Theses supervised by Doç. Dr. Teyfik Demir
12 theses · TOBB Economics and Technology University
El rehabilitasyonu amaçlı dış iskelet sisteminin tasarımı ve ön üretimi
Yaşanan el fonksiyon kayıpları kişilerin günlük hayatta gerçekleştirdikleri aktiviteleri olumsuz şekilde etkilemektedir. Rehabilitasyon, hastanın kısmen veya tamamen kaybına uğradığı motor fonksiyonlarının tedavi amacına yönelik bir terapidir. Bu fonksiyon kaybından dolayı oluşan kas kontrol etme yitimi rehabilitasyon cihazları veya fizik tedavi uzmanları tarafından iyileştirilebilmektedir. Rehabilitasyon amaçlı kullanılan dış iskelet sistemleri ile ilgili çalışmalar son yıllarda hızla gelişen alanlar arasında yer almaktadır.Bu tez çalışmasında, el rehabilitasyonu amaçlı bir dış iskelet sisteminin tasarımı ve ön üretimi yapılmıştır. Tüm donanımının el ve ön kola konumlandırılacak şekilde tasarlanması ile cihaz taşınabilir hale getirilmiştir. Kolay taşınabilirliğin temini için elemanların mümkün olduğunca hafif olması hedeflenmiştir. Parmaklara kuvvet iletimi için bir mekanizma tasarlanmış ve bu mekanizmanın kinematik ve kinetik analizleri yapılmıştır. Sistem ergonomik bir kullanım için 3 boyutlu ortamda modellenmiş ve 3 boyutlu yazıcı ile üretilebilmiştir. Çalışmada kullanılan dış iskeletin mekanizması eksik tahrik prensibine sahiptir. Bu prensibe göre dış iskelet kavranan cisme göre adapte olabilmekte ve günlük yaşantıda sıklıkla kullanılan el hareketlerini yapmayı mümkün kılabilmektedir. Mekanizmanın kinematik yapısı her bir parmak için 2 pasif ve 1 aktif olmak üzere toplam 3 serbestlik derecesine sahiptir. Aktif serbestlik derecesi servo motorlar tarafından sürülmekte ve parmağın yeterli fonksiyonel hareket alanını sağlamaktadır. Sistem ön kolda bulunan ve el hareketinden sorumlu olan kasların fleksiyon olması durumunda oluşturdukları kollektif elektrik sinyali ile aktive olmaktadır. Bu sinyal, ilgili kas grupları üzerine yerleştirilen yüzey elektromiyografi(sEMG) sensörleri tarafından ölçülmekte ve mikroişlemcide bulunan gömülü yazılım vasıtası ile servo motorlar tarafından dış iskelet sistemini sürerek el hareketini desteklemektedir.
El rehabilitasyonu amaçlı dış iskelet sisteminin tasarımı ve ön üretimi
Yaşanan el fonksiyon kayıpları kişilerin günlük hayatta gerçekleştirdikleri aktiviteleri olumsuz şekilde etkilemektedir. Rehabilitasyon, hastanın kısmen veya tamamen kaybına uğradığı motor fonksiyonlarının tedavi amacına yönelik bir terapidir. Bu fonksiyon kaybından dolayı oluşan kas kontrol etme yitimi rehabilitasyon cihazları veya fizik tedavi uzmanları tarafından iyileştirilebilmektedir. Rehabilitasyon amaçlı kullanılan dış iskelet sistemleri ile ilgili çalışmalar son yıllarda hızla gelişen alanlar arasında yer almaktadır.Bu tez çalışmasında, el rehabilitasyonu amaçlı bir dış iskelet sisteminin tasarımı ve ön üretimi yapılmıştır. Tüm donanımının el ve ön kola konumlandırılacak şekilde tasarlanması ile cihaz taşınabilir hale getirilmiştir. Kolay taşınabilirliğin temini için elemanların mümkün olduğunca hafif olması hedeflenmiştir. Parmaklara kuvvet iletimi için bir mekanizma tasarlanmış ve bu mekanizmanın kinematik ve kinetik analizleri yapılmıştır. Sistem ergonomik bir kullanım için 3 boyutlu ortamda modellenmiş ve 3 boyutlu yazıcı ile üretilebilmiştir. Çalışmada kullanılan dış iskeletin mekanizması eksik tahrik prensibine sahiptir. Bu prensibe göre dış iskelet kavranan cisme göre adapte olabilmekte ve günlük yaşantıda sıklıkla kullanılan el hareketlerini yapmayı mümkün kılabilmektedir. Mekanizmanın kinematik yapısı her bir parmak için 2 pasif ve 1 aktif olmak üzere toplam 3 serbestlik derecesine sahiptir. Aktif serbestlik derecesi servo motorlar tarafından sürülmekte ve parmağın yeterli fonksiyonel hareket alanını sağlamaktadır. Sistem ön kolda bulunan ve el hareketinden sorumlu olan kasların fleksiyon olması durumunda oluşturdukları kollektif elektrik sinyali ile aktive olmaktadır. Bu sinyal, ilgili kas grupları üzerine yerleştirilen yüzey elektromiyografi(sEMG) sensörleri tarafından ölçülmekte ve mikroişlemcide bulunan gömülü yazılım vasıtası ile servo motorlar tarafından dış iskelet sistemini sürerek el hareketini desteklemektedir.
