makale article Bilgisayar Destekli Tasarım ile İnsan Parçası Yapmak Alper ERKEN Biyoteknika Mühendislik, Medikal San.Tic.Ltd.Şti [email protected] Kişiye özel Vücut içi implantların tasarımı bir süredir artık ülkemizde yapılabilmektedir. Özellikle Motorlu taşıt kazaları, endüstriyel kazalar,yüzde bulunan kanserli bölgenin alınması nedenleri ile mandibula ve zigoma (Temporal-Frontal-MaksillerSfenoid) bölgesinin doğal yapısının bozulması, fonksiyonunu kaybetmesi neticesinde sorun yaşayan hastalara, anatomileri ile tam uyumlu “Maksilofasiyal İmplant” tasarım ve imalatları kişiye özel yapılabilmektedir. Geliştirilen implantlar üst çene, yanaklar,göz çukurları ve şakak gibi günlük yaşamda insan yüzünün en çok bakılan ve dikkat çeken bölgesindeki problemleri çözmekte, tam anatomik ve biyouyumluluğu ile tam bir osteoentegrasyon sağlamaktadır. 2 Temmuz • Ağustos • Eylül 2014 V ücut içinde bulunan organın, yüksek teknolojiye sahip görüntüleme cihazları ile detaylı görüntüsünün çekilmesi, bu görüntünün bilgisayar destekli tasarım yazılımlar ile çalışılabilir dataya çevrilmesi, anatomik yapının ve kemik özelliklerinin yanısıra, biyouyumlu malzemelerinde özelliklerinin göz önünde bulundurularak ilgili implantın varolan problemi çözen, dokulara zar vermeyecek şekilde tasarlanması ve geliştirilmesi gerekmektedir. bilgisayar destekli birleştirilmesi çalışması yapılarak, mevcut kemik kaybı, -hasta eğer kanser nedeniyle bu kaybı yaşamışsa operasyon süresine kadar geçen süredeki kayıplar operasyon sırasında alınacak bölge gibi birtakım planlama ve operasyon bilgileri ilgili doktor ve mühendisler tarafından tespit edilir. *Tasarım öncesi tanı konulan ve kemik uzvunun kaybedildiği anlaşılan hastanın detaylı tomogrofisi çekilir. *Hastanın ağırlığı, yaşı ve biyomekanik hareketler göz önüne alınması gereken hususlardır. *Elde edilen kesit görüntülerinin *Kemik yoğunluk ölçümleri, implantın ilişkide olacağı tüm kemikler için yapılır, *Görüntü üzerinde, uzunluk,açı ve alan ölçümleri yapılmaktadır. makale article Medikal Model Maksilofasiyal işlemlerde kritik iki faktör, cerrah ve hasta iletişimi ile implant hatlarının hatasız olarak önceden belirlenebilmesidir. Hasta ile net iletişim kurabilmek, hastanın bilgilenmesi, tedavisine yönelik daha iyi karar alabilmesini ve yerleştirilecek olan implantın hastaya bire bir uyumu, hastanın daha hızlı operasyona hazırlanması, daha hızlı iyileşmesi ve sonraki yaşamını daha rahat idame ettirebilmesini sağlayacaktır. 3 Boyutlu fiziki modeller, hem cerrahlar hem de cerrahi hastaları için değerli araçlardır. - Implant hatlarının önceden belirlenmesi (Implant pre-contouring) - Vida yörüngesinin belirlenmesi (Screw trajectory) - Vida seçimi ve yerleşimi (Screw selection/location) - Cerrahi aletlerin seçimi - Teknik tatbikat 2 boyutlu tomografi ve MRI dataları ayrıştırılarak 3 boyutlu görüntüleme oluşturulur; bu data, çok esnek bir arayüz ile hızlı prototiplemeyle 3 Boyutlu modellere dönüştürülür. Tasarım • Kemik yapısına ve kemik kaybı yaşanan yerlere uygun tasarımlar, elde edilen 3D datalar referans alınarak yapılır. Bu tasarımlar elde edilen nokta bulutu, yüzeyleri elde etme ve uygun yerlerden referans düzlemler ve eğriler geçirilerek yapılabileceği gibi, esnek çalışmaya izin veren sistemlerle de yapılabilir. Biyolojik uyumluluğa ek olarak, implantın dayanıklı olması en önemli temel gerekliliktir. • Örneğin bir kemik implantının, yumuşak doku kalınlığının az olduğu kırık bölgelerinde, yumuşak dokuları kemikten fazla uzaklaştırması, bu dokularda hasara neden olabilir ve komplikasyonlar gelişebilir. • İmplant, yüksek mekanik dayanım ve yorulma direnci sağlamak üzere tasarlanacak olursa, çok fazla rijit olabilir, bu da kemiğin fizyolojik yükleri yeterince karşılayamamasına neden olarak, kemiğin zayıf şekillenmesine neden olabilir. İmplantasyonun yapılabilmesi ve implant malzemesinin seçim kriterinde, kemiğinde mekanik ve fiziksel özelliklerinin iyi an- laşılması gerekir. İmplant malzeme ve onu çevreleyen doku arasında daima mekanik ve biyolojik bir etkileşim mevcuttur. İmplant- kemik arasındaki mukavemet, bu etkileşime bağlıdır. • Sabitlemede kullanılacak vida ve implantın rijitlikleri birbirine göre ve kemiğe göre belli bir oran dahilinde değilse, vida dişleri kemikten sıyrılabilir veya vida kırılabilir. İnsan anatomisine en uygun şekilde tasarlanan implant ve protezlerin, kullanım süresince üzerine gelecek yüklere dayanıklı olması, kemikle ve kullanılan vidalarla olan etkileşimlerinin öngörülmesi, yorulma ve aşınma durumlarının implant ve protez ömrü üzerindeki etkilerinin hesaplanması önemli bir konudur. Vücut içi implant ve protezler, insan vücudunun çok değişken koşullara sahip ortamlarında kullanılmak durumundadır. Bir kalça eklemindeki ortalama yük vücut ağırlığının üç katına kadar çıkabilir, sıçrama gibi faaliyetler sırasında ise bu değer vücut ağırlığının 10 katı olabilir. Vücudumuzdaki bu gerilmeler ayakta durma, çiğneme, oturma ve koşma gibi faaliyetler sırasında sürekli tekrarlanır. Elastisite modülü, akma gerilmesi ve maksimum gerilme, malzemenin mekanik dizaynını belirleyici üç parametredir. Bu üç parametre rijitliğin, deforme olabilirliğin ve mukavemetin ölçülmesinde kullanılır. Temmuz • Ağustos • Eylül 2014 3 makale article Kemiğin mekaniksel özellikleri Kemik makro düzeyde kortikal (veya kompakt) ve kanselloz (veya trabeküler) olmak üzere iki bölüme ayrılır. Bu iki yapı yoğunluk ve porozitelerinden ayrılabilir. Yoğunluktaki küçük değişimler, mukavemet ve elastisite modülü değerlerinde büyük değişimlere neden olur. Yoğunluktaki değişimler ayrıca yaşlanmaya, hastalığa ve kemiği kullanma ya da kullanmamaya bağlıdır. Kemiğin mekanik özellikleri incelenirken daha çok kortikal kemik referans olarak alınmaktadır ve kanselloz kemik daha az dikkate alınmaktadır. Kanselloz kemiğe ait değerler kortikal kemiğe ait olanlara göre oldukça düsüktür. Örneğin kortikal kemiğin elastisite modülü 17 GPa iken, kanselloz kemiğinki 75,5 MPa’dır. Kortikal kemik yoğun bir maddedir ve maksimum 1,8 g/cm3 yoğunluğa sahiptir, bağıl yoğunluğu ise 0,7-0,95 arasında değişir. Kanselloz (trabeküler) kemik trabeküle denen kısa çubuk seklinde kemik maddesinden oluşur ve süngerimsi bir görünüşü vardır. Kanselloz kemik ise daha çok kortikal kemiğin iç yüzeyinde ve uzun kemiklerin uç kısımlarında bulunur. Her iki kemikte temelde aynı maddeden meydana gelir. Bileşenlerin düzensiz fakat optimize olmuş aranjman ve oryantasyonu kemik malzemesini heterojen ve anizotropik yapar. İskelet sistemi iç organları koruyan, sağlam bir kinematik link oluşturan, kaslara yapışma yeri 4 Temmuz • Ağustos • Eylül 2014 sağlayan ve bu sayede vücut hareketlerini destekleyen bir yapıdır. Kemiğin biyomekaniği de bu kompleks görevleri yapabilmesi için özelleşmiştir. Kemik kendini tamir edebilen, internal yapısını ve konfigürasyonunu değişen mekanik ihtiyaçlara göre ayarlayabilen bir dokudur. Uzun süre devam eden aşırı yüklenme ya da az yüklenme mutlaka kemik densitesini değistirir. Demir ile karşılaştırıldığında kemik 3 kat hafif, 10 kat esnektir. Kollajen içerik burulma, mineral içerik ise basmaya karşı dirençten sorumludur. Burada iki önemli terim mukavemet ve rijitliktir.(Ref. Ebru Işık Gökçek, Y.Lisans tezi, “Ortopedik implant ve protez tasarımı için biyomalzemelerin mekaniksel özelliklerinin araştırılması”) Mühendisler, kişiye özel tasarımları yaparken, sonlu elemanlar yöntemlerini kullanarak, çalışma modeli oluşturulmuş vakaların, bilgisayar destekli analizlerini yapmaktadırlar.Çıkan sonuçların değerlendirilmesi ile tasarımlara yön verilmektedir. Keza vaka analizlerinde en zor durumlar için biyomekanik laboratuvar testleri zaten yapılmaktadır, bu test değerleri ile analiz sonuçları karşılaştırılmakta ve uygunluk raporları çıkarılarak tasarım dosyalarına eklenmektedir. Maksimum mukavemeti geçen gerilmelerle oluşan kırılma hatalarına ek olarak, malzemeler yorulma ile de hata verebilir. Yorulma kırılmaları, implantların mekanik hatalarının en büyük kaynaklarından birisi olarak gösterilir. Sonlu elemanlar yöntemini kullanan nonlineer analiz yazılımları ile yorulma hesaplamaları yapılabilmekte ve tasarımlara yön verilebilmektedir. Üretim Malzeme ve imalat teknoloji geliştirmelerin geldiği son noktada titanyum (Ti)alaşım tozları, yüksek teknoloji ile katman katman birleştirilerek, gözenekli ve yoğun yapıda kompleks geometrileri oluşturabilmektedir.Ti6Al4V 1100 ºC-1350 ºC sıcaklık arasında gaz ortamında sinterlenmektedir. Sinterleme ile, tane temas noktalarının büyümesi sonucu özgül yüzey alanının küçülmesine, gözenek hacminin azalması veya küreselleşmesi, yapıda oluşabilecek atom boşlukları, dislokasyon gibi kristal hataların azaltılması sağlanmaktadır.
© Copyright 2024 Paperzz
