ORTOPEDK MPLANT VE PROTEZ TASARIMI N BYOMALZEMELERN MEKANK ZELLKLERNN ARATIRILMASI Ebru IIK GKEK Zonguldak Karaelmas niversitesi Fen Bilimleri Enstits Makine Mhendislii Anabilim Dalnda Yksek Lisans Tez almas Olarak Hazrlanmtr ZONGULDAK Eyll2006 ii iii ZET Yksek Lisans Tezi ORTOPEDK MPLANT VE PROTEZ TASARIMI N BYOMALZEMELERN MEKANK ZELLKLERNN ARATIRILMASI Ebru IIK GKEK Zonguldak Karaelmas niversitesi Fen Bilimleri Enstits Makine Mhendislii Anabilim Dal Tez Danman: Prof. Dr. Durmu GNAY Eyll 2006, 151 sayfa Bualmadaortopedikimplantveproteztasarmndagnmzdekullanlanmalzemeler deerlendirilerekbumalzemelerinavantajvedezavantajlarortayakonmutur.Metal, seramik,polimervekompozitmalzemelergenel olarak elealnm,bunlarnortopedideki kullanmalanlargsterilmitir.Bualmadabahsedilenimplantlarsertdoku implantlardr.Bualandayaygnolarakkullanlanmetallervediermalzemegrubu olanseramikler,polimerlervekompozitler,biyouyumlulukvemekanikzellikler bakmndan deerlendirilmitir. 1950lerde ortpedik implant reticileri birka yl gibi ksa sredealamsistemleriierisindenuygunolanbiyomalzemeleribulupdeerlendirdiler. Sonraki 50 ylda daha iyi ya da yakn zelliklere sahip alamlarbulunamamtr. zellikle seramiklerzerindeumutvadedenalmalaryaplmaktadr.Metalikbiyomalzemeler dahili krk tespitindeve spinal sistem tespitinde kullanlrken seramikler, kompozitler ve polimerler eklem protezlerinde kulanm alan bulmulardr. iv ZET (devam ediyor) Eklem protezleri uzun dnem protezleri olarak adlandrlr. Ksa dnem implatasyonlarnn kullanmsreleribirkaaygemez.Busebeplekendilerindenbeklenenmekanik performans,biyouyumlulukvekorozyondayanmgibizelliklerisalamakkonusunda baarsalanmken,uzundnemimplantasyonlarndakulanmmrnartrabilmekiin almalarsrmektedir.Butezdeamabiyomalzemelerinmekanikzelliklerikonusunda bir bilgi taban oluturmak iin referans kaynak salamaktr. Anahtar Szckler: Ortopedik implant, Biyomalzeme, Mekanik zellikler Bilim Kodu: 625.03.02 v ABSTRACT Master Thesis THE INVESTIGATION OF MECHANICAL PROPERTIES OF BIOMATERALS FOR ORTOPEDICAL IMPLANT AND PROSTHESIS DESIGN Ebru IIK GKEK Zonguldak Karaelmas University Graduate School of Natural ScienceMechanical Engineering Advisor: Prof. Dr. Durmu GNAY September 2006, 151 pages Inthiswork,comtemporarybiomaterials,usedintheortopedicalimplantsandprosthesis designwereevaluatedandadvantagesanddisadvantagesofthemwerepresented.Metal, ceramic, polymer and composite materials were generally discussed, and their applications inorthopedywereshown.Implantsthatwerementionedinthisworkarehardtissue implants.Metals,usedboardlyinthisarea,andotherthreematerialgroups;ceramics, polymersandcompositeswereevaluatedbytheirbiocompatiblityandmechanical properties.In1950sortopedicalimplantproducersfoundandusedsuitablebiomaterials betweenalloysystemsinveryshorttime.Thealloyswithsimiliarorbetterproperties could not be found in the next 50 years. Promise researches have been continued especially on ceramics. vi ABSTRACT(continued) Whilemetallicbiomaterialsareusedininternalbrokedeterminationandspinalsystem determination, ceramics, composites and polymers are found a place in the joint prosthesis. Jointprosthesisarenamedlongtermimplants. Thereisnolongusageintheshort term implants.Thesuccsessisprovidedinthemechanicalperformance,biosuitablesand corrosion resistance. Because of this the studies are going on to increase usage life in the longtermimplants.Theaimofthisstudyisthatprovidingareferencesourceaboutthe mechanial properties of the bio materials. Key Words: Orthepedical implant, Biomaterial, Mechanical properties. Science code: 625.03.02 vii TEEKKR Bu almamda yardmlarn esirgemeyen sayn hocam Prof. Dr. Durmu GNAYa ve tez sresince desteklerini esirgemeyen Yrd. Do. Dr. Halil ZERe teekkr ederim. viii

NDEKLER Sayfa KABUL...................................................................................................................... ii ZET .........................................................................................................................iii ABSTRACT...............................................................................................................iv TESEKKR...............................................................................................................vi NDEKLER........................................................................................................... vii SEKLLER DZN .................................................................................................... xii ZELGELER DZN ...............................................................................................xvi SMGELER VE KISALTMALAR DZN.................................................................xviii BLM 1 GR ..............................................................................................................1 BLM 2 MALZEMELER VE MEKANK ZELLKLER ...........................................5 2.1. ELASTSTE MODL........................................................................................10 2.2. AKMA MUKAVEMET........................................................................................13 2.2.1. evresel Etkiler. ..............................................................................................14 2.3. KIRILMA MUKAVEMET ...................................................................................16 2.3.1. evresel Etkiler. ..............................................................................................19 2.4. YORULMA...........................................................................................................20 2.5. TOKLUK...............................................................................................................23 2.6. VSKOELASTSTE .............................................................................................24 2.7. TERMAL ZELLKLER ......................................................................................26 2.8. YZEY ZELLKLER VE ADEZYON...............................................................27 BLM 3 TIBB ARALARDA KULLANILAN MALZEMELERN SINIFLANDIRILMASI.................................................................................30 3.1. METAL VE METAL ALAIMLARI .....................................................................30 3.2. SERAMKLER VE CAMLAR...............................................................................35 3.3. POLMERLER ......................................................................................................38 ix NDEKLER (devam ediyor) Sayfa 3.4. KOMPOZTLER ...................................................................................................42 BLM 4 KEMK VE KIRIKLARI ...............................................................................44 4.1. KEMN MEKANK ZELLKLER .................................................................44 4.2. KIRIK NEDR .......................................................................................................49 4.3. KIRIK TPLER.....................................................................................................50 4.4. KIRIK MEKANZMASI........................................................................................52 4.4.1. Yorgunluk krklar ..........................................................................................55 BLM 5 BYOMALZEMELER...................................................................................56 5.1. METALK BYOMALZEMELER.........................................................................56 5.1.1. Demir eren Metaller......................................................................................58 5.1.1.1. Dkme Demir ..........................................................................................58 5.1.1.2 Karbon elii ...........................................................................................59 5.1.1.3. elik Alamlar .......................................................................................59 5.1.1.4. Paslanmaz elik.......................................................................................60 5.1.1.5. Kobalt Tabanl Alamlar .........................................................................63 5.1.1.6. Titanyum eren Alamlar.......................................................................66 5.1.1.7. Dental Amalgam......................................................................................69 5.1.1.8. Altn ........................................................................................................69 5.1.1.9. Tantal.......................................................................................................70 5.1.1.10. Platin......................................................................................................70 5.1.2. Demir ermeyen Metaller ...............................................................................70 5.1.2.1. Alminyum..............................................................................................72 5.1.2.2. Bakr........................................................................................................72 5.2. BYOSERAMKLER.............................................................................................73 5.2.1. Oksit Seramikleri .............................................................................................73 5.2.2. Almina...........................................................................................................74 5.2.3. Zirkonya ..........................................................................................................74 x NDEKLER (devam ediyor) Sayfa 5.2.4. Kalsiyum-Fosfat Seramikleri ...........................................................................74 5.2.5. Cam ve Cam-Seramikler ..................................................................................75 5.3. POLMERK BYOMALZEMELER.....................................................................76 5.3.1. Doal Polimerler..............................................................................................77 5.3.1.1. Kollajen ve Jelatin....................................................................................77 5.4. KOMPOZTLER ...................................................................................................80 BLM 6 SERT DOKU PROTEZLER .........................................................................82 6.1. UZUN KEMKLERN TAMR.............................................................................82 6.1.1. Elektrik ve Elektromanyetik Uyar le Krk yilemesi ....................................83 6.1.2. Krk Tespit Aralar ........................................................................................83 6.1.2.1. Tarihe.....................................................................................................83 6.1.2.2. Teller ve iviler .......................................................................................85 6.1.2.3. Vida ve Plaklar ........................................................................................86 6.1.2.4. ntramedllar Aralar ...............................................................................98 6.1.2.5. Femur Boynu in zel Vida ve iviler ...................................................99 6.1.2.6. Spinal Tespit Aralar ............................................................................102 6.1.2.7. Eksternal Fiksatr ..................................................................................103 6.2. DAHL KIRIK TESPT ARALARINDA KULLANILAN MALZEMELER.....105 6.3. EKLEMLER........................................................................................................108 