Distal femur köprüleme plağında tasarımsal iyileştirme: Deneysel çalışma
Design improvement in distal femur bridding plates: Experimental study
Yazar: NUR GÖKDEMİR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM MUTLU
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Ortopedi ve Travmatoloji = Orthopedics and Traumatology

Özet:
Bu çalışmada, femur kemiğinin distalinde meydana gelen hasarların fiksasyonu ve tedavisi için kullanılan implant türlerinden distal femur plakları ele alınmıştır. Bu plakların kullanıldığı hastalarda meydana gelen implant yetmezliklerinin analiz edildiği literatür çalışmaları incelenmiş ve hasar oluşumuna sebep olan nedenlerin tasarımsal açıdan değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Distal femur plakları maruz kaldığı yükleme durumlarından dolayı kullanım esnasında hasara uğrayabilmektedir. İncelenen literatür çalışmalarından elde edilen verilere göre distal femur plaklarında meydana gelen hasarların başlıca nedenleri; yorulma ve buna bağlı olarak oluşan çatlaklar, yüzey korozyonu, şok darbeleri, malzeme seçimi ve implant tasarımıdır. Çalışmalarda kırık hattı seviyesindeki vida deliği etrafındaki bölgenin iyi mukavemet özelliği gösteremediği ve plakların bu bölgelerden hasara uğradığı belirlenmiş, bu bölgedeki mekanik gerilmelerinin tasarımsal iyileştirmelerle azaltılması gerektiği tespit edilmiştir. Bu tasarımsal iyileştirme ile revizyon cerrahisine gerek olmadan implantasyonun başarılı bir şekilde sonuçlandırılarak iyileşmenin sağlanması amaçlanmıştır. 
Bu kapsamda 316L paslanmaz çelik hammaddeden üretilmiş distal femur plağının vida deliklerine sıkıştırılarak takılabilen aynı hammaddeli vida deliği aparatı tasarlanmıştır. Plaklar ASTM F382-17 standartı çerçevesinde ilk aşamada statik teste tabi tutulmuş ve bu plak tasarımlarına uygulanabilecek en yüksek kuvvet değeri tespit edilmiştir. Bunun ardından plaklar aparatsız ve aparatlı şekilde iki ayrı test düzeneği oluşturularak ASTM F382-17 dinamik teste tabi tutulmuştur. Testler sonucunca vida deliği aparat tasarımının plağın yorulma dayanımı üzerine etkisi değerlendirilmiştir. 
Test sonucunda her iki grup da %40 yüklenme durumunda 1000000 çevrimi başarıyla tamamlamış fakat diğer yüklenme durumlarında ise çevrim sayısı tamamlanmadan plaklar hasara uğramıştır. Bu iki grubun %55, 50, 45 yüklenme durumlarında hasara uğradıkları çevrim sayıları karşılaştırılmıştır. Bu çevrim sayıları oransal olarak karşılaştırıldıklarında aparatlı tasarımın yaklaşık olarak %10 daha fazla çevrime dayandığı belirlenmiştir. İstatistiksel olarak bu değerler karşılaştırıldığında ise anlamlı bir artış tespit edilememiştir.

Abstract:
In this study, distal femur plates which is one of the implant types used for fixation and treatment of injuries occurring distal to the femur bone are gone around. The literature studies in which implant failure occurring in patients using these plates were analyzed were examined and it was aimed to evaluate the cause of failure in terms of design. Distal femur plates can be failured during use due to the loading conditions. According to the data obtained from the literature studies, the main causes of failure to the distal femur plates are fatigue, crack, surface corrosion, shock impacts, material selection and implant design. In the studies, it was determined that the region around the screw hole at the level of the fracture line did not show good strength properties and the plates were failure from these regions, and it was determined that the mechanical stresses in this region should be reduced by design improvements. With this design improvement, it is aimed to achieve healing by successfully completing the implantation without the need for revision surgery.
In this scope, a screw hole apparatus with the same raw material, which can be inserted into the screw holes of the distal femur locking plate made of 316L stainless steel raw material, has been designed. Plates were subjected to static test in the first stage within the according to ASTM F382-17 standard and the highest force value that can be applied to these plate designs was determined. After that, the plates were subjected to dynamic according to ASTM F382-17 test by creating two separate test setups with and without apparatus. As a result of the tests, the effect of screw hole apparatus design on the fatigue strength of the plate was evaluated.  
As a result of the test, both groups successfully completed 1000000 cycles at 40% loading, but in other loading conditions, the plates were damaged before the number of cycles was completed. The number of cycles in which these two groups suffered damage at 55, 50, 45% loading conditions were compared. When these cycle numbers are compared proportionally, it has been determined that the design with the apparatus is based on approximately 10% more cycles. When these values were compared statistically, no significant increase was detected.