Kranioplasti cerrahisinde kullanılan protezlerin malzeme ve mukavemet özelliklerinin sonlu elemanlar metodu ile analizi ve kişiye özel protez tasarımı
Tezin Türü: Tıpta Uzmanlık
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Sağlık Bilimleri Üniversitesi, İSTANBUL ÜMRANİYE SAĞLIK UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ, CERRAHİ TIP BİLİMLERİ BÖLÜMÜ, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2017
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: SİNEM AKAY
Danışman: Arif Tarkan ÇALIŞANELLER
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu çalışmanın amacı; travma sonrası kraniektomi uygulanan hastaların preoperatif ve postoperatif çekilmiş bilgisayarlı tomografileri (BT) kullanılarak kişiye özel kranioplasti materyallerinin sonlu elemanlar yöntemi ile incelenmesi ve bu malzemelerin mukavemet özelliklerinin bilgisayar ortamında karşılaştırılmasıdır. GEREÇ VE YÖNTEM 2011-2015 yılları arasında hastanemize yüksek enerjili kafa travması nedeniyle başvuran ve dekompresif kraniektomi yapılan 3 hastanın dosyaları incelendi ve çalışmaya uygun profilli hastalar tespit edildi. Çalışmaya sırasıyla çökme fraktürü sebebiyle opere edilen (Vaka 1, 42 yaşında, erkek) , sol parietal bölgede 22.9 cm2 alanında kemik defekti bulunan bir hasta, çökme fraktürü sebebiyle opere edilen(Vaka 2, 26 yaşında erkek) , sağ frontal bölgede 4.94 cm2 alanında kemik defekti bulunan bir hasta ve akut travmatik subdural hematom sebebiyle dekompresif kraniektomi operasyonu gerçekleştirilen (Vaka 3, 19 yaşında erkek) , sol frontotemporoparietal bölgede 237.8 cm2 kemik defekti bulunan bir hasta dahil edilmiştir. Hastaların preoperatif ve postoperatif BT'leri radyoloji departmanından elektronik ortamda temin edilerek bilgisayar ortamında aktarıldı. Bilgisayar ortamında ise hasta BT sonuçlarının dijitalleştirilmesi, görselleştirilmesi için Mimics Scientific ve Medical versiyonları, Dassault Systems CATIA CAD (Computer Aided Design) ve Comsol FEA (Finite element analysis ) yazılımları kullanılarak bilgisayar üzerinde kemik, Polyether-ether-keton (PEEK) , Titanyum ve Polimetilmetakrilat (PMMA) malzemelerinin şok ve yükleme simülasyonları gerçekleştirildi. Son olarak simülasyon sonuçları görselleştirildi. Görselleştirilen kontur ve skalalardan Von Mises stress değerleri ve deplasman (yer değiştirme) değerleri okunarak farklı malzemeler için mukavemet sonuçları karşılaştırıldı. Stres ve yerdeğiştirme sonuçları karşılaştırılırken istatistiksel analiz sonuçları için Statistical Package for the Social Sciences (SPSS) programı kullanılmıştır. Bu program içerisinde Paired-T testi ve Wilcoxon Signed-Rank Testi uygulanmıştır. BULGULAR Çalışmamızda 3 hasta için ayrıntılı simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Bu analizler sonucunda farklı büyüklükteki kranioplasti alanları için uygulanan kemik, PEEK, titanyum, PMMA malzeme bazlı protezlerden sonuç olarak Von Misses stresleri ve yer değiştirme verileri elde edilmiştir. Vaka 1 için kraniektomi defekti sol parietal bölgede 22.9 cm2 olarak ölçüldü. Analiz sonuçlarına göre Vaka 1 için en büyük stres değerleri 78 Mpa ile kemik ile tasarlanan modellemede izlenmiş olup, en büyük yerdeğiştirme 0.126 mm ilePEEK malzeme ile modellemede gözlemlenmiştir. Bunun yanında en düşük stres 57 Mpa ve yerdeğiştirme 0.00277 mm değerleri ile titanyum malzeme ile modellemede gözlemlenmiştir. Vaka 2 için kraniektomi defekti sağ frontal bölgede 4.94 cm2 