Ortopedik implantlarda mekanik kararlılığın analizi
Analysis of mechanical stability in orthopedic implants
Yazar: TALİP ÇELİK
Danışman: PROF. DR. YASİN KİŞİOĞLU
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Biyomekanik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Biyomekanik = Biomechanics ; Biyomekanik analiz = Biomechanical analysis ; Biyomekanik modelleme = Biomechanical modelling ; Doğal titreşim = Natural vibration ; Mekanik titreşim = Mechanical vibration ; Ortopedik implantlar = Orthopedic implants ; Protezler ve implantlar = Prostheses and implants

Özet:
Ortopedi ve Diş Hekimliği alanında kullanılan implant ve protezlerde en sık karşılaşılan sorunlardan biri aseptik (mikropsuz) gevşemedir. Bu sorun sebebi ile protezler veya implantlar yerinden çıkmakta ve işlevini yerine getiremez hale gelmektedir. Bunun yanında hastaya maddi ve manevi zarar vermektedir. Bundan dolayı kemiğe yerleştirilen protez ve implantların stabilitesini belirlemek ve bu sorunu önlemek çok önemlidir. Ortopedi alanında en çok kullanılan ve aseptik gevşeme sorununun en sık görüldüğü protez kalça protezidir. Bu sebeple, bu çalışmada kalça protezinde oluşan gevşeme sorunu çalışılmıştır. Gevşemenin erken tespiti, çimentolu ve çimentosuz tip protez kullanımının gevşeme üzerine etkisi ve yeni protez tasarımı önerisi sunulmuştur. Bu amaçla deneysel ve sonlu elemanlar çalışmaları yapılarak titreşim yönteminin ameliyat sonrası dönemde kalça protezi gevşeme tespiti ve takibinde alternatif yöntem olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. Ayrıca, sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak çimentolu ve çimentosuz protez kullanımının gevşeme sorunu üzerindeki etkisi incelenmiştir. Son olarak da aseptik gevşeme sorununu ortadan kaldırmak için yeni kalça protezi tasarımı yapılmış ve sonlu elemalar yöntemi kullanılarak geleneksel kalça protezi ile mekanik yönden karşılaştırılmıştır. Sonuçlarda, titreşim yönteminin gevşeme tespiti ve takibinde uygun bir yöntem olduğu belirlenmiştir. Diğer bir sonuç ise çimentolu stem kullanımının gevşeme riskini azalttığı mekanik yönden kanıtlanmıştır. Ayrıca önerilen protez tasarımının femur üzerindeki yük dağılımını pozitif yönde etkilediğinden dolayı geleneksel kalça protezine göre gevşemeyi önlemesi açısından kullanımının daha uygun olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
The most common problem of the prosthesis or implants in the orthopedic and dental applications is aseptic (germ-free) loosening. In the aseptic loosening event, the prosthesis and implants are displaced and failed to protect the stability after operations. The displaced implants cannot implement the functions anticipated. To determine the stability and positioning of the implants and prosthesis in the bone, preventing the aseptic loosening issues is very important. The common used prosthesis in the orthopedic area is the hip prosthesis having very common aseptic loosening problem. In this dissertation, the determination of the aseptic loosening problem, the effect of the cement usage on hip stem fixation and developed a new prosthesis design are presented. An alternative method based on the vibration was tried to developed for follow-up and determination of the aseptic loosening in the post-operation period using experimental and finite element methods. It was also examined the effects of the cemented or uncemented prosthesis usage on aseptic loosening via finite element analysis. Finally, the new hip prosthesis design was developed and compared to the conventional prosthesis using finite element analysis in terms of mechanics. In the results, the vibration method was suitable to determine the aseptic loosening in the post-operation period. It is proven that using the cemented prosthesis reduced the risk of aseptic loosening in terms of mechanics. It is also more appropriate to prevent the aseptic loosening comparing the traditional hip prosthesis applications because the developed new prosthesis design affects the load distribution smoothly on the femur.