Yüksek ve düşük seviyeli kondil boynu kırıklarında polieter eter keton ve saf titanyum plak materyallerinin stres dağılımlarının sonlu elemanlar analizi ile değerlendirilmesi
Evaluation of stress distributions of polyether ether ketone and pure titanium plate materials in high and low level condylar neck fractures by finite element analysis
Yazar: SENANUR DURUAY ALKAN
Danışman: PROF. DR. SIDIKA SİNEM AKDENİZ
Başkent Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Ağız Diş ve Çene Cerrahisi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Diş Hekimliği = Dentistry
Dizin: Dental plak = Dental plaque ; Dental stres analizi = Dental stress analysis ; Kırıklar-kemik = Fractures-bone ; Mandibular kondil = Mandibular condyle ; Polieter keton = Polyether ketone ; Sonlu elemanlar stres analizi = Finite elements stress analysis ; Titanyum = Titanium

Özet:
Amaç: Mandibular kondil kırıkları, maksillofasiyal travmada sıklıkla rol oynar. Yüksek insidansları ve karmaşıklıkları nedeniyle, bu kırıklar için çeşitli tedavi seçenekleri tanımlanmıştır. Cerrahın, tedavinin hedeflerini net bir şekilde tanımlaması ve bunlara ulaşmak için en basit ve en etkili cerrahi yöntemi seçmesi gerekir. İyi bir redüksiyon, herhangi bir kırığın başarılı tedavisinin anahtarıdır. Uygun manipülasyon ile beraber kırığın anatomisi ve pozisyonu hakkında ayrıntılı bilgi, daha ideal anatomik redüksiyon sağlar. Yeterli sayıda titanyum plak ve vida ile uygun bölgeye fiksasyon, kemik iyileşmesi sırasında sürdürülen fonksiyonel yüklere dayanacak kadar güçlü olmalıdır. Günümüzde mini plak/vida ile fiksasyon oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır.  Titanyum plakalar, uzun vadeli güvenilirliğe ve biyouyumluluğa sahip olsalar da; yine de ilerleyen zamanlarda çıkarılmayı gerektiren, başarısızlık ve doku reaksiyonu riskiyle ilişkilidirler.  Bu riskleri ortadan kaldırma çabası; araştırmacıları, yeni materyal arayışına yönlendirmiştir.  Bu tez çalışmasının amacı, yüksek ve düşük seviyeli kondil kırıklarında; 2 mini plak ve romboid plakların, PEEK ve saf titanyum materyalleri ile fiksasyonu sonucunda kortikal kemikte, plak ve vidalarda meydana gelen stres ve yer değiştirme değerlerinin sonlu elemanlar analizi ile inceleyerek klinik uygulamalara ışık tutmaktır.
Gereç ve Yöntem: 3 boyutlu modellenen mandibulada subkondiler kırık, 2 farklı seviyede simüle edildi. Fiksasyon üniteleri, titanyum alaşımları ve PEEK olarak tasarlandı ve Rhinoceros, sürüm 4.0, yazılım (Rhinoceros, Seattle, WA) kullanılarak mandibulaya uyarlandı. Romboid plak (Titanyum ve PEEK osteosentez mandibula; KLS Martin, Tuttlingen, Almanya) ve 2 miniplak (AO Compact MF Lock System Implant; Johnson & Johnson) sistemi ile uyumlu olarak kullanıldı. Oluşturulan 4 farklı senaryoda kortikal kemikte ve plak/vida sistemlerindeki stres, yer değiştirme değerleri sonlu elemanlar analizi ile incelenmiş ve değerlendirilmiştir.
Bulgular: Yüksek seviyeli kondil boynu kırığında, romboid plağın kortikal kemikte ve plak/vida sisteminde meydana gelen stres; 2 mini plakta oluşan streslerden daha yüksek çıkmıştır, ancak stres dağılımı romboid plakta daha dengeli bulunmuştur. Romboid plakta titanyum materyalinin kullanılması (stres ve yer değiştirmesi açısından) PEEk'ten daha avantajlı sonuçlar vermiştir. Düşük seviyeli kondil boynu kırığında, 2 mini plağın kortikal kemikte ve plak/vida sistemlerinde oluşturduğu stres; romboid plaktan daha düşük çıkmıştır. PEEK, düşük seviyeli kondil boynu kırığı ile oluşturulan senaryolarda titanyumdan daha üstün özellikler göstermiştir.
Sonuç: Çalışmanın bulgularına göre; yüksek seviyeli kondil boynu kırıklarında romboid plak, 2 mini plak tasarımından daha avantajlı bir kullanım sunabilmektedir. Ancak PEEK materyali ile romboid plak tasarımının bir arada kullanılması için daha çok klinik ve uzun dönem çalışmaya ihtiyaç vardır. Düşük seviyeli kondil boynu kırıklarında ise 2 mini plak ile fiksasyon daha stabil ve biyomekanik açıdan uygun sonuçlar vermiştir. Materyal olarak PEEK, titanyuma alternatif olabilecek değerler sunmuştur. PEEK materyalinin klinik uygulamada bir rutin halini alması için daha çok çalışmaya ihtiyaç vardır.

