Mandibular donör bölgede greft geometrisi ve hacminin gerilme dağılımına etkisinin sonlu elemanlar yöntemiyle analizi
Analysis of the effect of graft geometry and volume on stress distribution in mandibular donor area by finite element method
Yazar: CENNET ÇAKMAK
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZEN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET EMRAH POLAT
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Diş Hekimliği = Dentistry ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Bilgisayarlı tomografi = Computed tomography ; Gerilme = Stress ; Sonlu eleman deplasman yöntemi = Finite element displacement method ; Sonlu elemanlar stres analizi = Finite elements stress analysis

Özet:
Bu çalışmada, insan alt çene kemiğinden (mandibula) donör bölge olarak farklı geometri ve hacimlerde greft alınması sonucunda, mandibulada ısırma kuvvetlerinin meydana getirdiği gerilme değerleri incelenmiştir. Çalışmanın ilk bölümünde mandibula anatomisi ve biyomekanik özelikleri anlatılmıştır. Daha sonra mandibulanın biyomekanik analizleri ve greft alınması ile ilgili çalışmaların sonuçları incelenmiştir. Çalışmanın ikinci bölümü olan nümerik araştırma bölümünde, BT (Bilgisayarlı Tomografi) görüntüleri ile MIMICS Medical 21.0 ve 3- Matic Medical 13.0 programları kullanılarak normal ve donör bölgesi olarak greft alınmış mandibula kemikleri ve diş bileşenlerine ait katı modeller hazırlanmıştır. Normal ve greft alınmış mandibulaya ait SEA (sonlu eleman analizi)' ni yapabilmek amacıyla kemikler ile dişler arasındaki etkileşimler yapışık temas parçaları olarak tanımlanmıştır. Mandibulada kemikler ve dişlere uygun ağ yapısı oluşturulmuştur. Daha sonra bu modeller ANSYS Workbench 13.0 programına aktarılmıştır. Mandibula ısırma pozisyonu modeline ait statik analiz yapılmış. Normal ve farklı geometri ve hacimlerde greft alınmış mandibulaya ait gerilme, gerinme ve deformasyon dağılımları karşılaştırılmıştır. Son olarak normal mandibula ile farklı geometri ve hacimlerde greft alınmış mandibuladan elde edilen nümerik sonuçlar literatür değerleriyle karşılaştırılmıştır. Yapılan çalışma sonucunda sağlam mandibulanın gerilme, gerinme ve deformasyon değerleri sırası ile 86.838 MPa, 0.00445 ve 0.53301 mm olarak tespit edilmiştir. Sağlam mandibulanın değerlerine en yakın değerlerin oluştuğu greft modelleri ve en yakın değerler sırasıyla; maksimum von Mises gerilme değeri 79.901 MPa ile 2 mm radyuslu greftli modelde, maksimum von Mises gerinmesi 0.0058 değerinde radyussuz kare greftli mandibula modelinde, maksimum deformasyon değeri ise 0.5959 mm boyutunda radyussuz kare greftli mandibula modellerinde oluşmuştur. Sonuçlardan anlaşıldığı üzere greft geometrisinde yanal uzama meydana geldikçe değerlerin, sağlam mandibula değerlerinden uzaklaşma miktarı artmaktadır. Buna rağmen, 6 mm radyuslu greftin alındığı mandibula modelinde daha düşük gerilme değerleri elde edildiğinden orta derecede bir radyusun modele, gerilme anlamında avantajlı etkileri olduğu düşünülmektedir. Bununla birlikte, her mandibulanın temel özellikler dışında kendine has özelliklere, boyutlara sahip olması bağlamında özel olarak ele alınması ve uygun greft kesitinin analizlerden sonra oluşturulması gerektiği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
In this study, as a result of graft removal in different geometries and volumes as a donor region from the human lower jaw bone (mandible), the tensile values caused by bite forces in the mandible were investigated. In the first part of the study, the anatomy of the mandible and its biomechanical properties were explained. Then, the results of studies related to biomechanical analysis and graft removal of the mandible were examined. In the second part of the study, numerical research section, solid models of mandible bones and dental components, which were grafted as normal and donor regions, were prepared using CT (Computed Tomography) images and MIMICS Medical 21.0 and 3- Matic Medical 13.0 programs. Interactions between bones and teeth are defined as conjoined contact parts in order to make FEA (finite element analysis) of normal and grafted mandible. A mesh structure suitable for bones and teeth were created in the mandible. Later, these models were transferred to ANSYS Workbench 13.0 program. Static analysis of mandible bite position model was done; Stress, strain and deformation distributions of normal and different geometries and volumes grafted mandible were compared. Finally, the numerical results obtained from the normal, different geometry and volume grafted mandible were compared with the literature values. As a result of the study, the stress, strain and deformation values of the intact mandible were determined as 86.838 MPa, 0.00445 and 0.53301 mm, respectively. The graft models with the values closest to the values of the intact mandible and the closest values are respectively; The maximum von Mises stress value was 79.901 MPa in the 2 mm radius graft model, the maximum von Mises stretch was 0.0058 in the square graft mandible model without a radius, and the maximum deformation value was in the mandible models with a 0.5959 mm radius-free square graft. As can be seen from the results, as the lateral elongation occurs in the graft geometry, the amount of divergence from the values of the intact mandible increases. Nevertheless, it is thought that a moderate radius has an advantageous effect on the model in terms of stretching, since lower tension values are obtained in the mandible model in which the 6 mm radius graft is taken. However, it was concluded that each mandible should be handled specially in the context of having its own characteristics and dimensions other than basic features, and the appropriate graft section should be created after analysis.