Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

ODTÜ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜNDE BİYOMEKANİK ARAŞTIRMALARI Turgut Tümer ODTÜ Kuzey Kıbrıs Kampusu Boğaziçi Üniversitesi 11 Kasım 2005.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "ODTÜ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜNDE BİYOMEKANİK ARAŞTIRMALARI Turgut Tümer ODTÜ Kuzey Kıbrıs Kampusu Boğaziçi Üniversitesi 11 Kasım 2005."— Sunum transkripti:

1 ODTÜ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜNDE BİYOMEKANİK ARAŞTIRMALARI Turgut Tümer ODTÜ Kuzey Kıbrıs Kampusu Boğaziçi Üniversitesi 11 Kasım 2005 İstanbul ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü

2 ODTÜ Makina Mühendisliği Bölümünde Biyomekanik Araştırmalar - 1  Yürüyüş Analizi  Kiss Yürüyüş Analizi Sistemi  Klinik Uygulamalar  Bilgi Sistemi (Yeni – CEng ile)  Biyomekanik Modelleme:  Eklemler: Diz Eklemi, Omuz Kompleksi  Aktiviteler: Yük kaldırma, zıplama, tekerlekli sandalye ile hızlanma  Postür Dinamiği ve Stabilitesi (ES ile)  Fizyolojik Kontrol (Yeni - ES ile: Clonus)  Spor Biyomekaniği: Okçulukta parmak ekstansiyonu, voleybolda zıplama,..

3 ODTÜ Makina Mühendisliği Bölümünde Biyomekanik Araştırmalar - 2  Yumuşak Doku Mekanik Özellikleri  Indentör tasarım ve imalatı  Ampute güdük için soket tasarımına uygulaması  Ortopedi / Anatomi:  Fibula hareketinin araştırılması  Tibio-fibular eklemindeki yeni bir ligamanın işlevi  Dirsekteki annular ligamanın biyomekanik işlevi  Distal femur ve proksimal tibianın menisküs yırtılmalarına etkisi  Tıbbi görüntülemeden yüzey modelleme  Dental implantlar: Kemik-protez etkileşimi, Tork ölçme cihazı

4 Yürüyüş Analizi İnsan yürüyüşü ile ilgili mekanik (kuvvet ve hareket) parametrelerin saptanması. Temel Amaç  Normal yürüyüşü sayısal verilerle, bireysel farklılıklardan bağımsız olarak tanımlamak.  Normalden farklı yürüyüş şeklini, bu farklılığın altında yatan patoloji veya fonksiyonel adaptasyon ile ilişkilendirmek.

5 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

6 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

7 Kuvvet Platformları: Yer Tepki Kuvvet ve Momentleri

8 Kalibrasyon Linearizasyon Marker Seti

9 ODTÜ Yürüyüş Analizi Sistemi – KISS  Yazılım  Veri Toplama: KISS-DAQ  Arayüz (Veri kayıt, kalibrasyon, linearizasyon)  Kamera görüntülerinin işlenmesi (2-boyutlu marker koordinatları)  Marker eşleşmesi (3-boyutlu marker koordinatları)  Marker yörüngelerinin saptanması  Yürüyüş Analizi: KISS-GAIT  Protokol  Biyomekanik model  Kullanıcı arayüzü

10 Piksel Gruplama ve Marker Tanıma No advanced testsSub-marker test Sub-marker and overlap tests With all advanced test

11 2- Boyutlu kamera görüntüleri

12 Marker eşleştirme Görüntü - i Görüntü - i+1 Kamera-rKamera-s Zamansal eşleşme Zamansal eşleşme Uzaysal eşleşme

13 3-Boyutlu marker hareketleri

14 Marker yörüngeleri

15 Eklem moment ve güçleri Kamera Kalibrasyonu Sayısal Filitre Uzuvların 3- boyutlu kinematiği Eklem Modeli Marker Eşleştirme Nümerik Türev Kinetik Model Uzuv Modeli ÇIKTI Kalibrasyon noktalarının gerçek koordinatları Antropometrik Ölçümler Kuvvet Platformu Kayıtları EMG Kayıtları Kalibrasyon noktalarının kamera görüntü koordinatları Yürüyüş Deneyi: Marker görüntü koordinatları Marker Yörüngeleri Uzuvların bağıl hareketleri Eklem açıları Eklem hız ve ivmeleri Statik Görüntü Uzuv parametreleri ÇIKTI

16 Statik Görüntü

17 Yürüyüş Deneyi

18 KISS Protokolü: İşaret (referans) noktaları

19 Biyomekanik modelleme

20 Gait Analysis Software: KISS-GAIT

21

22 KISS-GAIT : Joint Angles

23 KISS-GAIT : Joint Moments

24  Klinik Araştırma  Çeşitli hastalıkların nedenlerinin ve/veya etkilerinin araştırılması (Çocuk felci, romatizma, omurilik hasarları, beyin zedelenmeleri, kemik kırıkları, bağ kopuşları, vb.)  Çeşitli tedavi yöntemlerinin sonuçlarının incelenmesi ve yöntemlerin karşılaştırılması  Yeni tedavi yöntemlerinin geliştirilmesi  Yeni protez ve ortez cihazlarının geliştirilmesi Yürüyüş Analizinin Kullanım Alanları (1/2)

