Gözenekli Yapıya Sahip Kalça Protezi Tasarımı ve Uyluk Kemiği Üzerinde Sonlu Elemanlar Analizi
Design of Hip Prosthesis with Porous Structure and Finite Element Analysis on Femur Bone
Yazar: Ghahramanzadeh Asl, Hojjat; Yılmaz, Serap; Sarı, Ertuğrul
Dergi: Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, Vol. 12 No. 1, 2018
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; Porous Structure,Hip Prostheses,Finite Element Analyses ; Gözenekli yapı,Kalça Protezi,Sonlu Elemanlar Analizi

Uyluk kemiğinin yuvarlak başı (head of femur) kırıklarının tedavisinde, kalça protezi uygulanması sıklıkla kullanılmaktadır. Bununla birlikte, kullanılan protezlerin tasarımındaki farklılıklar, kullanılan malzeme özellikleri ve kemik hücrelerinin proteze bağlanması protezlerin biyomekanik davranışını büyük ölçüde etkilemektedir. Bu çalışmada, uyluk kemiği kırıklarında kullanılan gözenekli yapıya sahip kalça protezi tasarımı gerçekleştirilmiştir. Ayrıca kemiğin iyileşme haftalarına göre sergilediği özellikler de dikkate alınarak sonlu elemanlar yöntemiyle analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, iki parçadan oluşan kalça protezi, ayrıca iki farklı modelde ve üç farklı yoğunluğa sahip gözenekli yapılar SolidWorks 2018 yazılımı kullanılarak tasarlanmıştır. Kalça protezi malzemesi ve ayrıca farklı iyileşme periyotlarında oluşan kallus yapıların malzeme özellikleri de dikkate alınarak efektif elastisite modülü analizleri yapılmıştır. Daha sonra elde edilen sonuçlara göre kalça protezi uyluk kemiğine monte edilmiştir. Elde edilen modeller, 1000N’luk eksenel kuvvet altında ANSYS 18.0 yazılımı kullanılarak analiz edilmiştir. Gerçekleştirilen analizler sonucunda; kalça protezinde gözenekli yapılar kullanıldığından, yapılarda oluşan gerilmelerin daha düşük değerlerde olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca kallus yapısının mekanik özelliklerindeki değişimin, kemik-protez yapısı üzerindeki etkiler bakımından önemli parametre olduğu sonucuna varılmıştır.

Hip prosthesisis frequently used in the treatment of femoral head fractures. Material properties and the prosthetic attachment of the bone cells greatly influence the biomechanical behavior of the prosthesis because of differences in the design of the prosthesis. In this study, the design of the hip prosthesis used in femoral bone fractures was carried out in a different porous structure. In addition, finite element analyses were performed taking into account the mechanical properties of the bone according to the healing weeks. For this purpose, a two-piece hip prosthesis was designed. Lower part of prosthesis was modeled with two different porous structures with three different dense using SolidWorks 2018 software. Effective elasticity modulus was calculated taking into consideration of the mechanical properties of the hip prosthesis material and the callus structures which were formed during different healing periods.Then, according to the results obtained, the hip prosthesis was mounted on the thigh bone. The obtained models were analyzed using ANSYS 18.0 software under axial force of 1000N.As a result of the analyzes; since porous structures were used in the hip prosthesis, lower stresses in the hip prosthesis were observed.Also, it was concluded that differences on callus structure is an essential parameter that affects mechanical properties of bone-prosthesis structure.