İnsanda baş boyun modellenmesi
Modelling of human head neck
Yazar: NURAY KORKMAZ
Danışman: PROF. DR. NURKAN YAĞIZ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Kaza analizi = Accident analysis ; Lagrange yöntemi = Lagrange method ; Modelleme = Modelling ; Omurga = Spine

Özet:
Trafik kazalarında sürücü ve yolcularda meydana gelen baş-boyun sistemi yaralanmaları kalıcı yaralanmaların ve hatta ölümlerin temel sebebidir. Özellikle insan boyun yaralanmaları yıllardır önemli bir halk sağlığı sorunudur. Bu yüzden son yıllarda insan boyunun da meydana yaralanmalar ile çokça ilgilenilmektedir. Bu tezde baş ve boyun yaralanmalarına neden olan mekanizmalar açıklanmaya çalışılmakta, baş ve boynun sistemi matematiksel modeller kullanılarak simüle edilmektedir.Matematiksel modeller, boyun incinme mekanizmalarının daha iyi anlaşılmasına yardımcı olurken, etik problemlere neden olan kadavra, gönüllü ve hayvan kullanımına alternatif bir metottur. Bu modeller daha ucuz, daha az zaman harcayan, verimli, daha detaylı sonuçlar ve birçok farklı çarpışma simülasyonunun sonucunu tahmin etmeye uygundur.Bu çalışmada, insan baş ve boyun modeli iki boyutlu olarak modellenmiş ve model baş, yedi adet boyun omur (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7) ve bir adet gövde omurundan (T1) meydana gelmiştir. Her omur ve baş üç serbestlik dereceli olup insan baş-boyun sisteminin matematiksel modeli yirmi dört serbestlik derecelidir. Baş ve omurlar rijit kütleler olarak, yumuşak dokular ise (omurlar arası diskler, faset eklemi, bağ doku ve kaslar) geleneksel mekanik bağlantılar olan yay ve sönümleyici elemanlar kullanılarak modellenmiştir. İnsan boyun omurlarının eylemsizlik özellikleri ve kütlesi literatürden alınmıştır. Başlangıçtaki boyun eğriliği başlangıç koşulları verilerek şekillendirilmiştir. Yumuşak dokular için kullanılan yay katsayıları moment-açı grafiğinden alınmıştır. Sönüm katsayıları da nonlineerdir. Böylece, kas davranışları sisteme yansıtılmaya çalışılmıştır. Matematiksel modelin elde edilmesinde Lagrange yöntemi kullanılmıştır.Matematiksel modelde güvenilir sonuçlar elde edilmesi yaralanmaların seviyesinin ve nedenlerinin belirlenmesine ve anlaşılmasına yardımcı olacaktır. Bu sonuçlar, daha iyi yaralanma engelleyici sistemler ve daha güvenli koltuklar geliştirilmesinde kullanılabilecektir.

Abstract:
Injuries to the head- neck system of divers and passengers in car accidents have been a major cause of permanent disabilities or even death. Especially injuries to the human neck have been a significant public health problem for many years thus injuries on human neck have received substantial attention in recent years. The mechanisms that cause injuries to the head and the neck , are tried to be explained and simulated using mathematical models of the head and the neck.Mathematical models which can contribute to a better understanding of neck injury mechanisms, are alternatives to cadavers, volunteers and animals which raised ethical questions. These models are cheaper, less time consuming, yield substantial and more detailed results and are capable of predicting many different crash simulations.In this study, the physical model is modelled as two dimensional and is composed of a head, seven neck vertebraes and a body vertebrae representing T1. Each vetebrae and head have three degrees of freedom so physical model of the human head-neck system has with 24 degrees of freedom.The head and vertebraes are modelled as rigid bodies and soft tissues (intervertebral discs, facet joint, ligament and muscles) are modelled with conventional mechanical joint as massless spring and damper elements.Inertial properties and mass of the human neck vertebreas are taken from literature. The initial neck curvature is shaped by giving initial conditions. Spring coefficients for soft tissues are derived from the nonlinear torque versus angle graphic and damping coefficients are nonlineer so muscle behaviour will be reflected to the system. Because of its systematic structure, Lagrange method is used while deriving the mathematical model.Getting releable result from mathematical model will help understanding and determining cause and level of injuries. This result will be used to develope better restraint systems, safer seats