Ortopedide ve diş hekimliğinde delme ve kesme işlemlerinde deneysel optimizasyon analizleri
Experimental optimization analysis of drilling and sawing applications in orthopedics and dentistry
Yazar: FARUK KARACA
Danışman: PROF. DR. BÜNYAMİN AKSAKAL
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Delme = Drilling ; Histopatoloji = Histopathology ; Kemik ve kemikler = Bone and bones ; Kesme işlemi = Cutting ; Kesme işlemi = Cutting

Özet:
Kırık, çatlak, doku kaybı gibi ortopedik kemik hasarlarının onarımı ve ağız içi implant uygulamalarında diş restorasyonu gerçekleştirirken cerrah ve diş hekimi tarafından delme ve kesme işlemleri yapılmaktadır. İşlenen dokular ve işleyen metal kesici arasında ısıl bir etkileşim söz konusu olup, uygun olmayan işleme parametreleri kullanıldığında oluşan ısı kemik dokuların yanmasına ve nekroza uğramasına neden olmaktadır. Ortopedi ve diş hekimliğinde delme ve kesme işlemlerinde oluşan ısı ile doğru orantılı olarak sıcaklık miktarı, optimum parametrelerin tayini ve seçilmesi ile minimize edilebilir.Bu tez çalışmasında; kesme ve delme işlemleri sırasında kesici ? kemik temasından meydana gelen sıcaklık artışından doğan problemleri azaltmak için optimum işleme parametrelerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu bağlamda tez çalışmasında; matkap cinsi, matkap çapı, matkap uç açısı, matkap devir sayısı, matkap ilerleme hızı, uygulanan baskı kuvveti, kemik cinsi, kemik yoğunluğu, kesme hızı ve belirli bir sıvı içerisinde işleme gibi delme işlemine etki eden hemen hemen bütün parametreler dikkate alınarak sıcaklık artışı incelenmiştir. Delme esnasında kesme bölgesi cidarında oluşan sıcaklık, kullanılan ekipmanla 1data/sn hızla kaydedildi. Daha sonra işlem gören kemik örneklerinden delik bölgesini de içerisine alacak şekilde numuneler çıkarılarak oluşan ısıdan etkilenmesi muhtemel kesme bölgesi histopatolojik ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) incelemelerine tabi tutuldu.Bu irdelemeler neticesinde, yüksek kesme hızlarında (devir sayılarında) işlem bölgesinde sıcaklığın artış gösterdiği, buna karşın yüksek ilerleme miktarı ve baskı kuvveti uygulamalarında ise düşüş gösterdiği görülmüştür. Dişi dana kemik (Tibia) numunelerde tespit edilen sıcaklığın erkek numunelere göre daha yüksek seyrettiği, TiBN kaplı matkap uçlarının kaplamasız olanlara nazaran kemikte daha yüksek sıcaklıklara yol açtığı gözlenmiştir. Ayrıca matkap çapının büyümesi ile sıcaklık da nispi oranda artmış ve kemik yoğunluğunun artışıyla birlikte oluşan sıcaklık da artış göstermiştir. Yapılan bu tez çalışması sonuçlarının özellikle ortopedi ve bir ölçüde diş hekimliğindeki cerrahi uygulamalara katkıda bulunacağı düşünülmektedir.

Abstract:
Drilling and cutting operations were performed by surgeons and dentists when repairing orthopedic bone defects like fracture, cracks, tissue loss, and teeth restoration. There is a temperature interaction between cutting tool and operated tissue. Increasing temperature in bone, causes burns in bone tissue and generates necroses around drilling zone. Amount of temperature can be minimized with specifying optimum parameters in orthopedic and dental surgery.The aim of the study is to determine the optimum operating parameters for minimizing the bone problems due to temperature rise in tool-bone interface during cutting and drilling operations. For this purpose, an experimental study was performed by considering nearly all drilling parameters such as drill type, drill diameter, tip angle, rotation speed, feedrate, drilling force, sex of bone, density of bone, cutting speed, and operational environment. The temperature of drilling site was recorded as (°C) with speed rate of 1data/sec. The specimens were taken from drilling site of operated bovine bone then the temperature affected zone was investigated throughout hystopatological and scanning electron microscope (SEM).From the results it was observed that the temperature was increased with increasing rotational speed, on the contrary, it was decreased with high feedrates and loads. The drilling temperatures of the female bovine tibias were found to be higher than the male tibias, and it was observed that the TiBN coated drills caused higher temperatures than uncoated ones. Moreover the temperature increased with increasing drill diameter and bone density were observed. It was shown that, the results of the work are thought to assist especially in orthopedic applications and partially to dental surgical operations.