Slide 1

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


Slide 2

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü

Sunum Planı


Mekanik ve Biyomekanik



Biyomekanik Uygulamaları



ODTÜ Makina Mühendisliği Bölümü’nde
Biyomekanik Araştırmaları


Slide 3

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.


Mühendislik mekaniğini biyoloji, tıp ve fizyoloji
alanlarıyla buluşturan bilim dalı.


Slide 4

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü

Mekanik
Akışkanlar Mekaniği

Katı Cisimler Mekaniği
Şekil Değiştiren
Cisimlerin
Mekaniği

Rijit Cisimlerin
Mekaniği

Statik

Dinamik

Kinematik

Kinetik

Sıvı ve
Gaz
Statiği

Sıvı ve
Gaz
Dinamiği


Slide 5

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü

Femur kırığı tedavisinde traksiyon


Slide 6

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü

Yük kaldırmada L5/S1 eklem kuvveti


Slide 7

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 !


Slide 8

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü

Biyomekaniğin kullanıldığı alanlar


(1/2)

Tanı:
Biyomekanik
hastalık,
 yıpranma / yaşlanma
 kaza ve zorlamalar


sonucunda, özellikle insan makinesinde
oluşan işlevsel bozuklukları tanımlamak
amacıyla, fizyolojik işlevleri izlemek ve
bunlarla ilgili veri toplamak için
kullanılmaktadır.


Slide 9

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü

Biyomekaniğin kullanıldığı alanlar



Tedavi:

(2/2)

Biyomekanik, canlı sistemlerin tedavi ve
rehabilitasyonu amacıyla kullanılmaktadır.




Yapay organlar ve destek cihazları:

Biyomekanik, protez vb. yapay organların, ortez
vb. destek cihazlarının tasarımı, imalatı ve
ayarlanması için kullanılmaktadır.

Temel Tıp ve Klinik Araştırma:

Biyomekanik, hastalıklar hakkında yeni bilgi elde
edilmesinde ve anatomik yapıların
incelenmesi ve işlevlerinin tanımlanmasında
bir araç olarak kullanılmaktadır.


Slide 10

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü

Biyomekaniğin kısa tarihçesi

 Aristo

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


Slide 11

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü

Günümüzde biyomekanik uygulamaları

(1/2):



Lokomosyon (yürüme, koşma, ...)



Organlarda kuvvet-hareket ilişkisi



Yük kaldırma, tırmanma, fırlatma gibi aktivitelerin
modelleme ve simülasyonu



İnsan eklemlerinin modellenmesi (ayak bileği, diz,
dirsek, kalça, omurga, omuz, ...)



Spor biyomekaniği ve fiziksel performans



Kas mekaniği


Slide 12

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü

Günümüzde biyomekanik uygulamaları (2/2):


Protez, ortez ve implantlar



Neuro-muscular kontrol (postür analizi gibi)



Tanı ve tedavi için yöntem ve cihazlar



Kırık (kemik), ruptür (tendon, bağ)



Hücre çoğalması



Doku mühendisliği



Dolaşım sisteminde kan akışı



Akciğerde hava akımı


Slide 13

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü

ODTÜ Makina Mühendisliği Bölümünde
Biyomekanik Araştırmalar - 1
 Yük

kaldırma, zıplama, tekerlekli
sandalye ile hızlanma aktivitelerinin
modellenmesi

 Spor

biyomekaniği (okçuluk, futbolda
kafa vuruşu, voleybolda zıplama)



Eklem modellemesi (diz, omuz)



Yürüyüş analizi


Slide 14

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü

Diz Ekleminin Dinamik Modeli


Slide 15

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü

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


Slide 16

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü

Yürüyüş Analizi – Biyomekanik parametreler
 Zaman-uzaklık parametreleri: Kadans, hız, adım
uzunluğu, iki-adım uzunluğu, yürüyüş çevriminin
zamanlaması,...

Yer tepki kuvvetleri
 Eklem açıları (ayak bileği, diz, kalça)
 Eklem momentleri
 Eklem güçleri
 Pelvis hareketi
 Enerji harcanımı (mekanik / metabolik)
 EMG kayıtları



Slide 17

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü

ODTÜ Yürüyüş Analizi Sistemi - KISS


Hareket ölçümü
İşaret noktaları
 6 IR video kamera




Kuvvet ölçümü




2 Kuvvet platformu

Yardımcı ekipman


Kalibrasyon, linearizasyon

Modele dayalı hesaplamalar
 EMG



Slide 18

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü

Yürüyüş
Deneyi


Slide 19

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü

KISS
Protokolü:
İşaret (referans)
noktaları


Slide 20

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü

Biyomekanik modelleme


Slide 21

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü

Örnek: Topuk kırığı
Kırık

Normal

Eklem momenti

Eklem gücü

(49 yaşında erkek, Sağ topuk kırığı, Konservatif tedavi


Slide 22

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü

ODTÜ Makina Mühendisliği Bölümünde
Biyomekanik Araştırmalar - 2
 Yumuşak
 Dental
 Tıbbi


doku mekanik özellikleri

implantlar

görüntülemeden yüzey modelleme

Fibula hareketinin araştırılması


Slide 23

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)




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.


Slide 24

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü

Dental İmplantlar



Değişik tipte implantların
kemikle etkileşiminin bilgisayar
ortamında modellenmesi


Slide 25

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü

Tıbbi Görüntüleme Tekniklerinden Üç Boyutlu
Model Oluşturma



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


Slide 26

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)


Taze kadavralarda ayak bileği
hareketi ile fibulanın tibiaya
göre bağıl hareketinin
araştırılması için bir aparat
tasarımı, üretimi ve kullanımı


Slide 27

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)



Bu çalışmalar sırasında daha
önce dokümante edilmemiş
meniskofibular ligaman
“keşfedildi”.


Slide 28

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü

dinlediğiniz için
teşekkürler