ISO 14243-3 koşullarını modellemek üzere tasarlanan bir diz eklem simülatörü ile polimerik insertlerin aşınma performansının değerlendirilmesi: Gama sterilizasyonu ve malzeme özelliklerinin mekanik etkileri
Evaluation of the wear performance of polymeric inserts using a knee joint simulator designed to model ISO 14243-3 conditions: Mechanical effects of gamma sterilization and material
- Tez No: 970912
- Danışmanlar: PROF. DR. ADNAN AKKURT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Ortopedi ve Travmatoloji, Makine Mühendisliği, Biyomühendislik, Orthopedics and Traumatology, Mechanical Engineering, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Artroplasti, Biyotasarım, Diz eklemi, Diz protezi, Yüzey aşınması, Arthroplasty, Biodesign, Knee joint, Knee prosthesis, Surface wear
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, TRIZ metodolojisi ve kavramsal tasarım ilkeleri entegre edilerek özgün çözümler ve sistematik bir yaklaşım doğrultusunda bir diz eklem simülatörü geliştirilmiş ve prototipi üretilmiştir. Bu yenilikçi yöntem, tasarım sürecinde karşılaşılan teknik çelişkilerin sistematik olarak çözülmesini sağlamış ve fonksiyonel gereksinimlere yönelik yaratıcı çözümlerin ortaya çıkarılmasına olanak tanımıştır. ISO 14243-3 standart koşullarını modelleyebilen bu simülatör, farklı polimerik malzemelerin sterilizasyon etkisi altındaki aşınma performanslarının incelenmesi amacıyla kullanılmıştır. Çalışmanın kapsamında, UHMWPE ve XLPE insertler bir ve iki kez gama sterilizasyonuna (25 kGy ve 2×25 kGy) tabi tutulup, 50 000 çevrimlik yürüme döngüsüne maruz bırakılmıştır. Gravimetrik analizler, bir kez sterilize edilmiş UHMWPE insertin (UHMWPE-1) 2,68 mg ile en yüksek kütle kaybını gösterdiğini ortaya koyarken, iki kez sterilize edilmiş versiyonunda (UHMWPE-2) 1,942 mg ile daha düşük aşınma değerleri elde edilmiştir. XLPE grubunda ise, bir kez sterilizasyon uygulanmış insert (XLPE-1) 0,613 mg kütle kaybı ile UHMWPE'lere kıyasla daha az aşınma göstermiş ve iki kez sterilize edilmiş XLPE insert (XLPE-2) ise yalnızca 0,41 mg kütle kaybıyla tüm örnekler arasında en düşük aşınma oranına ulaşmıştır. Optik mikroskop görüntülemeleri, bir kez sterilize edilmiş UHMWPE (UHMWPE-1) örneğinde özellikle lateral bölgelerde belirgin deformasyonlar ve çizik izleri tespit ederken, XLPE örneklerinde yüzey deformasyonlarının minimal seviyede kaldığını ortaya koymuştur. Sterilizasyonun mekanik etkilerini değerlendirmek amacıyla yapılan yüzey sertlik ölçümleri, sterilizasyon sayısının artmasıyla her iki malzemede de yüzey sertliğinin anlamlı biçimde yükseldiğini göstermiştir. Bu bulgular, sterilizasyon sürecinin özellikle XLPE malzemede aşınma direncini artırıcı etkisi olduğunu, buna karşın UHMWPE'de sterilizasyonun aşınma direnci üzerinde sınırlı ya da olumsuz etkiler yaratabileceğini göstermektedir. Sonuç olarak, diz protezi insertlerinde malzeme ve sterilizasyon kombinasyonlarının implant ömrü ve klinik başarı açısından kritik öneme sahip olduğu saptanmıştır.
Özet (Çeviri)
In this study, a knee joint simulator was developed and prototyped by integrating TRIZ methodology with principles of conceptual design, supported by original solutions and a systematic engineering approach. This innovative strategy enabled the systematic resolution of technical contradictions encountered during the design process and facilitated the development of creative solutions tailored to functional requirements. The simulator, capable of replicating the standard loading conditions defined in ISO 14243-3, was employed to investigate the wear performance of various polymeric materials under the influence of gamma sterilization. Within the scope of the study, UHMWPE and XLPE inserts were subjected to gamma sterilization either once (25 kGy) or twice (2×25 kGy), followed by 50 000 walking cycles. Gravimetric measurements revealed that the single-sterilized UHMWPE insert (UHMWPE-1 ) exhibited the highest mass loss at 2,68 mg, whereas the double-sterilized counterpart (UHMWPE-2 ) showed a reduced wear value of 1,942 mg. In the XLPE group, the single-sterilized insert (XLPE-1) demonstrated a mass loss of 0,613 mg, which was lower than both UHMWPE samples, while the double-sterilized XLPE insert (XLPE-2) exhibited the lowest wear among all samples, with a mass loss of only 0,41 mg. Optical microscopy revealed distinct deformations and scratch marks, particularly in the lateral regions of the UHMWPE-1 UHMWPE sample, whereas XLPE inserts exhibited minimal surface damage. Hardness testing indicated that an increased number of sterilization cycles led to a statistically significant rise in surface hardness for both materials. These findings suggest that gamma sterilization enhances the wear resistance of XLPE, while its effect on UHMWPE may be limited or even adverse. Ultimately, the results underscore that the combination of material type and sterilization protocol plays a critical role in determining the wear performance of knee prosthesis inserts, with significant implications for implant longevity and clinical success.
Benzer Tezler
- Design and control of a soaking station and associated accessories for hip implant wear test simulator
Kalça implantı aşınma test simülatörü için ıslatma istasyonunun ve ilgili aksesuarların tasarımı ve kontrolü
DORUK SEVÜK
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞENAY MİHÇİN
- Denim ve spor giyim ürünlerinde PBT'nin kumaş fiziksel performansına etkisi
The effect of PBT on fabric physical performance in denim and sportswear products
MERVE KAVUZLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİHAT ÇELİK
- Sinterize öncesi ve sonrası zirkonyum oksit esaslı alt yapı üzerine uygulanan farklı yüzey işlemlerinin bükülme dayanıklılığına etkisinin araştırılması
Investigation of different surface treatment of zirconia frameworks after and before sintering on biaxial flexural strength
ÜMİT GÜNEY
Doktora
Türkçe
2016
Diş HekimliğiCumhuriyet ÜniversitesiProtetik Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. FAİK TUĞUT
- Mineral maddenin kömürün karbonizasyonuna etkisi
Effect of mineral matter on the carbonization of coal
AYŞEGÜL KAŞO