El rehabilitasyonu amaçlı dış iskelet sisteminin tasarımı ve ön üretimi
Yaşanan el fonksiyon kayıpları kişilerin günlük hayatta gerçekleştirdikleri aktiviteleri olumsuz şekilde etkilemektedir. Rehabilitasyon, hastanın kısmen veya tamamen kaybına uğradığı motor fonksiyonlarının tedavi amacına yönelik bir terapidir. Bu fonksiyon kaybından dolayı oluşan kas kontrol etme yitimi rehabilitasyon cihazları veya fizik tedavi uzmanları tarafından iyileştirilebilmektedir. Rehabilitasyon amaçlı kullanılan dış iskelet sistemleri ile ilgili çalışmalar son yıllarda hızla gelişen alanlar arasında yer almaktadır.Bu tez çalışmasında, el rehabilitasyonu amaçlı bir dış iskelet sisteminin tasarımı ve ön üretimi yapılmıştır. Tüm donanımının el ve ön kola konumlandırılacak şekilde tasarlanması ile cihaz taşınabilir hale getirilmiştir. Kolay taşınabilirliğin temini için elemanların mümkün olduğunca hafif olması hedeflenmiştir. Parmaklara kuvvet iletimi için bir mekanizma tasarlanmış ve bu mekanizmanın kinematik ve kinetik analizleri yapılmıştır. Sistem ergonomik bir kullanım için 3 boyutlu ortamda modellenmiş ve 3 boyutlu yazıcı ile üretilebilmiştir. Çalışmada kullanılan dış iskeletin mekanizması eksik tahrik prensibine sahiptir. Bu prensibe göre dış iskelet kavranan cisme göre adapte olabilmekte ve günlük yaşantıda sıklıkla kullanılan el hareketlerini yapmayı mümkün kılabilmektedir. Mekanizmanın kinematik yapısı her bir parmak için 2 pasif ve 1 aktif olmak üzere toplam 3 serbestlik derecesine sahiptir. Aktif serbestlik derecesi servo motorlar tarafından sürülmekte ve parmağın yeterli fonksiyonel hareket alanını sağlamaktadır. Sistem ön kolda bulunan ve el hareketinden sorumlu olan kasların fleksiyon olması durumunda oluşturdukları kollektif elektrik sinyali ile aktive olmaktadır. Bu sinyal, ilgili kas grupları üzerine yerleştirilen yüzey elektromiyografi(sEMG) sensörleri tarafından ölçülmekte ve mikroişlemcide bulunan gömülü yazılım vasıtası ile servo motorlar tarafından dış iskelet sistemini sürerek el hareketini desteklemektedir.
