Geri Dön

Finite element analysis-based pre-operative planning applications of tooth, tibia, and femur bones

Sonlu elemanlar analizi tabanlı diş, kaval ve uyluk kemiklerinin ameliyat öncesi planlama uygulamaları

PDF İndir

  1. Tez No: 834852
  2. Yazar: SAMET ÇIKLAÇANDIR
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. YALÇIN İŞLER
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Biyomühendislik, Mühendislik Bilimleri, Ortopedi ve Travmatoloji, Bioengineering, Engineering Sciences, Orthopedics and Traumatology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Teknolojiler Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 131

Özet

Ameliyat öncesi planlama veya eğitimde, zorlu cerrahi operasyonları kolaylaştırmak için 3D modelleme ve kişiye özgü kemik modeli kullanılabilir. Bu prosedür, 3D baskı ve simülasyonların gelişmesi nedeniyle daha etkili ve uygulanabilir hale geldi. Bunun yanında, sonlu elemanlar analizi (SEA) mekanik analiz sonuçlarına yakınsayarak kemik modellerinin ve çeşitli tıbbi ekipmanların oluşturulmasını daha hızlı ve daha güvenilir hale getirebilir. Fakat, simülasyonların ve mekanik testlerin modeller üzerindeki etkisi hala tartışmalıdır. Bu sebeple bu çalışmada femur başı ve medial malleol olmak üzere iki farklı kırığı içeren analiz 3B baskılı ve yapay kemikler kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bununla beraber ortodontik tedavide ankraj kontrolü için kullanılan minividalar, en verimli uygulama yöntemleri belirlemek için simüle edilmiştir. Çalışma, gerekli tüm farklı araçlar, izlenecek yöntem ve ortaya çıkabilecek sorunlar hakkında önemli ayrıntılara girmektedir. İnteraktif tıbbi görüntüleme kontrol sistem yazılımı kullanılarak, bir hastanın alt karın bölgesinin BT taraması ve başka bir hastanın kafasının DVT taraması 3 boyutlu görüntülere dönüştürüldü. Femur, mandibula ve dişler Mimics kullanılarak bölümlere ayrıldı. Femur modelleri 3B yazıcı kullanılarak üretildi, ayrıca SEA yazılımına aktarıldı. Basma testleri, femurlar üzerinde kırık oluşana kadar uygulandı. Medial malleolus (MM) için kompozit tibia kemikleri üzerine iki farklı plak yerleştirilerek test tekrarlandı. Bunun yanında farklı minivida baş tasarımları ve uzunlukları oluşturulmuş ve farklı yerleştirme senaryoları için mandibula ve kemik bloğu üzerinde simülasyonlar tamamlanmıştır. Basma testi ve simülasyonlar arasındaki korelasyon, stres, gerinim, yer değiştirme ve başarısızlık yükü sonuçlarına göre istatistiksel olarak değerlendirildi. Deneysel analizin ve BT taramasına dayalı SEA'nın, modellerin öngördüğü gibi hem gerilim dağılımları hem de gerinim değerleri için uyumlu olduğunu sonuçlar göstermektedir (R2=0.99). MM çalışmasında iki plak arasında önemli farklılıklar tespit edilmiştir. Minivida çalışmasında ise minimum ve maksimum gerilmeler sırasıyla 6 mm ve 10 mm uzunluklarda 18,61 MPa ve 37,11 MPa olarak hesaplanmıştır. Yerleştirme açılarına göre en düşük gerilme 60°'de, en yüksek gerilme -15°'de görülmüştür. Minivida tasarımlarında, braket başı 5,67 MPa ile en düşük von Mises gerilimini oluşturmuştur. Diğer yandan, düğme başı 22,4 MPa ile en yüksek von Mises gerilimine sahipti. Öngörülen süreç akışı ve tüm araçlar, klinik ortamlarda ameliyat öncesi planlama için ve ayrıca biyomedikal mühendisliği alanında bir eğitim aracı olarak kullanılabilir. Buna ek olarak daha uzun minivida kullanımının mandibula üzerindeki stresi arttırdığı belirlendi. Minividanın birincil stabilitesi için düşük gerilim ihtiyacı önemli olduğundan, bu çalışma braket başlı mini vidanın en uygun kafa tasarımı olduğunu göstermiştir.

