Site Rengi

Sonlu Elemanlar Analizi Diş Hekimliği

02.01.2020
1.608

Sonlu elemanlar analizi diş hekimliği uygulamaları, hesaplamaları ve 3d model oluşturma teknikleri hakkında detaylı bilgi için hazırlanmıştır. Gerek bilgisayar teknolojisi gerekse yazılım teknolojisinin gelişimine bağlı olarak nümerik analizler bütün disiplinlerde başarılı olarak uygulanmaya başlanmıştır. Bu alanlardan birisi de sonlu elemanlar analizi diş hekimliği uygulamalarıdır. Sonlu elemanlar analizi uygulamaları ile alt çene, üst çene, dişler, fiksasyon sistemleri, plaklar, implantlar ve diğer uygulamalar için gerilme (stres), deformasyon (deformasyon), gerinim (strain) sonuçları elde edilebilir. Biyomekanik açıdan uygunluğunu denetlediğimiz sistemlerin gerçek çalışma koşullarına uygun simülasyonları Ansys yazılımı ile simüle edilebilir. Ansys programının yenetekleri ve modülleri için ‘Analiz Ansys‘ web sitemizi ziyaret edebilirsiniz.

Diş Hekimliği ve Uygulamaları

Diş hekimliği mesleği, ağız içindeki ve çevresindeki dişlerin, diş etlerinin ve diğer dokuların sağlığını korumaya adanmış sağlık hizmetidir.

Bir diş hekimi, ağız hastalıkları ve durumlarının önlenmesi, teşhis ve tedavisi yoluyla en yüksek sağlık standartlarına adanmış bir doktor, bilim adamı ve klinisyendir.

Diş hekimleri ağız kanserinin ve vücudun ağızda kendini gösteren diğer sistemik durumlarının erken saptanmasında anahtar rol oynarlar. Genellikle vücudun diğer bölgelerinde tanımlanmadan önce ağız boşluğunda ortaya çıkan diğer sağlık durumlarını, hastalıkları ve diğer sorunları tanımlarlar.
Hastalarının genel sağlık durumlarını değerlendirirken ağız sağlığı ve hastalık önleme konusunda tavsiyelerde bulunur.
Sınavlar, dolgular, kronlar, implantlar, ekstraksiyonlar ve düzeltici ameliyatlar gibi klinik prosedürleri gerçekleştirir.
Oral koşulları tanımlar, teşhis eder ve tedavi eder.
Dokuz uzmanlık alanından birinde genel diş hekimliği veya uygulama yapar.
Genetik mühendisliği, ağız ve sistemik hastalıklar arasındaki bağlantıların keşfi, tükürük teşhisinin geliştirilmesi ve yeni malzeme ve tekniklerin sürekli geliştirilmesi de dahil olmak üzere diş araştırmalarındaki ilerlemeler diş hekimliğini heyecan verici, zorlu ve ödüllendirici bir meslek haline getirmektedir.

Diş hekimliği alanında gerçek hastalar üzerinde deneysel çalışma yapmak zor ve yasal olarak uzun süreçleri bulunmaktadır. Bu alanda doktora yapan öğrenciler veya akademisyenler tez, yayın veya sunum yapmak istedikleri zaman daha çok nümerik yöntemlerle çalışma yapmaktadırlar. Nümerik yöntemler CT datasından modele, modelden sonlu elemanlar analizinine giden bir süreci kapsamaktadır. %98 ve üzerinde doğru sonuç veren bu yöntem, uzman kişiler tarafından yapıldığı zaman güvenilirliği çok yüksek olmaktadır.

Maxilla Nedir ?

Üst çene olarak da bilinen maksilla, kafatasının hayati bir visserocranium yapısıdır. Yörünge, burun ve damak oluşumunda rol oynar, üst dişleri tutar ve çiğneme ve iletişim için önemli bir rol oynar.

Bu kemik beş ana bölümden oluşur, biri vücut, dördü süreç adı verilen çıkıntılardır (frontal, zigomatik, palatin, alveoler). Visserocranium’un diğer birkaç kemiği ile sınırlandırılan bir taraftaki maksilla, intermaksiller sütür yoluyla karşı taraftaki karşılık gelen kemikle eşleşir.