25 Yürüyüş Analizinin Kullanım Alanları (2/2)  Klinik Uygulama  Tanı koyma  Tedavi yöntemiyle ilgili karar alma (amaliyat / konservatif tedavi)  Tedavi sonucu izleme / değerlendirme  Fonksiyonel adaptasyonu primer patalojiden ayırdetme  Uygun ortodik cihaz seçimi  Protez ayarları

26 İntraartiküler kalkaneus kırığı (49 yaşında, Erkek, Sağ, Konservatif tedavi) KırıkNormal Eklem Momenti Eklem Gücü

27 Talektomi (31 yaşında, Erkek, Sol, Talektomi sonrası tibiotalar artrodez) KırıkNormal Plantar fleksiyon Kalça abduksiyon Eklem Momentleri

28 Gonartroz (74 yaşında, Erkek, Bilateral, Cerrahi öncesi) Artroz Normal Eklem Açıları (Diz fleksiyonu)

29 Serebral Paralizi (Sağ hemiplejik CP, 11 yaşında, Erkek) Serebral paralizi Normal Eklem Açıları Pelvik rotasyonKalça fleksiyonu Diz fleksiyonuAyak dorsal fleksiyonu

30 Hareket Analizi sistemlerinin farklı uygulama alanları  Postür analizi (kuvvet platformu)  Tekerlekli sandalyede hızlanma (görüntü)  Yük kaldırma sırasında L5/S1 eklemine etkiyen kuvvetler (kuvvet platformu, görüntü)  Okçulukta parmak ekstansiyonu (EMG)  Voleybolda zıplama tekniği (kuvvet platformu, görüntü)  Klonus’da reaksiyon zamanı (görüntü)

31 Temel sorunlar ve sınırlamalar (1/2)  Yüksek yatırım maliyeti  Yüksek teknik beceri ve deneyim gereksinimi  Zaman alıcı  testin uygulanması  veri düzenleme işlemleri  Sonuçların yorumundaki güçlükler  Henüz bir çok kas-iskelet ve nörolojik hastalıklar için yeterli klinik araştırma yapılmamış, YA’nin standart bir klinik ugulama haline gelmemiş olması  Klinisyenlerin ve mühendislerin ortak çalışması gereği

32  Farklı laboratuvarlarda yapılan analizleri karşılaştırmadaki güçlükler (protokol ve yöntem farklılıkları)  Sonuçların güvenilirliği ve tekrar edilebilirliği (hata ve hassasiyet sorunları)  Anatomik referans noktalarının palpe edilmesi  Yumuşak doku hareketleri  Yöntemden kaynaklanan teknik sınırlamalar:  Görüntü alma sisteminin hızı ve çözünürlüğü  Rijit cisim varsayımı ve basitleştirimiş eklem modeli  Veri filitreleme ve sayısal türev alma işlemleri (hız ve ivme hataları) Temel sorunlar ve sınırlamalar (2/2)

33 İnsan hareketi için modeller Mekanik Model Denetim Modeli Kas Modeli Beyin Omurilik Sinyal Kas & Tendon Kuvvet İskelet & Yumuşak Doku Hareket Kuvvet Çevre Uzak duyu geri besleme (görsel, işitsel, vb.) Proprioseptif geri besleme Yakın duyu geri besleme (vestibular, somato sensor) Deformasyon Boy, Hız

34 Diz Ekleminin Dinamik Modeli

35 Üç Boyutlu Statik Diz Modeli (1/5) ( Ahmer Erdemir, Master Tezi, ODTÜ, 1998) Sayısal MR Verileri: Martelli, Italya Tibia Platoları: Düzlem Femur Kondilleri: Elipsoid ε max (mm) σ (mm) Lateral Tibia Platosu Medial Tibia Platosu Lateral Femur Kondili Medial Femur Kondili2.50.6

36 Üç Boyutlu Statik Diz Modeli (2/5) 4 Ligament + Kapsül  16 sertleşen yay Yayların serbest uzunlukları: 1- Ortalama diz hareketi zarfı sırasında (Walker), maksimum uzunlukta deneysel maksimum gerilme değeri elde edilecek şekilde ayarlandı. 2- Powel optimizasyon yöntemiyle, deneysel ön-arka ve iç-dış laksite değerlerinden (Mommersteeg) en az sapmayı veren değerler bulundu

37 Üç Boyutlu Statik Diz Modeli (3/5) İki Temas algoritması geliştirildi: 1- İki noktada rijit temas modeli  16 bilinmeyen (6 bağıl konum, 2x4 temas noktası, 2 temas kuvveti)  16 denklem (6 denge, 2x3 ortak temas noktası koşulu, 2x2 ortak temas normali koşulu) 2- Elastik temas modeli (Blankevoort)  6 bilinmeyen (bağıl konum parametreleri)  6 denklem (denge denklemleri)

38 Üç Boyutlu Statik Diz Modeli (5/5) İki Boyutlu Normal – Üç Boyutlu Normal – Üç Boyutlu Ön İç Bağı Kopuk Diz

39 Yük kaldırmada L5/S1 eklem kuvveti

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

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

42 Dental İmplantlar  Değişik tipte implantların kemikle etkileşiminin bilgisayar ortamında modellenmesi

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

44 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

45 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”.

46 ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ – Makina Mühendisliği Bölümü dinlediğiniz için teşekkürler...


"ODTÜ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜNDE BİYOMEKANİK ARAŞTIRMALARI Turgut Tümer ODTÜ Kuzey Kıbrıs Kampusu Boğaziçi Üniversitesi 11 Kasım 2005." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları