Diz protezinde peek ve hxlpe malzemelerinin mukavemetinin optimizasyona yönelik modelleme
Modeling for the optimization of the strength of peek and hxlpe materials in knee prostheses
- Tez No: 1005763
- Danışmanlar: PROF. DR. ULVİYE BUNYATOVA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Başkent Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Diz protezi ameliyatı, diz ekleminin işlevselliğini geri kazandırmayı ve diz rahatsızlıkları yaşayan hastalarda ağrıyı hafifletmeyi amaçlayan yaygın olarak uygulanan prosedürlerden biridir. Kobalt-krom-molibden (CoCrMo) alaşımları ve ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen (UHMWPE) gibi geleneksel implant malzemelerinin kabul edilebilir klinik performans özelliklerine rağmen, aşınma, stres kalkanı ve implant gevşemesi gibi uzun vadeli klinik komplikasyonlar hala önemli sorunlardır. Bu nedenle, alternatif biyomalzemeler açısından daha biyolojik olarak uyumlu biyomalzemelere olan ilgi giderek artmaktadır. Bu tez, geleneksel TKA malzemelerinin (femur bileşeni) yerine polietereterketon (PEEK) ve (tibia) insertinin yerine yüksek oranda çapraz bağlı polietilen (HXLPE) kullanımının biyomekanik ve klinik uygulanabilirliğini araştırmaktadır. SolidWorks, eklemeli üretim tekniklerine dayalı olarak üretilebilirliği göz önünde bulundurarak yeni bir diz protezi tasarımı oluşturmak için kullanılmıştır. Fizyolojik yük koşullarında, çeşitli açılarda fleksiyon sırasında stres dağılımı, temas basıncı ve genel deformasyonlar, sonlu eleman analizi (FEA) altında fizyolojik fleksiyon yükleri kullanılarak değerlendirilmiştir. Bulunan sayısal değerlerin, literatürde bildirilen değerlerle uyumlu olduğu görülmüştür. Ayrıca, HXLPE ve UHMWPE'nin tribolojik performansı, ASTM F732 standartlarının gereklilikleri altında yürütülen mevcut deneysel çalışmalara atıfta bulunularak rapor edilmiştir. Literatürde, HXLPE'nin UHMWPE'ye göre daha düşük aşınma oranlarına ve sürtünme açısından daha istikrarlı performanslara sahip olduğu belirtilmiştir. Benzer şekilde, önceki çalışmalar, femur bileşenlerinde PEEK kullanıldığında, PEEK'in elastik modülünün metalik alaşımlardan daha düşük olması nedeniyle kemikler ve implant arasındaki stres yükünün daha iyi olabileceğini ve ayrıca stres kalkanı etkisinin en aza indirilebileceğini göstermektedir. Bu çalışma, sayısal analiz ve malzeme seçimi yapılırken bu gözlemleri referans çerçevesi olarak kullanmıştır. Bulguların ortaya koyduğu bir diğer nokta ise, 3D baskı ve biyobaskı teknolojisinin kişiye özel üretilen implantların kullanımını kolaylaştırmadaki potansiyel faydalarıdır. Bireyin anatomik ölçümlerine dayanarak üretilen bireysel protez parçaları, implantların daha iyi oturmasını sağlayabilir, fizyolojik iyileşmeyi hızlandırabilir ve implantların ömrünü uzatabilir. Genel olarak, bulgular PEEK-HXLPE kompozit malzemenin gelecekte total diz artroplastisi ve protez üretiminde uygulanabilir bir çözüm olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
The production of total knee replacement (TKR) is one of the commonly carried out procedures aimed at restoring the functionality of the knee joint and alleviating pain on patients who have deteriorated their knee conditions. Despite the acceptable clinical performance characteristics of such conventional implant materials as cobalt-chromium-molybdenum (CoCrMo) alloys and ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE), long-term clinical complications involving wear, stress shielding, and implant loosening are still significant issues. Therefore, biomaterials that are more biologically compatible were seen as an increasing interest in terms of alternative biomaterials. The thesis explores the biomechanical and clinical viability of using polyetheretherketone (PEEK) to replace traditional TKA materials (femur component) and highly cross-linked polyethylene (HXLPE) to replace (tibia) insert. SolidWorks was used to create a new design of knee prosthesis keeping in view manufacturability based on additive manufacturing techniques. The stress distribution, contact pressure and overall deformations at the physiological loads condition with flexion at various angles, were evaluated using Physiological loads of flexion under finite element analysis (FEA). The found numerical values were found to be compatible with the reported literature values. Moreover, the tribological performance of HXLPE and UHMWPE was reported referring to the already existing experimental works carried under the requirements of the ASTM F732 standards. The literature has reported findings that stated that the wear rates and more stable performances in terms of friction exist with HXLPE rather than UHMWPE. Likewise, previous works show that when using PEEK in the components of the femur the stress load bearing between the bones and the implant can be better since the elastic modulus of PEEK is lower than that of metallic alloys, and also stress shielding effect can be minimized. This study relied on these observations as a framework of references when making the numerical analysis and choice of materials. Another point that the findings indicate is the potential benefits of 3D printing and bioprinting technology in facilitating the use of custom produced implants. Individual prosthetic parts fabricated on the basis of anatomical readings of an individual person can create better fitment of implants, help accelerate physiological healing, and also increase the lifespan of the implants. Generally, the findings indicate that PEEK-HXLPE material composite is a viable solution in the future use of total knee arthroplasty and generation.
Benzer Tezler
- Farklı malzemeler için yenilikçi diz implantı tasarımı ve sonlu elemanlar yöntemi ile optimizasyonu
Innovative knee implant design for different materials and optimisation by finite element method
TURAN IBRAHIMOVA
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN İYİBİLGİN
- Unikondiler diz protezinde postoperatif dizilimin diz fonksiyonları ve hasta memnuniyeti üzerine etkileri
Effects on unicodylar knee arthroplasty in postoperative limb alignment knee functions and patient satisfaction
AHMET CAN ERDEM
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2015
Ortopedi ve TravmatolojiBezm-İ Alem Vakıf ÜniversitesiOrtopedi ve Travmatoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM TUNCAY
- Diz altı protezinde astar malzeme seçiminin güdük üzerindeki basınç dağılımına etkisinin sonlu elemanlar analizi ile incelenmesi
Investigation of the effect of liner material selection on pressure distribution on residual limb in a below-knee prosthesis by finite element analysis
ÖZNUR GÜR
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
BiyomühendislikKaramanoğlu Mehmetbey ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ÜNAL
- Total diz protezinde klinik rehber'in bakıma etkisi
Effect of clinical pathways in total knee prosthesis
NERGİZ DOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Genel CerrahiEge ÜniversitesiCerrahi Hastalıklar Hemşireliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. MERYEM YAVUZ
- Total diz protezinde postoperatif hasta kontrollü analjezide levobupivakain levobupivakain-morfin ile femoral sinir bloğu
Levobupivacaine and levobupivacaine-morphine with normal nerve block in total knee replacement in postoperative patient controlled analgesia
NACİYE SERİNER
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2013
Anestezi ve ReanimasyonÇukurova ÜniversitesiAnesteziyoloji ve Reanimasyon Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULKADİR GEYLAN IŞIK