BİYOMEKANİK ve ANATOMİDE UYGULAMALARI

1. BİYOMEKANİKveANATOMİDE UYGULAMALARI Turgut Tümer Ergin Tönük ODTÜ, Makina Mühendisliği Bölümü Anatomi Doktora Programlarına İlginin Artışı ve Nedenleri Ankara Üniversitesi 15 Mayıs, 2004 Ankara

2. Sunum Planı Mekanik ve Biyomekanik Biyomekanik Uygulamaları ODTÜ Makina Mühendisliği Bölümü’nde Biyomekanik Araştırmaları

3. Mekanik: Cisimlerin kuvvet altındaki davranışlarını (hareket ve deformasyonlarını) inceleyen fizik bilim alanının bir dalı. Biyomekanik: Mekaniğin, özellikle insan vücudundaki biyolojik malzemelere ve sistemlere uygulanması. Mühendislik mekaniğini biyoloji, tıp ve fizyoloji alanlarıyla buluşturan bilim dalı.

4. Sıvı ve Gaz Statiği Sıvı ve Gaz Dinamiği Şekil Değiştiren Cisimlerin Mekaniği Rijit Cisimlerin Mekaniği Statik Dinamik Kinetik Kinematik Mekanik Akışkanlar Mekaniği Katı Cisimler Mekaniği

5. Femur kırığı tedavisinde traksiyon

6. Yük kaldırmada L5/S1 eklem kuvveti

7. Tibia’daki gerilmeler • a-a kesitinde iletilen yük: Vücut ağırlığının 4,5 katı • a-a kesitindeki gerilme: Akma sınırı/2 ; Kırılma sınırı/3 • Van Buskirk (1991): Tibia boyunca düzgün gerilme dağılımı !

8. Biyomekaniğin kullanıldığı alanlar (1/2) • Tanı: Biyomekanik • hastalık, • yıpranma / yaşlanma • kaza ve zorlamalar sonucunda, özellikle insan makinesinde oluşan işlevsel bozuklukları tanımlamak amacıyla, fizyolojik işlevleri izlemek ve bunlarla ilgili veri toplamak için kullanılmaktadır.

9. Biyomekaniğin kullanıldığı alanlar (2/2) • Tedavi: Biyomekanik, canlı sistemlerin tedavi ve rehabilitasyonu amacıyla kullanılmaktadır. • Yapay organlar ve destek cihazları:Biyomekanik, protez vb. yapay organların, ortez vb. destek cihazlarının tasarımı, imalatı ve ayarlanması için kullanılmaktadır. • Temel Tıp ve Klinik Araştırma: Biyomekanik, hastalıklar hakkında yeni bilgi elde edilmesinde ve anatomik yapıların incelenmesi ve işlevlerinin tanımlanmasında bir araç olarak kullanılmaktadır.

10. Biyomekaniğin kısa tarihçesi • Aristo (M.Ö. 384-322) Hayvan lokomosyonu • Leonardo Da Vinci (1452-1519) Yürüme, zıplama, ayakta durma, oturma vb. aktivitelerin biyomekaniği. • Galileo (1564-1643) Fizyolojik işlevlerin matematiksel analizi. • William Harvey (1578-1657) Biyolojik akışkanların (sıvıların) mekaniği. • Alfonso Borelli (1608-1679) Biyolojik katı cisimlerin mekaniği, kas gerilmesi. • Weber & Weber (1830) Kadavralarda insan yürüyüşünün zamanlaması. • Marey (1873) In-vivo yürüyüş analizi.....

11. Günümüzde biyomekanik uygulamaları(1/2): Lokomosyon (yürüme, koşma, ...) Organlarda kuvvet-hareket ilişkisi Yük kaldırma, tırmanma, fırlatma gibi aktivitelerin modelleme ve simülasyonu İnsan eklemlerinin modellenmesi (ayak bileği, diz, dirsek, kalça, omurga, omuz, ...) Spor biyomekaniği ve fiziksel performans Kas mekaniği

12. Günümüzde biyomekanik uygulamaları(2/2): Protez, ortez ve implantlar Neuro-muscular kontrol (postür analizi gibi) Tanı ve tedavi için yöntem ve cihazlar Kırık (kemik), ruptür (tendon, bağ) Hücre çoğalması Doku mühendisliği Dolaşım sisteminde kan akışı Akciğerde hava akımı

