Bilgisayar destekli otomatik sistemli fiksatörün tasarımı ve biyomalzemelerin tasarıma etkisinin analizi

İnsan vücudunun şeklini oluşturan ve hareket etmesini sağlayan kemikler, yaşamın temel fonksiyonlarının yerine getirilmesinde kritik bir rol oynar. Ancak kemikler, düşme, çarpma, burkulma veya aşırı yüklenme gibi dış kuvvetler sonucunda kırılabilir. Kırılma sonrası kemik bütünlüğünün bozulması, hareket kısıtlılığına, günlük aktivitelerin yerine getirilememesine ve hatta ciddi şekilde yaşam kalitesinin düşmesine neden olur. Bu nedenle, kemiklerin doğru bir şekilde iyileşmesi ve tekrar yük taşıyabilecek sağlamlığa kavuşması büyük önem taşır. İyileşme sürecini desteklemek ve kemikler arasında doğru kaynamayı sağlamak için de fiksatör cihazları kullanılmaktadır. Fiksatörler, kemiklerin doğru hizalanmasını sağlayarak kaynama sürecinde stabil bir ortam oluşturur ve aynı zamanda kemiklerin deformitelerinin düzeltilmesi ya da uzatılması (distraksiyon osteogenezisi) gibi işlemlerde kullanılır. Distraksiyon osteogenezisi, kemiğin cerrahi olarak uzatılmasını ve yeniden şekillendirilmesini mümkün kılan bir tekniktir. Ancak manuel olarak çalışan fiksatörlerin kullanımı sırasında, uygulama hataları, kullanıcıya bağlı performans değişiklikleri ve uzun süreçlerde hassasiyet kaybı gibi sınırlamalar ortaya çıkmaktadır. Bu sınırlamalar, özellikle kemik fragmanlarının stabilitesini sürekli olarak doğru bir şekilde koruma ihtiyacını zorlaştırmaktadır. Bu nedenle, manuel fiksatörlere alternatif olarak daha hassas ve kullanıcıdan bağımsız bir otomatik sistem geliştirilmesi gerekliliği doğmuştur. Bu çalışmada, femur kemiğine uygulanan distraksiyon osteogenezisi sürecinde kemik fragmanlarının stabilitesini sağlamak ve manuel çalışan fiksatörlere bir alternatif olarak otomatik bir fiksatör tasarımı geliştirilmiştir. Tasarımlar, SolidWorks 2021 yazılımı kullanılarak oluşturulmuş, ANSYS 2023 R1 yazılımında ise çeşitli yükleme senaryoları altında statik analizler gerçekleştirilmiştir. Analizlerde kullanılan femur kemiği ile fiksatörün geometrik ve malzeme özellikleri dikkate alınmıştır. Elde edilen veriler, fiksatörün femur kemiğiyle entegrasyon etkinliğini, yük taşıma kapasitesini ve olası yapısal zayıflıkları değerlendirmek için kullanılmıştır. Sonuç olarak tasarlanan yeni fiksatör sistemi, kemik deformitelerinin düzeltilmesi veya uzatılması gibi işlemlerde manuel sistemlere kıyasla başarı oranını %16,40 artırmaktadır.