Diz altı ampütasyonlarında 3 boyutlu yazıcı ile yapılan soket tasarımlarının etkinliğinin değerlendirilmesi
Evaluation of the effectiveness of socket designs made with 3d printers in below knee amputations
Yazar: EBRU EVREN
Danışman: PROF. DR. MEHMET ASIM ÖZER
Ege Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Anatomi Ana Bilim Dalı / Anatomi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Anatomi = Anatomy
Dizin: Ampütasyon = Amputation ; Protezler ve implantlar = Prostheses and implants ; Soket = Socket ; Üç boyutlu modelleme = Three dimensional modelling ; Üç boyutlu yazıcı = Three dimensional printer

Özet:
Diz Altı Ampütasyonlarında 3 Boyutlu Yazıcı İle Yapılan Soket Tasarımlarının Etkinliğinin Değerlendirilmesi
Ampütasyon ameliyatları sonrası geleneksel yöntemlerle şekillendirilen standart soketlerin yapılması uzun sürmekte, bu soketler yüksek maliyetlere ve uyumsuzluklara neden olmaktadır. Bu durum da göz önüne alındığında mevcut tedavi yöntemlerinin sınırlılıklarını ortadan kaldırmak, tedavi stratejisini belirlemek ve tedaviyi yönetmek için üç boyutlu modelleme ve üretim teknolojilerinin kullanımının geleneksel yöntemlere avantaj sağlayacağı düşünülmüştür. Araştırmamızın amacı, diz altı ampütasyonlarında kullanılan prostetik soketlerin üç boyutlu baskı ile üretimini gerçekleştirmek ve bu sayede soketin yapılma sürecinin kısaltılarak zaman faktörünün negatif etkisini ortadan kaldırmak, maliyeti düşürmek, konvansiyonel soket yapımındaki hataların önüne geçebilmek, güdük - soket uyumunu arttırmak ve aynı zamanda iş gücünü azaltmaktır.
Çalışmamıza daha önceden transtibial protez kullanan bir kişi gönüllü oldu. İnsan vücudunda kullanılabilen biyo uyumlu üç boyutlu tarama cihazı (Artec Space Spider) ile kişinin güdüğünün görüntüsü dijital ortama aktarıldı ve Autodesk Meshmixer programı ile soket tasarımı oluşturuldu. Soket tasarımı oluşturulurken yük verilebilecek ve yük verilemeyecek olan anatomik bölgeler dikkate alındı. Soket malzemesi olarak PLA ve ABS malzemeleri kullanıldı ve baskının %60 doluluk oranıyla yapılmasına karar verildi. Üç boyutlu yazıcı olarak da Zortrax M300 Dual cihazı kullanıldı. PLA materyalinden elde edilen soket kişiye denetildi ve sokette bir miktar bolluk olması sebebiyle bu sefer ABS malzemesi kullanılarak tekrar soket üretimi gerçekleştirildi. Çalışma süresince soket örneklerinin üretimi gerçekleştirilmiş oldu. Dijital ortamdaki soket tasarımları ve baskı sonrası elde edilen soketlerin çevre ölçümleri karşılaştırıldığında ise birbirleriyle eşleşmediği görüldü. Bunun sonucunda baskı sonrasında model soğumaya bırakıldığında malzemenin tipine göre modelde bir miktar küçülme olduğu gözlemlendi. Dijital tasarımla gerçek model ölçümleri karşılaştırıldığında PLA malzemesinin 0 - 1% oranında, ABS malzemesinin ise 1 - 2% oranında çekme payına sahip olduğu tespit edildi.
Üç boyutlu tarama cihazı ile tarama görüntüsünün elde edilmesi geleneksel yöntemlere nazaran daha hızlı gerçekleştirilmiştir. Kullanılan cihazın özelliklerinden kaynaklanan nedenlerle tarama verisinin elde edilmesinde zorluklarla karşılaşıldı. Bu da soket tasarımını ve baskıyı olumsuz yönde etkiledi. Aynı zamanda malzemelerden kaynaklı çekme paylarının oluşması da etkin bir soket üretimini sağlamayı zorlaştırdı. Bunların dışında soket tasarımının çok kısa sürede ve kolaylıkla tasarlanması iş gücünü azaltırken bu süreç içerisinde herhangi bir malzeme kullanılmaması da maliyetlerin düşürülmesi üzerinde etkili oldu. Piyasada soket ücretlerinin 5000 - 6000 ₺ aralığında seyredildiği görülürken araştırmamızda model için harcanan malzemelerin maliyetleri değerlendirildiğinde o günün koşullarına göre maliyet 80 - 120 ₺ arasında hesaplandı. Bu faktörler göz önüne alındığında olması gereken teknik sistemin sağlandığı bir durumda üç boyutlu modelleme ve üretim teknolojileri kullanılarak elverişli bir soket üretiminin yapılabileceği görülmüş oldu.
Anahtar kelimeler: Diz altı protezler; diz altı ampütasyon; transtibial soket; üç boyutlu baskı; üç boyutlu modelleme.

Abstract:
Evaluation of The Effectiveness of Socket Designs Made With 3D Printers in Below Knee Amputations
After amputation surgeries, it takes a long time to make standard sockets shaped by traditional methods, causing high costs and incompatibilities. Considering this situation, it is thought that the use of three-dimensional modeling and production technologies to eliminate the limitations of existing treatment methods, to determine the treatment strategy and to manage the treatment will provide advantages to traditional methods. The aim of our research is to the produce of prosthetic sockets used in below knee amputations with three-dimensional printing and thus to eliminate the negative effect of the time factor by shortening the process of making the socket, to reduce the cost, to prevent errors in conventional socket construction, to increase the stump - socket compatibility and at the same time to reduce the workforce.
A person who had previously used a transtibial prosthesis volunteered for our study. The image of the person's stump was transferred to digital environment with the biocompatible three-dimensional scanning device (Artec Space Spider) that can be used in the human body and a socket design was created with the Autodesk Meshmixer program. When creating the socket design, the anatomical regions that can be loaded and cannot be loaded were taken into consideration. PLA and ABS materials were used as socket materials and it was decided to make the printing with 60% fill rate. Zortrax M300 Dual device was used as a 3D printer. The socket obtained from the PLA material was tried by volunteer and due to there was some slack in the socket, the socket was produced again (This time was used ABS material.). During the study, sockets samples were produced. When the socket designs in the digital environment and the environmental measurements of the sockets obtained after printing were compared, it was seen that they did not match each other. As a result, when the model was left to cool after printing, it was observed that there was some shrinkage in the model depending on the type of material. When the digital design and actual model measurements were compared, it was found that PLA material had a shrinkage of 0 - 1%, and ABS material had a shrinkage of 1 - 2%.
The acquisition of the scanning image with the three-dimensional scanning device was carried out faster than traditional methods. Due to the features of the device used, difficulties were encountered in obtaining the scan data. This had a negative impact on socket design and printing. At the same time, the formation of shrinkage due to materials made it difficult to ensure an efficient socket production. Apart from these, designing the socket design in a very short time and easily reduced the workforce, while the fact that no materials were used in this process was effective on reducing costs. While it is seen that the socket fees in the market are in the range of 5000 - 6000 ₺, when the costs of the materials spent for the model are evaluated in our research, the cost is calculated between 80 - 120 ₺ according to the conditions of that day. Considering these factors, it has been seen that a suitable socket can be produced by using three-dimensional modeling and production technologies in a situation where the required technical system is provided.
Keywords: Below knee prosthesis; below knee amputation; transtibial socket; 3D printing; 3D modelling.