T.C. DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

FARKLI AÇILARDA YERLEŞTİRİLMİŞ

KALÇA KIRIĞI PROTEZLERİNİN ANSYS’TE

MODELLENMESİ VE GERİLME ANALİZİ

BİTİRME PROJESİ

Akif KAĞITÇIOĞLU 1992508123

Tevhit KIZILKAYA 1998485031

Projeyi Yöneten Yrd. Doç. Dr. Mehmet ZOR

Haziran, 2002 İzmir

I

TEZ SINAV SONUÇ FORMU

Bu çalışma ..... / ..... /2002 günü toplanan jürimiz tarafından BİTİRME

PROJESİ olarak kabul edilmiştir / edilmemiştir.

Yarıyıl içi başarı notu 100 (yüz) tam not üzerinden ( .............) dır.

Başkan Üye Üye

Makine Mühendisliği Bölüm Başkanlığına,

1998485031 numaralı Tevhit KIZILKAYA jürimiz tarafından .... /...... / 2002 günü saat ....... da yapılan sınavda, 100 (yüz) tam not üzerinden ............ almıştır.

Başkan Üye Üye

ONAY

I

TEZ SINAV SONUÇ FORMU

Bu çalışma ..... / ..... /2002 günü toplanan jürimiz tarafından BİTİRME

PROJESİ olarak kabul edilmiştir / edilmemiştir.

Yarıyıl içi başarı notu 100 (yüz) tam not üzerinden ( .............) dır.

Başkan Üye Üye

Makine Mühendisliği Bölüm Başkanlığına,

1992508123 numaralı Akif KAĞITÇIOĞLU jürimiz tarafından .... /...... / 2002 günü saat ....... da yapılan sınavda, 100 (yüz) tam not üzerinden ............ almıştır.

Başkan Üye Üye

ONAY

II

TEŞEKKÜR

Projemizin hazırlanması aşamasında bütün çalışmalarımızda değerli bilgileri ile

katkıda bulunan ve bizi yönlendiren hocamız Yrd. Doç. Dr. Mehmet ZOR ‘a

teşekkürlerimi arz ederiz.

Tevhit KIZILKAYA Akif KAĞITÇIOĞLU

III

ÖZET

Gerçek hayatta trafik ve iş kazaları, sportif faaliyetlerdeki kazalar, ani vücut

hareketleri gibi birtakım olaylar sonucunda, insan vücudunda kemik kırıkları

meydana gelebilmektedir. Bu kırıkların tedavi yöntemleri, kırığın şekli ve büyüklüğü

ve vücuttaki yerine göre çeşitlilik arz eder.

Bu kırık tipleri arasında en çok rastlanılanlardan birisi de femur (kalça kemiği)

boyun kırıklarıdır. Femurun boyun bölgesinden kırılması sonucunda, bu bölgedeki

kalça eklemi fonksiyonunu yitirmiş olur. Bu fonksiyonun tekrar kazanılması

amacıyla femurun boyun ve baş kısımlarının görevini görmesi amaçlanan ve femur

kanalı içine yerleştirilen metal kalça protezleri kullanılır. Protezlerin sabitlenmesi ise

çoğu uygulamalarda kemik çimentoları yardımı ile yapılır.

Ancak bugüne kadar yapılan bazı uygulamalarda, tedaviden belli bir süre sonra

kemikte, çimentoda veya protezde ikinci bir kırılma veya gevşeme gibi istenmeyen

bazı durumların ortaya çıktığı tespit edilmiştir. Bu duruma hastanın ani veya uzun

süreli vücut hareketleri, kemik, çimento ve protez üçlüsünün farklı mekanik

özellikleri, ameliyat sırasında iki malzeme ara yüzeyinde oluşan kusurlar, vücuttaki

fizyolojik bozuklar, protez şekli ve malzemesi, çimento kalınlığı gibi bir çok

faktörün etki ettiği söylenebilir.

Bu çalışmada fernur boyun kırıklarının tedavisi için kullanılan protez şekillerinin

farklı açılarda yerleştirilmesi ile ortaya çıkan gerilmeler incelenmiştir.

IV

İÇİNDEKİLER

Sayfa

KABUL, DEĞERLENDİRME VE ONAY SAYFASI ...............................................I

TEŞEKKÜR................................................................................................................II

ÖZET.................................................................................................................... .... III

İÇİNDEKİLER...........................................................................................................IV

GÖSTERİMLER........................................................................................................VI

TABLOLAR LİSTESİ..............................................................................................VII

ŞEKİLLER LİSTESİ................................................................................................VII

Bölüm Bir

GİRİŞ

Bölüm İki

KEMİK YAPISININ İNCELENMESİ 2.1. Ortopedinin Tanımı............................................................................................. 2

2.2. Kemik Gelişmesi ...................................................................................................2

2.3.Kemik Yapısı ........................................................................................................ 3

Bölüm Üç

SENTETİK REZINLER 3.1. Akrilik Rezinler Hakkında Genel Bilgilendirme ................................................. 8

3.2. Polimetilmetakrilat .............................................................................................. .9

3.3. Polimerizasyon ................................................................................................... 10

3.3.1 Polimerizasyon Tipine Göre Rezinler Isı ile Polimerize Olan

Rezinler............................................................................................................. 10

V

Sayfa

3.3.1.1. Monomer-Polimer Rezinler ..........................................................................13

3.3.1.2. Monomer-Polimer Reaksiyonu ....................................................................13

3.3.1.3. Hamur Oluşma Süresi ...................................................................................14

3.3.1.4. Çalışma Süresi ..............................................................................................14

.3.1.5. Kürleme İşlemi ................................................................................................14

3.3.2. Kimyasal Olarak Polimerize Olan Rezinler (Tamir Akriliği) .........................16

3.3.3. lşınla Polimerize Olan Rezinler .......................................................................17

3.3.4. Mikrodalga ile Polimerize Olan Rezinler ........................................................18

3.3.5.Akrilik Rezinlerin Özellikleri............................................................................18

3.3.6. Polimetilmetakrilat Kemik Çimentosunun Ortopedi’deki

Kullanım Alanı ...........................................................................................................19

Bölüm Dört

KULLANILAN PAKET PROGRAM HAKKINDA GENEL BİLGİLER

Bölüm Beş

MATERYALLER VE GERİLME ANALİZİ METODU

5.1. Toplam Gerilmeler ....................................................................................... 27

Bölüm Altı

SONUÇ

VI

GÖSTERİMLER

A Numune Kesiti..........................................................................................mm2

P Yük ..............................................................................................................kg

σ Gerilme.................................................................................................N/rnm2

a Çatlak boyu................................................................................................mm

ζ Çatlak Ucundaki Eğrilik Yarıçapı..............................................................mm

K1 Gerilme Şiddeti faktörü..........................................................................N/mm

Kıc Kırılma Tokluğu........................................................................................MPa

σa Akma Gerilmesi....................................................................................N/mm2 β Kritik Hat Boyunca Açı Aralığı.................................................................... º Sı Maksimum Gerilme Değeri.....................................................................Mpa

VII

TABLOLAR LİSTESİ

Sayfa

Tablo 3.1 Esterleşmenin Değişik Polimetilmetaltakrilat Maddelerinin

Yumuşama Noktası Üzerinde Yaptığı Etki ..............................................9

Tablo 5.1 Çalışmamızda Kullandığımız Materyaller İle Onlara Ait

Özellikler ....................................................................................................................32

Tablo 5.2 Femura Etkiyen Kuvvetler.......................................................................33

VIII

ŞEKİLLER LİSTESİ

Sayfa

Şekil 3.2 Alçı, Rezin ve Suda Meydana Gelen Sıcaklık Değişimi ........................15

Şekil 3.3 Rezin Sıcaklığının Artışı Üzerine Isıtma Hızının Etkisi .........................16

Şekil 3.4 Kendi Kendine Kürlenen Rezinlerdeki Ekzotermik Sıcaklık

Değişimi...................................................................................................17

Şekil 3.5 7100 Sabit Polimerizasyon Isısında Mekanik Özelliklerde

Meydana Gelen Değişim.........................................................................19

Şekil 3.6 Kemik Çimentosu El ile Femoral Kanala İtilmesi..................................20

Şekil 3.7 (a,b) Kemik Çimentosunun Parmak Yardımı ile Kanala

İtilmesi ....................................................................................................20

Şekil 3.8 Şırınga ile Enjekte Yönteminde Yardımcı Plastik Tüp

Kullanılması.............................................................................................21

Şekil 3.9 Protezin Kanalar yerleştirilmesi...............................................................21

Şekil 3.10 Şırınga ile enjekte....................................................................................21

Şekil 5.1 Ekran Görüntüsü .....................................................................................29

Şekil 5.1 Değişik Sırt Şekillerine Göre Protez Modelleri.......................................31

BÖLÜM 1

GİRİŞ

Çok hızlı gelişen teknoloji ile beraber mevcut bilim dalları arasındaki sınırların

ortadan kalkması yeni pek çok bilim dalının ortaya çıkmasına sebep olmuştur.

