ORTA DOU TEKNK NVERSTES Makina Mhendislii Blm BYOMEKANK

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü BİYOMEKANİK ve ANATOMİDE UYGULAMALARI Turgut Tümer Ergin Tönük ODTÜ, Makina Mühendisliği Bölümü Anatomi Doktora Programlarına İlginin Artışı ve Nedenleri Ankara Üniversitesi 15 Mayıs, 2004 Ankara

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü Sunum Planı n Mekanik ve Biyomekanik n ODTÜ Uygulamaları Makina Mühendisliği Bölümü’nde Biyomekanik Araştırmaları

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü Mekanik: Cisimlerin kuvvet altındaki davranışlarını (hareket ve deformasyonlarını) inceleyen fizik bilim alanının bir dalı. Biyomekanik: Mekaniğin, özellikle insan vücudundaki biyolojik malzemelere ve sistemlere uygulanması. n Mühendislik mekaniğini biyoloji, tıp ve fizyoloji alanlarıyla buluşturan bilim dalı.

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü Mekanik Akışkanlar Mekaniği Katı Cisimler Mekaniği Şekil Değiştiren Cisimlerin Mekaniği Sıvı ve Gaz Statiği Rijit Cisimlerin Mekaniği Statik Dinamik Kinematik Kinetik Sıvı ve Gaz Dinamiği

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü Femur kırığı tedavisinde traksiyon

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü Yük kaldırmada L 5/S 1 eklem kuvveti

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü 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 !

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü Biyomekaniğin kullanıldığı alanlar n (1/2) Tanı: Biyomekanik hastalık, n yıpranma / yaşlanma n kaza ve zorlamalar n sonucunda, özellikle insan makinesinde oluşan işlevsel bozuklukları tanımlamak amacıyla, fizyolojik işlevleri izlemek ve bunlarla ilgili veri toplamak için kullanılmaktadır.

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü Biyomekaniğin kullanıldığı alanlar n Tedavi: (2/2) Biyomekanik, canlı sistemlerin tedavi ve rehabilitasyonu amacıyla kullanılmaktadır. n n 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.

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

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

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü Günümüzde biyomekanik uygulamaları (2/2): n Protez, ortez ve implantlar n Neuro-muscular kontrol (postür analizi gibi) n Tanı ve tedavi için yöntem ve cihazlar n Kırık (kemik), ruptür (tendon, bağ) n Hücre çoğalması n Doku mühendisliği n Dolaşım sisteminde kan akışı n Akciğerde hava akımı

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü ODTÜ Makina Mühendisliği Bölümünde Biyomekanik Araştırmalar - 1 n Yük kaldırma, zıplama, tekerlekli sandalye ile hızlanma aktivitelerinin modellenmesi n Spor biyomekaniği (okçuluk, futbolda kafa vuruşu, voleybolda zıplama) n Eklem modellemesi (diz, omuz) n Yürüyüş analizi

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü Diz Ekleminin Dinamik Modeli

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü Omuz İçin Kinematik Model (Geometrik hareket sınırları – Joint sinus cone ) Dempster (1965): Kadavra Çalışması

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

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü ODTÜ Yürüyüş Analizi Sistemi - KISS n Hareket ölçümü İşaret noktaları n 6 IR video kamera n n Kuvvet ölçümü n n 2 Kuvvet platformu Yardımcı ekipman n Kalibrasyon, linearizasyon Modele dayalı hesaplamalar n EMG n

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü Yürüyüş Deneyi

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü KISS Protokolü: İşaret (referans) noktaları

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü Biyomekanik modelleme

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü Örnek: Topuk kırığı Kırık Normal Eklem momenti Eklem gücü (49 yaşında erkek, Sağ topuk kırığı, Konservatif tedavi

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü ODTÜ Makina Mühendisliği Bölümünde Biyomekanik Araştırmalar - 2 n Yumuşak n Dental n Tıbbi n doku mekanik özellikleri implantlar görüntülemeden yüzey modelleme Fibula hareketinin araştırılması

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü Canlı Yumuşak Dokuların Malzeme Özelliklerinin Araştırılması (Gülhane Askeri Tıp Akademisi Ortopedi ve Travmatoloji Anabilim Dalı ve Protez-Ortez Laboratuarı ile) n n Diz altı amputasyon cerrahisi geçirmiş gönüllü bireylerin amputasyon güdüğüprotez 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.

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü Dental İmplantlar n Değişik tipte implantların kemikle etkileşiminin bilgisayar ortamında modellenmesi

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü Tıbbi Görüntüleme Tekniklerinden Üç Boyutlu Model Oluşturma n Bilgisayarlı tomografi, manyetik rezonans gibi tıbbi görüntüleme yöntemlerinden üç boyutlu katı model oluşturulması

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü Alt Ekstremite Deformitelerinin Belirlenmesi ve Fibulanın Dinamik Fonksiyonlarının Araştırılması (Dr. Muhittin Ülker Acil Yardım ve Travmatoloji Hastanesi, Ankara Üniversitesi Anatomi Anabilim Dalı) n 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 Bölümü Alt Ekstremite Deformitelerinin Belirlenmesi ve Fibulanın Dinamik Fonksiyonlarının Araştırılması (Dr. Muhittin Ülker Acil Yardım ve Travmatoloji Hastanesi, Ankara Üniversitesi Anatomi Anabilim Dalı) n Bu çalışmalar sırasında daha önce dokümante edilmemiş meniskofibular ligaman “keşfedildi”.

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü dinlediğiniz için teşekkürler