Human tibial bone strength prediction by vibration analysis for diagnosing progressing osteoporosis
İnsan kemik mukavemetinin ilerleyen osteoporoz teşhisi amacıyla titreşim analizi kullanarak tahmin edilmesi
- Tez No: 255838
- Danışmanlar: PROF. DR. FEZA KORKUSUZ, PROF. DR. H. NEVZAT ÖZGÜVEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2009
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 122
Özet
Osteoporoz zamanında teşhis edilmesi gereken metabolik bir kemik hastalığıdır. Günümüzde osteoporozun teşhisinde kemik mineral yoğunluğunu saptayacak yöntemler kullanılmaktadır. Fakat bu yöntemlerin yetersizliğinden dolayı, invazif olmayan yeni yöntemler geliştirilmesi için araştırmalar yürütülmektedir. Örneğin, titreşim testlerinin osteoporozun teşhisi ya da kırık iyileşme sürecinin izlenmesi amacıyla kullanılmasının umut vaat eden bir yöntem olduğu görünmektedir. Bu çalışma süresince titreşim testlerinden elde edilen verilerden yararlanarak çıkarılan kemiğin yapısal dinamik özellikleri incelenmiş ve bu nedenle osteoporozun ya da ilerlemekte olan osteoporozun teşhisinde kullanılması amacıyla kemiğin yapısal dinamik özellikleri ve kemiğin mineral yoğunluğu arasında bir karşılaştırma yaparak yeni bir yaklaşım geliştirilmiştir. Bu çalışmanın en büyük üstünlüğü, kemiğin karakteristik bir özelliği olan sönüm faktörünün incelenmesidir. Çünkü daha önceki çalışmalarda genel olarak sadece osteoporozun durumuna bağlı olarak doğal frekansın değişimi incelenmiştir.Bu çalışma kapsamında, insan tibiası üzerinde hem in vivo hem de in vitro koşullarda titreşim deneyleri yapılmıştır. Bu deneylerden elde edilen frekans tepki fonksiyonları (FTP) incelenmiş ve modal analiz yöntemleri ile kemiğin yapısal dinamik özellikleri çıkarılmıştır. In vitro koşullarda yapılan deney sonuçları, sönüm faktörünün osteoporozun teşhisinde kullanılabilecek güçlü bir yöntem olabileceğini göstermiştir; fakat in vivo koşullarda yapılan deneyler bu belirteçlerin teşhis amacıyla kullanılmasını zorlaştırdığı gözlemlenmiştir. In vivo çalışmalar sonucunda ayrıca kemiğin doğal frekansı ile hastaların ölçülen kemik mineral yoğunlukları arasında zayıf bir ilişki olduğu saptanmıştır. Bu sebeple, kemiğin doğal frekanslarını etkileyen faktörleri incelemek üzere, insan tibiasının bir sonlu eleman modeli oluşturulmuştur. Bu model yardımıyla titreşim deneylerindeki sınır koşullarının ve kemiğin geometrisinin doğal frekans değerleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Bu analizler sonucunda, hem sınır koşullarının hem de kemiğin geometrisinin doğal frekans değerlerini çok fazla etkilediği görülmüştür. Bundan dolayı, gerekli koşullar sağlandığında kemiğin doğal frekans bilgisinin osteoporoz teşhisinde kullanılabilecek mümkün ve pratik bir metot olabileceği sonucuna varılmıştır. Ayrıca, tibianın sonlu eleman modelini kullanarak kemiğin elastisite modülü değişimiyle doğal frekansının nasıl değiştiği incelenmiştir
Özet (Çeviri)
Osteoporosis is a metabolic bone disease that needs to be properly diagnosed. The current diagnosing procedure of osteoporosis is based on the mineral density of bones measured by common methods such as dual energy X-ray absorptiometry (DXA). However, due to the deficiencies and limitations of these common methods, investigations on the utilization of other non-invasive diagnosing methods have been executed. For instance, using vibration measurements seems to be a promising technique in diagnosing metabolic bone diseases such as osteoporosis and also in monitoring fracture healing. Throughout this study, bone structural modal parameters obtained from vibrations experiments with decreasing mineral density are examined and therefore, it is aimed to find a new approach to detect osteoporosis or progressing osteoporosis by investigating a relation between structural dynamic properties and mineral density of bone. The main advantage of this study is that loss factor, which is an inherit property of bone, is investigated since in the previous studies mainly the changes in natural frequency of bones with the state of osteoporosis is examined.In this thesis, both in vitro and in vivo experiments are carried out on human tibia specimens. The measured frequency response functions (FRFs) are analyzed using modal identification techniques to extract the modal parameters of the human tibia. The results obtained from in vitro experiments show that loss factor may be a powerful tool in diagnosing osteoporosis, however due to the difficulties encountered in the case of in vivo experiments makes the use of this parameter as a diagnosing tool difficult. It is also seen from in vivo experiments that there is a weak correlation between the natural frequencies of tibia and BMD measurements of patients. Therefore, in order to investigate the parameters affecting the natural frequencies of tibia, finite element (FE) model of human tibial bone is constructed. Using this FE model tibia, the effect of boundary conditions of experiments and geometry of the bone on natural frequencies of bone is examined. These analyses show that the effect of both boundary conditions and geometry of tibia is very high. Therefore, it is concluded that if the necessary conditions are satisfied, the using natural frequency information of tibia seems to be a possible and practical method that can be used to detect progressing osteoporosis. Also, using the FE model of tibia, the changes of natural frequencies of tibia with the variation in elastic modulus are investigated.
Benzer Tezler
- Total diz implantı kaval bileşenin latis gözenekli yapıda tasarımı ve analizi
Desi̇gn and analysi̇s of total knee replacement's ti̇bi̇al component wi̇th latti̇ce porous structure
BİRGÜL ŞAHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
BiyomühendislikSakarya ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET ÇAĞATAY ÇİLİNGİR
- Hassas döküm yöntemiyle üretilen femoral diz komponentlerinde seramik maça kullanımı ile talaşlı imalat minimizasyonu
Minimization of machining by using ceramic cores during the investment casting process of femoral knee components
CEVAT YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NECİP ÜNLÜ
- Artroplastı biyomühendislik malzemelerinde kırılma analizleri ve tasarım geometrilerinde optimizasyon
Fracture analysis in artroplastic bioengineering materials and optimization in design geometries
BURAK ÖZTÜRK
Doktora
Türkçe
2020
BiyoteknolojiDüzce ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FEHMİ ERZİNCANLI
- Elit dövüş sporcularının antropometrik ve fiziksel performans özelliklerinin incelenmesi
Investigation of anthropometric and physical performance characteristics of elite martial athletes
GÜLNUR COŞKUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Sporİstanbul Gedik ÜniversitesiBeden Eğitimi ve Spor Bilimleri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEYED HOUTAN SHAHIDI
- Geometrik parametreler ve malzeme seçiminin total diz implantının stresi ve deformasyonu üzerindeki etkisininsonlu elemanlar analizi
Finite elements analysis of the effect of geometric parameters and material selection on stress and deformation of total knee implant
YUSUF ALİ AKAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
BiyomühendislikKarabük ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DAVER ALİ