13. ODTÜ Makina Mühendisliği BölümündeBiyomekanik Araştırmalar - 1 • Yük kaldırma, zıplama, tekerlekli sandalye ile hızlanma aktivitelerinin modellenmesi • Spor biyomekaniği (okçuluk, futbolda kafa vuruşu, voleybolda zıplama) • Eklem modellemesi (diz, omuz) • Yürüyüş analizi

14. Diz Ekleminin Dinamik Modeli

15. Omuz İçin Kinematik Model(Geometrik hareket sınırları – Joint sinus cone ) Dempster (1965): Kadavra Çalışması

16. Yürüyüş Analizi – Biyomekanik parametreler Zaman-uzaklık parametreleri: Kadans, hız, adım uzunluğu, iki-adım uzunluğu, yürüyüş çevriminin zamanlaması,... Yer tepki kuvvetleri Eklem açıları (ayak bileği, diz, kalça) Eklem momentleri Eklem güçleri Pelvis hareketi Enerji harcanımı (mekanik / metabolik) EMG kayıtları

17. ODTÜ Yürüyüş Analizi Sistemi - KISS Hareket ölçümü İşaret noktaları 6 IR video kamera Kuvvet ölçümü 2 Kuvvet platformu Yardımcı ekipman Kalibrasyon, linearizasyon Modele dayalı hesaplamalar EMG

18. Yürüyüş Deneyi

19. KISS Protokolü:İşaret (referans) noktaları

20. Biyomekanik modelleme

21. Örnek: Topuk kırığı Kırık Normal (49 yaşında erkek, Sağ topuk kırığı,Konservatif tedavi Eklem momenti Eklem gücü

22. ODTÜ Makina Mühendisliği BölümündeBiyomekanik Araştırmalar - 2 • Yumuşak doku mekanik özellikleri • Dental implantlar • Tıbbi görüntülemeden yüzey modelleme • Fibula hareketinin araştırılması

23. Canlı Yumuşak Dokuların Malzeme Özelliklerinin Araştırılması (Gülhane Askeri Tıp Akademisi Ortopedi ve Travmatoloji Anabilim Dalı ve Protez-Ortez Laboratuarı ile) • Diz altı amputasyon cerrahisi geçirmiş gönüllü bireylerin amputasyon güdüğü- protez soketi mekanik etkileşimini daha iyi anlayabilmek için kas-iskelet sistemi ile protez soketi arasındaki tek arayüzü oluşturan yumuşak dokuların karmaşık mekanik malzeme özellikleri hakkında daha ayrıntılı bilgi edinmek için yumuşak doku deneyleri yapacak bir cihaz tasarlanmış ve üretilmiştir. • Aynı cihaz ile in vivo veya in vitro yumuşak doku deneyleri yapılabilir.

24. Dental İmplantlar • Değişik tipte implantların kemikle etkileşiminin bilgisayar ortamında modellenmesi

25. Tıbbi Görüntüleme Tekniklerinden Üç Boyutlu Model Oluşturma • Bilgisayarlı tomografi, manyetik rezonans gibi tıbbi görüntüleme yöntemlerinden üç boyutlu katı model oluşturulması

26. Alt Ekstremite Deformitelerinin Belirlenmesi ve Fibulanın Dinamik Fonksiyonlarının Araştırılması(Dr. Muhittin Ülker Acil Yardım ve Travmatoloji Hastanesi, Ankara Üniversitesi Anatomi Anabilim Dalı) • Taze kadavralarda ayak bileği hareketi ile fibulanın tibiaya göre bağıl hareketinin araştırılması için bir aparat tasarımı, üretimi ve kullanımı

27. Alt Ekstremite Deformitelerinin Belirlenmesi ve Fibulanın Dinamik Fonksiyonlarının Araştırılması(Dr. Muhittin Ülker Acil Yardım ve Travmatoloji Hastanesi, Ankara Üniversitesi Anatomi Anabilim Dalı) • Bu çalışmalar sırasında daha önce dokümante edilmemiş meniskofibular ligaman “keşfedildi”.

28. dinlediğiniz için teşekkürler