Bilgisayar ortamında kemik mikro yapısının modellenmesi ve analizi
Computer aided design and analysis of bone micro structure
Yazar: BARIŞ HULİSİOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. REŞAT ÖZCAN
Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2006
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis

Özet:
Bu çalısmada öncelikle gözenekli kemige ait mekanik özelliklerin belirlenmesihedeflenmistir. Daha sonra gözenekli kemik ile benzer mekanik özellikleri gösterecektekrarlı birim eleman modelleri gelistirilmeye çalısılmıstır.Gözenekli kemige ait üç boyutlu modelin olusturulmasında üst kol kemigininmikro-CT tarayıcılar vasıtasıyla elde edilen tomogrofi görüntüleri kullanılmıstır. Bugörüntüler bilgisayar ortamına alınmıs, elde edilen kesit egrileri yardımıyla Unigraphicsprogramında üç boyutlu katı model olusturulmustur. Bu model Unigraphicsprogramında sonlu elemanlara ayrılmıs daha sonra bu elemanlar ANSYS'e aktarılmıstır.Ayrıca gelistirilen dört adet tekrarlı birim eleman modelleri ANSYS'de modellenmis vesonlu elemanlara ayrılmıstır. Burada uygun sınır sartları ile analiz yapılmıs, gerilme vetepki kuvvetleri tespit edilmis, diger mekanik özellikler bu verilere göre hesaplanmıstır.Yapılan analizlerde mikro-CT görüntüleri kullanılarak olusturulan modelin X, Yve Z eksenleri dogrultusundaki elastisite modülleri birbirinden farklı degerler olarakbulunmustur. Bunun nedeni modelin her dogrultuda farklı rijitlige sahip olmasındankaynaklanmaktadır. Gelistiren tekrarlı birim eleman modellerinden model1, mikro-CTgörüntülerinden olusturulan model ile benzer özellikler ortaya koymustur.Gözenekli kemigin yapısı canlıdan canlıya, kemikten kemige ve kemigin farklıbölgelerine baglı olarak degiskenlik göstermesinden dolayı gözenekli kemige aitmekanik özellikleri belirlerken, aynı bölgeden çok sayıda kemik numunesi alınıpbunların mikro-CT yöntemiyle modellerinin olusturulması, analiz edilmesi ve mekaniközelliklere ait ortalama degerlerin tespit edilmesi gerekmektedir. Gözenekli kemikyapısının mekanik özelliklerine iliskin degerlerin bulunması sonucunda incelenecekkemigin farklı bölgeleri farklı mekanik özellikleri dikkate alınarak modellenebilecek veyapılacak analizler daha gerçekçi sonuçlar verecektir.Anahtar Kelimeler: Gözenekli Kemik, Biyomekanik, Katı Model, SonluElemanlar Analizi

Abstract:
The purpose of this study is twofold. First, to determine the mechanicalproperties of cancellous bone. Second, to develop repeatable microstructure cells whichhave approximately same mechanical properties as cancellous bone.Micro-CT images which have taken from humerus were used to develop threedimensional model of cancellous bone. Three dimensional model was modelled inUnigraphics NX3 CAD software by using section curves of micro-CT images. Thefinite elements were generated also in Unigraphics then elements transferred intoANSYS. Also four repeatable microstructure cells were developed. Repeatablemicrostructure cells and their finite elements were generated in ANSYS. Several finiteelements analysis were performed by using micro-CT model and four repeatablemicrostructure cells. In analysis reaction forces and streeses were observed and othermechanical properties of micro-CT model and four repeatable microstructure cells werecomputed using reaction forces.Results of micro-CT model have different young?s modulus in the X,Y and Zdirections. The reason of these results is micro-CT model has different density in thedifferent directions. The results of second repeatable microstructure cells were close tomicro-CT model?s results.For accordance result when determinating mechanical properties of cancellousbone, lots of micro-CT models have to be analize and average results of analysis have tobe determine. Repeatable microstructure cells have to be develop up to these results.Key Words: Cancellous Bone, Biomechanic, Solid Model, Finite ElementAnalysis