Omuz ekleminde farklı kas gruplarının sonlu elemanlar metodu ile analizi ve değerlendirilmesi
Analyzing and assessment of different muscle groups in shoulder joint with finite element method
Yazar: DEVRİM TÜMER
Danışman: PROF. DR. YUSUF ARMAN
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Glenohumeral eklemde, rotator cuff, deltoid gibi farklı kas gruplarında, kasların aşırı kullanımı, kazalar sonucu yaralanmalar veya akut rahatsızlanmalara bağlı ciddi gerilimler ve takiben yırtılmalar görülmektedir. Bu kas gruplarında meydana gelen değişimlerini omuz kapsülündeki etkilerini incelenmek adına 31 yaşında sağlıklı bir erkek donörün sağ humerus magnetic resonance imaging (MRI) verileri elde edilmiştir. MRI'dan faydalanılarak ITK – SNAP  medikal görüntüleme programı ile sağ humerusun üç boyutlu katı modeli elde edilmiştir. Elde edilen model SolidWorks 2019 programına aktarıldı ve montajı yapılan sonlu elemanlar modeli, analizleri gerçekleştirmek için Ansys 19.3 programına aktarılmıştır. Bu aşamadan sonra rotator cuff ve deltoid middle kaslarının humerus ve skapula üzerindeki koordinatlarına göre kuvvet yönleri belirlenmiş, devamında ise external rotasyonda zamana bağlı kuvvet değerlerinin eldesi için OpenSim 4.1 programı üzerinde jenerik bir model kullanılmış ve bu model üzerinden 11 derecelik abduction ve 60 derecelik external rotasyonda, statik optimizasyon analizleri, yüzde 100, 50 ve 0 infraspinatus kas kuvveti değerlerinde gerçekleştirilmiştir. Elde edilen değişken kas kuvveti değerleri sonlu elemanlar modelinde humerusa entegre edilmiştir. Sonlu elemanlar modelinin transient analizleri, infraspinatus kasının tam, yarı güç ve yırtılma durumları göz önünde bulundurularak gerçekleştirilmiştir. Infraspinatustaki güç kayıplarına bağlı, diğer rotator cuff grubu kaslarının ve deltoid middle kasının nasıl etkilendiği ve bu kuvvet değişimlerinin omuz ekleminde labruma ve glenoid kıkırdağa olan etkileri incelenmiştir.

Abstract:
In glenohumeral joint, critical strains and tears may be stemmed from excessive utilization of different muscle groups such as rotator cuff, deltoid, or from the injuries related to accidents or acute disorders. To investigating the effects of the alteration of these muscle groups in shoulder capsule, data of right humerus magnetic resonance imaging (MRI), which are belonged to a 31 years healty male donor have been obtained. Three dimensional solid model of right humerus was obtained with ITK – SNAP  medical imaging program by benefiting from the MRIs. The constituted model was imported into SolidWorks 2019 and the assembled finite element model was imported into Ansys 19.3. After this stage, force directions of rotator cuff and deltoid middle muscles were determined according to the coordinates of humerus and scapula. In the sequel, to obtain the time – related  force values in external rotasyon, a jeneric model was utilized in OpenSim 4.1 program and static optimisation analyses were performed for 100, 50 and 0 percent infraspinatus activities in 11 degree abduction and 60 degree external rotation. Obtained variable muscle force values were integrated to the finite element humerus model. Transient analyses of the finite element model were fulfilled considering full, half power and the tear conditions of infraspinatus muscle. Related to the power losses in infraspinatus, it has been investigated how other rotator cuff muscles and deltoid middle muscle have been affacted and the effects of these force variations to labrum and glenoid cartilage in the shoulder joint.