Bunlardan birisi de MEKANİK ve TIP ana bilim dallarının birleştirilmesi ile yeni bir

bilim dalı olan BİOMEKANİK’in meydana gelmesidir. BİOMEKANİK alanında

yapılan koordineli çalışmalar sonucu elde edilen birçok yeni buluşlar insanoğlunun

hizmetine sunulmaktadır.

Özellikle Ortopedi ve Dişçilik sahasında çok geniş bir uygulama alanına sahip

olan protez modellerinin şekillerinin kullanım açısından özelliklerinin bilinmesi

büyük önem teşkil etmektedir.

Bu çalışmadaki amaç üç tip kemik protez modelinin femur kanalına farklı açılarda

yerleştirilmesi ile oluşan gerilmeleri incelemektir.

BÖLÜM 2

KEMİK YAPISININ İNCELENMESİ

2.1. Ortopedinin Tanımı

Ortopedi - travmatoloji relatif genç bir tıp disiplinidir; henüz tıp disiplinleri

içindeki yerini almadan kendi konusuyla ilgili uygulamalar başka tıp dalları içinde

ele alınmıştır. Tarihin başlamasından önceki 9000 yıllarında kol, bacak kırıklarında

atellerin uygulandığı yapılan araştırmalarda ortaya çıkarılmıştır.

Ortopedi sözcüğünü ilk olarak 18. yüzyılda Paris Tıp Fakültesi öğretim

üyelerinden Nicholas Andry yazdığı bir kitabın başladığında kullanmıştır. 1743

yılında yayınlanan yapıtın başlığı şöyledir. “Lorthopedie ou l’art de prevenir et de

corriger dans les enfast les difformites du corps. Burada yer alan ortopedi

sözcüğünün eski Yunan dilindeki doğru ya da düzgün anlamına gelen “orthos” ile

çocuk ya da eğiterek düzeltme anlamına gelen “paidion” ya da “paidios”

sözcüklerinden türetildiği sanılmaktadır.

2.2. Kemik Gelişmesi

Kemiğin gelişmesi iskeletteki yerine ve biçimine göre özellikler gösterir. Uzun

kemikler yük taşırlar, kaldıraç görevi yaparlar ve her iki uçlarında eklem oluşturan

parçalar bulunmaktadır. Tübüler olan uzun kemiklerin orta bölgelerinde korpus şaft,

diafiz, cisim gibi adlar verilmiştir; yoğun ya da kompakt olan kortikalis içi boş bir

boru oluşturur. Bu kavum medüllüre ya da ilik boşluğunda yaşa göre kırmızı kan

yapan sarı (yağlı) ilik bulunur. Borunun her iki ucundaki genişlemelerde ilik boşluğu

kapanır, süngerimsi bir yapı uçlara doğru ilerler (substantia spongiosa). Dıştan

kompakt bir kabukla çevrili, içi sünger kemikle dolu olan bu bölge metafiz adını alır.

Kemikte iç kovukların yüzlerini örten ince retiküler bağ dokusu katmanına

endosteum adı verilir. Endosteum gerek kemik gerekse kan gözlerini yapabilme

potansiyelini içerir. 2.3. Kemik Yapısı

Tela assea adı verilen canlı kemik dokusu organik marriksten, bu yapı içinde yer

alan gözelerden ve matrikse yerleştirilmiş kalsium tuzlarından oluşur. Organik

matriks protein fibrilierle (kollogen jibriller) ara madde denilen mukoproteinierden

oluşmaktadır. Henüz Ca tuzları ile sertleştirilmemiş ya da kalsifiye olmamış bu

dokuya osteoid adı da verilmektedir.

Kemik dokusu içinde onun sürekli değişimini ve canlılığını yaratan gözeler

bulunmaktadır. Bu gözelerin bir türü organik yapıyı hazırlarken başka bir türü sürekli

yıkım olaylarını üstlenmişlerdir. Kemik kuru ağırlığının hemen hemen % 35 kadarı

organik, % 65’de anorganik substanslardan oluşur, ama taze ağırlığının % 20 kadarı

su içermektedir. Büyüme dönemindeki ossifikasyon olaylarında içerdiği su miktarı %

60 oranlarına kadar çıkabilirse de ilerlemiş yaşlarda yalnız %20 kadardır.

Kemik organik matriksi kollagamin değişik basamaklardaki olgunlaşma

modellerinden, mukoproteinlerden ve su içeren proteinlerden oluşur. Her üç ayrı

protein yapının içinde N-bileşenleri bulunmaktadır. İnsan femurunun % 92 kadarı

kollagenden % 4 kadarı mukoproteinlerden ve yine % 4 kadarı da su içeren

proteinlerden oluşmaktadır.

Kemikte osteoblastlerın hazırladığı gözeler arasında yer alan osteoid yapının içine

Ca tuzları çökerek bu organik matriksi sertleştirirler, böylece mekanik zorlamalar

karşısında kalan kemiğin dayanma gücünü arttırırlar. Matriksteki ara subtans için Ca

tuzları çökmeden önce osteoblastlar stoplazmalanın içinde bol miktarda alkalen

fosfataz enzimi hazırlarlar ve bu enzimi sitoplazmalanın dışına salarlar. Böylece

ekstrasellüler olarak fosfataz enzimi de ara madde içinde birikmiş olur. Biriken

alkalen fosfataz enzimi doku sıvılarıyla buralara kadar taşınmış olan fosforik asit

esterlerinden hidroliz yoluyla fosfat gruplarını ayırırlar ve Ca iyonlarının bu fosfat

gruplarıyla birleşmesini sağlarlar. Görüldüğü gibi osseoblastların salgıladığı alkalen

fosfataz enziminin kemik mineralizasyonunda önemli bir işlevi bir aracılık rolü

bulunmaktadır. Ara doku olan osteoid yapıya Ca fosfat tuzları yerleştirilince kemik

dokusu sertleşir ve gerçek destek işlevi için özgün bir nitelik kazanır.

Tela ossea’nın anorganik mineral fraksiyonu Ca fosfat olup canlı kemik

dokusunda hidroksilapalit kristaller biçiminde yerleştirilir. Hidroksilapalit’ in

formülünü şöyle yazabiliriz.

3Ca3 (P04)2 . Ca(OH)2 ya da Ca10 (P04)6 (OH)2

Buna benzer yapıda olan karbonat apatit ile trikalsun- fiziksel ve kimyasal

özellikler açısından hidroksilapatit’e benzerlik gösteririler. Tela assea içinde

yerleştirilmiş olan kristallerin üst yüzeyleri oldukça büyüktür ve bu üst yüzeylere

karbonat, sirrat, Na, Mg ve başka bazı iyonlar bağlanmışlardır.

Kemik dokusunun organik matriksi bu yapı içinde ortalama % 25 kadar bir yer

tutmaktadır, geri kalanını yağ, su ve mineraller oluştururlar. Kompakt ve spongöz

kemiklerde yapı ayrımı vardır. Erişkin bir insanın kompakt olan kemiğinde % 4

oranda yağ, % 24 organik matriks, % 12 kadar su ile % 60 kadar mineraller yer

almaktadır. Ama spongöz olan kemiklerde yağ oranı daha çoktur. Bir erişkinin

spongöz kemik yapısında ortalama % 35 kadar yağ, % 20 organik matriks, % 20

kadar mineraller ve % 25 kadar su bulunmaktadır. Genel olarak kompakt kerniklerde

mineral oranı daha yüksektir, buna karşın sünger kemikler daha çok yağ ve su

içermektedir.

