Biyomekanik ve Anatomide Uygulamaları

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü

BİYOMEKANİKve

ANATOMİDE UYGULAMALARITurgut TümerErgin Tönük

ODTÜ, Makina Mühendisliği Bölümü

Anatomi Doktora Programlarınaİlginin Artışı ve Nedenleri

Ankara Üniversitesi15 Mayıs, 2004

Ankara


Sunum Planı

Mekanik ve Biyomekanik

Biyomekanik Uygulamaları ODTÜ Makina Mühendisliği Bölümü’nde

Biyomekanik Araştırmaları


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.


Mekanik

Katı Cisimler Mekaniği Akışkanlar Mekaniği

Rijit Cisimlerin Mekaniği

Sıvı ve Gaz

Statiği

Sıvı ve Gaz

DinamiğiŞekil Değiştiren

Cisimlerin Mekaniği

Statik Dinamik

Kinematik Kinetik


Femur kırığı tedavisinde traksiyon


Yük kaldırmada L5/S1 eklem kuvveti


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 !


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.


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.


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.....


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


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


ODTÜ Makina Mühendisliği Bölümünde

Biyomekanik 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


Diz Ekleminin Dinamik Modeli

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği BölümüOmuz İçin Kinematik Model

(Geometrik hareket sınırları – Joint sinus cone )

Dempster (1965): Kadavra Çalışması


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


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


Yürüyüş Deneyi


KISS Protokolü:

İşaret (referans) noktaları


Biyomekanik modelleme


Örnek: Topuk kırığı

(49 yaşında erkek, Sağ topuk kırığı, Konservatif tedavi

Kırık Normal

Eklem momenti

Eklem gücü


ODTÜ Makina Mühendisliği Bölümünde

Biyomekanik Araştırmalar - 2

Yumuşak doku mekanik özellikleri Dental implantlar Tıbbi görüntülemeden yüzey modelleme Fibula hareketinin araştırılması


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.


Dental İmplantlar

Değişik tipte implantların kemikle etkileşiminin bilgisayar ortamında modellenmesi

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği BölümüTıbbi Görüntüleme Tekniklerinden Üç Boyutlu Model

Oluşturma

Bilgisayarlı tomografi, manyetik rezonans gibi tıbbi görüntüleme yöntemlerinden üç boyutlu katı model oluşturulması

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği BölümüAlt 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

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği BölümüAlt 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”.


dinlediğiniz içinteşekkürler

Documents

Biyomekanik ve Anatomide Uygulamaları