Alt ekstremite protezlerinde farklı yükleme etkilerinin araştırılması
Investigation of different loading effects on lower extremity prosthesis
Yazar: MUSTAFA ÖZEN
Danışman: PROF. DR. ONUR SAYMAN
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Bölümü / Mekanik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis

Özet:
Bu çalışmada, hasarlı ayak bileği eklemlerinde kullanılan total ayak bileği protezleri incelenmiştir. Çalışmanın ilk bölümünde ayak-ayak bileği kompleksinin anatomisi ve biyomekanik özelikleri anlatılmıştır. Daha sonra günümüzde yaygın olarak kullanılan total ayak bileği protezleri ve protezlere ait çalışma sonuçları incelenmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde total ayak bileği protezlerinin ayak-ayak bileği kompleksinin davranışları üzerindeki etkileri sayısal ve deneysel yöntem olmak üzere iki ayrı şekilde incelenmiştir. Çalışmanın nümerik araştırma bölümünde, BT (Bilgisayar tomografisi) görüntüleri ile MIMICS ve SOLIDWORKS programları kullanılarak normal ve protezli ayak-ayak bileği kompleksine ait kemikler, yumuşak dokular ve protez bileşenlerine ait katı modeller hazırlanmıştır. Daha sonra bu modeller ABAQUS programına aktarılmıştır. Normal ayağa ait SEA (sonlu eleman analizi)' nde, kemikler ile kıkırdaklar arasındaki ve yumuşak doku ile zemin arasındaki etkileşimler kayan temas parçaları olarak tanımlanmışken yumuşak doku ile kemik yüzeyleri arasındaki etkileşimler yapışık temas parçaları olarak tanımlanmıştır. Buna ek olarak protezli ayak bileği için protez bileşenleri arasındaki ve protez bileşenleri ile tibia ve talus arasındaki etkileşimlerde kayan temas olarak tanımlanmıştır. Dengede duruş pozisyonu için modele ait statik analiz yapılmış ve normal ve protezli ayak bileklerine ait gerilme, gerinme ve plantar basınç dağılımları karşılaştırılmıştır. Çalışmanın deneysel kısmında, hazırlanan bir bası deney düzeneği yardımıyla değişik duruş pozisyonları için kadavra bir ayağın normal ve total ayak bileği protezli durumlarına ait kuvvet deplasman değerleri incelenmiştir. Son olarak normal ve protezli ayaklar için elde edilen nümerik ve deneysel sonuçlar karşılaştırılmıştır.

Abstract:
In this study, total ankle prostheses which are used for damaged ankles have been examined. In the first section of the study, the anatomy and biomechanical properties of ankle-foot complex have been described. Then, ankle prostheses which are widely used today and investigation results about these prostheses have been investigated. In the second part of the study the effects of total ankle replacement systems on the behaviors of ankle-foot complex have been investigated numerically and experimentally. At the numerical investigation part of the study, solid models of the normal and prosthetic ankle-foot complex bones, soft tissues and components of prosthesis have been generated by using CT images and MIMICS (Materialise) software and SOLIDWORKS software. Then these models have been transformed into ABAQUS codes. In the FEM models for normal ankle, interactions between bones to cartilages, and soft tissues to ground supports have been considered as sliding contact parts while interactions between the soft tissues and bone surfaces have been defined as tied contacting parts. In addition, for prosthetic ankle between the components of prosthesis and tibia and talus, sliding contacts have been defined. For balanced standing position numerical static analyses of models have been carried out and stress, strain and plantar pressure distribution of the normal and prosthetic ankles have been compared. At the experimental investigation part of the study, force displacement values of a normal and prosthetic cadaver foot for different standing positions have been investigated by using an experimental setup. Finally, obtained numerical and experimental results for normal and prosthetic foot-ankle complex have been compared.