Kemiklerde Ca’un bir bölümü kalıcıdır, dokudan ayrılmadan sürekli yapı içinde

kalır, başka bir bölümü ise kemiklerden çözülerek kana geçer ya da ters yönde

kandan getirilerek kemiklere yerleştirilir.

İvedi durumlarda gereksinme olan Ca’ un sağlandığı depolar kemikler

olmaktadır. Ivedi durumlarda ancak karbonat ve fosfat gruplarına bağlı olan Ca

iyonlarından bu gereksinme karşılanabilmektedir. Böyle durumlarda bir Ca deposu

olan kemik çözülerek serbest duruma gelen Ca kana verilmektedir. Genç kemiklerde

Ca tuzlarının çözülmesi yaşlı olan kemiklere oranla daha hızlı gerçekleşmektedir.

Mineral içermesi nedeniyle kemik dokusu tüm destek dokuları içinde en sağlam

olanıdır, sağlamlığı içerdiği mineral oranıyla paralellik gösterir. Kemiğin özgül

sağlamlılığı (her cm2 de kırık oluşturacak zorlanma sınırı) erkeklerde kadınlardan

daha fazladır.

Kollagen liflerin dizilmeleri kemiğin ince strüktürünü ortaya çıkarır.

Glikozaminglikanlardan yapılmış ve ara substans içine anorganik kızlardan Ca fosfat

% 85 oranında. Ca karbonat % 10 oranında Mg fosfat% 1.5 Ca fluorid % 0.3 Ca

klorid % 0.2 oranında yerleştirilmiştir. Alkali tuzların oranı ise % 2 kadardır.

Anorganik tuzİar çoğunlukla hidroksiLapatit kristalleri biçiminde yerleştirilmişlerdir.

Hidroksilapatit kristaflerinin büyüklük ve düzenlemeleri kollagen liflerin yapısına

bağlıdır, bu kristaller kollagen lifler boyunca yerleştirilirler. Ca tuzların kristalleri

gerek, kollagen demet aralarında gerekse fibrilerin çevrelerinde bulunur.

Mineralizasyon başlangıcında fibriller arasında amorf çöküntülere de rastlanır. Yaş

ilerledikçe kristal büyüklükleri artar, amort Ca- reaksiyonları azalır, Büyüme çağında

ters bir oran vardır, genç kemiklerde kristallerin amorf tuzlara oranı 1:2 dir,

yaşlılarda oran tersine döner, amorf Ca tuzlarının miktarı düşer, böyle kristallerin

amorf kızlara oranı 3:1 olur. Başlangıçta genç osteoid dokuda Ca tuzları amorf

biçimde yerleştirilir. Amorf bölgelere komşu alanlarda küçük kristaller oluşur, daha

sonradan kollagen fibrillerin aralarında kristallerin büyüklükleri artar. Kemik

dokusunun mineral konsantrasyonları lamelden lamele bile ayırımlar göstermektedir.

İskelet kemiklerinin yapı analizleri spongioza ile kompakta bölgelerinin , kemik

işlevlerine uyacak biçimde oldukça anlamlı olarak dağılım gösterdiklerini ortaya

çıkarmıştır. Ara substans ile kollagen liflerin özellikleri ve bunların aralarındaki

karşılıklı ilişkiler kemiklere gerekli olan yapı biçimini ve sağlamlığını getirmektedir.

Kemik dokusu sert olmakla birlikte belirli ölçülerde esneklikte gösterir. Çeliğe

oranla çok daha esnek olan bu yapı değişik mekanik zorlamalar yönünden büyük

önem kazanır, böylece kemikler belirli sınıra kadar zorlamalar karşısında hemen

kırılmazlar.

Kemik tuzları ile sertleştirilmiş doku içindeki osteositlerin oturdukları kovuklar

(osteoplast) elipsoid biçimde Havers kanallarını sararlar; bu kovuklardan havers

kanallarına doğru ışınsal biçimde olan uzantılara kemik kanalikülleri adı verilir. Bu

kanaliküllerin birbirleriyle anastomozları vardır ve içinde doku sıvısı dolaşır. Bu sıvı

dokudaki yapım-yıkım olayları için gerekli nesneleri gözelere ulaştırır.

Bir havers kanalını çeviren lameller sistemine osleon birimi adı verilir. Değişik

kemiklerin ayrı ayrı yerlerindeki osteonlar sayıca ayrımlar gösterirler.

Örneğin tibia’daki osteon sayısı + 240 değişiklik gösteren 1 cm de 810’a

ulaşmaktadır. Patolojik olan durumlarda kemik iç yapısında doğal dışı düzenlemeler

ortaya çıkar. Kırılan bir kemikte osteonlar değişik bir yapı gösterirler , üstün olarak

da kollogen fibrilerin sarılışı yatık bir duruma gelir, bundan alışılacağı gibi kırık

durumlarında kemiğin tüm iç yapısı değişmelere uğramaktadır.

Spongiozanın makro yapısı köprülerle borucuklar biçiminde trabekülleri ve

plakları içermektedir. Havers kanalları ile bunların lamelleri, spongiozade da ender

olarak, ancak kalın olan trabeküllerde bulunabilirler.

Lameller ve trabeküllerin düzenli bir biçimde dağılışlarını göz önünde tutan.

Wolf, 1870’de fonksiyonel kemik yapısına açıklamalar• getirmiştir. Bası

(compression) ve çekme gerilimleri (tensile) altında kalan sünger yapı sürekli

yenilenmektedir. Kemiğin biçiminin ve etkisi altında kaldığı zorlan-ıaların değişmesi

bunların şiddetlerinin artıp azalması bir transformasyona yol açar. Zorlayıcı etkiler

altında yeniden biçimlenme (iç yapı uyumu ve düzenlenmesi) ortaya çıkar, buna

Wolf’un “transformasyon yasası” adı verilmiştir.

BÖLÜM 3

SENTETİK REZiNLER

Modern hayatta sentetik rezinlerin çok geniş kullanım alanı vardır. Tanım olarak sentetik rezinler metalik olmayan, organik bileşiklerden sentetik olarak elde edilen ve çeşitli kalıplara dökülerek günlük kullanıma uygun hale getirilen maddelerdir. Giyimden, inşaat malzemelerine, ev eşyalarından, elektronik aletlere kadar, hemen hemen her türlü alanda mutlaka bir çeşit plastik kullanılmaktadır. Plastik terimine; lifli, lastiğe benzer, reçinemsi veya sert esnemez maddeler da dahildir. Plastiğin lifli, lastiğimsi veya rezin yapısında olmasını dev molekülün şekli ve morfolojisi etkiler. Bütün bu maddelerin ortak yönü, hepsinin polimer veya yüksek molekül ağırlıklı kompleks moleküllerden oluşmasıdır.

Dev moleküller veya yüksek polimerler konusu bilimin en ilginç alanlarından biridir. Bu maddelerin tarihsel gelişimi de oldukça ilginçtir. Önceleri laboratuarda organik reaksiyonlar sonucunda ortaya çıkan ve hiç bir işe yaramayan mumsu, yapışkan artıklar olarak değerlendirilen bu maddeler son 40-50 yı1 içinde kimyacıların ilgisini çekmeye başlayınca, plastik ilmi doğmuştur. Bunların diş hekimliği alanında yaptıkları etkileri, başka bir alanda görmek mümkün değildir.

İki tip sentetik rezin mevcuttur;

1 -Termal davranışlara göre herhangi bir kimyasal değişime uğramadan ısı ve basınçla yumuşatıldığı, kalıplandıktan sonra soğutulan “termoplastik enzimler”. Bunlar eriyebilir ve genellikle organik çözücüler içinde çözünürler. Oluşan fiziksel

değişiklik bir süre sonra ısısal olarak tersine çevrilebilir.