6.3.1. Eklemlerin Yaplar ve Fonksiyonlar.............................................................109 6.3.2. eitli Eklem Protezleri .................................................................................111 6.3.2.1. Kala Eklem Protezi...............................................................................111 6.3.2.2. Dier Eklem Protezleri...........................................................................116 6.4. EKLEM PROTEZLER N KULLANILAN MALZEMELER..........................119 BLM 7 NDRGENME............................................................................................122 7.1. METALLERN NDRGENMES: METALK KOROZYON..............................122 7.2. POLMERLERN NDRGEMES.......................................................................124 7.3. AINMA.............................................................................................................124 xi NDEKLER (devam ediyor) Sayfa 7.4. KOROZYON MNMZASYONU N VAKA ALIMALARI.......................126 BLM 8 BYOUYUMLULUK..................................................................................130 8.1. VCUDUN BYOMALZEMELERE TEPKS ...................................................130 8.1.1. nflamasyon...................................................................................................130 8.2. BYOMALZEME KULLANILDII DURUMLARDA YLEME.....................131 8.2.1. Enfeksiyon.....................................................................................................132 8.3. SERAMKLERN BYOUYUMLULUU..........................................................132 8.4. POLMERLERN BYOUYUMLULUU...........................................................133 8.5. METALLERN BYOUYUMLULUU..............................................................133 8.6. KOBALT-KROM ALAIMLARININ BYOUYUMLULUU...........................134 8.7. TTANYUMUN BYOUYUMLULUU.............................................................136 SONULAR..................................................................................................................138 KAYNAKLAR..............................................................................................................143 EK AIKLAMALAR A. TIBB TERMLER................................................................147 ZGEM...................................................................................................................151 xii EKLLER DZN NoSayfa 2.1Tipik gerilme-zorlanma erisi ................................................................................ 7 2.2Gerilme-zorlanma erileri ...................................................................................... 8 2.3Gevrek, snek, tok malzemelerin tipik gerilme-zorlanma erileri ........................... 9 2.4ekme gerilmesi etkisi altndaki metal ve plastiklerin davran ............................. 13 2.5 Malzemelerin ideal gerilme - zorlanma davran .................................................. 14 2.6 deal Griffith atla ............................................................................................. 17 2.7 Doru gibi gzken atlak diskleri ........................................................................ 19 2.8Yorulma testinden elde edilen eri ......................................................................... 21 2.9Cr V alam iin S-N erileri .............................................................................. 22 2.10Polislfon karbon fiber arayz iin S-N erileri ............................................... 222.11 Deiik malzeme tiplerinin gerilme-zorlanma erileri. .......................................... 23 2.12ki elementli viskoelastik modeller ....................................................................... 24 2.13Bir katnn yzeyindeki slatan ve slatmayan sv................................................. 28 2.14Bal ksmlar arasndaki imentonun kalnl- balant yerinin mukavemetgrafii29 3.1 Kafes Sistemleri ...................................................................................................... 30 3.2Dislokasyona urayan atomlarn ematik gsterimi ................................................ 31 3.3Kristallemenin polietilenin mekanik zelliklerine etkisi ........................................ 40 4.1Kortikal ve trabekler kemik iin gerilme- zorlanma erisi .................................... 44 4.2 ocuklarda grlen krk tipleri............................................................................... 46 4.3Kemiin yklenme durumlar................................................................................. 46 4.4Kemiin eilme yklenmesi ................................................................................... 47 4.5Kemiin kombine yklenmesi ................................................................................ 48 4.6Tibia krklarnda Chapman snflandrmas............................................................ 50 4.7 Ykleme durumlarna gre krk tipleri ................................................................... 53 4.8Krk kemikte callus oluumu................................................................................. 54 xiii EKLLER DZN (devam ediyor) NoSayfa 5.1Femoral kemiin ortasndaki inklzyon.................................................................. 65 5.2Saf titanyumda oksijenin mekanik yapya etkisi ..................................................... 66 5.4Saf titanyumda tane byklnn mekanik yapya etkisi ...................................... 67 5.3Saf titanyumda souk ilemenin mekanik yapya etkisi .......................................... 676.1Deiik implant uygulamalar................................................................................. 84 6.2Kanselloz kemiin basit krk tespitinin bir rnei .................................................. 86 6.3Kanle ivi............................................................................................................. 86 6.4Vidann yaps ........................................................................................................ 88 6.5Krk femurun plak ile tespitinden sonraki grn............................................... 89 6.6Deiik plaklarn eilme momentleri...................................................................... 90 6.7Yanl plak-kemik balantsnn ematik gsterimi................................................. 90 6.8Gelen ykn vida, kemik ve plak-kemik arayzne aktarl ................................ 91 6.9Plak tespit vidalarnn zerindeki gerilme miktarnn ematik gsterimi ................. 91 6.10Konvansiyonel ve kilitli vida................................................................................ 92 6.11Vidann uygulanan yke cevab............................................................................ 92 6.12Kilitli vidada plaktakigerilme dalm ............................................................... 92 6.13eitli boyutlarda krk plaklar ve yerletirme aletleri.......................................... 93 6.14DCPnin alma prensibi..................................................................................... 93 6.15Plak karldktan sonra elde edilen 3 mm genilikteki kemik parasnn eldeedildii yerdeki anatomik blgeleri gsteren ema ................................................ 95 6.16 3 mm genilikteki kemik parasnn 4 noktal eilme testinden elde edilen tipik yk deformasyon diyagram................................................................................... 95 6.17Plakl kpek femurlarnn n ve arka ksmlarndan elde edilen kemiin toplam miktar ve kortikal kalnlnn karlatrlmas .................................................... 96 6.18 Normal ve plakl kpek femurlarndan elde edilen kemik paralarnn yapsal mukavemet zelliklerinin karlatrlmas ............................................................ 97 6.19Femurun supracondilar krnn kanselloz kemiini tespit etmekte kullanlan ara ...................................................................................................................... 97 6.20Plak- vida vekilitli intramedular ivi balants................................................... 98 6.21Deiik aptaki ivilerin eilme rijitlikleri............................................................ 99 6.22 eitli iviler........................................................................................................ 99 6.23Krk femoral ban kala ivisiyle tespiti ............................................................. 100 xiv EKLLER DZN (devam ediyor) NoSayfa 6.24 Femoral ba tespit yntemlerininematik diyagramlar ........................................ 101 6.25eitli kala ivilerinin arakesitleri....................................................................... 101 6.26Dolu ve boluklu dairesel kesit ............................................................................. 101 6.27Omurga dzletirici rod........................................................................................ 103 6.28Eksternal fiksatrn kemie tespiti ....................................................................... 104 6.29 a) Eksternal fiksatr taklm bir hasta................................................................... 104 6.29 b) Eksternal fiksatr taklm bir hasta................................................................... 105 6.30Nikel ve krom ierii ile ilikili olan paslanmaz elik ksmi faz diyagram ........... 107 6.31 Diz ve Kala Eklemleri ......................................................................................... 109 6.32Ykleme elemanlarnn sralan.......................................................................... 110 6.33Yrme halindeki kuvvet varyasyonlarnn zamanla grafii ................................. 111 6.34Kala protezlerinin eitli acetabular dizaynlar ve femoral ba bileenleri ........... 113 6.35Toplam kala implantlarnn deiik tipleri........................................................... 1146.36Artroplasti aralarnn geliimi ............................................................................. 115 6.37eitli kala protezleri iin srtnme torku, uygulanan yk grafii....................... 1166.38Diz eklem protezi ................................................................................................. 116 6.39eitli diz implant dizaynlar ................................................................................ 1176.40eitli Eklem Protezleri........................................................................................ 118 6.41Parmak eklem protezi ........................................................................................... 119 6.42 Weber ve Harris dizayn kala protezleri ............................................................... 120 6.43Seramikten retilen kala ve diz eklemleri............................................................ 121 7.1Ti-6Al-4V alamnn anma testi deerleri ........................................................... 126 7.2Rntgen filmi ......................................................................................................... 127 7.3Rntgen filmi ......................................................................................................... 128 7.4Rntgen filmi ......................................................................................................... 128 7.5Rntgen filmi ......................................................................................................... 129 xv ZELGELER DZN NoSayfa 1.1mplant ve cihazlarda kullanlan doal ve sentetik malzemeler............................... 3 2.1Mhendislik malzemelerininsnflandrlmas ....................................................... 5 2.2evresel etkilerin polimerlerin mekanik zelliklerine etkisi.................................... 