Skolyoz tedavisi için akıllı implant çubuklar
Skolyoz, omurganın frontal düzlemde lateral sapma göstermesiyle oluşan spinal bir deformitedir. Hastalığın gelişimi ve tedavisi yaş aralıklarına göre farklılıklar göstermektedir. Büyüme süreci devam eden hastalarda görülen skolyoz, omurgadaki gelişim nedeniyle zamana bağlı olarak yetişkinlerde görülene kıyasla daha büyük değişiklikler gösterir. Omurgadaki büyüme nedeniyle, sabitlenmiş segmentlerin belirli zaman aralıklarında cerrahi müdahale ile uzatılması gerekmektedir. Pediatrik skolyoz için uzatma işlemini kolaylaştırıcı posterior stabilizasyon sistemleri geliştirilmiş olsa da tedavi süreci, uzama işlemleri için doğru zaman tespit edilemediğinden dolayı olumsuz yönde etkilenmektedir. Tez kapsamında üretilen akıllı implant çubuklar ile tedavi sürecinde sabitlenen iki omurga segmenti arasındaki gerilme ve yükleme takip edilebilecektir. İlk olarak istenilen hassasiyette sensörler üretilmiş ve çubuklara entegre edilmiştir. Akıllı implant çubuklar, ASTM' nin ilgili standartlarına göre önce tekil olarak mekanik testlere tabi tutulmuş sonrasında sistemin mekanik doğrulaması için vertebrektomi modeller kurulmuş ve basma, çekme, yana eğme ve burma yükleri altında test edilerek frekans değerleri ölçülmüştür. Farklı yumuşak doku kalınlıkları ile frekans ölçümleri yapılmış ve etkisi araştırılmıştır. Ayrıca sensörlerin yorulma performanslarının belirlenmesi için çevrimsel yük uygulanmış ve frekans ölçümleri alınmıştır. Sistem, kadavralarda basma ve çekme yükleri altında teste tabi tulumuştur. Mekanik modellemeden sonra canlı hayvan deneyleri gerçekleştirilmiştir. Canlı hayvan deneylerinde 15 koyuna bilateral transpediküler vida yerleştirilmiş ve iki adet rodla birleştirilerek tespit edilmiştir. Koyunlar ameliyat sonrası 6 ay süreyle gözlem altında tutulmuş ve ayda bir kez çubuklarda yer alan algılayıcılardan frekans ölçümleri alınmıştır. Vertebrektomi modellerde ve kadavrada yapılan testler sonucunda, basma ve yana eğme kuvvetleri altında yükün artması dielektrik katsayısı ve kapasitansı etkileyerek frekasın da artmasına sebep olduğu tespit edilmiştir. Çekme testlerinde kuvvet arttıkça frekansta düşme belirlenmiştir. Yapılan testlerle yumuşak doku kalınlığının ölçümleri etkilediği ortaya konmuştur. Çevrimsel yüklemelerin ardından yapılan ölçümler sonucunda ise sistemin dinamik yüklenme koşullarından etkilenmediği ortaya konmuştur. Canlı hayvan deneylerinde alınan frekans ölçümleri sonucunda, füzyonun gerçekleşmesiyle frekans değerleri arasındaki değişimin giderek azaldığı belirlenmiştir. Sonuç olarak, geliştirilen bu sistem ile füzyonun gerçekleşip gerçekleşmediği ve olası komplikasyonlar sonucu çubukların gerilip gerilmediği durumlar, güvenilir bir şekilde ayırt edilip değerlendirilebilecektir. Böylece pediatrik vakalarda düzenli olarak ve hastanın gelişiminden bağımsız olarak yapılan yenileme (revizyon) ameliyatları gerektiği kadar ve gereken zamanda yapılabilecektir. Ayrıca bu akıllı implant çubukların kullanımı ile vida gevşemesi, ayar vidası (nut) çözülmesi gibi hastanın filminden kolayca anlaşılamayan sorunlar vakitlice fark edilebilecek ve gerekli müdahalenin yapılması mümkün olacaktır. Yapılan deneyler sonucunda, skolyoz cerrahisinde sıkça kullanılan vida-çubuk sistemlerinde tedavi sürecini doğrudan ilgilendiren, posterior sabitleme elemanları (akıllı implant çubuk) üzerinden alınmış ölçüm bilgileri ilk kez literatüre kazandırılmıştır.
Skolyoz tedavisi için akıllı implant çubuklar
Skolyoz, omurganın frontal düzlemde lateral sapma göstermesiyle oluşan spinal bir deformitedir. Hastalığın gelişimi ve tedavisi yaş aralıklarına göre farklılıklar göstermektedir. Büyüme süreci devam eden hastalarda görülen skolyoz, omurgadaki gelişim nedeniyle zamana bağlı olarak yetişkinlerde görülene kıyasla daha büyük değişiklikler gösterir. Omurgadaki büyüme nedeniyle, sabitlenmiş segmentlerin belirli zaman aralıklarında cerrahi müdahale ile uzatılması gerekmektedir. Pediatrik skolyoz için uzatma işlemini kolaylaştırıcı posterior stabilizasyon sistemleri geliştirilmiş olsa da tedavi süreci, uzama işlemleri için doğru zaman tespit edilemediğinden dolayı olumsuz yönde etkilenmektedir. Tez kapsamında üretilen akıllı implant çubuklar ile tedavi sürecinde sabitlenen iki omurga segmenti arasındaki gerilme ve yükleme takip edilebilecektir. İlk olarak istenilen hassasiyette sensörler üretilmiş ve çubuklara entegre edilmiştir. Akıllı implant çubuklar, ASTM' nin ilgili standartlarına göre önce tekil olarak mekanik testlere tabi tutulmuş sonrasında sistemin mekanik doğrulaması için vertebrektomi modeller kurulmuş ve basma, çekme, yana eğme ve burma yükleri altında test edilerek frekans değerleri ölçülmüştür. Farklı yumuşak doku kalınlıkları ile frekans ölçümleri yapılmış ve etkisi araştırılmıştır. Ayrıca sensörlerin yorulma performanslarının belirlenmesi için çevrimsel yük uygulanmış ve frekans ölçümleri alınmıştır. Sistem, kadavralarda basma ve çekme yükleri altında teste tabi tulumuştur. Mekanik modellemeden sonra canlı hayvan deneyleri gerçekleştirilmiştir. Canlı hayvan deneylerinde 15 koyuna bilateral transpediküler vida yerleştirilmiş ve iki adet rodla birleştirilerek tespit edilmiştir. Koyunlar ameliyat sonrası 6 ay süreyle gözlem altında tutulmuş ve ayda bir kez çubuklarda yer alan algılayıcılardan frekans ölçümleri alınmıştır. Vertebrektomi modellerde ve kadavrada yapılan testler sonucunda, basma ve yana eğme kuvvetleri altında yükün artması dielektrik katsayısı ve kapasitansı etkileyerek frekasın da artmasına sebep olduğu tespit edilmiştir. Çekme testlerinde kuvvet arttıkça frekansta düşme belirlenmiştir. Yapılan testlerle yumuşak doku kalınlığının ölçümleri etkilediği ortaya konmuştur. Çevrimsel yüklemelerin ardından yapılan ölçümler sonucunda ise sistemin dinamik yüklenme koşullarından etkilenmediği ortaya konmuştur. Canlı hayvan deneylerinde alınan frekans ölçümleri sonucunda, füzyonun gerçekleşmesiyle frekans değerleri arasındaki değişimin giderek azaldığı belirlenmiştir. Sonuç olarak, geliştirilen bu sistem ile füzyonun gerçekleşip gerçekleşmediği ve olası komplikasyonlar sonucu çubukların gerilip gerilmediği durumlar, güvenilir bir şekilde ayırt edilip değerlendirilebilecektir. Böylece pediatrik vakalarda düzenli olarak ve hastanın gelişiminden bağımsız olarak yapılan yenileme (revizyon) ameliyatları gerektiği kadar ve gereken zamanda yapılabilecektir. Ayrıca bu akıllı implant çubukların kullanımı ile vida gevşemesi, ayar vidası (nut) çözülmesi gibi hastanın filminden kolayca anlaşılamayan sorunlar vakitlice fark edilebilecek ve gerekli müdahalenin yapılması mümkün olacaktır. Yapılan deneyler sonucunda, skolyoz cerrahisinde sıkça kullanılan vida-çubuk sistemlerinde tedavi sürecini doğrudan ilgilendiren, posterior sabitleme elemanları (akıllı implant çubuk) üzerinden alınmış ölçüm bilgileri ilk kez literatüre kazandırılmıştır.
Skolyoz tedavisi için akıllı implant çubuklar
Skolyoz, omurganın frontal düzlemde lateral sapma göstermesiyle oluşan spinal bir deformitedir. Hastalığın gelişimi ve tedavisi yaş aralıklarına göre farklılıklar göstermektedir. Büyüme süreci devam eden hastalarda görülen skolyoz, omurgadaki gelişim nedeniyle zamana bağlı olarak yetişkinlerde görülene kıyasla daha büyük değişiklikler gösterir. Omurgadaki büyüme nedeniyle, sabitlenmiş segmentlerin belirli zaman aralıklarında cerrahi müdahale ile uzatılması gerekmektedir. Pediatrik skolyoz için uzatma işlemini kolaylaştırıcı posterior stabilizasyon sistemleri geliştirilmiş olsa da tedavi süreci, uzama işlemleri için doğru zaman tespit edilemediğinden dolayı olumsuz yönde etkilenmektedir. Tez kapsamında üretilen akıllı implant çubuklar ile tedavi sürecinde sabitlenen iki omurga segmenti arasındaki gerilme ve yükleme takip edilebilecektir. İlk olarak istenilen hassasiyette sensörler üretilmiş ve çubuklara entegre edilmiştir. Akıllı implant çubuklar, ASTM' nin ilgili standartlarına göre önce tekil olarak mekanik testlere tabi tutulmuş sonrasında sistemin mekanik doğrulaması için vertebrektomi modeller kurulmuş ve basma, çekme, yana eğme ve burma yükleri altında test edilerek frekans değerleri ölçülmüştür. Farklı yumuşak doku kalınlıkları ile frekans ölçümleri yapılmış ve etkisi araştırılmıştır. Ayrıca sensörlerin yorulma performanslarının belirlenmesi için çevrimsel yük uygulanmış ve frekans ölçümleri alınmıştır. Sistem, kadavralarda basma ve çekme yükleri altında teste tabi tulumuştur. Mekanik modellemeden sonra canlı hayvan deneyleri gerçekleştirilmiştir. Canlı hayvan deneylerinde 15 koyuna bilateral transpediküler vida yerleştirilmiş ve iki adet rodla birleştirilerek tespit edilmiştir. Koyunlar ameliyat sonrası 6 ay süreyle gözlem altında tutulmuş ve ayda bir kez çubuklarda yer alan algılayıcılardan frekans ölçümleri alınmıştır. Vertebrektomi modellerde ve kadavrada yapılan testler sonucunda, basma ve yana eğme kuvvetleri altında yükün artması dielektrik katsayısı ve kapasitansı etkileyerek frekasın da artmasına sebep olduğu tespit edilmiştir. Çekme testlerinde kuvvet arttıkça frekansta düşme belirlenmiştir. Yapılan testlerle yumuşak doku kalınlığının ölçümleri etkilediği ortaya konmuştur. Çevrimsel yüklemelerin ardından yapılan ölçümler sonucunda ise sistemin dinamik yüklenme koşullarından etkilenmediği ortaya konmuştur. Canlı hayvan deneylerinde alınan frekans ölçümleri sonucunda, füzyonun gerçekleşmesiyle frekans değerleri arasındaki değişimin giderek azaldığı belirlenmiştir. Sonuç olarak, geliştirilen bu sistem ile füzyonun gerçekleşip gerçekleşmediği ve olası komplikasyonlar sonucu çubukların gerilip gerilmediği durumlar, güvenilir bir şekilde ayırt edilip değerlendirilebilecektir. Böylece pediatrik vakalarda düzenli olarak ve hastanın gelişiminden bağımsız olarak yapılan yenileme (revizyon) ameliyatları gerektiği kadar ve gereken zamanda yapılabilecektir. Ayrıca bu akıllı implant çubukların kullanımı ile vida gevşemesi, ayar vidası (nut) çözülmesi gibi hastanın filminden kolayca anlaşılamayan sorunlar vakitlice fark edilebilecek ve gerekli müdahalenin yapılması mümkün olacaktır. Yapılan deneyler sonucunda, skolyoz cerrahisinde sıkça kullanılan vida-çubuk sistemlerinde tedavi sürecini doğrudan ilgilendiren, posterior sabitleme elemanları (akıllı implant çubuk) üzerinden alınmış ölçüm bilgileri ilk kez literatüre kazandırılmıştır.
Farklı distal kilitleme sistemine sahip intramedüler femur çivilerinin biyomekanik özelliklerinin deneysel olarak karşılaştırılması
İntramedüler çiviler, uzun kemiklerin şaft kısımlarının kırıklarının tedavisinde ve kemik uzatma işlemlerinde günümüzde yaygın olarak kullanılan implantlardır. İntramedüler çiviler yardımcı elemanlar tarafından desteklenirler. Bu elemanların en sık kullanılanı ve en önemlisi kilitleme vidalarıdır. İntramedüler çiviyi proksimal ve distal uçlarından sabitleyen bu vidalar, dönmeye ve kırık hattında daralmaya karşı direnç sağlar. Böylelikle kırık daha çabuk iyileşir. İntramedüler çiviler zamanla hasara uğradığı gibi, kilitleme vidaları da hasara uğrar ve bu hasar çivi hasarına da sebep olabilir. Vida hasarları çoğunlukla distal kilitleme vidalarında görülmektedir. Distal vida hasarları yük kırığı veya yorulma kırığı şeklinde görülebilir. Bu hasarları en aza indirmek için farklı boyutlu veya farklı malzemelerden üretilmiş vidalar kullanıldığı gibi, bunların kemiğe farklı doğrultularda gönderilmesiyle de sonuç alınmaya çalışılmaktadır. Bu tez kapsamında, temel olarak farklı distal kilitleme sistemine sahip iki çivileme sistemi biyomekanik deneyler uygulanarak karşılaştırılmıştır. Bu sistemlerden bir tanesi geleneksel olarak kullanılan bir sistemdir, diğeri ise yeni tasarlanmış daha rijit bir distal kilitleme vidası içeren bir çivileme sistemidir. Her iki sisteme de statik burma, statik eksenel basma ve yorulma testleri uygulanmıştır. Her ne kadar yeni geliştirilen sistemde distal vida kırığı gözlenmese de, daha farklı problemlere yol açması ve deney sonuçlarında daha üstün çıkmaması sebebiyle geleneksel sistemin yerine geçemeyeceği kanaatine varılmıştır.