2- “Termoset rezinler” de ise kalıplama işlemi esnasında kimyasal bir olay meydana gelir ve sonuç yapıda ilk yapıdan kimyasal olarak farklıdır. Bu rezinler genellikle erimez ve çözünmezler.

Sentetik bir rezinin diş hekimliğinde kullanılabilmesi için kimyasal ve fiziksel stabilite açısından olağanüstü özellikler göstermesi, kolaylıkla işlenebilmesi, dayanıklı ve sert olup, kırılgan olmaması gerekir.

3.1 .Akrilik Rezinler Hakkında Genel Bilgilendirme

Akrilik rezinler etilenin türevleri olup yapısal formülde vinil gruplar içerirler. Dental amaçlarla kullanılan iki tane akrilik rezin serisi mevcuttur. Bunlardan biri akrilik asit (CH2 = CHCOOH) diğeri ise metakrilik asit CH2 = C(CH3) cooh den türetilmiştir. Bu polimerlerin her ikisi de bilinen şekilde katılma polimerizasyonu ile polimerleşir. Bu poliasitler sert ve şeffaf olmalarına rağmen karboksilik asit gruplarından dolayı gözenekli bir yapıya sahip olup, su çekme özelliğine sahiptirler. Su, zincirleri ayırarak rezinin yumuşamasına ve dayanıklılığının azalmasına sebep olur.

Diş hekimliğinde bu poliasitlerin esterleri de oldukça önemlidir. R bir ester radikal ise, polimetakrilattın formülü şu şekildedir.

R’nin organik veya inorganik her türlü radikal olabileceği düşünülürse, binlerce

akrilik rezinin meydana geleceği gayet açıktır. Burada kopolimerizasyon ihtimali göz önüne bile alınmamıştır.

Esterleşmenin bir kaç değişik polimetakrilat maddesinin yumuşama noktası

üzerinde yaptığı etki Tablo 3.l’de gösterilmiştir. Polimetakrilatlar gibi kristalin olmayan polimerlerin mutlak bir yumuşama sıcaklığı mevcuttur. Yan zincir uzadıkça yumuşama ve camsı geçiş sıcaklığı da azalır. Polimetiltakrilat bu seri içinde en sert ve yumuşama sıcaklığı en yüksek olan polimerdir.

Tablo 3.1 Polimetakrilat Esterlerinin Yumuşama Sıcaklıkları

Polimetakrilat Tg0C)

Metil 125

Etil 65

n-propil 38

Isopropil 95

n-butil 33

Isobutil 70

sec-Butil 62

tert-Pamil 76

Fenil 120

3.2. Polimetilmetakrilat

Polimetilmetakrilat inanılmaz derecede şeffaf bir rezindir. Dalga boyu 0.25 um

olan UV ışığını bile geçirebilir. Bu rezin 18-20 arasında ICnoop sertlik numarasına

sahip, sert bir rezindir. Bunun çekme kuvveti 59 MPa ve özgül ağırlığı 1 . 19

9/rnl’dir. Elastik modülü yaklaşık 2400 MPa’dır.

Rezin son derece stabil olup UV ışığı ile renk kaybına uğramaz. Ayrıca

olağanüstü yaşlanma özelliklerine sahiptir. Isıya karşı da stabil olup 125 0Cde

yumuşar ve bir termoplastik madde gibi davranır. 125-200 0C arasında ise

depolimerizasyon meydana gelir. Yüksek molekül ağırlıklı polimetilmetakrilat ilk

önce düşük bir polimere depolimerize olur ve bu polimer daha sonra monomere

dönüşür.

Akrilik rezinlere benzer olarak polimetilmetakrilat adı imbibisyon ile su emme

eğilimindedir. Kristalin olmayan yapı yüksek iç enerjiye sahip olduğundan daha az

aktivasyon enerjisi gerekir ve buna bağlı olarak rezine daha fazla difüzyon olur,

Bunlara ek olarak esterleşmiş olmasına rağmen polorkarboksilik grupları sınırlı

olarak hidrojen bağları oluşturur.

Burada hem absorpsiyon hem de adsorbsiyon olayı meydana geldiğinden, her iki

olayı da belirtmek için sorbsiyon terimi kullanılacaktır. Tipik dental metakrilat

rezinlerinin su içinde bir hafta tutulmaları durumunda % 0.5’lik bir ağırlık artışı

gösterdikleri bildirilmektedir.

Metilmetakrilat serilerinde ise daha yüksek değerler meydana geldiği

bulunmuştur. Su sorbsiyonu O-600C arasında hemen hemen sıcaklıktan bağımsız

olmasına rağmen polimerin molekül ağırlığından büyük oranda etkilenir. Molekül

ağırlığı ne kadar fazla ise ağırlık artışı o kadar azdır. Rezin kuru ise sorbsiyon

reversibldir. Polimetilmetakrilat bir zincir polimeri olduğundan, kloroform ve aseton

gibi bir çok organik çözücüde çözünmesi beklenir.

3.3. Polimerizasyon Monomer adı verilen çok sayıda molekülün birleşerek makromolekül veya

polimer oluşturduğu bir seri reaksiyondur. Başka bir deyişle çok sayıda düşük

molekül ağırlıklı (mer) veya moleküllerin birleşerek tek bir yüksek molekül ağırlıklı

bir makromolekül oluşmasıdır. Polimerizasyon, ya bir seri kondansasyon reaksiyonu

veya basit bir katılma reaksiyonu ile gerçekleşir.

Kondansasyon Polimerizasyonu: Bu polimerizasyon, iki veya daha fazla sayıdaki

basit molekül arasında meydana gelen kimyasal reaksiyonla aynı mekanizma ile

tekrarlanır. Ana moleküllerin reaksiyonu sonucunda amonyak, halojen asitleri ve su

gibi yan ürünler meydana gelir.

Katılma Polimerizasyonu: Dental işlemlerde kullanılan rezinlerin hemen hepsi

katılma polimerizasyonu ile üretilir, Bu tip polimerizasyon o kadar yaygındır ki,

polimerizasyon terimi kullanıldığında genellikle katılma reaksiyonu anlaşılır.

Kondansasyon polimerizasyonunun aksine bu polimerizasyon sırasında bir değişme

olmaz. Monomer ve polimer aynı formüle sahip olduğundan, makromoleküller ufak

birimlerden veya monomerlerden oluşur.

3.3.1. Polimerizasyon Tipine Göre Rezinler Isı İle Polimerize Olan Rezinler

Günümüzde en çok kullanılan rezin polimetilmetakrilattır. Bundan başak

polistiren veya vinil kopolimerleri gibi ısı ile aktive olan rezinler mevcuttur.

Polistiren, ısı ile yumuşatılarak enjeksiyon yöntemi ile basınçla mufla içine

gönderilir. Dokuya uyumlu kaide plağı yapmak için ısıyla kolayca yumuşatılıp direkt

olarak muflaya yerleştirilen polistiren levhalarda bulunmaktadır.

Vinil kopolimerleri rezinlerde, polimetilmetakrilat yerine bir vinil klorür vinil

asetat kopolimer kullanılır. Vinil kopolimeri metilmetakrilat monomeri ile

doyurularak plastik bir jel haline getirilir. Oluşan bu jel muflaya konularak ısı ile

polimerleştirilir, elde edilen rezin polimetilmetakrilat ile vinil kopolimeri rezinlerinin

bir karışımıdır.

Polimetilmetakrilat saydam bir rezindir, renklendirilebilir. Rengi ve optik

özellikleri ile dayanıklılığı ve fiziksel özellikleri yeterli olup normal şartlarda

sterildir. En büyük avantajı kolaylıkla işlenebilmesidir. Termo-plastik bir rezin

olmasına rağmen diş hekimliğinde termoplastik olarak. muflalanmaz. Monomer,

polimeri hamur kıvamında plastikleştirir. Bu hamurda kolaylıkla muflaya

yerleştirilir, monomer daha sonra polimerleştiğinden sonuç protez kaidesi katı,

homojen bir rezin halinde olur. Akrilik rezinler piyasada toz (polimer) ve sıvı

(monomer) şeklinde bulunurlar.