11 2.3Polimerlerinmodllerinin evresel etkiyle deiimi .............................................. 12 2.4In vivo strlerin ekme mukavemetlerinin indirgenmesi....................................... 20 2.5Malzemelerin termal zellikleri.............................................................................. 27 2.6Baz svlarn temas alar ..................................................................................... 28 3.1Baz malzemelerin mekanik zellikleri................................................................... 34 3.2Hidroksiapatit ve deiik malzemelerin mekanik zellikleri ................................... 36 3.3Tbbi uygulamalardakiAl2O3 seramiklerinin zellikleri ......................................... 38 3.4Deiik yk durumlarnda PEEK ve titanyumun, ekme gerilmesi ve emniyet faktrleri................................................................................................................ 40 3.5Tbbi uygulamalardaki polimerlerin baz fiziksel zellikleri ................................... 413.6Tabii insan dokusuna ait baz fiziksel zellikler...................................................... 413.7Protez malzemesi olarak kullanlan polimerler ....................................................... 42 4.1nsan kemiinin mekanik zellikleri ....................................................................... 45 5.1Baz metallerin mekanik zellikleri ........................................................................ 57 5.2Metal implantlarda kullanlan elementler................................................................ 58 5.3%18 Cr-%8 Ni paslanmaz elikte souk ekillendirme ile mekanik zelliklerin deiimi................................................................................................................. 61 5.4Tbbi uygulamalarda eitli eliklerin kullanm rnekleri ....................................... 63 5.5Protez malzemesi olarak kullanlan kobalt-krom esasl baz zel alamlarn %de arlk olarak kimyasal kompozisyonlar................................................................ 64 5.6Kobalt-Krom esasl baz zel alamlarn mekanik zellikleri................................. 65 5.7Ticari saf titanyum kompozisyonlar ...................................................................... 68 5.8Titanyum alamlarndaki elementlerin kompozisyonlar ........................................ 68 5.9Ti-Zr, Ti-Zr-Pd ve Ti-Sn-Pd alam elementlerinin kullanld durumlardaki mekanik deerler ................................................................................................... 69 5.10Baz metallerin zelliklerinin karlatrlmas ...................................................... 71 5.11Doal polimerlerin kullanm alanlar .................................................................... 78 xvi ZELGELER DZN (devam ediyor) NoSayfa 5.12Tpta kullanlan polimerlerin yaygn klinik uygulamalar ve tipleri....................... 79 5.13ndirgenebilir polimerik biyomalzemelerin baz ksa dnem tbbi uygulamalar.... 79 6.1 Kemik vidalarnn mukavemeti.............................................................................. 87 6.2eitli krk blgelerinde krn her iki taraf iin nerilen vida says ................... 91 6.3Femurun proksimal ucunda dayanlabilen en byk eilme momenti ..................... 94 6.4Kpek femuru iin normal ve plakl kemiin mekanik zelliklerininkarlatrlmas ..................................................................................................... 96 6.5mplant cerrahisinde kullanlan 316 paslanmaz eliin kompozisyonu ................... 107 6.6Baz paslanmaz eliklerin mekanik zellikleri ........................................................ 107 6.7Co-Cr alamlarnn kompozisyonlar ..................................................................... 108 6.8Co-Cr alamlarnn mekanik zellikleri ................................................................. 108 6.9 Cerrahi titanyum ve alamlarnn mekanik zellikleri ............................................. 108 6.10 eitli aktiviteler sresince kala ve diz eklemlerinde oluan kuvvetlerin ortalama maksimum deerleri................................................................................ 110 7.1Baz metal iftlerindeki srtnme katsaylar .......................................................... 125 7.2Farkl alam kombinasyonlarnda anma korozyonu sonular.............................. 126 7.3ki ayr yk altndaki parlatlm Co-Cr ve Ti-6Al-4V alamlarnn kemik yzeyle yapt 25 saatlik anma testlerinin sonular ........................................... 126 8.1mplant evresindeki fare omuz kasnn analizi ...................................................... 134 8.2Kobalt esasl alamla temas eden dokunun analizi ................................................. 136 xvii SMGELER VE KISALTMALAR : gerilmeF: kuvvet A : alan : zorlanma : uzunluk E : elastisite modl V: hacim Vm: matriks hacmi N: deneysel parametreQ: aktivasyon enerjisi

: metal deformasyon c : eliptik atlak yarap r : atlak noktasndaki erinin yarap : yzey gerilimi P : plastik deformasyon ii : zorlanma : termal enerji tarafndan salanan birim uzunluktakiuzunlukdeiimid : tane ap k : sabit t : srtnme gerilmesi I : atalet momenti xviii KISALTMALAR PE: poli etilen PP: poli propilen PVC: poli vinil klorit PMMA: poli metil met akrilat PEEK: poli eter eter keton PTFE: poli tetra flor etilen ( teflon) PAN: poli akrilo nitril PU: poli uretan HEMA: hidroksi etil meta krilat BP: benzol peroksit UHMWPE: ultra yksek molekler arlkl poli etilen HA: hidroksi apatit 1 BLM 1 GR Biyomalzemeinsanyapmveyadoalolarakbulunanherhangibirmalzemedir.Bu biyomalzemecanlbiryapnnveyabiyomedikalbiraracnherhangibirparasn oluturur.Bubiyomedikalaradoalbirfonksiyonuyagelitiriryadadeitirir.Bunun yanndabiyomalzemelerbiyolojikbirkaynaktan dagelmiolabilir. Biyomalzemelerveya aralarherhangibirfonksiyonuyerinegetirebilir,gelitirebilirveyadeitirebilirkibu bahsi geen fonksiyon herhangi bir hastalk veya sakatlkla kaybedilmi bir fonksiyondur. Tabii ki hibir zaman bu fonksiyon orijinal olarak yerine konamayacaktr [10]. Ortopedikimplantlargeicivekalcolmakzereikikategoriyeayrlmtr.Geici implantlargenelolarakkrktespitindekullanlr.Fonksiyonlarbirlemegerekleene kadarkrkkemiklerarasndakprgreviyapmaktr.Hizmetsresibirkaaygemez. Kalcimplantlarisezarargrmeklemlerinyerinialmakiindizaynedilmitirve kullanmsresihastanngeriyekalanmrkadardr.Protezisekarlmbirparaveya organn grevini grmek zere onun yerine yerletirilen suniaratr. Trafikkazalar,sporveatelisilahyaralanmalar,yallkvehastalkgibideiik nedenlerleileviniyerinegetiremezhalegelenorganlardan;omur,femurba,dizeklemi gibiorganlarortopedistlertarafndantamamenveyaksmendeitirilerekyerineinsan vcudunda mr boyu kalacak protezler taklmaktadr [7]. Biyomalzeme,mhendislikbilimiiinyenibiralandr.Bukonudayaplanmodern anlamdaki bilimsel almalar geen yzylda balamtr. Ksa dnem implantasyolarnda mekanikperformans,biyouyumlulukvekorozyondayanmgibikoullarsalanabilmi iken,uzundnemimplantasyonlarndadahayksekanmaveyorulmadirencinesahip yenimalzemearaysrmektedir.Bualmadaamabiyomalzemelerdenbeklenen mekanikzellikleriortayakoymakvegnmzdekullanlanbiyomalzemelerinmekanik zellikvebiyouyumluluklarkonusundabirbilgitabanoluturarak,referanskaynak salayabilmektir. 2 Yapaymalzemelerincanldokulardakullanlmasfikriantikalaradayanr.EskiMsr medeniyetlerindenzamanmzaulaanduvarresimleri,krlankemiklerintedavisiiin eitliusullerindnldngstermektedir.lkimplantlarsafmetallerdenvebasit alamlardanyaplmtr.1900lyllarnbandametalesaslortopedikimplantlarve kemik vidalar zerinde almalar younluk kazanm ve ilk kobalt esasl implantlar 1924 ylndahayvanlardadenenmitir.Kobalt-kromimplantlardailkkez1938ylnda insanlarda kullanlmtr. 1950 ylnda bu implantlarn yerini hassas dkm teknii ile imal edilen ve ekil olarak gnmzdekilere benzer implantlar almtr. AvrupaTopluluu1990BiyomekanikToplantsndaverilenrakamlaragrebirylda ngilterede45.000,Avrupada250.000,dnyada500.000femurbaimplant kullanlmaktadr.AynimplantnyaplangayriresmiistatistikleregreTrkiyedeki kullanm miktar ylda 20000i bulmaktadr [7]. Dnyanfusununyaklakolarak%10uvcudununeitliyerleriiintbbibirtedaviile yzyzekalmaktadr.zellikleson40ylierisindeortopedistvemhendislerin almalarylagelitirilenbiyomalzemelerzrl insanlarnyaamsal ilevlerini artrmaya ynelmi,bukiilerinyaamlarnmmknolduukadarnormalinsanlarnyaamlarna yaklatrmaya ynelik uygulamalar ortaya kmtr [8]. 1991ylnda ABDnin ortopedik implant ve aletler iin toplam pazar 2.098 milyon $ idi. 1998verilerinegre11milyonAmerikalnn(toplamnfusun%4.6s)herbirindeenaz bir implant vardr. mplant ve aletlerin kullanld ortopedi dnda alanlar da vardr. Oral ve ene cerrahisi, kafatas plaklar, vidalar ve kardiovaskler cerrahi gibi[9]. Biyomalzemelerinsanvcudununokdeikenkoullarasahipolanortamnda kullanlrlar.rneinvcutsvlarnnpHdeerifarkldokularagre1ila9arasnda deiir. Gnlk aktivitelerimiz srasnda kemiklerimiz yaklak 4 MPa, tendonlar ise 40-80 MPadeerindegerilmeyemaruzkalr.Birkalaeklemindekiortalamaykvcut arlnnkatnakadarkabilir,sramagibifaaliyetlersrasndaisebudeervcut arlnn 10 kat olabilir. Vcudumuzdaki bu gerilmeler ayakta durma, oturma ve koma gibifaaliyetlersrasndasreklitekrarlanr.Biyomalzemelerintmbuzorkoullara dayankl olmas gerekiyor. Gemite gerek tahta, kauuk gibi doal malzemelerin gerekse altn,camgibiyapaymalzemelerinbiyomalzemeolarakkullanmdenemeyanlma 3 yoluylayaplmaktayd.Vcudunbumalzemelereverdiicevaplarsonderecefarklyd. Belirlikoullaraltndabazmalzemelervcuttarafndankabulgrrkenaynmalzemeler koullardeitiindevcuttarafndanreddedilebilmekteydi.Son30yliinde biyomalzeme/dokuetkileimlerininanlalmaskonusundanemlibilgilereldeedilmi bulunuyor[11]. Genelolarakbiyomalzemelerinoubakaaralar(Denizcilikvehavaclkaralargibi) iingelitirilmitirvepekazyalnzcatbbiaralariinilenmitir.Tbbiaralariin kullanlan malzemeler dier uygulamalarda kullanlan malzemelere oranla ok azdr[10]. izelge1.1debazbiyomalzemelerinuygulamaalanlarrnekolarakgsterilmitir. anateknolojiileriteknolojikmalzemeler,mikroelektronikvebiyoteknolojiailesindeki gelimeveuygulamalarsayesinde1990ylnnortalarndanitibarendnyabiyomalzeme piyasasnda hzl bir art grlmtr[7]. izelge 1.1 mplant ve Cihazlarda Kullanlan Doal ve Sentetik Malzemeler[11]. UYGULAMA ALANIMALZEME TR skelet Sistemi Eklemler Titanyum Titanyum-Alminyum-Vanadyum alamlar Krk kemik ularn tespittekullanlan ince metal levhalar Paslanmaz elik, kobalt-krom alamlarKemik dolgu maddesi Poli (metil metakrilat) (PMMA) Kemikte oluan ekil bozukluklarnn tedavisinde Hidroksiapatit Yapay tendon ve balarTeflon, poli (etilen teraftalat) Di implantlarTitanyum, almina, kalsiyum fosfat Kalp Damar Sistemi Kan damar protezleri Poli (etilen teraftalat), teflon, poliretan Kalp kapakklarPaslanmaz elik, karbon KataterlerSilikon kauuk, teflon, poliretan Organlar Yapay kalp Poliretan Duyu Organlar kulak kanalnda Platin elektrotlar Gz ii lenslerPMMA, silikon kauuk, hidrojeller Kontakt lensler Silikon-akrilat, hidrojeller Kornea bandajKollojen, hidrojeller 4 Ortopedikuygulamalardagnmzekadarokeitlibiyomalzemelerkullanlmtr.Bu malzemelerinoununbiyolojikveklinikdavranlarhakkndabilgimizvar.Ennemli hususistenengereksinimlerikarlayacakenuygunbiyomalzemeseimidir.Burada implantasyonzamanndagznndebulundurmakkritiktir.nkksasreli implantlardaki koullar uzun srelilerdeki kadar kstlayc ve kat deildir [6]. Biyomalzemelerin geleceinde stratejik olarak nemli kabul edilen elementlerin fiyat art ve hammadde sknts da gz nne alnarak deerlendirilmelidir [8]. Bugndnyadaokluklaihtiyaduyulankrkplaklarveortopediknakilleriinkala protezleriiledizprotezleridir.zellikleinsanhareketlerininortopedikanlamdaenfazla etkilendii yerler ve en fazla gerilme konsantrasyonu ile karlaan vcut ksmlar olduu iintasarmkriterleriniyksekhassasiyetlebelirlemek,kiiyezeltasarmyapmak, mmknolabildiinceuzunsrelikullanmsalamak,tekrarretilebilirlikyadatamir koullarngznnealmak,ortopedikmalzemeretimvetasarmndagzetilmesi gereken kriterler olarak karmza kmaktadr [8]. 