Amfibi zırhlı araçlar için kompozit-alüminyum denge plakası tasarımı, sonlu elemanlar analizi ve üretimi
Denge plakası amfibi zırhlı araçların ön kısmında bulunan, aracın yüzme kabiliyetininin geliştirilmesi, sudaki stabilitelerinin arttırılması ve araçların su içinde ilerlerken suyun araç üzerine birikerek batmasını engellemek için kullanılan, herhangi balistik isteri olmayan bir teçhizattır. Zırhlı araçlarda sürekli artan tehdit isterlerine ve gelişen silah teknolojilerine karşın, araçların koruma seviyesini düşürmeden ve mevcut silah teknolojileri ile karadaki ve sudaki hareket kabiliyetlerini korumak büyük önem arz etmektedir. Bu amaçla, zırhlı araçlar üzerinde taşınan ve balistik koruma özelliği olmayan yapısal ve yapısal olmayan yardımcı elemanların hafifletilmesi için kompozit malzemelerin kullanımının önemi gün geçtikçe artmaktadır. Bu tez çalışmasında bilinen diğer metal denge plakalarının aksine kompozit bir yapı tasarlanmış ve kompozit yapı alüminyum kaburgalar ile desteklenmiştir. Tasarım isterlerini karşılamak için tasarlanan ürüne bilgisayarlı sonlu elemanlar analizleri yapılmış ve tasarım tekrar edilmiştir. Yüksek performanslı ileri kompozit ürün üretebilmek için kompozit malzemenin yapısı tasarlanmış ve malzeme tasarımına uygun üretim süreci belirlenmiştir. Nihai tasarıma sahip denge plakası, cam elyaf epoksi prepreg kumaş ile otoklavda üretilmiştir. Tasarlanan teorik yapı başarılı bir şekilde tasarımla uyumlu olarak üretilmiş ve geliştirilen kompozit-alüminyum denge plakası yapısı, hedeflenen yapısal ve fonksiyonel özelliklerden ödün vermeden %40 hafifletilmiştir
Kortikal kalınlık ve yoğunluğunun mini diş implantlarının çekip çıkarma dayanımına etkisi
İstenmeyen diş hareketlerine karşı direnç olarak tanımlanan ankraj, ortodontik tedavilerin başarılı olmasındaki en önemli faktörlerden biridir. Son yıllarda, rahatsız başlıklar ve daha büyük boyutlu implantlar yerine mini–implantlar ankraj amacıyla kullanılmaya başlanmıştır. İlk defa Kanomi tarafından 1997'de ortodontik ankraj için kullanıldığı belirtilen mini-implantlar çapları 1 mm ile 2.5 mm arasında değişen vidalardır. İmplantların ankraj kabiliyetlerinin ölçülmesi için uygulanan en yaygın test yöntemi çekip çıkarma dayanımının (ÇÇD) ölçülmesidir. Bu konuda daha önce yapılan çalışmalarda insan ve hayvan kadavralarından elde edilen organik kemikler ve poliüretandan üretilen sentetik kemikler kullanılmıştır ve kemik özelliklerinin ve vida tasarım kriterlerinin çekip çıkarma dayanımına etkileri incelenmiştir. Poliüretan üretilen sentetik kemiklerin en önemli avantajı organik kemiklere göre daha az değişkenlik göstermeleridir. Ayrıca organik dokuların kullanımındaki etik kurallar; temin edilmelerinde, saklanmalarında ve kullanılmalarındaki zorluklar nedeniyle de sentetik malzemeler daha çok tercih edilmektedir. Özellikle, kemik dokuların temel özelliklerinden kortikal katman kalınlığı ve kemik mineral