Üst çenede farklı operasyonların birebir simülasyonu Ansys yazılımı ile yapılmaktadır.

ust cene analiz
ust cene analiz

Mandible (Çene Kemiği)

Çene kemiği insan kafatasındaki en büyük kemiktir. Alt dişleri yerinde tutar, çiğnemeye yardımcı olur ve alt çene çizgisini oluşturur. Mandibula vücut ve ramustan oluşur ve maksilladan daha aşağı bulunur. Gövde, alt çene çizgisini oluşturan yatay olarak kavisli bir bölümdür. Rami, vücudun her iki tarafında bulunan iki dikey işlemdir; vücuda çene kemiği açısıyla katılırlar. Her ramusun üstün yönünde koronoid ve kondil süreçleri, hareketliliğe izin veren temporomandibular eklemi oluşturmak için temporal kemik ile eklemlenir. Kulağın kemikçikleri dışında, mandibula hareketli olan tek kafatası kemiğidir ve kemiğin çiğnemeye katkıda bulunmasına izin verir.

Geliştirme sırasında, ilk faringeal ark, mandibula’yı oluşturmak için nihayetinde mandibular simfizde kaynaşan iki işlem oluşturur. Doğumda, mandibular simfiz fibrokartilajdan oluşur. Yaşamın bir yılı içinde, simfiz sigortaları ve ince bir sırt vücudun ön yüzeyinde orta hatta kalır.

cene anatomisi
cene anatomisi

Tomoğrafi (CT) Datasından 3D Model Elde Edilmesi

Tomografi datasından 3d modellerin elde edilmesi sonlu elemanlar analizi diş hekimliği uygulamasının ilk adımıdır. Doğu ve hassas çekilmiş olan CT üzerinden alınan DICOM formatındaki fotoğraflar Mimics yazılımı ile fotoğraflar kontrol edilir ve nokta bulutu datası olan STL uzantısı ile kaydedilir. İşlemde nokta bulutu elde edilmesi istenen özellikle nokta üzerinde durulmalıdır. Yine CT datasının gürültüsüz olması model elde etmede önemli bir ayrıntıdır.

dicom to 3d cad model
dicom to 3d cad model

Sonrasında tersine mühendislik alanında nokta bulutu işleme yazılımları olan, örneği Geomagic, kullanılarak nokta bulutu temizleme ve düzeltme işlemi yapılır ve yüzey örme işlemi gerçekleştirilir. Diş hekimliği uygulamalarında iç kemik ve dış kemik için ayırım bu noktada yapılır. Yüzey modeli elde edilen yapı daha sonra Solidworks yazılımına aktarılarak katı model oluşturulur.

3d cene modelleme
3d cene modelleme

Uygulanacak işleme göre plak, vida, implant, ek kemik vb işlemler için de modelleme yapılır ve üzerinde montajlanır. Katı model halinde hazırlanan model üzerinde kesişim, küçük yüzeyler ve diğer hatalar var ise düzeltme işlemi yapılır. Ürünün analiz için hazır hale getirilmesi ile analiz işlemi başlatılmış olur.

fiksasyon fem analizi
fiksasyon fem analizi

Sonlu Elemanlar Adımları

3D geometrik modelin hazırlanmasının ardından ürün Ansys Workbench ara yüzüne import edilir. Burada SpaceClaim yazılımı ile ürünün geometrik düzeltmeleri, yapısı ve eksiklikleri tespit edilerek analize hazır hale getirilir. Analiz işleminde ilk aşama malzeme datasının hazırlanmasıdır. Kemik iç kemik ve dış kemik olmak üzere iki yapıdan oluşur. İç kemiğin ismi ‘Cancellous Bone’, dış kemiğin ise ‘Cortical Bone’ olarak adlandırılır. Dış kemik ortalama 1.5mm kalınlığında ve iç kemiğe göre çok daha sert bir yapıdır. İç kemik ise daha yumuşak bir malzemedir. Model üzerinde bulunan dişler, iç kemik, dış kemik, vidalar, fiksasyon sistemi, yada implat malzeme modelleri oluşturulur ve geometrilere atanır. Sonrasında mesh işlemi yani sonlu elemanlar ağı oluşturma işlemi gerçekleştirilir. Burada yapı karmaşık şekilli olduğu için daha çok ‘Tetrahedral’ eleman atanır. Düğüm noktaları ve elemanar belirlendikten sonra sınır şartları aşamasına geçiş yapılır. Sonlu elemanlar analizi diş hekimliği uygulamalarından en önemli adım kaliteli mesh atma işlemidir. Sonlu elemanlar analizi hakkında teorik bilgiye ihtiyacınız var ise ‘Sonlu Elemanlar Analizi‘ makalesini okuyabilirsiniz.