1900lerinbandailkkrkplannimplanteedilerekgenildekullanlmaya balamasylaortopediklinikbirdisiplinolarakgrlmeyebaland.lkbalardamalzeme seimi ok gz kapal bir biimde yapld. lk seimler nikel kapl elik, yksek karbonlu elikvevanadyumluelikgibimalzemelerdi.Giderekdahageniuygulamaalanbulan internalfiksasyondakullanlmakzeredahaiyimalzemelereolangereksinimveimplant cerrahisininkemikvemafsaltransplantasyonlarnadorugenilemesivedier endstrilerdekigelimeleraynzamanatekablettivesonunda1950lerdeortopedik implantreticilerioldukaksabirsredealamsistemleriiindenbazlarnnistenen zellikleresahipolanlarndeerlendirdilervepaslanmazelik,kobaltbazlalamlarve titanyumimplantmalzemesiolarakgenikabulgrd.Dahasonraki50yldailgintirki dahaiyiyadayaknzellikleresahipalamlarortayakmamtr.Sadecebileimle,sl ilemler ve imalat teknolojisiyle ilgili iyilemelerle yetinilmitir [12]. . 5 BLM 2 MALZEMELER VE MEKANK ZELLKLER Uygunmalzemeseimininyaplabilmesiiinhermalzemeniniyicetannmas,mekanik zelliklerininkavranmasgerekmektedir.izelge2.1demhendislikmalzemelerinin emas verilmitir. Bu malzeme seiminin ilk aamasdr. izelge 2.1 Mhendislik malzemelerininsnflandrlmas [15]. Mhendislik Malzemeleri 6 Mekanikzellikleribelirleyebilmeninenyaygnyolu,numuneyiekmedeneyinetabi tutmaktr.Bumalzemeleriayrcaeerekveyabasmayatabitutarakdatestedebiliriz. Belirlistandarttestprotokollerigelitirilmitir.Bunlarnamacdeiiklaboratuarlardan gelendataybellistandartlaragrekarlatrabilmektir.Biyomalzemealanndakibu datalarn ou ASTMden geliyor. Mesela metallerin gerilmeyle ilgili testleri ASTM E8e greyaplr.PlastikmalzemeleriindeASTMD.412kullanlr.Katplastiklerin gerilmeyle ilgili testlerinde ASTM D.638 kullanlr. ASTME8egreyaplangerilmetestindekullanlankemiknumunesiikiucutoparlak ekillidir.Kemiinikiucundakikalntoparlakyerlertutmakiinkullanlr,ortastest edilir.Kemiinortasndakiblgededeformasyonllr.Numuneyigermekiindnen vidalarveyahidrolikkullananbirtestmakinasvardr.KuvvetNewtonvenumunenin deformasyonummcinsindenllr.Deiikboyutlardakinumunelertest edilebileceinden dolay lmler boyuttan bamsz olarak normal hale getirilmelidir. Bu gerilme kuvvetin, orijinal kesit alanna blnmesiyle hesaplanr. = F / A N/m2(Pa) (2.1) Zorlanma da uzunluktaki deiim bl uzunluk: =oo

(2.2) Gerilme-zorlanma erisindenbirka malzeme zellii hesaplanabilir. 7 ekil 2.1 Tipik gerilme-zorlanma erisi. Krlmadanncegerilenvedeformeolanmetalintipikgerilmezorlanmaerisiyukarda verilmitir.Gerilme[N/m2]olarak,zorlanmaiseorijinaluzunluunbir%siolarak llyor. Malzemede kalc deformasyona yol aan minimum gerilme akma mukavemeti olarakadlandrlr(y).umalzemeninkrlmadanncekidayanabileceienyksek gerilmedir. Krlmann olutuugerilme kopma mukavemeti olarak adlandrlr. Zorlanma uygulanangerilmeyledoruorantlolduundanAblgesielastikblgeyitemsileder.B blgesi ise zorlanmadaki deiikliklerin, gerilmedeki deiikliklere doru orantl olmad plastikblgeyitemsileder.Bublgedekigerilmelermalzemedekalcdeformasyonayol aar.Eer2.noktadazorlanmayayolaanbirgerilmeuygulanrsagerilmekalktnda malzemenoktalizgiyiizleyerektabanizgisinegeridnervedolaysylaikieri arasndaki fark kadar kalc deformasyona urar. Uygulanangerilmeartrldkaakmanoktas(y)denilenbirnoktayaulayoruz.Eer ekil2.1in2.noktasndakigerilmekaldrlrsagerilme-zorlanmaerisielastikblgeye paralel olan noktal izgiyle gsterilen yere gelecektir. Deformasyonun kalc miktar ofset akma olarak gsterilir. Bir malzemenin akma noktasn belirlemek zor olacandan orijinal akmanoktasyerineofsetakmanoktaskullanlr.Metalleriinakma%0,2olarak belirlenmitir.Bununyanndaplastiklerde%2likofsetkullanlyor.Eermetalyeniden yklenirseeri,noktalizgininbaladyerdenbalayacaktrvedzenliolarakartarak 8 sttekiBblgesineulaacaktr.Bublgeerininplastikblgesidir.Maksimumgerilme mukavemeti u ile sembolize edilir. En sonunda metalkopacaktr. Kopmann gerekletii gerilmedeerikopmamukavemetiniverir.Busayedeenfazlauygulanabilecekuzama veya basn yzdesi hesaplanabilir. Elastisite modl, akma gerilmesi ve maksimum gerilme malzemenin mekanik dizaynnda belirleyici parametredir. Elastisitemodlmalzemeninkendinehasyaysabitidir.Busebeplegeridnebilir deformasyonlarnlimitindekigerilmelerinsonucuolarakoransaldeformasyonugsterir. Akma gerilmesi plastik olarak deforme olabilir bir malzemeden retilmi parann dizayn iinenstgerilmelimitinibelirler.Maksimumgerilmeisekrlmayayolaangerilmeyi tanmlar ve dolaysyla malzemenin maksimum mukavemetini belirler. Buparametrerijitliin,deformeolabilirliinvemukavemetinllmesindekullanlr. Deiikmalzemelerindeiiksnflarfarklbiimdekigerilme-zorlanmaerilerine sahiptir. Farkl malzeme tipleri iin gerilme zorlanma erileri ekil 2.2 de gsterilmitir. x x x MetalSeramik Polimer ekil 2.2 Gerilme-zorlanma erileri. Gerilme-zorlanma erisinden alnan parametreler yle tanmlanabilir:y: Akma Gerilmesi [MPa]: Kalc deformasyonu balatan gerilmey: Akma Zorlanmas [MPa]: Akma anndaki zorlanma0,2%: %2lik Ofset Gerilme [MPa]: 0,002 zorlanma retebilmek iin uygulanan gerilmeu: Maksimum gerilme [MPa]: Kopma olumas iin uygulanan gerilme 9 u: Maksimum zorlanma: Kopma oluturan toplam zorlanma M: Modl [GPa]: Elastik blgedeki erinin eimi. Gerilme/Zorlanma E: Elastisite Modl: ekme annda oluan gerilme ile belirlenir.Kopma i [J/m3]: Gerilme-zorlanma erisinin altndaki alan Elastikblgenineimiyanielastisitemodlgenelliklerijitlikolarakadlandrlr.Eer metal kopmadan nce byk lde deformasyon yaplrsa snek olarak adlandrlr (ekil 2.3).Eermalzemekopmadannceakmazveyadeformeolmazsagevrekolarak adlandrlr. Erinin altndaki blge enerji nitelerine sahiptir ve kolay krlmayan, yksek kopmamukavemetinesahipveyapekolarakadlandrlr.Malzemeningerilme-zorlanma erisindendirekolarakkarlamasadamukavemetisertliinebalanabilir.Genelde mukavemetiyksekolanmalzemelersertolurlar.Sertlik,bilinenbirkuvvetle,yzeyin zerinedrlenkeskinbirnesneninyolatentiksertliktestiyletestedilir.Bir malzemenin anma direnci dnldnde belki de sertlik en nemli zelliktir. ekil 3te gsterilmeyen fazladan bir zellik ise malzemenin yorulma mukavemeti veya dayankllk araldr. Yani metalin sfr ortalama gerilmesi civarnda sonsuza kadar dayanabilecei en byk gerilme snrdr. ekil 2.3 Gevrek, snek, tok malzemelerin tipik gerilme-zorlanma erileri. ekil 2.1deki gibi test edilen bir malzeme 2. noktaya kadar yklenip, ykleme kaldrlrsa malzeme kalc deformasyona urar. Eer bu ilem pek ok kere tekrar edilirse, ince bir teli ilerigeribktmzdetelinkrldgibimalzemedekrlr.Amabununaksineeer metal1.noktayakadaryklenirse,ykkaldrldndakrlmazvedeformeolmaz.Bu ilemtekrarlansadasonudeimez.Bazmetalleriingerilmesnrvardr.Bugerilme 10 dzeyinin altnda sonsuz kere ykleme ve geri ykleme yaplabilir. Gerekte yorulma snr 106veya107kezgibidnglerletanmlanr.Yorulmamukavemetitotalkalaprotezive kalp valfi gibi yk altndaki aralarn dizaynnda kritiktir. Bir senede yaklak olarak total kalaprotezleri1milyon,kalpvalfleriise40milyonkezyklenir.Genelolarakmetaller dayanklvepektirler.Seramiktendaharijitvegevrektirler.Polimerlerdahadk modlleresahipolduklarndanmetallerveseramiklerdendahayumuakve dayankszdrlar.Amabununyanndahatayadayanmlarfazladr.Polimerlerokadar dayanklolmadklarndanpekdeillerdir.Kemikkollojendendahasalamverijittir. Metaller kemikten 10 kat daha rijittir ve polimerler kemikten daha az rijittir [10, 13, 39]. 2.1 ELASTSTE MODL Malzemeninelastikdavrannnkkeniatomikseviyedekitemelbadr.Yaniakma noktasnnaltndakideformasyonlariinenbyketkiatomlararasbalarnelastik deformasyunudur.Drtbykmalzemesnfnnherbirimetaller,seramikler,polimerler ve kompozitler kendilerine has ba yaplarna sahiptirler. Metaller deerlik elektronlarnn balamaserbestliiylekarakterizeedilirler.Dolaysylabizkatmetalleripozitifykl iyonlarn,negatifelektronbulutlarnntoplamolarakgryoruz.Ortayakankohezyon yksektir ama balar tek bana mukavemete sahip deillerdir. Gerek metallerde safszlk vebalarndierhallerinesahiptaneciksnrlarileayrlmmetalikbaasahipblgeler vardr. te yandan seramik malzemeler iyonik olarak baldrlar. Seramikler anyonlarn ve katyonlarnoluturduugeometrikbiryapyasahiptirler.Gerekseramiklermetallergibi sraltaneciklervesrasztaneciksnrlarnasahiptirler.Seramiklerdeiyonikbalanma taneciksnrblgelerindemmkndramatanecikiindekindendahazayfolurlar. Polimerlerkovalentbaasahiptirler.Bubaatomlararasndakielektronlarnorbital paylamylaolumutur.Bunaramenyksekmukavemetlideillerdir.Mhendislik polimerlerikovalentbalanmomurgayasahipuzunzincirmolekllerindenoluur.Bu zincirlerdzenliolaraksralanabilir,kristalleroluturabilirveyauniformbirekilde amorfozolabilir.Btnyapyklkenargruplararasndakiiyonikbalarveyazincirler araskovalentbalarileyadahidrojen,oksijenvenitrojenatomlarnnaltgruplarna difzyonisteiyle(vanderwaalsbalarile)stabilize edilir.Mukavemetsrasnagrebu balar: yonik > metalik > kovalent > van der waalsdir. Elastisite modlleri ise bu balara gre. Seramik > metalik > polimeriktir. 11 Kompozitlerbusralamadayoktur.nkpartiklveyafiberleglendirilmiseramik, metalyadapolimerolabilirlervebusebepleokeitlimodlgsterebilirler.Bakabir sebepde matriksvekuvvetlendiricimetal arasndakibandoasylailgilidir.Bubaara yznkimyasnavemikroyapsnabaldrveakmailekrlmayetkileramaelastik davrana ok az etkisi vardr. Kompozitlerin en byk zelliklerinden bir tanesi belirli bir uygulamannihtiyalarnkarlamakiinmodlnvedierzelliklerininisteegre deitirilebilmesidir. Metallerinveseramiklerinelastisitemodlleribiyolojikortamlaramaruzbrakldnda etkilenmezler.Bumalzemeniniindekibalarnyksekmukavemetine,polimerlerve kompozitlerlekarlatrldndabasitolanyaplarnaveinvivoortamdakarlatklar tipikscaklklarabaldr.Polimerleriniortamaverdikleritepkilerierisindeelastisite modllerinde deiiklie uramas da mmkndr. Pekokpolimergerilme-zorlanmaerisininelastikblgesindetamolarakbelirlenmi yalnzcabirelastisitemodlnesahipdeillerdir.Kuruodaortamylakarlatrldnda PMMA eitlerinin yksek neme veya tuzlu zeltilere maruz braklmas E%1de yaklak %30luk bir azalmaya sebep oldu. teyandanUHMWPEdahakristalinbirdoayaveoldukayksekortalamamolekl arlna(2,2.106)sahipolduundanbudeneydekullanlanortamlardanhibirekilde etkilenmez. (izelge 2.2ve 2.3) izelge 2.2 evresel etkilerin polimerlerin mekanik zelliklerine etkisi. OlayModl (E)Akma Gerilmesi ( y) Emilme Szlme Zincir Kesilmesi apraz Balama Azalma (Plastikleme) Art (Antiplastikleme) Azalma Art Art Azalma Azalma Art 12 izelge 2.3 Polimerlerinmodllerinin evresel etkiyle deiimi. TEST KOULLARI PMMA (Hammaddeler) E%1 GPa PMMA (ticari) E%1 GPa UHMWPE (ticari) E%1 GPa lendii ekilde 2.07 0,22.34 0,2- laboratuar sonras depolama (24C / 120 gn) 2.69 0,22.62 0,50.57 0,06 Nem sonras depolama (%97 RH / 37C / 120 gn) 1.86 0,31.79 0,20.56 0,05 Tuzlu ortam sonras depolama (9% NaCl / 37C / 120 gn) 1.86 0,41.93 0,20.55 0,06 mplant sonras(tavan derisi altnda / 120 gn) 2.20 0,22.14 0,40.55 0,05 Kompozitlerinelastikliizerindekievreseletkilerigenellemekdahazordur.dealbir modelderastgeleoryanteedilmikompozitlerinelastisitemodulleriuformlle hesaplanabilir: ) kompozit (cE = ) matriks (mE . Vf+ Ef (fiber). Vm(2.3) BuradaVfi=ifazndakibirmalzemeninmodl,hacimkesirinispetindekompozitin modlneorantsalbiretkisiolarakgrlr.zelbirdurumbirmalzemeniniinde boluklarnolumasolabilirdi.Boluunmodlsfrolduundankkhacimliporlara sahip poroz malzemenin modlE = E0(1 Vm)(2.4)yazlabilirdi.EO: Boluk olmayan malzemenin elastisite modl Bu sebeple lineer olarak artan porlarn hacmiyle birlikte modln azalmas beklenir. Geek malzemelerde bu etki kk boluk hacimlerinde daha byktr. E = E0(1 1,9Vm + 0,9Vp2)(2.5) Budenklemrijitseramiklerdenoluturulmutur.