yoğunluğunun (KMY) implantların ÇÇD değerleri üzerine etkilerinin ayrı ayrı incelendiği çalışmalar literatürde bulunmaktadır. Her iki temel özelliğin implantların ankraj kabiliyeti üzerinde etkilerinin karşılaştırmalı olarak incelenebilmesi için, bu çalışma kapsamında farklı kortikal kalınlığa ve farklı kortikal yoğunluğa sahip olan toplam 9 farklı sentetik kemik bloğu laboratuvar ortamında üretilmiştir. Yapılan deneyler sonucunda kortikal kalınlık ve yoğunluk değerlerinin ayrı ayrı ÇÇD değerlerini pozitif olarak etkilediği görülmüştür. Kortikal kalınlığın 2 mm ve 3 mm olduğu bloklarda implantların ÇÇD değerlerinin, 1 mm kortikal katman kalınlığına sahip bloktaki implantlardan önemli derecede yüksek olduğu görülmüştür. Derece 50 kortikal katman yoğunluğuna sahip olan bloklarda ÇÇD değerlerinin diğer gruplara göre daha önemli derecede daha yüksek olduğu görülmüştür. Her iki değişkenin de implant dayanımlarını etkilediği görülse de kortikal katman kalınlığının kortikal katman yoğunluğuna göre daha baskın olduğu tespit edilmiştir.
Çift hatveli ve çift çekirdek çaplı pedikül vidalarının çekip çıkarma mukavemetine çimento takviyesinin etkisinin incelenmesi
Çeşitli omurga deformasyonlarını tedavi etmek üzere pedikül vidalar sıkça kullanılmaktadır. Pedikül vida gevşemesi özellikle osteoporotik vakalar için çok rastlanan bir problemdir. Bu gibi durumlarda çimento uygulamalı kanüllü vidalar çokça kullanılmaktadır. Çift sarmallı çift çekirdek çaplı (ÇSÇÇ) vidalar daha yüksek dayanım sağlamaları için tasarlanmış alternatif pedikül vidalardır. Bu vidalar çimento uygulamasız olarak umut vadedici sonuçlar vermişlerdir. Fakat ÇSÇÇ vidalar henüz çimento uygulaması ile test edilmemişlerdir. Bu çalışma, ÇSÇÇ vidaların çimento uygulaması ile literatürde çimento uygulamalarında kullanılan diğer vidalara alternatif olması durumunu araştımaktadır. Çalışmada beş grup için poliüretan köpüklerde (seviye 20) ve sağlıklı dana omurlarında çekip çıkarma testleri yapılmıştır. Normal ve ÇSÇÇ vidalar çimentolu ve çimentosuz uygulamaları ile test edilmiştir. Buna ek olarak, çimentolu kanüllü vidalar beşinci grup olarak belirlenmiştir. Deney numuneleri ameliyat rehberlerine ve ASTM F543 standart test protokollerine uygun olacak şekilde hazırlanmıştır. Instron 3369 test cihazı yardımıyla numuneler test edilmiştir. Yük-yer değiştirme eğrileri kaydedilmiş ve maksimum çekip çıkarma değerleri tespit edilmiştir. PMMA takviyeli ÇSÇÇ pedikül vidaları en yüksek çekip çıkarma değerlerine ulaşmıştır. Beklendiği üzere hem köpükte hem de hayvan kadavralarında çimentosuz normal pedikül vida en düşük dayanımı göstermiştir. Çimento takviyeli ÇSÇÇ vidalar kanüllü vidalardan %40 daha fazla tutunma dayanımı göstermişlerdir. ÇSÇÇ vidaların PMMA ile uygulamalarının hayvan kadavralarında ve köpüklerde umut verici sonuçlarından yola çıkarak, osteoporotik ve ileri derecede osteoporotik hastalarda kullanılabileceği savunulmaktadır.