Abstract:
Objective: Mandibular condyle fractures often have a part in maxillofacial trauma. Due to their high incidence and complexity, various treatment options have been determined for these fractures. The surgeon needs to identify the aims of the treatment and choose the simplest and most effective method to reach them. A good reduction is the key to any fracture's successful treatment. Along with an appropriate manipulation, detailed information about the anatomy and position of the fracture provides an ideal anatomical reduction. Fixation to the appropriate spot with enough titanium plaque and screws has to be strong enough to endure functional load caused by the bone recovery. Fixation with mini plaque/screw is used considerably widespread at the present time. Despite having long-term reliability and biocompatibility, titanium plaques are associated with failure and tissue reactions that entail removal. The intention of eliminating these risks have led the researchers to seek a new material. The aim of this study is to shed a light on clinical applications by examining stress and relocation of plaque and screws in cortical bones as a result of 2 mini plaque and rhomboid plaque's fixation with PEEK and pure titanium materials in high- and low-level condyle fractures with finite element analysis.

Equipment and Method: 3D modeled subcondylar fractures in mandibula has been simulated in two different levels. Fixation units have been designed as titanium alloys and PEEK, and fitted to mandibula using Rhinoceros version 4.0 software (Rhinoceros, Seattle, WA). Used compatibly with rhomboid plaque (Titanium and PEEK osteosynthesis mandibula; KLS Martin, Tuttlingen, Germany) and 2 mini plaque (AO Compact MF Lock System Implant; Johnson & Johnson) system. In 4 different scenario that has been created, the stress in cortical bones and plaque/screw systems has been examined and evaluated with finite element analysis. 

Findings: In high-level condylar neck fracture, the stress taking place in cortical bone and plaque/screw system by rhomboid plaque has been observed to be higher than that of 2 mini plaque's. However, stress distribution has been observed to be more balanced with rhomboid plaque. Rhomboid plaque has given more advantageous results in terms of stress and relocation than PEEK due to being made of titanium material. In low-level condylar neck fracture, the stress caused by 2 mini plaque to the bone and plaque/screw system has been observed to be lower than that of rhomboid plaque. PEEK has been observed to show more superior features in scenarios created with low-level condylar neck fractures.

Conclusion: In accordance with the findings, rhomboid plaque has shown more advantageous usage than the 2 mini plaque design in high-level condylar neck fractures. However, there needs to be more clinical trials and long-term studies in order to use PEEK material and rhomboid plaque design together. On the other hand, fixation with 2 mini plaque in low-level condylar neck fractures has given more stable and biomechanically suitable results. PEEK as a material has shown results that could be an alternative to titanium. There needs to be conducted more studies in order for PEEK material to become a routine in clinical practice.