Farklı Q açılarına sahip gonartrozlu hastalarda diz ekleminde oluşan gerilmelerin sonlu elemanlar yöntemiyle belirlenmesi
Determination of stress using the finite element method in knee joints with gonarthrosis joints with different Q angles
Yazar: EMRAH AFŞAR
Danışman: DOÇ. DR. FERRUH TAŞPINAR ; YRD. DOÇ. DR. BİLGE BAŞAKCI ÇALIK
Dumlupınar Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Fizyoterapi ve Rehabilitasyon Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Fizyoterapi ve Rehabilitasyon = Physiotherapy and Rehabilitation
Dizin: Diz = Knee ; Diz eklemi = Knee joint ; Osteoartrit = Osteoarthritis ; Osteoartrit = Osteoarthritis ; Osteoartrit-diz = Osteoarthritis-knee ; Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis

Özet:
Q açısının normal değerlerinden sapmasının diz eklemine binen gerilimi değiştirdiği ve alt ekstremite biyomekaniğinde bozulmaya neden olduğu belirtilmektedir. Bu nedenle çalışmamızın amacı farklı Q açılarına sahip gonartozlu hastalarda diz eklemindeki yapıların gerilme ve deformasyonlarının sonlu elemanlar metoduyla belirlenmesidir. Çalışmaya sağ gonartrozlu 20 kadın hasta dahil edildi. Hastaların sağ dizlerinin Q açıları dijital gonyometreyle supin pozisyonda ölçüldü. En büyük, en küçük ve ortanca sıradaki Q açısına sahip 3 hasta seçildi. Hastaların Q açıları sırasıyla 22 ̊, 15 ̊ve 10 ̊olarak belirlendi. Sıralama sonunda sağ dizlerinin Manyetik Rezonans Görüntüleri alındı ve Mimics 10.01 programıyla üç boyutlu hale getirildi. Geomagic Studio programıyla düzenleme, temizleme ve segmentasyon işlemleri yapıldı. Daha sonra Solidworks programıyla diz ekleminin kemik ve yumuşak dokuları katı modele dönüştürüldü.  Son olarak Ansys Workbench programında ayakta durma sırasında uygun fizyolojik şartlar modellere uygulandı ve analizler alındı. Ansys Workbench programında elde edilen analiz sonuçlarına göre hastaların tibial, femoral, patellar kartilaj ve menisküslerinde en yüksek stresler 22 derece Q açısına sahip hastada sırasıyla 14.592, 9.2456, 2.2262, 301.2 MPa, 15 derece Q açısına sahip hastada sırasıyla 4.2719, 4.8664, 1.2026, 11.177 MPa ve 10 derece Q açısına sahip hastada sırasıyla 12.481, 8.3948, 3.7838, 62.434 MPa olarak bulundu. Bulgularımıza göre Q açısının artmasının ya da azalmasının diz ekleminin menisküs ve kartilaj yapılarındaki gerilmeleri ve deformasyonu artırdığı belirlendi. Yüksek ya da düşük Q açısı diz ekleminin dizilimini bozmaktadır.  Dizilim bozukluğu diz eklemi yapılarının dejenerasyonunu artırarak osteoartrit sürecini olumsuz yönde etkileyebilir. Bu nedenle diz rehabilitasyonunda Q açısı göz önünde bulundurulmalıdır.

Anahtar Kelimeler: Diz Eklemi, Genu Varum, Genu Valgum, Osteoartrit, Sonlu Elemanlar Analizi

Abstract:
It has been stated that deviation of the Q angle from the normal value changes the stress of the knee joint and causes deterioration in lower extremity biomechanics. Therefore, the aim of this study was to determine stress and deformation of the structure of the knee using the finite element method in patients with gonarthrosis with different Q angles. The study comprised 20 female patients with right knee gonarthrosis. The Q angles of the right knees were measured in the supine position with a digital goniometer. The patients with the largest, the smallest and the median Q angle were selected. These Q angles were determined as 22°, 15° and 10° respectively. Magnetic resonance images of the right knee were then taken and made three-dimensional using the Mimics 10.01 program. Organisation cleaning and segmentation procedures on the images were applied using Geomagic Studio software. Bone and soft tissues of the knee joint were converted to a solid model using the SolidWorks program. Finally, physiological conditions appropriate to a standing position were applied and analyses were made with the Ansys Workbench program. According to the results obtained from the Ansys Workbench program, the highest stress values in tibial, femoral and patellar cartilage and in the meniscus were found to be 14.592, 9.2456, 2.2262, 301.2 MPa respectively in the patient with a 22° Q angle, 4.2719, 4.8664, 1.2026, 11.177 MPa respectively in the patient with a 15° Q angle,  and 12.481, 8.3948, 3.7838, 62.434 MPa respectively in the patient with a 10° Q angle. According to these findings it can be concluded that an increase or decrease in the Q angle may enhance the stress in the meniscus and the cartilage of the knee joint. When there is a high or low Q angle, knee joint alignment deteriorates, which may adversely affect the osteoarthritis process increasing degeneration of the knee joint structures. Therefore, the Q angle should be taken into account in knee rehabilitation.

Key Words: Knee Joint, Genu Varum, Genu Valgum, Osteoarthritis, Finite Element Analysis