(MacKenzie,1950)vepoissonorannn 0,3eyaknolduumalzemelerdekietkileritanmlamakiinkullanlmtr.Kompozitlerin elastisitemodllerindekievreseletkilerinitanmlamannbakabirgldahavardr. lk denklem fazlarn arasnda mkemmel bir ba olduu varsaymna dayanmaktadr ve bu 13 yzdenkompozitmalzemeninherhangibirmakrozorlanmasnaedeerbirizorlanma olduunufarzetmektedir.Amagerekkompozitlernadirenbylesimkemmeliyetteki balargsterirlerveaslndabankendisizatenevreselsaldriinzayfnoktadr.Bu durumun sonular ngrlemez ama genel etkisi modldeki azalmadr [13]. 2.2 AKMA MUKAVEMET Akmamukavemetiyletanmlanr:Malzemedegeridnlemeyendeformasyoniin gerekliolangerilme.Dkgerilmelerdekideformasyonlineerolabilir(Meselabasit katlardaveyabirokpolimerde).Zorlanma,gerilmeoraniledetanmlanabilir.Yani uzamafark/orijinaluzunluk.Deiiktiptekigerilmelerleilgilideformasyon,ekme, basma ve kesme zorlanmas olarak adlandrlabilir.Dk zorlanmalarda geri dnme hzl olabilir.Amamaksimumzorlanmaarttkageridnmeyavalar.Sonolarakakma gerilmesindedeformasyonkoullaryledirki,geridnmimkanszolur.Hattauzun sreli sfr gerilme uygulasak dahi geri dnlemez. ekil 2.4ekme gerilmesi etkisi altndaki metal ve plastiklerin davran. Kristalleriingeridnlemezzorlanma(deformasyon)glerleveeitlietkilerin toplamyla oluur. Buna ramen kompleks malzemelerde ve kompozitlerde geri dnlemez deformasyonayolaankayma,geneldetanecikvefazsnrlarndaoluur.Malzemene kadar rijitse elastisite modl E o kadar yksektir ve malzemenin deforme olmas o kadar zordur.Gerilmealtndakimetalveplastiklerindeformasyonkarakteristiklerifarkldr. 14 Metallerboyunolutuktansonradahafazlauzamadankrlrlar.Amaplastiklerdeoluan boyun blgesi ekme gerilmesi olarak adlandrlan gerilmeden daha te bir deformasyona urar. Maksimum gerilme genelde maksimum ekme mukavemeti olarak adlandrlr. ekil 2.5Malzemelerin ideal gerilme - zorlanma davran. Paslanmazelikgibipekokmalzemedekesinakmanoktalaroluur.Aksidurumlarda orijinal akma noktas yerine genellikle %0,2lik ofset akma noktas kullanlr. Mhendislik bilimigerilme-zorlanmaerilerininpekokrneiniincelemitir.Bunlargerekgerilme zorlanmaerilerindenbazynleriylefarkldr.rneinyknetkidiikesitalanilk yklemedensonanakadarsabitmigibifarzedilir.Buvarsaymmaksimumekme noktasndakienyksekdeeriaklamaktayetersizkalr.Bazenbirnumunegerilmeile yklendiinde boyun oluur ve ykn etkidii alann boyutunu deitirir. (ekil 2.4) Eer kesit alanndaki deiiklikler de hesaba katlrsa yukardaki gibi bir eri elde edilir. (ekil 2.5) 2.2.1 evresel Etkiler: Oda ve vcut scaklnda hem metallerde hem de seramiklerde ya kristalin deformasyonuna ya da tanecik snr kaymasna yol aan ilemler nispeten yksek baenerjilerindendolayevreseletkilerdenazetkilenir.Bunaramenbudurum polimerlervepolimertabanlkompozitleriinfarkldr.Emilmeveszmeakma mukavemetindebeklenendurumatersdenetkileryaratr.Buudemektir:Bir 15 plastikletiricinin emilmesinden dk akma mukavemetini tanmlayacak dk bir modl bekleriz. Geneldeakmamukavemetiartar.Belirlibirtaneciksnrndahareketlilikkolaylarken komumalzemeilepaylalanyknartnasebepolur.Bunabenzerfakattersbiretki plastikletiricilermalzemedenszldndegzlenir.aprazbalamauzunmolekllerin birbirinebalanmaetkisiniartrr.Dahazayfbalarnglkovalentbalarlayer deitirmesinisalarvedolaysylaakmagerilmesiartar.Kompozitlerdeisedurumdaha karktrvehibirgenellemeyaplamaz,nkortamhemmatriksihemdematriksi dolduranbalaretkileyebilir.Sonularkompozitmalzemeninveortamndetaylarna baldr. Malzemelerin geri dnlemez deformasyona uramas akma gerilmesinden dk gerilmelerdesabitolarakyklenmesiyleoluabilir.Bubenzermetaldeformasyonu ilemidir.Metaldeformasyonoranlarmalzemeninerimescaklnnyarsnnaltndaki scaklklarda ok yavatr. Buna ramen erime scakln yarsnn zerindeki scaklklarda veplastikletiricilerinvarlndametaldeformasyonubelirginolabilir.Metal deformasyonu pek ok biyomedikal polimerde olasdr. Metal deformasyonu, deformasyon orannnhzlbirekildedmesiniierenbirbalangfazylakarakterizeedilir.Builk faz logaritmik zamanda sabit olan zorlanma oranna sahip uzun ikinci deformasyon fazyla devameder.BuikincifazdametaldeformasyonorannbelirleyebilmekiinDorn-Weertman denklemi kullanlr. Orann DeformasyoMetal= RT / QGerilmene . A(2.6) Q : aktivasyon enerjisin: Deneysel olarak kullanlan parametre (Yaklak 5). Qaktivasyonenerjisigenelliklekendikendinedifzyonolmannaktivasyonenerjisiiin kullanlr.Bununtesindemetaldeformasyonorannaetkiyenevresel(ortamsal)etkiler metaldeformasyonilemininaktivasyongereksinimindekideiikliklerolarak yorumlanabilir.Birdemetaldeformasyonununsonilemivardr.Builemkrlmayayol aanzorlanmaoranndahzlbirartlatanmlanr.Busonileminmekanizmasylailgili veya evresel etkiler hakknda ok az ey bilinmektedir. Ayrca bu tartmada u da aktr kibiyomedikaluygulamalardametaldeformasyonugenelanlamdapolimerlerdeve 16 polimer tabanl kompozitlerde gzlenir. Genelde ikinci metal deformasyon oran belirli bir scaklktakiakmagerilmesininartylaazalr.Amabuilikizayftr.Amabunaramen bunlar artan scaklkla ve plastikletiricilerin varlyla artar. Bu son etki polimer matriksli kompozitlere hakimdir ve metal deformasyon orannda belirgin arta sebep olur [14, 40]. 2.3 KIRILMA MUKAVEMET Krlmabirmalzemeninkohesifmukavemetialdndaolur.Maksimummukavemetler, mesela maksimum ekme gerilmesi gibi, beklenenlerden dk olduu gzlenmitir ve bu kohesif enerji hesaplamalaryla desteklenmitir. Kohesif enerjinin tipik hesaplamalar veya teorikmaksimum mukavemet u= E /10gibi deerler aa kard. Bu Ti6Al4V iin 12,7 GPalkbirekmemukavemetianlamnagelir.unungerekdeeritipikolarak0,9 GPadr.Yani~E/140.Bunispetenglbirmalzemedir.Paslanmazelikgibizayf malzemelerinudeeriE/250ilaE/350arasndadeiir.BuilkGriffithtarafndan gevrekmalzemeleriinbulunmutu.Griffithhatalarnmalzemeninyapsndaveya yzeyindeoluacannesrmtr.ekil2.6debugrlyor.Griffithgevrek malzemedeeliptikbiratlanbulunmasnnatlaknoktasndagerilmekonsantrasyonu oluturacan hesaplad. Ve bu denklem (2.7)de gsterilmitir. 2 / 1mrc2 ||

\| (2.7) : Belirgin veya makro gerilmem: atlak noktasndaki artan gerilme c: Dahili eliptik atlan byk apnn 1/2'sir: atlak noktasnda erinin yarap BununyanndaGriffithmakrogerilmelerin,gerekmaksimumgerilmelerinaltnda olduunda, bir kusurun yanndaki m maksimum mukavemeti aabileceini ve bir atlaa yol aabileceini ne srd. 17 ekil 2.6 deal Griffith atla. atlakoluturabilmekiingerekenenerjiyidnerekGriffithatlaoluturacakyeterli minimum gerilmeyi de hesaplamtr. 2 / 1cE 2||

\|= (2.8) : Yzey gerilmesi E: Elastisite modl Neysekipekokmalzemekrlmadannceplastikdeformasyonaurarvebirkusurun yanndakigerilmearttkamakrogerilmeakmagerilmesininaltndaolsabilekrlmadan evvelplastikdeformasyonaurar.Orowan(Guy,1971)buproblemi2.8.denklemindeki nn yerine + P koyarak at. P: Krlmann olutuu noktadaki plastik deformasyon iiPtipikolaraknn1000katbyklesahipolduundandenklem(2.8)yaklakolarak u hale gelir. 2 / 1cEP||

\| (2.9) 18 Vebutipmalzemelernispetendahayksekmukavemetliolacaklardr.nkkrlma yzeyleriniiindebulunankusurlartetiklemekiindahafazlagerilmeyeihtiya duyacaz.Denklem(2.7)ninzelbirdurumukreselporlardagerekleir.Ryskewitsch (Kingery, 1976) tarafndan oluturulan denklem bu durumu aklamakta kullanlr )fpnV (u ue . = (2.10) u =PorhacmininVfpolduubirmalzemeiingerekkrlmamukavemetin=4ile7 arasnda deien sabit. Denklem (2.8) ve (2.9)un belirledii gerilmelerin arasndaki fark malzemelerin gevrek bir halde krlanlar ve snek bir halde krlanlar olarak snflandrlmasn salar. Seramiklerin vepolimerlerindkscaklktakikarakteristikleriolangevrekkrlmasbelirginbir deformasyonolmaksznoluurvedenklem(2.8)ilealakaldr.Maksimumgerilmenin altndaolanveakmagerilmesinesahipmalzemelersnekolmayaeilimlidirlerve denklem(2.9)dagsterilenekildekrlrlar.Krlmaesnasndaakmaolutuundanayn zamandabelirginbirgeridnlmezdeformasyondagsterirler.Griffithkusurlarnn varltekrartekrargsterilmitir.BunlaraengzelrneklerdenbirtanesiTakahashi (1973)ninPMMAileyaptalmagsterilebilir(ekil2.7).Atipindekiatlaklarar olmayangerilmelerdegzlenirkenBveCtipleriyksekgerilmelerdensonragzlenir. Griffith kusurlarnn olduunu varsayarsak bu analizden 2 tane sonu karlabilir. 1-)Denklem(2.7)birkusurunyaknndakigerilmekonsantrasyonununbyklnn kusurun rsi ile ters orantl olarak deieceini ngrr. Bu sebeple keskin bir atlak yarm dairesel entikten daha etkili bir gerilme artrcdr. 2-)Kusurunbykap(2c)arttkagerilmekonsantrasyonuartar.(Denklem(2.7))ve gevrekkrlmaybalatacakyeterligerilme(Denklem(2.8))veyasnekkrlmay balatacakyeterligerilmeyi(Denklem(2.9))azaltr.Busebeplersabitkaldka Griffithkusurununkritikbirminimumboyutukrlmayakatksalayacaktr.Pratikte ise byk kusurlar mukavemeti,rnin artmasndan dolay ilemin tersine dnd bir snrn altna drr. 19 ekil 2.7 Doru gibi gzken atlak diskleri. Kompozitlerdekiminimumatlakuzunluklarnnhesaplanmasdahakarktr.Marom (1975)polimertabanlkompozitlerdeminimumveyakritikkusurboyutunun doldurulmamreinedekindendahabykolduunavegerilmelerinoryantasyonuna bamlolduunugstermitir.eitliilemlerdepolimerlerinmekanikzelliklerini artrma giriimleri gevrek ve snek krlma mukavemetlerinin arasndaki farkllktan dolay paradoksiksonularayolaabilir.Yorulmailemlerisonteklidnghatasnayolaan alanda azalma retmesi iin mikro krklarn toplam etkisine ihtiya duyar. Bunun yannda birpolimeri,meselaultrayksekmoleklerarlasahippolietilen(UHMWPE),apraz balama onun maksimum mukavemetlerini ve akma mukavemetlerini artrr ama sneklii azalttndandolayyksekdnglerde(N>106)yorulmamukavemetindearbirde sebep olur. 2.3.1evreselEtkiler:Biyolojikortamatlakbalamasnndetaylarvemalzemelerin mukavemetizerindebelirginetkileresahipolabilir.Korozyon,znmeveszmegibi kimyasalsaldrlarnherhangibireidincedenbulunankusurlarnboyutunuartrabilir veyayenikusurlarortayakarabilir.Bylesisaldrlargerilmeyesahipmalzemelerin kusurlarnnyaknndaoluabilirvegerilmeartrcsaldrolarakadlandrlabilir. Metallerde ise bu gerilme korozyonu olarak adlandrlabilir. Bylesi etkiler metallerde ok iyianlalabilmitir.Snekmalzemelerdehidrofobik(sudankorkan)olmayanbtn malzemedeSL 90slak deil izelge 2.6Baz svlarn temas alar. SvAlt TabakaBirleme As Metil iyot CH2I2 Su Cva Soda-Kalsiyum oksit Quartz Parafin Soda-Kalsiyum oksit 29 33 107 140 29 Denklem(2.25)yzeygerilmesininkesindeerlerindenziyadeyalnzcaoranlar vermektedir.izelge2.6debaztemasadeerleriverilmitir.kiyzeyibirletirmek eer yzeyler deiikse adezyon olarak adlandrlr. Eer yzeyler ayn ise buna kohezyon denir.Busebepleimentomaddeleriyleimentolanmtmyzeyleradezyongsterirve imento maddesi de adeziftir (birletiricidir). Maksimum birleme mukavemeti iin adezif tabakann kalnl aadaki ekilde gsterildii gibi optimal olmaldr. ekil2.14Balksmlararasndakiimentonunkalnl,balantyerininmukavemet grafii. Dentalvemedikaluygulamalardabirletiricilergeicibirtedaviolarakelealnmaldr. nk dokular canldr ve eski hcrelerin yerine yenileri gelerek nceki birleimi bozarlar. Buproblemdokularnporlarniinedorugelimesineizinverenporozimplantlarn gelimesini salamtr. Btn konutuklarmz gz nnde bulundurulduunda iki nokta vurgulanmaldr: 1)Gerek malzemeler daha karmak yaplarak sahiptirler. Dolaysyla belirgin paradoksik zelliklerin biyolojik ortamlara maruz kalma sonucu karlalmas srpriz olmamaldr.2)Nicelikselmekanikzellikdeiikliklerinitahminetmekokzorolduundan malzemelerievreseletkiyemaruzbrakmadanncegereklitedbirleralnmaldr.Bu gerek numunelerde gerekletirilmelidir ve malzemeler geree uygun bir ekilde uzun periyotlarda test edilmelidir [13, 39, 40]. 30 BLM 3 TIBB ARALARDA KULLANILAN MALZEMELERN SINIFLANDIRILMASI Bazlarnnbiyouyumluluununtartlmasnaramengnmzdekullanmdevameden protezmalzemeleri;metaller,polimerler,seramiklervekompozitlerolmakzeredrt ana grupta toplanabilir. 3.1 METAL VE METAL ALAIMLARI Metallerbirbirinemetalikbalarlabalananpekokatomdanoluur.Heratomu evreleyenyksekhareketliliesahipbirdeerlikelektronbulutuvardr.Buhareketlilik metallereelektriivesyiyiiletmezelliikazandrr.Alamlaranlamakiinfaz konseptiniiyianlamakgerekiyor.Atomlararasndakiilginindoasprimitifhcreveya Bravais kafesi ile tanmlanr. BCC: Kbik hacim merkezli ve FCC: Kbik yzey merkezli kafes sistemleri ekil 3.1.a ve ekil 3.1.bde gsterilmitir.