Özet (Çeviri)

In pre-operative planning or training, 3D modeling and subject-specific bone model can be utilized to facilitate challenging surgical operations. Due to the development of 3D printing and simulations, this procedure has become more effective and feasible. Additionally, finite element analysis (FEA) can converge the results of mechanical analysis, making the creation of bone models and various medical equipment faster and more reliable. However, the impact of simulations and mechanical testing on models is still disputed. Therefore, in this study, the analysis including two different types of fractures, femoral head and medial malleolar was performed using 3D printed and artificial bones. In addition, in the orthodontic treatment, the miniscrews used for anchorage control were simulated to determine the most efficient application methods. The study goes into substantial detail on all the different tools required, the method to follow, and any issues that may arise. Using interactive medical imaging control system software, a CT scan of a patient's lower abdomen and a DVT scan of another patient's head were transformed into 3D images. The femur, mandible, and teeth were segmented using Mimics. The models of the femur were produced using a 3D printer, also it was imported to the FEA software. The compression tests were conducted on the femurs until the fracture occurred. For the medial malleolus (MM), the test was repeated by placing two different plates on composite tibia bones. In addition, different miniscrew head designs and lengths were created and simulations on the mandible and bone block for different insertion scenarios were completed. The correlation between the compression test and simulations was evaluated statistically based on the stress, strain, displacement and load-to-failure results. The results show that experimental analysis and the CT scan-based FEA were compatible both for the stress distributions and the strain values as predicted by the models (R2=0.99). In the MM study, it was determined significant differences between the two plates. In the miniscrew study, the minimum and maximum stresses were calculated as 18.61 MPa and 37.11 MPa at 6 mm and 10 mm lengths, respectively. According to the insertion angles, the lowest stress was observed at 60°, while the highest stress was found at -15°. In the designs of miniscrew, the bracket head generated the lowest von Mises stress of 5.67 MPa. On the other hand, the button head had the highest von Mises stress, at 22.4 MPa. The prescribed process flow and all tools could be used in clinical settings for the pre-planning of the surgeries and also as an educational tool in the biomedical engineering field. Moreover, it was determined that the use of longer miniscrews increased the stress on the mandible. Since the need for low stress is substantial for the primary stability of the miniscrew, this study demonstrated that the bracket head miniscrew is the optimal head design.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    75118

    Mekanik endüstride CAD/CAM sistemlerinin seçimi ve etkin kullanımı

    Başlık çevirisi yok

    METE YAKIN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1998

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. HALİL HALEFŞAN SÜMEN

  2. Tez No

    560005

    Cam laminasyon otoklavında sızdırmazlık için kullanılan kapak contasının sonlu elemanlar yöntemi ile analiz edilmesi ve geometrisinin belirlenmesi

    Analysis and determination of the gasket geometry by using finite element method for sealing on the door of glass lamination autoclave

    CENGİZ BEYÇAYİRİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ZEYNEP PARLAR

  3. Tez No

    275640

    Kişiye özel bilgisayarlı tomografi görüntüleriyle diz protezinin modellenmesi ve sonlu elemanlar analizi ile değerlendirilmesi

    Designing knee implant using patient-specific computerized tomography images and evaluating it by finite element analysis

    İSMAİL HAKKI KORKMAZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2011

    Makine MühendisliğiAtatürk Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Bölümü

    DOÇ. DR. İRFAN KAYMAZ

  4. Tez No

    223492

    Explicit dynamic analysis of vehicle roll-over crashworthiness using ls-dyna

    Taşıtların devrilme çarpmasının ls-dyna kullanılarak eksplisit dinamik analizi

    KADİR ELİTOK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2006

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ.DR. EROL ŞENOCAK

  5. Tez No

    255398

    Development of MEMs technology based microwave and millimeter-wave components

    MEMs teknolojisi tabanlı mikrodalga ve milimetrik dalga bileşenlerin geliştirilmesi

    ÇAĞRI ÇETİNTEPE

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2010

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ŞİMŞEK DEMİR

    PROF. DR. TAYFUN AKIN

Geri Dön