikkate alınarak yapılan analizlerin, yöntemlerin gerçek davranışlarını yansıttığı doğrulanmıştır. 

Deneyler sonucunda, üç tane PEEK bant veya çelik bantın dört adet telle birlikte kullanıldığı yöntemlerin diğer yöntemlerden daha istikrarlı bir davranış sergilediği belirlenmiştir. Analizler sonucunda ise manubrium ve ksifoid bölgesinde en az iki adet tel kullanılmasının gerekli olduğu ve çelik bantların PEEK bantlardan daha iyi sonuçlar verdiği görülmüştür. Çelik tellerde ve PEEK bantlarda görülen kopmalar, tellerin kemik üzerindeki kesme etkisi ve maliyetler de dikkate alındığında, üç çelik bant ve altı çelik telle yapılan kapamanın en optimum kapama yöntemi olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, efficiency of different sternum closure techniques using steel wire, steel band, PEEK band, steel cable, titanium clips and titanium plate are investigated both by experiments and by finite element models that consider material nonlinearity. In the experiments, artificial sternum models are exposed to lateral distraction (tension), longitudinal shear and torsion and the efficiency of the ten different closure techniques are assessed with respect to the allowable load, stiffness, rupture load and rupture displacement, observed in the experiments. Displacements in the lateral distraction and longitudinal shear tests are determined by a special image processing code developed, for this study, under MATLAB. In the evaluations, the techniques are also compared with respect to cost as well as speed and ease of application. The lateral distraction tests are computer simulated by ANSYS software and the effectiveness of finite element method in replicating the behaviour is verified. Eleven other variations of closure, not considered in the experiments, are compared by finite element models under lateral distraction by using ANSYS software. 

As a result of the experiments, the two techniques using either three PEEK or steel bands with four steel wires are found to provide the most stable closure. The computer models further show that application of at least two wire loops at manubrium and xiphoid are invariably required and steel bands provide better closure than PEEK bands. When considering the rupture of the steel and PEEK bands as well as bone punching by wires and costs together, a closure using three steel band and six steel wire loops is determined to be the optimum technique.