Toz (Polimer)

Orijinal olarak akrilik tozu şeffaftır, içine çeşitli maddeler ilave edilmiştir. Toz

yani polimer genellikle ufak küresel tanecikler halindedir. Bu küreler,

polimerleşmeyen bir sıvı içinde ısıtılmak suretiyle monomerin polimere dönüşmesi

ile elde edilir.

Toz içine ilave edilen maddeler sırasıyla aşağıdaki gibidir.

1-Akrilik kopolimer ya da polimer taneleri

2-Reaksiyon başlatıcı maddeler: Genellikle benzoil peroksit bazende düzobütil

azonitril gibi maddelerdir. Oranı % O,5-l,5’dir. Herhangi bir değişikliğe uğramadan

kimyasal reaksiyonun ilerlemesine yardımcı olan a~ anlardır. Geciktiricinin etkisini

azaltır, ikinci olarak da polimerizasyonu hızlandırır.

3-Pigment ve boyalar: Civa sülfit, kadmiyum sülfit, kadmiyum selenit, demir

oksit veya karbon siyahı kullanılır. Bunlar polimerin dokulara benzer renkte olmasını

sağlarlar ve polimer küreciklerine ya başlangıç polimerizasyonu sırasında ya da

polimerizasyondan sonra eklenir. Bu ikinci metod kullanıldığı zaman boya maddesi

kürelerin yüzeyini kaplar. Bunlar ağız sıvılarının etkisi ile plastiğin içinden sızarlar

ve akrilik maddenin renginin sonradan açılmasına neden olurlar.

4-Opaklık verici maddeler: Çinko oksit veya titanyum oksit kullanılır.

5-Plastikleştirici maddeler: istenen yüksek molekül ağırlıklı polimetikmetakrilat

genellikle monomerde çok yavaş çözündüğünden çözünürlüğü artırmak için katkı

maddesi eklenir, örneğin, etil akrilat miktarını % 5 veya daha az tutmak suretiyle

metil metakrilat ve etil akrilat kopolimeri kullanılabilir. Başka bir metod ise yüksek

molekül ağırlıklı poli (metilmetakrilat) kürelerini monomer de daha çok çözünen

düşük molekül ağırlıklı küreler ile karıştırmaktır. Ancak bu metod rezinin ortalama

molekül ağırlığını düşürür.

6-Organik ve inorganik lifler: Boyanmış sentetik fibriller, çok ince submükoz

damarları taklit etmek için kullanılır. Cam lifleri ve tanecikleri veya zirkonyum

silikat gibi inorganik maddeler akriliğin görünümünü doğal laştırmak için eklenir.

Sıvı (Monomer)

1-Esas madde: Genellikle saf metilmetakrilattır. Fakat diğer akrilik monomerleri

ile modifiye edilebilir.

2-İnhibitör maddeler: Monomerler ısı, ışık az da olsa oksijen aracılığı ile

polimerize olmaya başlandığında sıvı içinde polimerizasyon önleyici ve sıvının

saklanabilmesini uzatan bazı maddeler konulur. Bu maddeler eser miktarda

hidrokinondur (% 0.006 veya daha az).

3-Çapraz bağlantı ajanları: Bir çok akrilik protez maddesi glikol dimetakrilat gibi

çapraz bağlama maddesi içerir.

3.3.1.1. Monomer-Polimer Oranı Monomer-polimer oranının uygun olması rezinin sonuç yapısı için oldukça

önemlidir. Genellikle polimer oranı ne kadar fazla tutulursa reaksiyon süresi o kadar

kısalır. Ayrıca rezinin büzülmesi de az olur. Dolayısıyla her polimer küreciğini tam

olarak ıslatabilmek için yeterli miktarda monomer kullanılması gerekir. Polimer--

monomer oranı genellikle hacimce 1/3 olarak tutulur. Tozu oluşturan çeşitli boydaki

polimer ve pigment partiküllerinin düzenli olarak dağılması son derece önemlidir.

Ayrıca toz ve sıvının oldukça iyi bir şekilde karışıp meydana gelen hamurun uygun

bir polimer-monomer dengesine sahip olması gerekir. Toz ve sıvının homojen

karışmaması halinde protezin dayanıklılığında düşme, gözenekliliğinde anma ve

renginde bozulma meydana gelir.

3.3.1.2. Monomer-Polimer Reaksiyonu Polimer içinde bulunan monomerin görevi, muflaya kolayca yenleştirilebilecek

plastik bir kütle oluşturmaktadır. Bu tip bir plastikleştirme, polimeri monomer içinde

kısmen çözmekle gerçekleştirilir. Toz ile sıvının fiziksel reaksiyonu sırasında en az

dört satha mevcuttur.

1. Safha: Polimerin monomer içinde yavaş yavaş dağılarak sıvı veya yapışkan

olmayan bir kütle oluşturmasıdır.

2. Safha: Monomer polimerle etkileşir. Bu olay monomerin polimere etki etmesi

ile oluşur. Monomerin etkilediği polimer çözeltiye katılarak monomer içinde dağılır.

Bu safhada polimere dokunulduğu zaman yapışkan olduğu görülür.

3.Safha: Monomer polimere etki ettikçe kütle çözelti içindeki polimere ile

doyarak düzgün ve hamurumsu bir şekil alır. Artık monomer ile çözülmüş polimer

matriksine asılmış çözünmemiş polimer içerir. Bu safhaya genellikle hamur veya jel

safhası adı verilir.

4.Safha: Monomer buharlaşmak veya polimere daha fazla etki etmek suretiyle

hemen hemen tamamen yok olur. Kütle gittikçe daha koheziv ve lastiğimsi bir hal

alır. 3.3.1.3. Hamur Oluşma Süresi Üçüncü safhada ulaşmak için gerekli süre polimer küreciklerinin monomer içinde

çözünmesine bağlıdır. Şimdiye kadar bahsedilen faktörlerin yanısıra çözünürlük

hızıda artan sıcaklıkla artar. Karıştırma kabı ilik bir suya konulduğunda çözünürlük

hızının arttığı görülür, ancak bunu yaparken suyun rezine temas etmemesine özen

gösterilmelidir. Isıtma çıplak ateş üzerinde yapılmamalıdır, çünkü monomer sıvısı

veya buharı yanıcıdır. Su içinde benmari şeklinde yapılan ısıtma işleminde sıcaklık

asla 550C’yi geçmemelidir. Bu sıcaklığı üstünde polimerizasyon çok hızlı bir şekilde

oluşacağından elde edilen rezini muflalamak oldukça zor olur. Hamur oluşma

süresini etkileyen başka bir faktörde polimer partiküllerinin boyutudur. Partiküllerin

boyu küçüldükçe çözelti ile temas alanı büyüyeceğinden polimer monomer içinde

daha hızlı bir şekilde çözünür. Dolayısıyla hamur oluşma süresi kısalır. Ancak bu

faktör bahsedilen diğer faktörlerin yanında o kadar önemli değildir. 3.3.1.4. Çalışma Süresi Çalışma süresi 2. safra ile 4. safranın başlangıcı arasında geçen zaman veya başka

bir deyişle maddenin hamur halinde kalma süresidir. Hamurun da en az 5 dakika süre

ile muflanabilir halde kalması gereklidir. Çalışma süresi sıcaklığa bağlıdır, sıcaklık

ne kadar düşük ise çalışma süresi de o kadar uzun olur. Rezinin oda sıcaklığında

hamur halinde kalma süresini uzatmanın birçok yolu vardır. Burada molekül ağırlık

dağılımı çok önemlidir. Düşük molekül ağırlıklı madde daha çabuk hamur haline

gelir. Çünkü monomer yüksek molekül ağırlıklı küreciklere daha zor ettiğinden

hamur halinde kalma süresi daha uzundur. 3.3.1.5. Kürlenme İşlemi Polimerizasyon: Reaksiyonu ekzotermik bir reaksiyondur. Akrilik rezinler

genellikle benzoil peroksit içerirler. Sıcaklık 600C’nin üzerine çıkarıldığı takdirde,

benzoil peroksit bozunarak serbest radikaller oluşturur.

Şekil 3.2’de alçı-rezin ve suda meydana gelen sıcaklık değişimi görülmektedir.