Osteoporotik vakalar için yeni bir pedikül vida sistemi geliştirilmesi
Omurga kırıkları, eğrilikleri ya da tümör sebebiyle dekompresyon cerrahisi yapılması gerektiğinde, pedikül vida ile sabitleme en yaygın kullanım olarak göze çarpmaktadır. Pedikül vida sabitlemelerinde operasyon sonrası vidaların yerinden çıkıp gelmesi hastaların iyileşme sürecini olumsuz etkilemektedir. Vidaların kemiğe tutunumundaki önemli faktörlerin başında kemik mineral yoğunluğu gelmektedir. Bu sebeple osteoporoz hastalarında vida gevşemeleri ya da yerinden çıkmaları daha sık yaşanmaktadır. Bu tez kapsamında osteoporoz vakalarında kullanılmak üzere yeni bir pedikül vida sistemi geliştirilmiştir. Bu yeni sistem Ti6Al4V malzemeden üretilmiş vida ve kemik içerisinde dübel görevi görmesi için PEEK malzemeden üretilmiş genişleyebilen kabuktan oluşmaktadır. PEEK kabuk genişleme mekanizması sayesinde kemik içerisinde yüksek tutunum sağlamasının yanında malzemenin mekanik özellikleri gereği titreşimleri sönümlemesi ve böylece füzyonu hızlandırması düşünülerek tasarlanmıştır. Geleneksel genişleyebilen vidalardan farklı olarak, bu yeni vida-kabuk sistemi kabuğun kemik içerisinde kalarak, gerektiği takdirde, revizyon operasyonlarında vidanın değiştirilebilmesine olanak sağlamaktadır. Dolayısıyla bu benzersiz sistem sayesinde, geleneksel genişleyebilen pedikül vidalardan farklı olarak, kemik anatomisini deforme etmeden revizyon operasyonlar yapmak mümkün olabilecektir. Tasarım ve imalat iteratif olarak gerçekleştirildikten sonra in vitro mekanik deneyler yapılmıştır. Deneyler sonucunda yeni sistem geleneksel pedikül vida sistemleri ile karşılaştırıldığında başarılı bulunmuştur.
Komşu segment rahatsızlığında kompresyon kırıklarının oluşma mekanizmalarının deneysel olarak incelenmesi
Son yıllarda omurga rahatsızlıklarında füzyon tedavisi standart tedavi yöntemi haline gelmiştir. Füzyon tedavisi kısa vadede iyi klinik sonuçlar verse de uzun vadede komşu segment rahatsızlığına sebebiyet vermektedir. Komşu segment rahatsızlığı, alt veya üst komşu hareketli segmentlerin füzyondan dolayı dejenerasyona uğramasıdır. Komşu segment rahatsızlığının sebebinin ne olduğu konusunda bir fikir birliği olmamasına rağmen, füzyondan dolayı değişen biyomekanik kuvvetlerin en önemli rolü oynadığı düşünülmektedir. Komşu segment rahatsızlığı, genellikle ikinci bir operasyon gerektirir. Bu sebeple hastalar açısından oldukça problemli bir rahatsızlıktır. Omurgada yapılan füzyon işleminin günden güne artmasına paralel olarak komşu segment rahatsızlığının ortaya çıkma durumu da artmaktadır. Kompresyon kırıkları ise omur gövdesine uygulanan şiddetli kompresyon sonucu oluşur. Genellikle travma veya otomobil kazaları sonucu oluşur. Bu tez kapsamında hareketsiz, hareketli ve yarı hareketli sabitleme yapıları ile sabitlenmiş koyun omurgalarında, travma sonucunda komşu segmentlerde kompresyon kırığı oluşumu deneysel olarak incelenmiştir. Tasarlanmış ve üretilmiş düşürme düzeneğinde, omurgaların üzerine belirli ağırlıklar düşürülmüş ve komşu hareketli segmentlerde kompresyon kırığı oluşumu incelenmiştir. Testten önce ve sonra omurgaların röntgen filmleri çekilmiş ve kırık oluşumu röntgen filmleri karşılaştırılarak gözlemlenmiştir. Ayrıca, basma eğme, yana eğme ve burma deneyleri yapılarak her bir sabitleme sisteminin katılıkları belirlenmiştir. Statik denetler sonucunda hareketsiz sabitlemenin, hareketli ve yarı hareketli sabitlemelere göre anlamlı seviyede yüksek katılık değerine sahip olduğu tespit edilmiştir. Düşürme deneylerinin ardından, yarı hareketli sabitleme ile sabitlenen omurgaların sabitlenmiş ve komşu hareketli omurlarında epifiz kırıkları görülmüştür. Hareketli sabitleme ise elastik yapısı sayesinde sabitlenmiş ve komşu hareketli omurları korumaktadır.