Biomechanical finite element models for lumbar vertebrae L4, L5 and sacrum vertebra S1
Lomber vertebra L4, l5 ve sakrum vertabra S1 için biyomekanik sonlu eleman modelleri
- Tez No: 782303
- Danışmanlar: PROF. DR. HASAN UMUR AKAY, DR. BEHZAT BAHADIR KENTEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Atılım Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 111
Özet
Bu tezde, sıkıştırıcı, torsiyonel ve fleksiyonel yüklerin lomber omur L4, L5 ve sakrum omuru S1 ile intervertebral diskler ve bağlar üzerindeki etkileri araştırılmaktadır. Sonlu elemanlar (FE) modellerinin geometrileri, SolidWorks yazılımı ve literatürde bulunan stereolitografik veriler kullanılarak oluşturulmuştur. Sonlu eleman gerilme analizleri ANSYS yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Omurlar ve sakrum için lineer elastik kemik modelleri, L4-L5 ve L5-S1 arasındaki bağlar ve intervertebral diskler için hiperelastik malzeme modelleri kullanılmıştır. Sağlıklı intervertebral disklere sahip omurlar ve ayrıca L4 ile L5 arasında rejeneratif disk değiştirme ameliyatı geçirmiş olanlar dikkate alındı. Sağlıklı omurgalar için L4-L5 modellerinin sonuçları, literatürdeki mevcut in vitro deneysel sonuçlar ve mevcut hesaplamalı modeller ile olumlu bir şekilde karşılaştırıldı. Ligamentlerin intervertebral disk üzerindeki etkisi, ligamanlı ve ligamansız olgular çözülerek değerlendirildi. Dikey eksen yönündeki yer değiştirmenin (sıkıştırma yükü yönü), bağsız bel düzeneğinde bağ olana göre daha fazla olduğu sonucuna varılmıştır, zira bağlar intervertebral diskin bükülmesini kısıtlamada temel bir rol oynamıştır. Sağlıklı koşullar altında ve ameliyatlardan sonra bir L4-L5-S1 segmenti üzerindeki üç yükleme koşulunun etkileri incelendi ve cerrahi vakalarda önemli ölçüde daha az deformasyon ve daha düşük gerilimler gösterildi. Cerrahi mekanizmalardan biri L4 ve L5'i kısmen birbirine bağlayan, L4 ve L5 arasında bir titanyum ayırıcı nakli sağlayan bir kısmi ara parçadan (spacer); diğeri ise L4 ve L5 arasında L4 ve L5'i tamamen bağlayan titanyum ekleme mekanizmasına sahip bütün bir ara parçadan (insert) oluşmaktadır. Kısmi ara parça nakli, ara parçayı yerinde tutmak için intervertebral diskin üstüne ve altına pedikül vidalarının yerleştirilmesini gerektirirken, oldukça yakın zamanda alınmış olan patentli bir teknik olan ekleme nakli herhangi bir vida gerektirmez. Burada geliştirilen sonlu eleman modelleri, L4-L5-S1 segmentinin mekanik davranışını yeterince değerlendirmek için kullanılabilir. Gelecekte diğer çeşitli spinal cerrahi prosedürleri ve spinal segmentleri analiz etmek ve değerlendirmek için de kullanılabilir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, we investigated the effects of compressive, torsional and flexional loads on lumbar vertebrae L4, L5 and sacrum vertebra S1 combinations with intervertebral discs and ligaments. The geometries for finite element (FE) models have been created using SolidWorks software and stereolithographic data available in the literature. The finite element stress analyses have been carried out using ANSYS software. Linearly elastic bone models were used for the vertebrae and sacrum, while hyper-elastic material models were used for the ligaments and intervertebral discs between L4-L5 and L5-S1. Spines with healthy intervertebral discs as well as those that had undergone regenerative disc replacement surgery between L4 and L5 were considered. The results of L4-L5 models for healthy spines were compared with the available in-vitro experimental results and available computational models in the literature favorably. The effect of ligaments on the intervertebral disc were evaluated by solving the cases with and without ligaments. It was concluded that the directional displacement the vertical axis (compression load direction) is greater on lumbar assembly without ligaments than the one with ligaments, because the ligaments have played a principal role in restricting the deflection of the intervertebral disc. The effects of three loading conditions on an L4- L5-S1 segment under healthy conditions and after surgeries have been studied, showing considerably less deformations and lower stresses in surgical cases. Two bone fusion surgical techniques have been studied, one with a titanium spacer transplant between L4 and L5, which partially connects L4 and L5; another with a titanium insert transplant between L4 and L5, which connects L4 and L5 completely. While the spacer transplant requires pedicle screws to be inserted above and below the intervertebral disc to hold the spacer in place, the insert transplant, which has been a rather recently patented technique, does not require any screws. The FE models developed here may be used to assess the mechanical behavior of the L4-L5-S1 segment adequately. They may also be used to analyze and assess the various other spinal surgical procedures and spinals segments in the future.
Benzer Tezler
- Mechanical analysis of spinal implants in patients with adolescent idiopathic scoliosis
Adolesan idiyopatik skolyoz hastalarının omurga implantlarının mekanik analizi
SALİHA ZEYNEB AKINCI
Doktora
İngilizce
2022
Mühendislik Bilimleriİstanbul Medipol ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği ve Biyoenformatik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUNUS ZİYA ARSLAN
- Lomber interbody füzyon için yeni bir kafes tasarımının sonlu elemanlar modeliyle biyomekanik olarak değerlendirilmesi
Biomechanical evaluation of a novel lumbar interbody fusion cage with finite element model
CELAL BOZKURT
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2010
Ortopedi ve TravmatolojiGazi ÜniversitesiOrtopedi ve Travmatoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPASLAN ŞENKÖYLÜ
- Titreşime maruz kalan insan vücudunun omurga bölgesinin biyomekanik analizi
Biomechanical analysis of the spinal region of human body exposed to vibration
SUZAN CANSEL DOĞRU
Doktora
Türkçe
2020
Biyomühendislikİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YUNUS ZİYA ARSLAN
- Yeditepe spine mesh: Modeling and validation of a parametric finite element model of the lumbar spine
Yeditepe omurga ağı: Lomber omurganın parametrik sonlu elemanlar modelinin modellenmesi ve geçerliliği
OĞULCAN GÜLDENİZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Makine MühendisliğiYeditepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ FETHİ OKYAR
- Bel bölgesi stabilite bozukluklarının incelenmesi
A biomechanical investigation into stability problems of lumbar spine
HÜSEYİN LEKESİZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. REŞAT ÖZCAN