Doğal kalça mafsalı ve yapay protezlerinde temas mekaniklerinin bilgisayar destekli incelenmesi
Contact mechanics analysis of natural hip joints and their artificial implants
Yazar: AHMET ÇAĞATAY ÇİLİNGİR
Danışman: PROF. DR. VAHDET UÇAR
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Bölümü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu çalışmada doğal kalça mafsalı ve yapay yüzey yenileme protezlerinin üç boyutlu gerçek anatomik, iki ve üç boyutlu eksen simetri sonlu eleman modelleri oluşturularak temas mekanikleri incelenmiştir. Hesaplama zamanının kısalığı nedeniyle iki boyutlu eksen simetri sonlu eleman modelleri kullanılarak ağ yapısı yoğunluğu, yük artışı, radyal açıklık, eklem kıkırdağı veya kap kalınlığı gibi faktörlerin temas mekaniklerine etkisi araştırılmıştır.Doğal kalça mafsalında incelenen parametreler arasında temas mekaniklerini en çok etkileyen faktörün yük artışı olduğu görülmüştür. Komple kalça yüzey yenilemede temas mekaniklerini en çok etkileyen parametrenin radyal açıklık olduğu belirlenmiştir. Kalça yarı yüzey yenilemede ise hem yükdeki hem de radyal açıklıkdaki artış, temas mekaniklerini önemli ölçüde etkilemiştir.Kemik dokularında medyana gelen gerilmeler incelendiğinde yalnızca uyluk kısmına protez takılmasıyla bir miktar gerilme korunumu meydana geldiği komple kalça yüzey yenileme ile gerilme korunumunun biraz daha arttığı ancak elde edilen tüm bu değerlerin, komple kalça yenilemede elde edilen değerlerden düşük olduğu görülmüştür.Klinik çalışmalar kalça yarı yüzey yenileme ameliyatları sonrasında metal proteze karşı doğal eklem kıkırdağının bozulduğunu ve bu durumun hastalarda ağrıyı çoğunlukla engelleyemediğini göstermiştir. Bu nedenle uyluk protezi temas yüzeyinde daha yumuşak olan elastomerik bir malzeme kullanılarak temas mekanikleri incelenmiş ve metal proteze göre temas basıncında önemli ölçüde azalma olduğu ortaya konulmuştur.

Abstract:
Contact mechanics of natural hip joint and their artificial implants were investigated by using three dimensional anatomic and two and three dimensional axisymmetric finite element models in this study. Also two dimensional axisymmetric finite element models were created to investigate the effects of mesh size, loading, radial clearance, thickness of articular cartilage or cup etc. on contact mechanics of hip joint.It was concluded that loading has the most significant effect on contact mechanics of natural hip joint, loading and radial clearance have the most significant effect on contact mechanics of hemi-resurfacing arthroplasty of hip joint and radial clearance has the most significant effect on contact mechanics of metal-on-metal hip resurfacing arthroplasty.Stress analysis on bone were demonstrated that the stress shielding was occurred by implanting of femoral component and stress shielding has increased by using prosthesis in both sides of hip joint. However, stress shielding observed in both hemi-resurfacing and total resurfacing arthroplasty was lower than observed in total hip replacements.Clinical studies on hemi-resurfacing arthroplasty were indicated that a metal component on natural articular cartilage causes cartilage degeneration and thigh pain. Therefore, a compliant elastomeric material was applied to bearing surface of femoral component and a significant reduction in the predicted contact pressure on articular cartilage was observed by using this design.