Serbest radikaller yeni monomer molekülleri ile birleşerek bir zincir reaksiyonu

başlatır. Polimerizasyoıı hızı, serbest radikaller oluşum hızına bağlıdır ki bu radikal

oluşum hızı da sıcaklıkla denetlenir.

Şekil 3.2 Alçı ,rezin ve suda meydana gelen sıcaklık değişimi

Küflenme Dönüşümü (Curing Cycle):

Kirlenme dönüşümü, muflada başlangıç polimerizasyonunu kontrol ermek için

kullanılan ısıtma işlemine verilen teknik isimlendirmedir.

Ayrıca polimerizasyon sırasında erişilen sıcaklık rezinin kütlesine ve ekzotermik

ısının çıkma hızına veya başka bir deyişle kirlenme hızına bağlıdır. Dolayısıyla rezini

600C’den itibaren yavaş yavaş ısırmak sureliyle daha yavaş bir ısıtma hızı

oluşturmakla polimerizasyon sırasındaki sıcaklık artışını daha küçük tutmak

mümkün olabilir. Rezin sıcaklığının artışı üzerine, ısıtma hızının etkisi Şekil 3.3. ‘de

gösterilmiştir. Bu şekilde C eğrisinde görülen kürlenne dönüşümü kalın kret

bölgelerinde iç porozite oluşabilir. Çünkü rezinin iç kısmının sıcaklığı 1000C’ı aşar.

Diğer taraftan A eğrisinde gösterilen kürlenme dönüşümü ise protezin ince

bölümlerindeki kürlenmenin tamamlanmamasına sebep olur. Çünkü mufla 1000C’a

erişemez.

Şekil 3.3. Rezin sıcaklığının artışı üzerine ısıtma hızının etkisi

3.3.2. Kimyasal Olarak Polimerize Olan Rezinler (Tamir Akriliği)

Benzoil peroksit ısıtılarak aktive etmek yerine, kimyasal bir aktive edici

kullanılarak polimerizasyon oda sıcaklığında yapılabilir. Isı ile kürlenen rezinlerde

olduğu gibi monomer ve polimer karıştırılmadan önce monomere dimetil-p-toluidin

CH3C6H4N(CH3» gibi tersiyer bir amin çok az bir miktar katılabilir. Karıştırmadan

sonra dimetil-p-toluidin ile benzoil peroksit arasındaki reaksiyon sonunda serbest

radikaller meydana gelir ve polimerizasyon daha önce anlatıldığı şekilde devam eder.

Dental amaçlarla ile olarak 2. Dünya Savaşı sırasında Almanya’da kullanılan bu

renzinleri, ısı ile aktive edilerek polimerleştirilen rezinlerden ayırmak amacı ile

bunlara “kendi kendine polimerize olan” veya “soğuk polimerize olan” veya

“otopolimerizan” rezinler denilmiştir. Bunlar genellikle tamir akriliği olarak

kullanılmasının yanı sıra kaide akriliği olarak da kullanılabilmektedir. Rezinler

arasındaki fark görüldüğü gibi benzoil peroksitin aktivasyon şeklidir. Genel olarak

kimyasal aktive edici ile ısı ile yapılan aktivasyon kadar yüksek bir polimerizasyon

derecesi elde edilemez.

Kendi kendine kürlenen rezinlerin muflama işlemci ısı ile kürlenen rezinlerin ki

ile aynıdır. Polimer ve monomerin karşılaştırılmasında ve muflaya alınma

işlemlerinde aynı teknik ve tedbirler alınır. Kendi kendine kürlenen rezinlerin

çalışma süresi ısıyla kürlenen rezinlerinkinden daha kısadır. Prova yapabilmek için

polimerizasyondan önce uzun bir başlama periyodu istenir. Bu tip rezinin işlenmesi

sırasında rezinin taşması aynen ısıyla kürlenen rezinlerde anlatıldığı gibi, protezin

dikey boyutlarında artmaya sebep olabilir.

Muflanın uygun bir şekilde doldurulması açısından, bu tip rezinin teknik özellikleri

hemen hemen aynıdır.

Isı ile kürlenen rezinlerde oluşan iç gerilimler, kendi kendine oda sıcaklığında

kürlenen rezinlerde daha az oluşmakta, bu nedenle de elde edilen prozin uyum ve

stabilitesi daha iyi olmaktadır.

Mufla kapatıldıktan sonra 20 ila 30 dakika içinde ilk sertleşme meydana gelir,

ancak polimerizasyonun tamamlandığı şüphelidir. Polimerizasyon birkaç saat devam

edebilir. Muflanın 2 veya 3 saat veya tercihen bir gece basınç altında tutulması

suretiyle protez kaidesinin daha stabil olması sağlanabilir. Isı ile polimerize olan

rezinlerle karşılaştırıldığında kendi kendine polimerize olan rezinin polimerizasyonu

tam olarak kabul edilemez. Örneğin; kendi kendine polimerize olan rezinlerdeki

serbest monomer miktarı % 3-5 arasında iken ısı ile kaynatma sureti ile polimerize

olan rezinlerde bu oran % 0.2-% 0.5 arasındadır.

Kendi kendine kirlenen rezinlerde ekzotermik sıcaklık değişimi Şekil 3.4’de

gösterilmiştir.

3.3.3. Işınla Polimerize Olan Rezinler

Görünebilir ışınla sertleşen akrilikler (visible light cure reszin) olarak adlandırılan

bu akrilik rezinlerin kullanılış şekli ve fiziksel özellikleri, ısı ile polimerize olan

protez kaide rezinlerine uymaktadır.

Polimerizasyon mavi ışıkla yapılır. Kaynak olarak yüksek yoğunlukta kuartz,

halojen lambaları veya prizmalite gibi elle tutulan lambalar kullanılır. Işığın yüksek

gücü sonucu, derin bir polimerizasyon sahası oluşmaktadır. 3.3.4.Mikrodalga ile Polimerize Olan Rezinler Genellikle mikrodalga polimerizasyonu çalışmalarında bilinen rezinler

kullanılmasına rağmen, bazı firmaların bu amaç için ürettikleri özel “mikrodalga

enzimler” bulunmaktadır. Bu rehinlerde monomer bir metil ve etil metakrilat

karışımı içermektedir. Bu tip rezinlerde toz likit oranı 100/43 g/cc’dir.

3.3.5. Akrilik Rezinlerin Özellikleri Polimerizasyon büzülmesi; kendi kendine polimerize olan rezinlerde ısı ile

polimerize olanlara nazaran daha azdır. Isı ile polimerize olanlarda bu oran % 0.53

iken kendi kendine polimerize olanlarda % 0.26’dır. Su emilimi; polimetilmetakrilat uzun dönemde yavaş su emer. Su emilimi

(adsorbsiyon) esas olarak rezin moleküllerinin polar özelliklerinden

kaynaklanır.Tipik bir ısıyla polimerize olan akrilik rezin in 370 0Cdeki difüzyon

katsayısı (D)1 .08 . l0-2 mVs Sıcaklık 230C’ye düşünce D yarıya düşer. Kendi

kendine kürlenen bir akrilik rezin için D=2.34 . 10-12 m2/s’dir.

İç gerilmeler; genel olarak doğal boyutlar ne kadar engellenirse, yapıda o kadar

gerilim oluşur. Bu gerilimlerin boşalması durumunda büzülme ve distorsiyonlar

meydana gelir. Polimerizasyon büzülmesi sırasında oluşan gerilme çekme gerilmesi

şeklindedir.

Çatlama; polimetilmetakrilatta çatlama, yalnızca çekme gerilmeleri varken

görülür. Çatlaklar çekme gerilimine dikey olarak oluşur. Çatlama kavramı, polimer

zincirlerin veya zincir gruplarının, çekme kuvveti etkisi altında ayrılması şeklinde

tanımlanır.

Akrilik rezinin dayanıklılığı, bileşimi, hazırlanma yöntemine ve protezin

tutulduğu ortama bağlı olarak büyük farklılıklar gösterebilir. Rezinin polimerizasyon

şekli çok önemlidir. Şekil 3.5’te görüldüğü gibi rezinin polimerizasyon ısısı 7l0Cde

sabit tutulmak şartı ile polimerizasyon süresi azaltılırsa dayanıklılık ve sertliğinde

azalma görülmektedir.

