Omurganın arka dinamik stabilizasyonu için yeni tasarim
The novel design for posterior dynamic stabilization system
Yazar: PANIZ TAHERZADEH
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SEVİL ÖZER
İstanbul Yeni Yüzyıl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Dinamik stabilizasyon, omurga deformitesi veya dejeneratif disklerin varlığında omurga için hayati destek sağlar. Bu alanda, lomber omurganın arka dinamik stabilizasyonu (Posterior Dynamic Stabilization) için son yıllarda yapılan çalışmalar dikkat çekmektedir. Bu çalışmada, omurganın normal şekilde stabilize edilmesine, ağrı ve deformitenin azaltılmasına yardımcı olabilecek implant tasarımları üzerinde çalışılmıştır. Standart sınırlarda hareket aralığını koruyan implantların tasarımı, sonlu elemanlar modellemesi kullanılarak yapılmıştır. İmplant parçalarını (cihazların) SOLİDWORKS programıyla oluşturulup, hareket aralığını hesaplamak için ABAQUS CAD simülasyon programı ve MATLAB programı birlikte kullanılmıştır. Tüm cihazlar için her yönde hareket aralığı ölçülmüş ve her cihaz için tüm yönlerde bitişik seviye etkisi ve restorasyon yüzdeleri hesaplanmıştır. Cihazların tasarımında, hareket aralığını belirleyebilmek için, implant vida veya çubukları üzerinde, tüm cihazın hareketini her iki yönde (Z ve Y yönlerinde) serbest bırakan değişiklikler sırasıyla gerçekleştirilmiştir. Bu değişikliklerin sonucu olarak implant parçalarının tasarımında gerçekleşen iterasyonlarla, omurganın implant ile birlikte hareketinde kabul edilebilir  değer olan 70% restorasyon yüzdesine, her yönde (fleksiyon-ekstansiyon, sağ-sol yanal bükülme, sağ-sol eksenel rotasyon) ulaşılmaya çalışılmıştır. İmplantın tüm parçaları için paslanmaz titanyum malzemesi seçilmiştir. Tüm cihazlarda, en çok kuvvete maruz kalan omurlar olan üst-L4 ve alt-L5 omurlarını birbirine bağlayan cihaz tasarımı çalışılmıştır. İmplantlarda, omurgalara yerleştirilmiş vidalar, vidalarla bağlantı halinde olan çubuklar, ve vidaların çubukla bağlantısını tamamlayan pim ve somunlar yeralmaktadır. Optimal tasarım olan dördüncü cihazda, fleksiyon için restorasyon 58%, uzama için 70% hesaplanmıştır. Yanal bükülme ve eksenel rotasyonlarda ise sırasıyla 67% ve 52% değerlerine ulaşılmıştır. Bu cihazla, iki yönde esnek tasarımla (Z ve Y), segmente hareket aralığının (ROM) daha fazla restorasyonu sağladığı gözlemlenmiştir. Çalışmanın gelecekteki amacı, tüm yönlerde 70% ' e kadar esnekliğin elde edildiği ve birden fazla disk veya omurga hastalıklarından şikayetçi olan hastalar için, iki (L3-L5) veya fazla vertebrayı kapsayacak  cihazların tasarlanmasıdır.

Abstract:
Dynamic stabilization provides vital support for the spine in the case of spinal deformity or degenerative discs. Posterior dynamic stabilization (PDS) of the lumbar spine has gained considerable attention in recent years. The purpose of this study is to design an implant which preserves range of motion in the standard bounds, while it helps in stabilization of the spine and reducing the pain and deformity. The design of the implants, which maintain the range of motion at standard limits, was made by using finite element modeling. The implant parts (devices) were created with the SOLIDWORKS program and ABAQUS CAD simulation program and MATLAB program were used together to calculate the range of motion. Range of motion (ROM) is measured for all devices and adjacent level effect and restoration percentages are calculated in all directions for each device. In order to determine the range of motion in the design of the devices, changes were made on the implant screws or rods that release the movement of the entire device in both directions (Z and Y directions). As a result of these changes, 70% restoration percentage which is the acceptable value, in all directions (flexion-extension, right-left lateral bending, right-left axial rotation) was tried to be achieved. Stainless titanium material is selected for all parts of the implant. In all devices, the device design that connects the vertebrae, the upper-L4 and lower-L5 vertebrae, which are exposed to the most force, has been studied. Implants include screws placed in the spines, rods in connection with the screws, and pins and nuts that complete the screws' connection with the rod. In the fourth device, which is the optimal design, the restoration for flexion 58% was calculated and for extension 70%. In lateral bending and axial rotations, 67% and 52% values were achieved, respectively. With this flexible device in two directions (Z and Y), it has been observed that the segment ROM provides further restoration. The future aim of the study is to design devices that can reach up to 70% of all directions and cover more than two vertebras (L3-L5) for patients suffering from multiple disc or spinal diseases.