a)Kbik hacim merkezli kafes sistemi b)Kbik yzey merkezli kafes sistemi ekil 3.1 Kafes Sistemleri. 31 Baz metaller demir, kobalt ve titanyum gibi allotropik deiimlere urar. Bu u demektir: Bu metaller scaklktaki deiimlerle birlikte kristal yaplarn deitiriyorlar. Mesela demir svdankatBCChalinegeerkenbufazdeiimisrasndaekstrafazdeiimlerine urayacaktr.rnein,FCCyegeip,soutmasrasndatekrarBCCyegeer.Erimi metalbirkabniindekatlarsa,katlamannbaladbellinoktalarvardr.Bu katlamanoktalarnabymenoktasdadenir.Herbymenoktaskristalolarak adlandrlr ve oluan her snra da kristal snr denir. Metalik alamlar kat zeltilerdeki pekokelementinkarmdr.Benzeratomikyklere,apavekristalyapyasahip elementler iin, bir elementin baka bir element iinde znme limiti yoktur. Dolaysyla tekfazhalindekatlarlar.Atomlarfarklboyutlardaveyaelektronegatiflikteolduklar zaman znrlkleri snrl olacaktr. ekil 3.2Dislokasyona urayan atomlarn ematik gsterimi. Tekfazlalamlardaveyaiftfazlalamlardakiikiveyadahafazlaelementinevre lsndekiufakfarkllklarmukavemetiartrcufakatomlarnoluturduubirkafesin iinde bulunan byk atomlarn varl kafeste lokal bir gerilmeye yol aar. Benzer olarak bykatomlarnbulunduubirkafestebirkakkatomunbulunmaslokalgerilmeye yolaar.Bulokalgerilmelermetalinmukavemetini,katzeltimukavemetidiye adlandrlanbirmekanizmaileartrr.Deiikkristalyaplarvedeiikzellikleresahip elementler snrl znrle sahiptir. Mesela karbon demirden ok daha kktr. Kk byklklerde karbon demirin iinde znebilir ama yksek konsantrasyonlarda ikinci bir fazageer.Meselagrafitveyakarpitoluturur.Birkaalamsistemi2.fazageii mukavemetiartrcbirmekanizmaolarakkullanr.Bu2.fazageiinsebebi,tam znemediiiinkmesidir.Buradakiglendiricimekanizmannad;kelme Kesme 32 sertletirmesidir.Karbondemirinkristalyapsndaetkilemektedir.Odascaklnda demirinkristalyapsBCCeklindedirvebu-ferritolarakbilinir.Isnmaylabirlikte BBCdenFCCyebirfazdeiimineurarvebu-stenitolarakbilinir.Dahadafazla stmayla,erimedennceBCC-ferrithalinegeridner.FCCdeatomlarnarasndaki boluklarBCCdekindendahageniolduundanFCCdekkkarbonatomlardahaiyi oturur ve bu nedenle daha yksek bir znrle sahip olurlar. Dk konsantrasyonlarda karbon FCCnin stabilitesini artrr. Yani baka bir deyile BCC -ferritin, FCC stenite dntscaklkarbonunvarlazaltacaktrveyinekarbonunvarlFCCdenBCC -ferrite dnt scakl artracaktr. Karbon ayn zamanda demirin arayer kat zelti mukavemetinisalar.Kafesyaplardanoktasalveyaizgiselhatalaroluturabilir.ekil 3.2yebakldnda,ekilikiboyutluolarakelealnrsa,dislokasyonubitirenbirizgi olduugrlr.Dislokasyonunstndeatomlarbaskaltndadr,fakatdislokasyon altndakilersegerilmeetkisindedir.Dislokasyonizgisininkenarnabirkesmekuvveti uygulannca her seferinde dislokasyonunun yeri bir izgi veya plak kadar hareket edebilir. Dislokasyonlarnvarlbirmetalideformeetmekiingereklikuvvetibyklde azaltr.Birmetalkatlatndaokazdislokasyonolur.Eermetalsonrasndamekanik olarakilenirse(meselaekiledvmeveyaemegibi)dislokasyonlarhareketegeerve giderekartarlar.Bumetallerinplastikdeformasyonununmekanizmasdr.Artan dislokasyonlardahafazlaplastikdeformasyonyaplmasnzorlatrr.Dislokasyonlar birbirlerininyolunagirervesoukilemmekanizmasylametaldahasert vedahasalam halegelir.Eerdeformasyonbellibirblgedeokfazladislokasyonayolaarsametal krlmayabalayacaktr.Dolaysylabirmetalinmukavemetionuntanecikboyutunu kontrol ederek ayarlanabilir. Tanecik boyutunu kk tutarak, bir taneciin ierisinde ok az dislokasyon olmasn salarz ve bunun tesinde metal krlmaya balamadan nce daha okdeformeedilebilir.Arsoukilemdenncealamtavlamascaklnastabiliriz. Buazdislokasyonasahipyenikristallerinoluumunusalar.Scaklvesreyikontrol etmek souk ilenebilecek kvamda yumuak ve iyi taneciklenmi bir metali oluturur. Bu ilembykmetalingotlardanufakmetalparacklarretmekiinkullanlr.Metalar souk allm fakat nispeten ince bir plaka oluturmak iin haddelenir. Krlmadan nce gerilmeninazalmasiinmetaltavlanrvesonrasndatekrarhaddelenerekyuvarlanr. Benzerolarakubuklarvetellertekrarlayantavlamaveekmeyleoluturulurlar. Tavlamadan ve souk ilemden kaynaklanan farkllklar izelge 3.1deki F138 paslanmaz elik datasnda grlebilir. Yine benzer olarak dkm F75 genel olarak byk taneciklidir. 33 Ufak kompozisyon farkllklar ve dvme ok fazla souk allm ve ok daha dayankl, iyi tanecikli F799la sonulanr. Btnbuanlattklarmztbbiaralariinkullanlanalamsistemlerinindizaynnda kullanlr.Meselabiralamnnasldizaynedildiinianlamakiinpaslanmazeliiele alalm. elik demirden, karbondan ve dier elementlerden oluan bir alamdr. Paslanmaz elikteki ana endie korozyon direncidir. Paslanmaz elik iin karbon kelmesini nlemek nemlidir. Bunu engellemenin bir yolu karbon konsantrasyonunu dk tutmaktr. Mesela %0,08-0,03civarnda.AyrcademiriFCChalindealmakdanemlidir.nkkarbonun znrlFCChalinde,BCChalindekindendahafazladr.eliipaslanmazyapmak iinenazndan%12kromeklenir.KromBCCyapdaolduundankromuneklenmesi demirinBCChalinistabilizeeder.Karbonunkromaafinitesiyksektirvegenelolarak Cr23C6eklindekromkarpitleroluturur.Buoluumkarbonunkelmeproblemineveiki fazayolaar.Karpitievreleyenblgedekromkonsantrasyonuazalacaktr.nkhepsi karpitegidecektirvebununtesindekarpitinevresindekieliinkorozyondayanm azalacaktr. Bu elikiyi zmek iin krom-demir-karbon eliine nikel eklenir. Nikel FCC yapdaolduundaneklenmesidemirinFCChalinistabilizeedipkarbonuzeltide tutacaktr. te bu paslanmaz eliktir. Paslanmaz elik, baklar, atallar ve kaklar 18-8: %18kromve%8nikeldenyaplr.Cerrahipaslanmazelikretiminde(ASTMF138e gre) artrlm korozyon dayanm iin %17-19 Cr, %13-15,5 Ni ve %2-3 Mo eklenir. ki derece vardr. Birisi yksek < %0,08, dier de dk. < %0,03karbon. Sonuta homojen, tekfazl,korozyondayanmolanpaslanmazelikalameldeedilir.Paslanmazelik korozyondayanmnasahipolmasnaramenmukavemetmekanizmalaryalnzcasouk ilemlesnrldr.izelge3.1degsterildiizereASTMF138cerrahipaslanmazelik iinsoukilemleenyksekakmanoktasvemukavemetartsalansadahitelekme ileminde uzama azdr. nk souk ilem paslanmaz elii gl yapar fakat krlgan ve gevrek olmasna da yol aar [43,10]. 34 izelge 3.1 Baz malzemelerin mekanik zellikleri. Malzeme Akma Mukavemeti(MPa) Maksimum ekme Mukavemeti (MPa) Zorlanma (%) Elastisite Modl (GPa) Metal206 Karbon elii, yksek dayanml160020007200 F138, stp hzla soutarak17048040200 F138, sl ilem69086012200 F138, tel-103515200 F75, dkm4506558200 F799, dvlm827117212200 F562, scak dvlm1000120010200 F136, Ti64 79586010105 Altn 2-3003097 Alminyum, 2024-T43034143573 Polimerler PEEK93503.6 PMMA dkm45-751.32-3 Asetal (POM)65403.1 UHMWPE302000.5 Silikon lastik78000.03 Seramikler Almina4000.1380 Zirkonyum (Magnezyumla ksmenstabilize edilmi) 634200 Zirkonyum (truyum oksitle stabilize edilmi900200 Karbonlar ve Kompozitler LTI pyrolytic carbon + 5-12% Si6002.030 PAN AS4 fiber39801.65240 PEEK, 61% C fiber, uzun21301.4125 PEEK, 61% C fiber, 4530017.247 PEEK, 30% C fiber, kesilmi2081.317 Biyolojik Doku Hidroksiapatit (HA) mineral1000.001114-130 Kemik (kortikal)80-1501.518-20 Kkrdak501.2 Hemplak,hemvidaiinmukavemetienyksekmalzemetercihediliramabuaralarn kullanmndabiristisnavardr.Buistisnaudur,meselabircerrahnkemiebirplak takarkenonubkmesiveemesigerekebilir.Eerbuplakoksoukbirilemetabi tutulmusaplastikeilmelimitinigeebilirvekrlabilir.Dolaysylaplaklardaenuygun 35 soukilemderecesinibulmaknemlidir.Vidalardaisebylebireyyoktur.Yanivida mukavemetiniartrmakiinarderecedesoukilemuygulanabilir.Dierikibyk tbbiimplantalamgrubukobalttanyadatitanyumdanyaplrveherikisideallotropik deiimlereurar.Herikisidedoasndademirdendahafazlakaltsalkorozyondirenci bulundurduklarndan,teklifazalamolmalarnnonlarasndanbirsakncasyoktur. Kobaltalamlartipikolarakkelmemukavemetiiinkromvekobaltkarpitlerine sahiptir.Titanyumpekokeitliyapsvemorfolojisisayesindeiftbazlalamolarak kullanlr. Bunun zellikleri ve kimyasal bileenleri izelge 3.1de gsterilmitir. 3.2 SERAMKLER VE CAMLAR Atomlarnbirbirineskcabalolmadvehareketedebildiimetallerinaksine seramiklerbirbirineiyonakovalentbalarlabalatomlardanoluur.Buatomik hareketsizlikseramiklerinsyveelektriiiletmesiniengeller.Metallerinzelliklerinden okfarklolanikizelliierimenoktasvegevrekliktir.Seramiklergenelde1000Cnin stnde erir, yani ok yksek erime noktalarna sahiptir ve ayn zamanda gevrektirler. Bu udemektir;seramiklerieritmekokpahaldrvesoukilemekimkanszdr.Baz seramiklerinorganikcamlaroluturabilirler.Camlardzenlisralanmyaplarasahip olmadklarndankristalinmalzemelerindenfarkldrlar.Buzgibikristallerkesin scaklklardaeriyeceklerdir.Fakatcamlarpekokscaklktayumuayacaklardr.Yaygn olanseramiklerinou,almina,safir(Al2O3)vesilika(SiO2)gibimetaloksitlerdir. Seramikleraynzamandakarpitler,nitritler,slfitlervesilisitlergibioksitolmayan bileenleriierir.Bazlarkarbon(grafitveelmas)vesilikongibitekelementtenoluan malzemelerdir.Bumetallerentegredevreleriinkullanlrlar.Bazseramiklerdedeiik elementlerSi3Al3O3N5(Siyalon)kemiinmineralhaliolanCa10(PO4)6(OH)2 (hidroksiapatit)veyasperiletkenseramikYBa2Cu3O7-8veBi2Sr2CaCu2O8gibitekil bileiklerolutururlar.Hidroksiapatitlerkemiinmineralfazndakiseramikhalidir. Kalsiyumfosfatpartikllerininreaksiyonusonucu(CaHPO4veyaCa4(PO4)2Ovb.)elde edilen bir yap trdr. izelge 3.2 dehidroksiapatit ve deiik insan ve hayvan kemikleri ile baz metallerin mekanik zellikleri bir arada grlmektedir. 