maxilla mesh cene
maxilla mesh cene

Mesh ve Sınır Şartları

Diş Hekimiliği uygulamalaında ber sonraki adım Mesh işlemidir. Yani sonlu elemanlar ağı oluşturma işlemi. Mesh, sonlu elemanlar yönteminin en önemli yapısıdır. Büyük yapılar çok küçük standart sonlu elemanlara ayrılarak çözüm gerçekleştirilir. Her bir eleman düğüm noktalarından birbirine bağlanır ve bu şekilde yapı üzerine gelen yüklere göre davranışlar ortaya çıkar. Her bir düğüm notasındaki haraketten başlayarak bütün yapının gerilme ve deformasyon değerleri elde edilir. Kas yapısı ve yük uygulanış şekline göre yük ve sınır şartları girilir. Diş Hekimliğinde sonlu elemanlar analizi uygulamalarında gerek mesh işlemi gerekse yük-sınır koşullarının girilmesi son derece önemlidir.

Bir sonrası adım ise çözüm işlemidir. Çözüm işleminde lineer veya non-lineer çözüm metotları kullanılabilir. Yine zamana bağlı ve zamandan bağımsız çözüm teknikleri de kullanılabilir. Çözüm işlemi başarılı olarak gerçekleştirildikten sonra raporlama ve sonuçların elde edilmesi aşaması başlar. Burada nümerik çözüm ile elde edilen gerilme ve deformasyon değeri analitik olarak ta çözülüp doğrulama yapılabilir. Ya da deneysel çalışma ile de yapılıp üç yaklaşımın sonucu kıyaslanabilir. Diş hekimliği alanında gerçek model üzerinden deneysal çalışmak etik kurul iznine tabidir. Dolayısıyla simülasyonlar üzerinden deney yapmak hem pratik hemde zaman almayan, masrafsız bir işlemdir.

Dr. Öğretim Üyesi Selim HARTOMACIOĞLU tarafından bugüne kadar sonlu elemanlar analizi diş hekimliği uygulamaları yapılmıştır. Bu makalelere google akademikten ulaşabilirsiniz. Sonrasında Ansys yazılımına geçilerek yapısal analiz, dinamik analiz, yorulma analizi veya başka istenilen analizler gerçekleştirilir ve sonuçlar rapolanır. Uygulanan sistemlerin mukavemeti değerlendirilerek sonuçlandırılır.

Sonlu elemanlar analizi çözüm işlemi sonrası eş değer gerilmeler, asal gerilmeler, kesme gerilmeleri, normal gerilmeler ve diğer gerilme türleri kontrol edilebilir. Yine deformasyon değerleri yöne bağlı veya toplam deformasyon değerleri göz önüne alınabilir. Yine birim yer değiştirme olan gerinim (strain) değerleri dikkate alınabilir. Diş hekimliği alanında bu değerler ile karar verme ve hasar durumları gözden geçirilir.

sonlu elemanlar analizi dis hekimligi
sonlu elemanlar analizi dis hekimligi

Sonlu Elemanlar Analizi Diş Hekimliği Uygulamaları

Diş hekimliği alanında gerçek model yani insan çenesi üzerinde doğrudan deneysel işlem gerçekleştirmek çok zor ve etik kurul kararları alınarak yapılabilir. Bilgisayar teknolojlerinin gelişmesi ile ürünlerin dijital ikizleri üretilmekte ve gerçek çalışma koşullarına uygun olarak modellenebilmektedir. Tomografi datalarının alınarak işlemleden geçirilip model hazırlanması ve sonlu elemanlar analizi için gerekli çalışmaların yapılması artık mümkün ve çokça uygulanmaktadır. Marsis İnovasyon uzman ekibi ve teknik alt yapısı ile Diş Hekimliği alanında sonlu elemanlar analizi hizmeti sağlamaktadır. Tomografiden nokta bulutu datasına, yüzey modelden katı modele, Sonlu elemanlar analizi diş hekimliği kadar bütün süreçte hizmet sağlamaktadır. Sonuçları detaylı rapor hazırlayarak tarafınıza sunulmakta ve yorumlanmaktadır. Analizlerin yapılacağı Ansys yazılım hakkında merak ettiklerinizi ‘Ansys Nedir?‘ makalesinde bulabilirsiniz. ,

ETİKETLER: tasarım, analiz, fea, ANSYS
Ziyaretçi Yorumları

Henüz yorum yapılmamış. İlk yorumu aşağıdaki form aracılığıyla siz yapabilirsiniz.