Şekil 3.5. 710C Sabit polimerizasyon ısısında mekanik özelliklerde meydana

gelen değişim

Düşük polimerizasyon derecesi ve artık monomerlerden dolayı, kendi kendine

polimerize olan rezinlerin maksimum dayanıklılıkları, ısı ile polimerize

olanlarınkinden çok daha düşüktür. Bunun yanısıra su ile polimerize olan rezinlerle,

kendi kendine polimerize olan rezinlerin elastik modülleri arasındaki fark o kadar

fazla olmayıp bazen bu değerler birbirleri ile çakışır. Su ile doyurulmuş normal bir

rezinin Elastisite modülü 2500 MPa iken, kendi kendine polimerize olan rezinlerde

bu değer 2200 MPa civarındadır. Ancak bu değerler, kullanılan çapraz bağlama

maddesine göre büyük değişim gösterebilir.

3.3.6. Polimetilmetalakrilat Kemik Çimentosunun Ortopedideki Kullanım

Alanı

Polimetilmetakrilat malzemesi özellikle son 25 yıldır ortopedi alanında kemik

çimentosu olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır, özellikle tramvatik

yaralanmalarda protezlerin kullanılmaya başlanmasına paralel olarak bu alandaki

çalışmalar hızlanmıştır. Bugün, geriye dönülüp bakıldığında epeyce bir mesafe

katedildiği rahatlıkla görülebilmektedir. Burada kullanılan yöntemde, belli oranlara

göre hazırlanmış PMM esaslı çimento karışımı, daha önceden kemik içerisine açılmış

olan femoral kanala ya el ile doldurulur ya da bir şırınga ile enjekte edilir.

Kemik çimentosunun el ile femoral kanala dökülmesi sırasında yassı bir kap

(Şekil 3.6) kullanılır. Daha sonra çimento işaret parmağı yardımıyla, ya da diğer elin

başparmağıyla kanalın içersine doğru, parmağın ulaştığı yere kadar itilir (Şekil 3.7-

A). Eğer bu sırada çimento hala yapışkan ise parmak ucuyla küçük darbeler şeklinde

hareketler yaparak çimentonun sıkı sıkıya oturması temin edilir. Bu işlem yapılırken

çimentonun kan ile karışmamasına dikkat edilmelidir. Aksi takdirde kan ile karışan

çimento güçsüzleşir. Boşluk doldurulduktan sonra çimento baş parmakla bastırılır

(Şekil 3.7-B).

Şekil 3.6 Kemik çimentosu el ile femoral Şekil 3.7 (a b) Kemik çimentosunun kanala dökülmesi parmak yardımı ile kanala itilmesi

Kemik çimentosunun şırınga yardımıyla enjekte edilmesi durumunda 50 ml’lik

bir plastik şırınga yeterlidir. Çimento karışımı, sıvı haldeyken şırıngaya dökülür ve

kolloid hale gelmeden enjekte edilir. Bu teknik, elle dökmeye nazaran daha homojen

bir yapı teşkil eder. Aynı zamanda kemik içerisindeki çatlaklara daha kolay ulaşma

imkanı sağlar.

Bu yöntemde öncelikle femur kanalın dip kısmı doldurulur. Daha sonra yakın

kesimleri doldurmak için şırınga yavaşça geriye doğru çekilir. Bu sırada 1.5 cm

çapında bir plastik tüp kanalın içerisine sokulabilir (Şekil 3.8). Çimento enjekte

edildiğinde açığa çıkabilecek kan ve ortamda mevcut olan hava bu tüp vasıtası ile

emilir. Şekil 3.8 Şırınga ile enjekte yönteminde yardımcı plastik tüp kullanılması

Uzun gövdeli bir protez kullanıldığında şırınga ile enjekte yöntemi tercih edilir

(Şekil 3.9). Çünkü eğer şırınga kullanılmazsa, gövdenin en uç kısmını desteklemek

için çimentoyu kanalın içerisinde yeteri derecede uzaklığa doldurmak güç olacaktır.

Bu yöntemde ilk önce, protezin en uç noktasından itibaren 1-2 cm mesafede olacak

şekilde bir miktar çimento kanalın dibine enjekte edilir (Şekil 3.10) bu çimento bir

tıkaç vazifesi görür. Kanal, bu tıkaç donana dek doldurulmaz. Tıkacın donup

donmadığını kontrol etmek için protez çok hızlı bir şekilde kanala yerleştirilir ve

ucuna çimento yapışıp yapışmadığının görünmesi için tekrar geri çekilir.

Tıkacın donduğundan tam olarak emin olunduktan sonra protez yerleştirilip,

çimentonun geri kalan kısmı kanala enjekte edilir. Bu yöntemde femur başından

alınan bir parça kemik ya da plastik esaslı bir takım gereçler de tıkaç olarak

kullanılabilir. Böylelikle protezin stabil bir şekilde yerleştirilmesi temin edilmiş olur. Şekil 3.9 Protezin kanala yerleştirilmesi Şekil 3.10 Şırınga ile enjekte

BÖLÜM 4

KULLANILAN PAKET PROGRAM HAKKINDA

GENEL BİLGİLER

ANSYS programı sonlu elemanlar metoduyla çözüm yapıp bu çözümlerin

sonuçlarının detaylı olarak incelenmesine olanak sağlar. İki tip analiz yapılabilir. İlki

geometrik verilen sabit tutarak sistemin statik, dinamik, ısıl vb. gibi davranışlarını

incelemek ikincisi ise geometrik koşulları zorlanmalara göre değiştirerek optimize

etmektir.

ANSYS programı fonksiyonları bakımından üç gruba ayrılır.

1. Preprocessor

2. Solve

3. Postprocessors

1. Preprocessor: İlk işlemci olarak tanımlayabileceğimiz bu bölümde çözüm için

gerekli olan datalar tanımlanır. Koordinat sistemi, element cinsi, malzeme özellikleri,

sabit değerlerin tanımlandığı ve sonlu eleman modelinin çizildiği bölümdür.

2. Solve: Çözüm kısmıdır. Model oluşturulup özellikleri tanımlandıktan sonra

analizin yapıldığı kısımdır. Yapılabilen başlıca analiz tipleri statik, dinamik, termal,

magnetik, akışkan analizleridir. Bu kısımda yapılan tüm hesaplamalarda klasik

mühendislik kavramları, ispatlanmış nümerik teknikler dikkate alınmıştır.

3. Postprocessor: Son işlemci kısmı ise hesaplamaların sonuçlarının incelendiği

kısımdır. Çözümde elde edilen değerlerle grafiksel ya da yapı üzerinde kontur çizim

ile değerlendirme yapılabilir.

Şekil 5.1 Ekran görüntüsü 1. ANSYS/ED Test Drive UtilityMenu

2. ANSYS Main Menu

3. ANSYS Graphics

4. ANSYS Input

5. ANSYS Output

1. ANSYS/ED Test Drive Utility Menu: Bu menü aşağıdaki biçimde alt menülere ayrılmaktadır: a) File: Bu kısımdan yeni bir çalışmaya başlama, bulunan dosyalar] çağırmaya ya da

yapılan çalışmayı kaydetme gibi dosya işlemleri yapılmaktadır.

b) Select: Yapılan bir model üzerinde zaman zaman belirli kısımları seçme ve o

kısımlar üzerinde işlem yapılması gerekebilir. Bu işlemler için kullanılan menü,

örneğin bir alan üzerindeki tüm düğümleri seçme gibi işlemlerde büyük kolaylık

sağlar.

c) List: Bu menü aracılığıyla yapılan model üzerindeki nokta, çizgi, alan, eleman,

düğüm, kuvvet, basınç, mafsal, malzeme, özellikleri ve ana serbestlik

derecelerinin listesi alınabilir.

d) Plot: Modelin nokta, çizgi, alan ve elemanlarını tek başına olduğu gibi birkaçı ya

da hepsini de bir arada görüntülemek olanaklıdır.

e) Plot Controls: Bu menüden modelin grafik ekranındaki görünüm açısı

değiştirilebilir, perspektif görüntü veya istenilen şekillerde animasyon

görüntüleri alınabilir. Modelin tüm bölümlerine numaralandırma yapılabilir,

ekran görüntüsü ve animasyonlar kaydedilebilir.

f) Work Plane: Başlangıçtaki kartezyen koordinat sistemi bu menü sayesinde

kutupsal veya başka bir koordinat sistemine çevrilebilir. Koordinat sistemlerine

ötelemek veya döndürmek de olanaklıdır.

g) Parameters: Bu menü sayesinde modelin istenilen kısımları ile ilgili parametreler

elde edilmektedir.

k) Macro: Ansys programı kendine özgü yazılım dili sayesinde programa ek

yetenekler katılması olanağı bu menü ile sağlanmaktadır.

i) Menü Controls: Ekrandaki menülerin açılması ve kapanması işlemlerinin

yapılmasına olanak tanır.

j) Help: Programın bölümleri, komutlar ve genel teoriler hakkında bilgi almaya

yarayan menüdür.

