Yapay femur kemiğinin mekanik analizi ve malzemesinin çoklu kriter karar analizi ile seçilmesi
Mechanical analysis of artificial femur bone and selection of material by multiple criteria decision analysis
Yazar: MUHAMMED TAYYİP KOÇAK
Danışman: DOÇ. DR. MELİH KUNCAN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET SAİD BAYRAKLILAR
Siirt Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: ANSYS = ANSYS ; Biyomedikal araştırmalar = Biomedical research ; Femur = Femur ; Malzeme seçimi = Material selection ; Mekanik dayanım = Mechanical strength ; Mekatronik = Mechatronics ; PROMETHEE yöntemi = PROMETHEE yöntemi ; Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis ; Çok kriterli karar verme = Multi criteria decision making

Özet:
Femur kemiği, vücuttaki en büyük ve en güçlü kemiktir. Kalça ve diz eklemleri arasında yer alan femur kemiği, vücudun ağırlığını taşır ve hareket etmeyi sağlar. Femur kemiği, çeşitli hastalıklar veya yaralanmalar nedeniyle hasar görebilir. Bu durumda, femur kemiğinin yerine yapay bir femur kemiği, yani femoral implant yerleştirilebilir. Femoral implant, metal, seramik veya plastik gibi malzemelerden yapılabilir. Femoral implant malzemesinin seçimi, hastanın ihtiyaçlarına, implantın dayanıklılığına ve cerrahi sonrası komplikasyon riskine göre yapılmalıdır.
Bu tezin amacı, femur kemiği için uygun malzemenin belirlenmesi amacıyla çok kriterli karar analizi ve sonlu elemanlar analizi yöntemlerinin entegrasyonunu ele almaktır. Çok kriterli karar analizi, farklı malzemelerin performansını değerlendirmek için bir dizi kriter kullanır. Sonlu elemanlar analizi, femur kemiği ve implantın mekanik davranışını simüle etmek için bir bilgisayar modeli kullanır. Bu iki yöntem birlikte kullanılarak, femur kemiği için en uygun malzemenin seçilmesine yardımcı olabilir.
Çalışma, Ti-6Al-7Nb ve Ti-6Al-4V titanyum alaşımlarının femoral implant malzemesi olarak kullanılmasının potansiyel avantajlarına ışık tutmuştur. Bu alaşımlar, yüksek mukavemet, korozyon direnci, biyouyumluluk ve kemik ile iyi uyum sağlama gibi özelliklere sahiptir. Çalışmanın sonuçları, yapay femur malzemelerinin geliştirilmesinde ve ortopedik implantların dayanıklılığına yönelik faktörlerin belirlenmesinde önemli bir kaynak olabilir.
Çalışmanın sınırlamaları arasında belirli malzemelerin özel olarak kullanılması ve femur kemiği malzemesine kıyasla önerilen malzemelerin ağırlığı yer almaktadır. Gelecekteki araştırmalar, farklı femur modellerini araştırarak ve implant tasarımını optimize etmek için potansiyel olarak çeşitli malzemeleri birleştirerek bu ağırlık faktörünü kapsamlı bir şekilde ele almalıdır. Ayrıca, çeşitli cerrahi senaryoların incelikli bir şekilde incelenmesi, femoral implant malzemesi seçimine ilişkin anlayışımızı geliştirerek gerçek dünya uygulamaları için daha kesin bilgiler sunabilir.

Abstract:
The femur bone is the largest and strongest bone in the body. Located between the hip and knee joints, the femur bone carries the weight of the body and enables movement. The femur bone can be damaged by various diseases or injuries. In this case, the femur bone can be replaced by an artificial femur bone, the femoral implant. The femoral implant can be made of materials such as metal, ceramic or plastic. The choice of femoral implant material should be based on the needs of the patient, the durability of the implant, and the risk of complications after surgery.
The aim of this thesis is to address the integration of multi-criteria decision analysis and finite element analysis methods to determine the appropriate material for femoral bone. Multi-criteria decision analysis uses a set of criteria to evaluate the performance of different materials. Finite element analysis uses a computer model to simulate the mechanical behavior of the femur bone and implant. By using these two methods together, it can help to select the most suitable material for the femur bone.
The study shed light on the potential advantages of using Ti-6Al-7Nb and Ti-6Al-4V titanium alloys as femoral implant materials. These alloys have properties such as high strength, corrosion resistance, biocompatibility and good compatibility with bone. The results of the study can be an important resource in the development of artificial femur materials and in determining factors for the durability of orthopedic implants.
Limitations of the study include the exclusive use of certain materials and the weight of the proposed materials compared to the femur bone material. Future research should comprehensively address this weight factor by investigating different femur models and potentially combining various materials to optimize implant design. Furthermore, a nuanced study of various surgical scenarios may improve our understanding of femoral implant material selection, providing more precise information for real-world applications.