Pedikül vidalarının çekip çıkarma performansının ölçülmesinde yeni bir çöğünme modeli kurulması ve deneysel araştırılması
A new toggling model in measurement of the pullout performance of pedicle screws and its experimental investigation
Yazar: SIRMA KUL
Danışman: PROF. DR. TEYFİK DEMİR
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Cerrahi operasyonlarda pedikül vidaları, tümör sebebiyle omurganın bir veya daha fazla segmentinin çıkarılması durumunda, skolyoz gibi omurga eğriliklerinin, travma ve omurga kırıklarının tedavisinde kullanılır. Pedikül vidaların sahip olduğu çekip çıkarma dayanımları bu operasyonların başarılı olması için önem teşkil eder. Pedikül vidalarla ilgili tanımlanmış en önemli sorun vidanın yerleştiği yerden erken evrede çıkıp gelmesi sorunudur. Pedikül vidaların erken evrede çıkıp gelme sorunun sebeplerini araştırmak son derece önemlidir. Çöğünme osteoporotik veya osteopenik omurgada vidanın gevşemesine ve çıkıp gelmesine neden olabilir. Çöğünme hareketi omurganın ana yüklenme şeklidir ve vidanın gevşemesine sebep olabilir. Literatürde çöğünme yüklemesinin pedikül vidaların çekip çıkarma performanslarına etkisi incelenmiştir ancak bu çalışmalarda yükleme koşulları anatomik yükleme koşulları ile aynı değildir. Bu çalışma ASTM'nin ilgili standardını referans alarak çöğünme yüklemesinin pedikül vidaların çekip çıkarma performansı üzerindeki etkisini gerçek yükleme koşulları altında inceleyen ilk çalışmadır. Bu çalışmada öncelikle çöğünme deney modeli tasarlanmış ve üretilmiştir. Bu modeller üç segmentli vertebranın ortadaki segmentinin çıkarılmış ve alt-üst segmentlere ikişer vida yerleştirilerek çubuklarla bilateral sabitlemenin yapılmış halidir. Tez çalışması kapsamında, tasarlanan modellerde tek tip vida ile iki tip çubuk kullanılmıştır. Bunun sebebi çöğünme yüklemesi incelendikten sonra bu yüklere dayanıklı vida-çubuk sisteminin seçilmesidir. Modellerde kemiğin çift katmanlı yapısını taklit etmek amacıyla Polietilen (PE) ve Poliüretan (PU) köpük bloklar hazırlanmıştır. PE bloklar kortikal kemiği temsilen üç farklı cidar kalınlığı, PU köpükler ise trabeküler kemiği temsilen üç farklı yoğunluk esas alınarak üretilmiştir. Böylece farklı kortikal kemik kalınlıkları ve trabeküler kemik kaliteleri hesaba alınmıştır. Yeni tasarlanan modellere belirli sayıda çöğünme yükü uygulandıktan sonra çekip çıkarma deneyleri yapılmıştır. Deneyler sonunda çöğünmenin etkisi belirli modellerde net bir şekilde anlaşılmıştır. Sonuç olarak çöğünme etkisinin tespit edildiği modellerde iki farklı çubuk sistemi karşılaştırılmış ve kısa dönem ve uzun dönem çöğünme yüklerine dayanıklı vida- çubuk sistemi seçilmiştir.

Abstract:
Pedicle screw are used in surgery operations for removal of one or more segments of the spine due to tumor and the treatment of scoliosis, trauma and fractures of the spine. The pullout strengths of pedicle screws are important for the success of these operations. The most important problem defined with pedicle screws is that the screw comes out at the early stage of stabilization. It is extremely important to investigate the causes of pedicle screws coming out at an early stage. Toggling may cause the screw to loosen and come out of the highly osteoporotic or osteoporotic spine. Toggling is the main loading of the spine and may cause loosening of the screw. In literature, the effect of toggling loading on the pull-out performances of pedicle screws was investigated, but the loading conditions were not similar to the anatomical loading conditions in these studies. This study is the first to examine the effect of toggling loading on the pullout performance of pedicle screws under the anatomical loading conditions with reference to the relevant standard of ASTM. In this thesis research, toggling test model is designed and produced. These models represent the removal of the middle segment of the three-segment vertebra and bilateral fixation with rods by placing two screws in the upper and lower segments. Within the scope of the study, one type of screw and two types of rod were used in the designed models. The reason for this is the selection of the screw-rod system which is resistant to toggling loads after the toggling loading is examined. Polyethylene (PE) and Polyurethane (PU) foam blocks were prepared in the models in order to mimic the bilayer structure of the bone. When PE blocks were produced on the basis of three different wall thicknesses in order to mimic cortical bone, PU foams were produced on the basis of three different densities in order to mimic trabecular bone. Thus, different cortical bone thicknesses and trabecular bone qualities were taken into account. After a certain number of toggling loading was applied to new designed models, pullout experiments were performed. At the end of the experiments, the effect of toggling was clearly understood in the certain models. As a result, two different rod systems were compared in the models in which the effect of toggling was determined and the screw-rod system resistant to short-term and long-term toggling loading was chosen.