olarak ölçüldü. Analiz sonuçlarına göre Vaka 2 için en büyük stres değerleri 28 Mpa ile kemik ile tasarlanan modellemede izlenmiş olup, en büyük yerdeğiştirme 0.199 mm ile PEEK malzeme ile modellemede gözlemlenmiştir. Bunun yanında en düşük stres 22 Mpa ve yerdeğiştirme 0.00519 mm değerleri ile titanyum malzeme ile modellemede gözlemlenmiştir. Vaka 3 için kraniektomi defekti sol frontotemporoparietal bölgede 237.8 cm2 olarak ölçüldü. Analiz sonuçlarına göre Vaka 3 için en büyük stres değerleri 8.15 Mpa ile kemik ile tasarlanan modellemede izlenmiş olup, en büyük yerdeğiştirme 0.0474 mm ile PEEK malzeme ile modellemede gözlemlenmiştir. Bunun yanında en düşük stres 7.41 Mpa ve yerdeğiştirme 0.00105 mm değerleri ile titanyum malzeme ile modellemede gözlemlenmiştir. TARTIŞMA VE SONUÇ Sonlu elemanlar yöntemi ile kompleks mühendislik sistemlerinin incelenmesi uzun zamandır kabul gören bir uygulamadır. Artan teknolojik gelişmeler, bilgisayar kapasitelerinde ve görüntüleme sistemlerindeki gelişmeler, mühendislik ve bilgisayar uygulamalarının tıp ve cerrahi alanında daha fazla kullanımına imkan vermektedir. Bu süreçte insan vücudundaki sert yapılar olan kemiklerin ve protezlerin mühendislik uygulamalarında simüle edilmeleri hem malzeme seçiminde, hem uygun geometrilerin operasyon öncesi hazırlanmasında hemde cerrahlara operasyon öncesi öngörü sağlaması açısından oldukça önemlidir. Bu ve benzeri pozitif geri beslemeler sayesinde tıp alanında sonlu elemanlar (FEM) analizleri giderek daha fazla yer bulmakta ve bu analizleryöneticikuruluşlar tarafından standardize edilmektedir. Bu çalışmada farklı kranial kemik defekti alanına sahip vakalar için kemik, PEEK, titanyum, PMMA malzeme modellerinin kullanıldığı şok ve sabit yük (steady structural analizler ) analizleri gerçekleştirilmiştir. Vaka 1 için en mukavemetli malzeme titanyum olup bu açıdan titanyumdan sonra PEEK, PMMA ve kemik olarak sıralanmaktadır. Mukavemet açısından kemiğe en yakın malzeme PMMA olarak gözlemlenmektedir. Esnekliği en fazla olan malzeme PEEK olup esneklik açısından sırasıyla PMMA, kemik ve titanyum olarak tespit edilmiştir. Esneklik açısından kemiğe en yakın malzeme PMMA olarak elde tespit edilmiştir. Vaka 2 için en mukavemetli malzeme titanyum olup bu açıdan titanyumdan sonra PEEK, PMMA ve kemik olarak sıralanmaktadır. Mukavemet açısından kemiğe en yakın malzeme PMMA olarak gözlemlenmektedir. Esnekliği en fazla olan malzeme PEEK olup esneklik açısından sırasıyla PMMA, kemik ve titanyum olarak tespit edilmiştir.Esneklik açısından kemiğe en yakın malzeme PMMA olarak elde tespit edilmiştir. Vaka 3 için en mukavemetli malzeme titanyum olup bu açıdan titanyumdan sonra PEEK, PMMA ve kemik olarak sıralanmaktadır. Mukavemet açısından kemiğe en yakın malzeme PMMA olarak gözlemlenmektedir. Esnekliği en fazla olan malzeme PEEK olup esneklik açısından sırasıyla PMMA, kemik ve titanyum olarak tespit edilmiştir.Esneklik açısından kemiğe en yakın malzeme PMMA olarak elde tespit edilmiştir. Bu veriler doğrultusunda defekt alanının büyüklüğünden bağımsız olarak tüm vakalarda farklı malzemeler için kemik ile karşılaştırıldığında stres ve yer değiştirme karakteristiğinin PMMA için kemiğe benzer olduğu tespit edilmiştir. En sağlam malzemenin titanyum en esnek malzemenin PEEK olduğu izlenmiştir Anahtar Sözcükler:Elastik malzeme, Kafa travması, Kemik, Kraniektomi, Kranioplasti, PEEK, PMMA, Protez, Sonlu elemanlar metodu, Simülasyon, Şok, Titanyum