2. ANYSY Main Menü:

Bu menü programın kullanıldığı temel menüdür. Bu menü sayesinde model

oluşturulabilir, analiz yapılabilir, sonuçlar incelenerek gerekli diyagramlar alınabilir.

3. ANSYS Graphics:

Bu ekran tasarlanan modelin görüntülendiği kısımdır.

4. ANSYS lnput:

Bu pencerede klavyeden girilen komutlar alt kısımda, eski komutlar ise üst

kısımdaki listede yer alır.

5. ANSYS Output:

Klavye ya da mouse ile girilen tüm karşısında programın verdiği tepkiler ve

yaptığı işlemler bu pencerede yer alır.

BÖLÜM 5

MATERYALLER VE GERİLME ANALİZİ

METODU Bu bölümde sırt şekilleri farklı üç modelimizin değişik açılarda yerleştirilmesiyle

ortaya çıkan maksimum ve minimum gerilmelerin nasıl değiştiğini inceledik.

ŞEKİL 5.1 Değişik sırt şekillerine göre protez modelleri

Ansys’te yaptığımız FEM modeller kemik, çimento ve protezden oluşmaktadır.

Elimizde 3 değişik şekilde protez modeli bulunmaktadır. Protezlerimizin farklı 8

açıda yerleştirilmesiyle ortaya çıkan maksimum ve minimum gerilmelere ulaşacağız.

( a ) ( b ) ( c )

Şekil 5.2 ( a ) Kemik Hacmi , ( b ) Çimento Hacmi , ( c ) Modelin soldan görünüşü

Şekil 5.3 Mesh Edilmiş Modele Ait Hacimler

Şekil 5.4 Sonlu eleman modelimizde kullanılan eleman tipimiz

Modelleme Ansys programında.3 boyutlu yapılacak ve Şekil 5.4’te belirtilen 10

düğümlü eleman tipi (Solid 72) seçilmiştir. Bu eleman her köşesinde ve köşelerinin

ortasında birer adet düğüm bulunduğundan üç boyutlu bir elemandır.

Çalışmamızda kullanacağımız materyaller Tablo 5.1 ‘de verilmektedir.

Tablo 5. 1 Çalışmamızda kulIandığımız materyaller ve onlara ait özellikler

5.1. Toplam Gerilmeler

Bu bölümde toplam gerilmeler hastamızın yürümesi sırasında vücut

ağırlığından kaynaklanan gerilmeler ve kemiz çimentosunun soğumasından

oluşan gerilmelerin toplamından elde edilir.Düz yolda yürümek, merdivenlerden

çıkmak ve diğer hareketler gibi faktörler, hareket hızı, vücut ağırlığı ve

kuvvetlerin proteze etkidikleri doğrultu toplam gerilme değerini belirler. Tablo

5.2’de vücut ağırlığı 70 kg olan düz bir yolda 5 km/h ve 8 km/h hızla giden bir

kişide femura etkiyen kuvvetler verilmiş ve çalışmamızda 8 km/h ile ilgili

değerler ve doğrultuları kullanılmıştır.

Tablo 5.2 Femura etkiyen kuvvetler (Akan&Aslan, 1996)

MODEL 1 S1 MODEL 1 S3 Max:15.145 Min: -10.873 Min:-26.619 Max: 5.4255 MODEL 2 S1 MODEL 2 S3 Max: 14.537 Min: -8.618 Min: -31.294 Max:5.064 MODEL 3 S1 MODEL 3 S3 Max:17.682 Min: -6.9617 Min: -19.570 Max: 6.0188

SONUÇ Ansys programında ,üç farklı sırt şekline sahip protezler ,kemik içinde değişik 8

açıya sahip olacak şekilde modellenmiştir.Daha sonra uygun değerlerde sonlu

elemanlara ayrılmıştır. Yavaş koşma esnasında 70 kg’lik bir insanın femur kemiğine

etkiyen kuvvetler, esas alınarak modellere uygulanmıştır.

Çözümlemeler sonunda çimentoda meydana gelen gerilmeler ‘ maksimum asal

gerilmeler kriteri ‘ ne uygun olarak grafiğe dökülmüştür.Bunun nedeni çimentonun

çeki gerilmesine daha az dayanıklı olmasıdır. Dolayısıyla burada oluşan gerilmeler

önem kazanmıştır.

Genel olarak çimento hacminde oluşan maksimum ve minimum gerilmeler boyun

bölgesinde oluşmaktadır.Ayrıca bu gerilmeler protezin kanala yerleştirilme açısına

bağlı olarak değişim göstermektedir.

Grafiklerden elde edilen sonuçlara göre ;

00 açıya sahip protezlerden 1 ve 2 no’lu protezler 3 no’lu proteze göre daha

uygundur.

50 ve 300 açılarda birbirlerine çok yakın gerilme değerleri elde

edilmiştir.Dolayısıyla sırt şekline bağlı kalınmaksızın protez seçimi yapılabilir.

100 ‘ de ise model 3’ün diğerlerine göre çimento emniyeti açsından daha uygun

olduğu görülmüştür.

12,50 açıda model 2 ‘nin daha az gerilmeye maruz kaldığı görülmektedir.Bu modelin

seçilmesi uygun olur.

150 açıda model 2 yine diğerlerine göre daha az gerilmeye neden olur.Bu açıda da

model 2 tercih edilmelidir.

200 açıda ise model 2 ve model 3 yaklaşık gerilme değerlerine sahiptir.Bu

protezlerden herhangi birinin seçilmesi uygundur.

250 açıda model 1 ve model 2 yaklaşık gerilme değerlerine sahiptir.Her iki model de

bizim için uygundur.

GRAFİKLER

S1 Grafiği

S3 Grafiği

0

10

20

30

1s12s13s1

1s1 21,8 17,8 15,1 15,1 15,8 10,6 7,49 7,142s1 21,2 18,3 16,4 12,4 12,4 9,01 7,69 7,343s1 23,3 18,3 12,7 17,6 14,0 9,33 8,50 7,52

0,0 5,0 10,0 12,5 15,0 20,0 25,0 30,0

-40

-30

-20

-10

0

1s32s33s3

1s3 -30,5 -25,5 -36 -26,6 -23,8 -23,8 -23,4 -242s3 -33,2 -27,8 -29,7 -27,7 -27,7 -27,1 -27 -27,33s3 -29,8 -25,5 -18,7 -19,6 -19,6 -19,6 -20 -26,8

0 5 10 12,5 15 20 25 30

KAYNAKLAR

1. Mukavemet II. Prof Dr. Onur Sayman, Öğr Gör. Dr Ramazan Karakuzu, Ars

Gör. Fethi Şen, Mit Ak. Basım Ünitesi İzmir. 1994.

2. Kırılma Mekaniği Prof Dr. Tevfik Aksoy D.E.Ü. Müh. Fak. Yayın No: 48,

1984/İzmir

3. Prof. Dr. 5. Kemal Erol “Ortopedi-Travmatoloji Kliniğine Giriş”. İzmir 90.

4. Akan, M. K Aslan, N. (1996), Nümerical and experimental stress analysis of a

polymeric composite hip joint prasthesis. Journal of Bionıedical Materials

Research, 31, 167-182.