36 izelge 3.2Hidroksiapatit ve deiik malzemelerin mekanik zellikleri[54]. Malzeme Elastisite Modl (GPa) En byk basma gerilmesi (MPa) En byk ekme gerilmesi (MPa) Yorulma dayanm snr (MPa) Ya insan femuru(boyuna) (dk gerilme oran) 15.2150.2 Ya insan femuru(boyuna) (yksek gerilme oran) 40.6268.7-399.6 Kuru insan humerusu (boyuna) 15183.3117.8 Kuru insan humerusu (enine) 5.7118.5 Kuru insan humerusu (asal) 6.884.1 Taze dana kemii6.7133.791.6 Hidroksiapatit115.1 316 Paslanmaz elik192.9585.7344.5 316LPaslanmaz elik192.9537.4 317 Paslanmaz elik 192.9620.1 Co-Cr Dvme248482.3261.8 H-25, ~%30 gzenekli~ 82.7151.6 Co-Cr dkme213.6447.9310.1 Hs-21, ~%30 gzenekli 103.4 Ti, ~%0 gzenekli110.2399.6310.1 Ti, ~%40 gzenekli 75.8 Ti-6Al-4V, ~%0 gzenekli 124937 Ti-6Al-4V, ~%40 gzenekli 144.7 Seramikmalzemelerdekiatomikdzlklerdislokasyonmekanizmasilekaymazlar.Bir metal iin dislokasyonu evreleyen atomlar ve balar benzerdir (ekil 3.2). Bunun aksine seramikleryerdeitirmeyiengelleyenbalarasahiptirler.Busebeplegevrektirlerve eilemezler.Bununyerineatlarlarvekrlrlar.Eerbirmetalevurulursaeilerekveya deformeolarakenerjiyisouracaklardr.Eerbirseramievurulursazorlanmaenerjisini yzeydekiserbestenerjiyeevirecektirvebiratlakoluturacaktr.Seramiklergenelde 37 gl ve sert olduklarndan mkemmel anma direncine sahiptirler. Anma durumlarnda tanecik snrlarnda saf olmayan eyler genelde hataya ve tanecik eskavasyonuna yol aar. Seramikleripekletirmeninbirmetodudataneciklerivetaneciksnrlarn,atlaklarn snradorugitmesinivetaneciktarafndanemilmesineyolaacakekildeilemektir. Bakabiryntemiseyttriavemagnezyum,ksmenstabilizeedilmizirkonyagibi bileiklerigelitirmektir.Bugelitirmeyleolur:Gerilmefaztransformasyonuyla indklenirseatlakengellenir.Bubileenlerineitliliipekokdeiikzellikdourur. Seramikleriayrtetmeninbiryoludaonlarbatiplerinegreayrmaktr.Meselasilikon karpitveyaelmasgibimalzemelerdirektkovalentbalarasahiptirler.Bubalarok kuvvetlidirveatomunyerletiiyerebamldrlar.yonikmalzemelerdekibalardaha gsz ve direk olmayan balara sahiptirler. Tungusten karpit ve titanyum nitrit gibi gei metalbileiklerimetalikvekovalentbalarnbirkombinasyonunuierirvedolaysyla metallerinveseramiklerinzelliklerinesahiptirler.Dayanmayzeylerivemetalmatkap parasiinanmadirencikaplaycsolarakgrevyaparlar.Muhtemelenpaslanmaz eliktenbirsaatkayise,titanyumnitritlekaplanarakszdealtnsaatkayolarak adlandrlr. Seramikler ilk hallerinde pek ok biyomedikal uygulamalar iin yksek safla sahip olarak ilenen tozlar halinde bulunurlar. Hammadde tozlarn uygun miktar bir kalp ierisinde kartrlr. Daha sonra bu toz ilenir ve son haline benzer bir ekle sokulur. Bu sl ilem uygulanmam seramik yeil cisim olarakadlandrlr. Daha sonra bu yeil cisim tozuntekilyapyagetiisinterlemescaklnakadarstlr.Sinterlemeyletozlar paracklarnbirleerektanecikoluturduusertmalzemeyedntrlr.Tanecikler kristalindirlerveamorfsnrlarasahiptirler.Dahasonrabusinterlenmiksmlarson hallerineparlatmaveekmemetotlarylagetirilirler.Camlaryumuayanakadarstlrlar vehalenscakkensonhallerinialmalariindklrler.Karbonmalzemelerininoluumu ise biraz deiiktir. Pek ou organik malzemelerin yanmasyla veya s etkisiyle erime ile oluturulurlar.Grafitkmrngnlerceokyksekscaklklardayaklp,karbon haricindekielementlerinyokedilmesiyleoluturulur.Grafittenokiyielektrikmotor fralarveyakalemularyaplabilir.Fakatbiyomedikaluygulamalariinokyumuak olduundankaplanr.Yntemlerdenbirtanesidkscaklklizotropik(LT)piroliktik karbon retir. Mesela ekil 3.3daki yzen diske benzer bir kalp valfi yapmak iin nceden oluturulan grafit diskler kullanlarak (CH3SiCl3) yaplabilir. Stun gaz prolize etmek iin 1500Cyekadarstlr.Sonutakarbonunkkkristallerigrafitdisklerinzerinde oluur.Buradabahsedilen1500Cdkbirscaklkolarakdeerlendirilir.Kristaller oryantasyonundageliigzeldirlervekaplamaizotropikzellikleresahiptir.Buizelge 38 3.1degsterildiigibiokglvesertbirkaplamaoluturur.Karbonfiberler polyacrylonitrile(PAN)gibipolimerikfiberlerdenyaplabilir.Fiberlerkarbonolmayan atomlar yakmak iin bir dizi ileme tabi tutulur. Son aamalardaki scaklklar ileme gre 1500-2000arasndadeiir.Sonuizelge3.1degsterildiigibiokyksek mukavemetesahipfiberlerdir.Seramiklerinkorozyonuygulamalargelimeyedevam etmektedir.Seramiklerinkorozyondirenci,iyianmazellikleriveelektriksel yaltkanlklarbykavantajlarsunar.Fakatseramiklerindezavantajlardr[43].Tbbi uygulamalardakiAl2O3 seramiklerininzellikleriaadakiizelgedeverilmitir.Bu seramiklercerrahiuygulamalardakullanlanilkseramikleroluphalenfemurba protezindeki sap ban oluturmakta kullanlmaktadrlar. izelge 3.3Tbbi uygulamalardakiAl2O3 seramiklerinin zellikleri[58]. zellikBirimDIN58835 ISO 6474 FRIALIT Femur ba protezi Al2O3 %99,599,9 SiO2 ve Alkali metal oksitleri%0,10,05 Mikroyap(ort. tane bykl)m72,5 Younlukg/cm3 3,903,98 MikrosertlikMPa~23000~23000 Basma gerilmesiMPa~4000~4000 Eilme gerilmesiMPa400450 Darbe dayanmMPa~380000~380000 Elastisite ModlMPa4040 Anma Direncimm3/saat0,010,001 Korozyon DirenciMg/m2-gn0,10,1 3.3 POLMERLER sminden de anlalabilecei gibi polimerler birok merden veya temel yap bloklarndan olumulardr.Kovalentbalarlabiraradatutulankarbonveyasilikonatomlarnn omurgalarileuzunzincirlerdenolumulardr.Belkideenbasitveyaygnolan polyethylene (PE)dir. PE pek ok etilen moleklnden olumutur. H H [C C ] n H H 39 Merlerinsays(n)oluanpolimerinpekokzelliinibelirler.PEnindkmolekl arlnasahipolanlar sodaieleriiinkullanlrken(UHMWPE)(ultrahigh-molecular-weight polyethylene) kar kaynann alt iin ve total kala protezlerinin plastik yata iin kullanlr.Polimerizasyonundoasbiyomedikaluygulamalariinoknemlidir.PE polimerlerieklemereaksiyonuylaoluur.Diziyeetilenmerlerieklemekiinsve katalizatrkullanlr.Bununaksinenaylonyounlamareaksiyonuileoluur.ki moleklnbirlemesibiryanrnnaakmasnasebepolur.Buradakidurumdayan rnsudurki,suherhangiistenmeyenbirbiyolojiketkiyesahipdeildir.Dier younlama reaksiyonlar biyolojik adan potansiyel bir tehlikeye sahip yan rnler aa karrlar.Polimerlineerbirzincirletemsiledilir.Pekoksistemdehidrojenlerinbiri,bir veyadahaokbalarlayerdeitirirler.Meselabirhidrojeninklorinatomuylayer deitirmesipolivinilklorit(PVC)oluturur.4hidrojeninhepsiflorinatomlarylayer deitirilmesi politetrafloretilen (PTFE) (teflon) ile sonulanr. Baz hallerde polimer lineer olmayp yan kollara sahiptir. Dk younluklu polietilen (PE)den oluan yan zincirler ile dall bir yapya sahip olabilir. Zincirleriaprazbalamailebalamakmmkndr.Goodyeartarafndangelitirilen ebonitletirme ilemi slfr kullanarak doal kauuk zincirlerinin arasna kpr kurdu ve boyutasahipbiryapoluturdu.Polimerlertermoplastikveyatermosetolarak snflandrlabilirler. Termoplastik bir polimer lineer veya dall bir yapya sahiptir. Birkat olarakbirkasespagettiyebenzernkzincirlerbirbirizerindekayabilirler.Istmaile zincirlerdahakolaykayabilirlervepolimereriryadaakar.Bylecetermoplastik polimerlerstlabilir,eritilebilir,kalbadklebilirveyageridntrlebilirler. zelliklerdekideiikliklerdeiikbalareklenereksalanabilir.PVCvePEdendaha rijittir,nkklorinatomlargenitirvebirmoleklndierizerindekaymasn engellemeye yatkndrlar. Polymetthylmethaoylate (PMMA) izelge 3.1den de grld zereUHMWPEdenokdaharijit,gevrekvegldrler.Budurumda4hidrojen atomundan biri deitirilir, biri metil grubuyla (CH3) dieriyse akrilik grubu (COOCH3) ile deitirilir.Bugeniyangruplarkaymaydahadazorlatrr.Dolaysylamodlve mukavemetartar. Bunlar ayn zamanda molekllerin sral kristalin bir ekil almalarn da zorlatrr. ekil 3.3 de kristallemenin polietilenin mekanik zelliklerine etkisi verilmitir. Buamorfyapnnsonucuolarak,PMMAoptikolarakeffaftr.Bunaztolaraktermoset polimerlerbirbirineaprazbalanmzincirlerdenolumutur.Istmaileerimezler,fakat indirgenirler.Termosetszkimyasalbirreaksiyonolduunugsterir.Bureaksiyon 40 geneldesierirveboyutluaprazbalanmbiryapoluumuylasonulanr.Bunun yaygnbirrnei5dakikaepoksidir.kiparakartrldnda,katalizrepoksinin oluumunaveaprazbalanmasnayolaar.Birkezolutuundabirdahastlamazve tekrarkullanlamaz.aprazbalanmannmiktarmekanikzelliklerietkiler.Lastik eldivenlerde az miktarda apraz balamalar bulunur. Biraz daha slfr ve apraz balanma eklenmesiarabalastiininoluumunusalar.Arabaaksnnsertkutusuiindahada fazlaaprazbalanmaeklenmesigerekir.Dentalakrilikvekemikimentosu,takmadi veya total eklem protezi yapmak iin kullanlan sistemlerdir. Toz polimer (PMMA) haline gelmekiinkimyasalbirbalatcylatlr.Kimyasalbalatcyarnekbenzyol peroxide(BP)dir.Busvmonomerdirveaktivatrolarakgrevyapanbirkimyasaldr. Bunlar kartrmak tozu yumuatr ve BPnin aktif hale gemesine yol aar. Daha sonra bu BP monomerin polimerizasyonuna yol aar ve sonuta toz-sv karm 5-10 dakika iinde katlar.aprazbalanmaolmadndankatlamadansonrakatstlabilirveekle sokulabilir. ekil 3.3Kristallemenin polietilenin mekanik zelliklerine etkisi [55]. izelge 3.4 DeiikykdurumlarndaPEEKvetitanyumun,ekmegerilmesive emniyet faktrleri [56]. ekme Dayanm (MPa)Emniyet KatsaysYk Durumu PEEKTitanyumPEEKTitanyum 140,193,03,96,0 278,1131,82,04,2 399,6237,21,62,3 464,926,92,42,4 582,3100,11,95,5 41 izelge 3.5Tbbi uygulamalardaki polimerlerin baz fiziksel zellikleri [57]. Polimerekme Gerilmesi (MPa) Elastisite Modl (GPa) zod darbe dayanm(J/m) Kopma uzamas (%) Sertlik (Rockwell) Younluk (g/cc) Su emme (%) LDPE4-60,1-0,26Krlmad90-800D41-D460,91-0,9250,01 MDPE8-240,17-0,3826,7-85050-600D50-D600,926-0,940,01 HDPE21-380,4-1,2426,7-107020-1000D60-D700,941-0,970,01 UHMWPE211,0-450D650,940,01 PMMA55-852,4-3,316-752-7M60-M1001,20,1-0,4 PU1690,007-6,9130010-1000A10-D901,05-1,5- PLASTK PVC 10-24--200-400A50-A1001,16-1,350,04-0,4 SLKON2,4-7--100-700A15-A651-1,15- PTFE14-340,4160200-400D50-D652,2- izelge 3.6Tabii insan dokusuna ait baz fiziksel zellikler [57]. Doku tipiekme Gerilmesi (MPa) Kopma Uzamas (%) Elastisite Modl (MPa) Arter1-1,60,8-1,10,03-3,0 Kalp Kapa2-4,510-1841-64 Elastik Kkrdak33015 Deri6,2-14110-14023-44 Kas zar12-1414-17300 Kas eridi59-698-9966 Femur Kemii1201,41725 Polimerlerinmekanikzelliklerinitanmlamakiinkullanlanbirbakaterimise elastomerdir.Elastomertermoplastikvetermosetolabilirler.Elastomerlertpkbir plastikkaygibipolimerindeformasyondansonraeskieklinegeridnebileceini vurgular.Zigzagomurgayapsnasahipmolekllergerilmeiledeitirilebilirve sonrasndaeskihalinednebilir.aprazbalanmtermosetlerbalargerebilir,yapy dzletirebilirvesonrasndaeskihalinegetirebilir.Silikonelastomerleryksekuzama (% deformasyon) kabiliyetine sahiptir (izelge 3.1). Polimermalzemelerilemetallermukayeseedildiinde,ekmedayanmveelastisite modlnndkolmasnakarlk,kopmauzamasnnokbykdeerlereulat grlmektedir.Polimerlerinbaztrlerininyorulmadayanmynndendeyeterli deerlereulatgrlr.TitanyumilePEEK(Polietereterketon)ukyaslayanalma sonularizelge3.4deverilmitir.izelgedendegrleceizerePEEKeaityorulma deerlerititanyumunkinegredkolmasnaramen,enkkemniyetfaktrdeeri 1.6 dr ve bu da yeterince byk bir deerdir. 42 izelge 3.7Protez malzemesi olarak kullanlan polimerler [57]. PolimerlerYenilenen nitenin Kompozisyonu Polimer TipiUygulamalar Polietilen (PE)HH (-C-C-) HH Lineer deiken Kristal Plastik Cerrahide Kateterde Femur Mafsalnda Polimetil-metaklirat (PMMA) HCH3 (-C-C-) HCO2CH3 LineerAmorf Ortopedide Gz Lenslerinde Poliretan (PU) HO (-R1-N-C-O-R2O-) Lineer veya X-balantl mikroyapda Kalbe Yardmc Cihazlarda Polivinil-kloridHH (-C-C-) HH Lineer Plastik Amorf Kateterde Damar Balantlarnda SilikonR3 (-Si-O-) Lineer veya X-balantl amorf Rekonst. ve Plastik Cer. izelge3.5ve3.6daprotezmalzemesiolarakkullanlanpolimerlerevetabiiinsan dokusunaaitrneklerinbazfizikselzellikleriverilmitir.Polimerlerfizikselyaps bakmndanvcuttakiyumuakdokularabenzerzellikgsterdiindencilt,kas,kkrdak, damar ve lens gibi zel dokuya sahip blgelerde, protez malzemesi olarak kullanlabildii gibi di hekimlii ve ila endstrisinde de youn olarak kullanlmaktadr. Pekokaragereplastiktenyaplmtr.Plastiklerherhangibirsaydaeklemelere (sonradaneklenenmalzemeye)sahipbirpolimerdir.Onlargzelgsterebilmekiin renklendiriciler ve stabilitelerini artrmak iin antioksidanlar eklenir. Yumuakl artrmak iin plastikletiriciler eklenebilir.

