Dinamik simülatif analizler için jenerik nitelikte yeni bir kranio-fasiyal sonlu elemanlar modelinin geliştirilmesi
Developing a novel, generic finite element model of craniofacial structure for dynamic simulations
Yazar: FATİH MEDETALİBEYOĞLU
Danışman: PROF. DR. İRFAN KAYMAZ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışma; jenerik nitelikteki çalışmalarda kullanılacak, anatomik ve dinamik açıdan literatüre kıyasla daha gelişmiş bir kranio-fasiyal model oluşturmak amacıyla yapılmıştır. Anatomik açıdan doğruluğu sağlamak için bilgisayarlı tomografi görüntülerinden, kranio-fasiyal dokuyu içeren kemikler, dişler, suturlar ve periodental ligamentler ayrıştırılarak üç boyutlu olarak modellenmiştir. Literatürde yapılan araştırmalarda, kranio-fasiyal tüm sert (kemik, diş) ve yumuşak dokuların (periodental ligament, sutur) ayrı olarak modellendiği/kullanıldığı çalışma bulunmamaktadır. Dinamik açıdan en kapsamlı ve deneysel olarak da doğrulanmış AnyBody kütüphanesindeki kranio-fasiyal diş sıkma ve çiğneme modeli kişiye özel olarak elde edilen kas-iskelet sistemine kodlar vasıtasıyla ölçeklenmiş, kinematik ve ters dinamik analiz yapılmıştır.  Ters dinamik analiz ile kestirilen kas kuvvetleri kişiye özel sonlu elemanlar analizinde sınır şartı olarak kullanılmıştır. Aynı zamanda sonlu elemanlar analizinde optimum çözümün elde edilmesi için mesh yapısı optimize edilmiştir. Alt çene için dinamik sonlu elemanlar analizi yapılarak kas kuvvetleri altında mekanik etkiler hesaplanmıştır. Böylece hem dinamik açıdan hem de anatomik açıdan daha önce literatürde bulunmayan kapsamda bir insan kranio-fasiyal modeli elde edilmiştir. Üst çene genişletilmesi, distraksiyon osteogenezisi, diş implantı tasarımı gibi jenerik çalışmalarda bu kranio-fasiyal modelin kullanılmasıyla tedaviler ve tedavilerin mekanik etkileri daha doğru bir şekilde değerlendirilebilir, implant/tedavi başarı oranı arttırılabilir ve implant maliyetleri azaltılabilir.

Abstract:
This study was conducted to create a more advanced cranio-facial model than those in the literature in terms of anatomical and dynamic properties. In order to ensure anatomical accuracy, bones, teeth, sutures and periodental ligaments containing cranio-facial tissue were segmented from computed tomography images and modeled as three-dimensional parts. In the literature, there are no studies in which all cranio-facial hard (bone, tooth) and soft tissues (periodental ligaments, sutures) are separately modeled or used. A Cranio-facial model for both chewing and clenching, available at AnyBody modelling repository, which has been dynamically most comprehensive and experimentally verified, was morphed into patient-specific musculoskeletal model, and kinetic and inverse dynamic analysis were carried out. The kinetic data was obtained by inverse dynamic analysis, and the forces produced by the muscles were used as the loading condition in the finite element analysis. Also, the mesh structure was optimized to obtain the optimum solution.  Dynamic finite element analysis was performed for the lower jaw, and the mechanical effects were calculated considering the muscle forces. Thus, a human craniofacial model has been obtained, which is not available in the literature in terms of both dynamic and anatomical properties. With the use of this model in generic studies such as rapid maxillary expansion, distraction osteogenesis, dental implant design, the mechanical effects of the treatments can be evaluated more accurately, implant / treatment success rate can be increased, and implant costs can be reduced.