Kolun biyomekanik modelinin oluşturulması ve dinamik analizi
Biomechanical modelling and dynamic analysis of the arm
Yazar: MEHMET PARLAK
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM UZMAY
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
İnsan kas-iskelet sisteminde kas kuvvetleri ve kas fonksiyonları hakkında bilgi birçok uygulama için gereklidir. Bu uygulamalar arasında endoprotezlerin klinik öncesi test edilmeleri ve tasarımlarının geliştirilmesi, kas veya mafsal rahatsızlıklarının daha ayrıntılı şekilde tanımlanması, hareket etmede aktif olan kas bozukluklarının tedavisinde geliştirmeler sayılabilir. Bununla beraber ne yazık ki kas kuvvetlerini invazif olmayan bir yöntemle ölçmek neredeyse imkânsızdır. Bu nedenle biyomekanik modellere ihtiyaç duyulmuştur. Şimdiye kadar biyomekanik modeller hala sadece kas kuvvetleri kestiriminde kullanılmaktadır ve son otuz yıl içerisinde basit 2 boyutlu modellerden karmaşık üç boyutlu modellere kadar birçok model geliştirilmiştir. Geliştirilen modeller genellikle yürüyüş analizleridir ve omuzla ilgili yapılan çalışmalar daha kısıtlı olmakla beraber son yıllarda artış göstermektedir. Bu tez çalışmasında omuz üst kol ile beraber modellenerek dinamik faktörler de göz önüne alınarak abdüksiyon hareketi boyunca kas kuvvetleri kestirimi ve mafsallardaki reaksiyon kuvvetleri hesabı gerçekleştirilmiştir. Kas-iskelet modeli VHP veri tabanına göre oluşturulmuştur. Önceki çalışmalarda kinematik veriler hareket yakalama (MoCap) sistemleri kullanılarak elde edilmiş olmasına rağmen, bu çalışmada modelin MSC Adams yazılımı ortamında simülasyonu scapulo-humeral ritim davranışına göre gerçekleştirilerek, yazılım vasıtasıyla elde edilmiştir. Elde edilen kinematik veriler Newton-Euler kanunlarına göre oluşturulan denklemlerde giriş olarak kullanılmış ve kas kuvvetlerinin kasların fizyolojik kesit alanları ile orantılı olduğu bilgisine dayalı olarak oluşturulan ek denklemlerle kas kuvvetleri elde edilmiştir. Daha sonra bu değerler denge denklemlerinde yerlerine konularak modellenen üç mafsaldaki reaksiyon kuvvetleri elde edilerek gerekli değerlendirmeler yapılmıştır.

Abstract:
Detailed information about muscle function and muscle forces in the human musculoskeletal system is necessary for several applications. Among these are the improvement of the design and preclinical testing of endoprostheses, a more detailed description of muscle- or joint-injuries, and design and improvement of the treatments of motor disorders. Nevertheless, measuring of the muscle forces in-vivo is hardly possible by noninvasive methods. This explains why biomechanical models of the neuromusculoskeletal system have been invented to estimate muscle forces based on external measurements. To date, biomechanical models are still the only means for the estimation of muscle forces, certainly outside laboratory conditions. In the last few decades, a variety of models of the entire human musculoskeletal system from simple two-dimensional (2D) to complex three-dimensional (3D) models, have been developed. These models are commonly for gait analyses. Although studies about shoulder are less than gait analysis, in recent years number of studies about shoulder increase. In this thesis biomechanical model of shoulder mechanism has been  created and, muscle force estimation and reaction force on joints have been calculated taking into consideration dynamical parameters during abduction of the arm. The musculoskeletal model has been created based on VHP dataset. The simulation was performed based on scapulo-humeral rhythm for kinematic analysis via MSC Adams. Obtained kinematic quantities was used as input in equations of motion which have been created by Newton-Euler equations. Muscle forces have been calculated with an approach related with physiological cross sectional area. Then reaction forces on joints have been calculated and results was evaluated.