Bilgisayar yardımlı omuz protezi tasarlanması ve geliştirilmesi

Abstract

Omuz eklemi kalça veya diz eklemlerinden daha karmaşık bir yapıdır. Omuz ekleminin genel karmaşıklığına ek olarak, iki farklı etmen, omuz replasmanının yetersiz sonuçlanmasına neden olur: omuz protezi tasarımı tam olarak gelişmiş olmaktan uzaktır ve bu omuz protezini karmaşık omuz anatomisine bağlı olarak yerleştirmek zordur.Glenohumeral eklem, insan omzunun en karmaşık ve en önemli eklemidir. Herhangi bir omuz yetmezliği için total omuz artroplastisi, total ters omuz artroplastisi gibi çeşitli tedaviler vardır. Normal omuz anatomisine göre ters tasarımı nedeniyle, total ters omuz artroplastisinin farklı fizyolojik ve biyomekanik özellikleri vardır. Bu artroplastinin ameliyat sonrası başarısı, ters total omuz protezinin geliştirilmiş tasarımına bağlıdır. Tasarım başarısı, birkaç biyomekanik ve hesaplama analizi ile arttırılabilir.Bu çalışmada her iki insan omzunun; biri sağlam diğeri sağ tarafında kırığı olan, görüntü verileri, 3D Bilgisayarlı Tomografi (CT) makinesi ile dicom formatında toplanmıştır. Bu veriler, hastanın sol ve sağ omuzlarının kemik geometrisini yeniden oluşturmak için 3D tıbbi görüntü işleme yazılımına (Mimics Materilise, Leuven, Belçika) aktarılmıştır. Sağlanan 3 boyutlu geometri modeli, 3-matic (Materilise, Leuven, Belçika) yazılımı ile ters total omuz protezini oluşturmak için kullanılmıştır. Sağlam omuz ve prostetik omuzun stres dağılımı ve yer değiştirmeleri açısından karşılaştırılması için sonlu elemanlar (FE) analizi yapılmıştır. Fizyolojik vücut ağırlığı fizyolojik reaksiyon kuvveti olarak 800 N'luk bir yük uygulanmıştır. FE analizinin sonuç değerleri her iki omuz için karşılaştırılmıştır. Aynı zamanda ters omuz protezli modelde 30°, 45°, 60° ve 90° açılarda kol abdüksiyondayken analiz gerçekleştirilmiştir.Ters omuz protezinin performansının analizi, protez tasarım bilgisini artırabileceği beklenmektedir.

The shoulder joint is a more complex structure than the hip or knee joints. In addition to the overall complexity of the shoulder joint, two different factors influence the insufficient outcome of shoulder replacement: the shoulder prosthesis design is far from fully developed and it is difficult to place these shoulder prosthesis due to shoulder anatomy. The glenohumeral joint is the most complex and the most important joint of the human shoulder. There are various treatments for any shoulder failure such as total shoulder arthroplasty, reverse total shoulder arthroplasty. Due to its reverse design than normal shoulder anatomy, reverse total shoulder arthroplasty has different physiological and biomechanical properties. Post-operative achievement of this arthroplasty is depend on improved design of reverse total shoulder prosthesis. Designation achievement can be increased by several biomechanical and computational analysis. In this study, data of human both shoulders with right side fracture was collected by 3D Computer Tomography (CT) machine in dicom format. This data transferred to 3D medical image processing software (Mimics Materilise, Leuven, Belgium) to reconstruct patient's left and right shoulders' bones geometry. Provided 3D geometry model of the fractured shoulder was used to constitute of reverse total shoulder prosthesis by 3-matic software. Finite element (FE) analysis was conducted for comparison of intact shoulder and prosthetic shoulder in terms of stress distribution and displacements. Body weight physiological reaction force as 800 N load was applied. Resultant values of FE analysis was compared for both shoulders. In addition, FE analysis was conducted for prosthetic shoulder model while arm in adduction for angles of 30°, 45°, 60° and 90°. The analysis of the performance of the reverse shoulder prosthesis could enhance the knowledge of the prosthetic design.