3.4 KOMPOZTLER Kompozit malzemeler iki ya da daha fazla malzemenin birlemesiyle veya kartrlmasyla oluurlar.Geneldeherbirmalzemeninkendinehaszelliklerideimezamakompozit genelzelliklerinetoplambirkatkyaparlar.Paralarnekillerinegrekompozitler3 kategoride toplanrlar: Particulate, fiberve laminar. Pek ok zellik karmlar kuralyla belirlenebilir: Karmnzellii:Herbileenintoplamhacimkesirlerixobileeneaitzellik.Mesela polimer-fiberbirkompozitinyounluu=Polimermatrikskesirlerinintoplamx younluu + fiberin kesri x younluudur. 43 Meselapolyetheretherketone(PEEK)matriksiindekibirkarbonfiberinkompozitlerini dnn. PEEK iin gerilme mukavemeti 93 MPadr. Modl = 3,6 GPadr (izelge 3.1). PANdanyaplankarbonfiberleriindeerlersrasyla3980MPave240GPadr.%30 fibereklenerekyaplanbirkompozit,mukavemeti208MPaavemodl 17GPaaartrr. Ama deformasyon%50den sadece %1,3e iner. Uzun fiber kompozitleri daha da yksek mukavemet ve modl salar. %61lik karbon fiberlerden yaplan ve fiberlere boylamasnda biryndetestedilenbirkompozit2130MPalkbirmukavemeteve125GPalkbir modlesahiptir.45/45aprazbakullanlarakbuzellikler300MPave47GPaa indirilebiliramauzamadakaydadeerbirartolur.Btnbunlargznnealndnda fiberlerinmiktarnveyapsnayarlamakmekanikadanbykeitliliktezellikler dourur. Pek ok biyolojik malzeme de kompozittir. Mesela kemik mineral hydroxyapatite (HA)ilekollojenfiberlerdenoluanbirkompozittir.izelge3.1degrldzereHA gl,rijitvegevrektir.Kollojendkmodlesahiptir.Kompozitkemikglve kollojenden daha esnek bir malzemedir. Kompozit teknolojisi kemie uyumlu hale gelsin diye malzemeleri uygun hale getirmekte kullanlr. %30 karbon PEEK, kemiinkine yakn bir modle sahiptir ve iyileme sresince krkparalarbiraradatutmakiinkullanlr.Uzun-fiberkompozitlerkemiktendaha rijittirleramaburijitlikpaslanmazelikvekobaltalamlarndakindenazdr.Busebeple uzunfiberkompozitler(yksekmukavemetesahipolduklarndan)kemikveyaeklem protezlerindekullanlrlar.stenenzelliklerisalayabilmekiinkompozitbileenlerinin miktar ve yaps ayarlanabilir [44, 10]. 44 BLM 4 KEMK VE KIRIKLARI 4.1 KEMN MEKANK ZELLKLER Kemik makro dzeyde kortikal (veya kompakt) ve kanselloz (veya trabekler) olmak zere ikiblmeayrlr.Femurgibibiruzunkemiinucununkesiti,younkortikalkabukve porozkanselloziyapyasahiptir.Buikiyapyounlukveporozitelerinden ayrlabilir(ekil4.1).Younluktakikkdeiimler,mukavemetveelastisitemodl deerlerindebykdeiimlerenedenolur.Younluktakideiimlerayrcayalanmaya, hastala ve kemii kullanma ya da kullanmamaya baldr. Kortikal kemiin mikroyaps dzenli silindir biimli lamellalardan oluur. ekil 4.1Kortikal ve trabekler kemik iin gerilme- zorlanma erisi. Kemiinmekanikzellikleriincelenirkendahaokkortikalkemikreferansolarak alnmaktadrvekansellozkemikdahaazdikkatealnmaktadr.Kansellozkemieait deerlerkortikalkemieaitolanlaragreoldukadktr.rneinkortikalkemiin elastisite modl 17 GPa iken, kanselloz kemiinki 75,5 MPadr [5]. Kortikalkemikyounbirmaddedirvemaximum1,8g/cm3younluasahiptir,bal younluuise0,7-0,95arasndadeiir.Kanselloz(trabekler)kemiktrabekledenen 45 ksaubukeklindekemikmaddesindenoluurvesngerimsibirgrnvardr[3]. Kansellozkemikisedahaokkortikalkemiiniyzeyindeveuzunkemiklerinu ksmlarnda bulunur. Her iki kemikte temelde ayn maddeden meydana gelir. Bileenlerin dzensiz fakat optimize olmu aranjman ve oryantasyonu kemik malzemesini heterojen ve anizotropik yapar[3]. skelet sistemi i organlar koruyan, salam bir kinematik link oluturan, kaslarla yapma yerisalayanvebusayedevcuthareketlerinidestekleyenbiryapdr.Kemiin biyomekaniidebukompleksgrevleriyapabilmesiiinzellemitir.Kemikkendini tamiredebilen,internalyapsnvekonfigrasyonunudeienmekanikihtiyalaragre ayarlayabilenbirdokudur.Uzunsredevamedenaryklenmeyadaazyklenme mutlaka kemik dansitesini deitirir. Demir ile karlatrldnda kemik 3 kat hafif, 10 kat fleksibldir. Kollajen ierik burulma mineral ierik ise basmaya kar direnten sorumludur. Buradaikinemliterimmukavemetverijitliktir.Buzelliklerianlamakiinkemiin yklenmealtndagsterdiideiiklikleriincelemekgerekir.Aadainsankemiineait mekanikzelliklerverilmitir(izelge4.1).Kullanlanyntemegrefarkl aratrmaclarda yakn sonular elde edilmitir. izelge 4.1nsan kemiinin mekanik zellikleri [36, 38]. GrupReilly ve BursteinYoon veKatz Knetz et al Ashman et al Kemik FemurFemurTibiaFemur Malzeme simetrisiTlTlORTHORTH YntemMUMU E1 (GPa) E2 (GPa) E3 (GPa) G12 (GPa) G13 (GPa) G23 (GPa) v12 v13 v23 v21 v31 v32 11.5 11.5 17.0 3.6 3.3 3.3 0.58 0.31 0.31 0.58 0.46 0.46 18.8 18.8 27.4 7.17 8.71 8.71 0.312 0.193 0.193 0.312 0.281 0.281 6.91 8.51 18.4 2.41 3.56 4.91 0.49 0.12 0.14 0.62 0.32 0.31 12.0 13.4 20.0 4.53 5.61 6.23 0.376 0.222 0.235 0.422 0.371 0.350 Not: 1ve2radyaldorultular,3uzunlamasna(longitudinal)dorultuyu,UveMise srasyla,ultrases(ultrasound)vestandartmakinetesti(standartmachinetesting) yntemlerini gstermektedir. TI Transvers izotropi, ORTH Ortotropidir. 46 Elastikblgede,yklemekalcdeformasyonanedenolmaz.Fakatakmanoktasgeilirse plastikdeformasyonbalar.zotropmateryallerdemekanikzelliklermateryallerinher blgesindeaynikenkemikgibianizotropikmateryallerdefarklblgelerfarklmekanik zellikleriermektedir.Kemiinuzunaksnadikgelenyklerekargsterdiielastisite modl, paralel gelenyklere kar gsterdii elastisite modlnn 2/3 kadardr. Bu iki yndndakemiegelenyklerbusnrlariindekalacakekildedirenlekarlarlar. Balyounluu0,05-0,37g/cm3arasndadr.Trabekulalardakandamarlaryoktur, boluklar ise ilikle doludur. Kortikal kemiin elastisite modl gzenekliliine, kanselloz kemiinki ise minerilizasyon derecesine baldr[4]. Kortikalkemiinkrlmasiinorijinaluzunluunu%2sininalmasyeterliiken, kansellozkemiktebuoran%7dir.Genelolarakerikinkortikalkemiibasmayakar ekmedendahafazladirenlidirveekmezorlanmasnamakaslamadandahafazla direnlidir.Amaocuklukdnemindekemiinbasmayakadahazayfolmastorustipi krklarn grlmesine neden olur. (ekil 4.2)

A)Eilme B)Torus Kr

C)Yeil Aa Kr D)Tam Krk ekil 4.2 ocuklarda grlen krk tipleri. ELME BASMA BURULMA ekil 4.3Kemiin yklenme durumlar. 47 Kortikalkemiinekmevebasmayakargsterdiimekanikzelliklerfarkldr.(ekil 4.3) ekmeye kar dzgn bir lineer eri izerken basmaya kar ayn homojenlikte cevap vermez.Elastisitemodlleri,elastikblgeboyuncabenzerdiramaakmadayanmbasma yklemesinde fazladr. Basma uygulandnda plastik blgede oluan gerilme uzama erisi lineerbirartgstermez.Bublgedeboyunaeksenleyaklak40ayapanatlaklar oluur.Buatlaklarnyatayeksenindeoluanmakaslamagerilmeleriilekemiin btnl bozulur. ekil 4.4Kemiin eilme yklenmesi. Kemiintamambellibiryklemealtndayklemeninetkiettiinoktayagremekanik zellikgsterir.Hembasmahemdeeksenelyklemeyarattiineilmeyklemesini incelemekkemiintamamnnzelliinianlamakiiniyibirmodeldir.(ekil4.4)Etki noktasndaki kemiin kesit geometrisi ve kemik dokusunun genel zellikleri bu noktada rol oynar.Kemikdokusunundahanceanlatlanekmevebasmadayanmlarkemiin direncinibelirleyecektirfakatkemiinkesitselgeometrisideetkiliolacaktr.Burada2 faktrnemlidir.1.Nekadarkortikalkemikyzeyiierdiive2.Buyzeyinkemik merkezindennekadaruzaktaolduu.Eityzeyblmnesahipkesitlerarasnda merkezdendahauzaayerleimiolanblgelereilmeyklenmesinedahafazlakar koyabilir. Kprck kemii ve herhangi bir tbler kemik eit kortikal kemik yzey lmne sahip olsalar da kprck kemii homojen olmayan ekli sebebiyle merkeze yakn olan noktalar iermektedir.Buasimetrisikprckkemiinineilmeyklenmesinegstereceidirenci azaltacaktr. 48 Kemieburulmauygulandndadakaymagerilmesioluur.Maksimumburulma dayanmsonras,kemikteboyunaatlaklaroluur.Buatlaklarnbitinoktalarnda yaklak50derecealolmakzereikispiralatlakdahaoluarakkemiinbtnl bozulmayabalar.Burulmayklemelerieilmeyklemelerindenfarkldr.Burulma momentietkiedennoktayaolanuzaklkiledeiiklikgstermez.rneinbirkayaknn kayaklarn da evirecek ekilde bir ykleme gelse ayak bilei ve diz ekleminde internal burulmatorkuoluur.Butorktibianndistalindeveproksimalindeayndzeydedir. Eilmeileoluankrklaretkinoktasndaoluurken,burulmaileoluankrklarkemiin kaymamukavemetininenazolduuyerdeoluur.Buolaybirkakesitteaynzamanda olabilir.Kemiinfarklyerlerindeboyunaatlaklaroluur.Buatlaklarnbiti noktalarndanztynleredoruikincilekmegerilmesiatlaklaruzanr.Kemii dolanaraksalamkorteksinbtnlnbozarvekrkolutururlar.Bubalang atlaklarnnboyu2-3mmdahiolabilir.Elikedenkelebekfragmannnolupolmamas yklenmeninhzileilgilidirheryklenmebasitbiratlaklabalaramayavaolanlar atallamagstermedenilerler.Hzlolanyklenmelersaysartanatallamalaryapar (Kelebek fragman olumas (ekil 4.5)). ekil 4.5 Kemiin kombine yklenmesi. Kemik biyolojik bir yap olduu iin mekanik zellikleri ya ile de deimektedir. Erikin kortikalkemiinakmadayanmveelastisitemodlheronsenede%2oranndaazalr. stelikbudeiikliklerkemiklerarasndadafarkllkgsterir.rneinfemurdaki deiikliklertibiadakinegredahabelirgindir.Erikindnemdekemiindap bymeyedevamederfakatmodlerkanalgenilemesidahahzldr.Sonuolarak kemiklerdahageniaplamadahaincekorteksliolur.Kemiintoplammukavemetibir 49 miktarazalmtramadahanemlisielastikiyetidmtr.Yanibkmeyemaruzkalrsa belki ayn iddetli bir yklenme ile fakat ok daha az bir eilme gstererek krlr. Kemiktekiherbolukkemikdirencinimutlakaazaltrfakatklinikteproblemyaratacak olansnrkemikapnn%30udur.Kemikteoluturulangzeneklerbkmelerdeenerji absorbsiyonunun %50sinin, burulmalarda %90nn kaybna neden olur. Kompresif yerde kalan defekt ve delikler tehdit oluturmaz [5]. 4.2 KIRIK NEDR Dtanveyaitengelenzorlanmalarlakemikdokusundaolanayrlmaya,yanikemiin btnlnnvedevamllnnbozulmasna,bakabirdeyimlekemiinanatomik btnlnnbozulmasnakrkdiyoruz.Kemikbtnlndekibozulmabasitbir atlaktan, bir veya bir ok kemiin ok paral krna kadar deiik ekillerde olabilir. Yaralanmalarn%20sialt,%47sisteksremitedeolmakzerekrklarn%78ikolve bacaktadr ve bunlarn %4 kadar da ldrc ve tehlikeli gruptadr. Yenidoanlardaenokklavikula,femurcismi,humeruskrlr.ocuklardahumerus suprakondiler krklar bata olmak zere dirsek evresi ve n kol kemikleri ile femur cismi enokkrlr.Ortayatatibia,femurveradiusdistalienokkrlanblgelerdendir.leri yalardafemurboynu,humerusproksimaliveradiusdistalienokkrkgrlen blgelerdendir. Btn yalar ve dier koullar gznnde bulundurularak yaplan krlma oran tahmininde en yksek oran %15 ile tibia ve fibuladadr. ekil 4.6 da tibia krklar grlmektedir[1, 2, 35]. 50 A: Transvers veya Ksa OblikB: Kk Kelebek FragmanC: Byk Kelebek FragmanD: Segmental

E: SpiralF: Proksimal eyrekte Transvers veya OblikG: Distal eyrekte Transvers veya Oblik ekil 4.6Ti