3-B Yazıcı Teknolojileri Kullanarak Kişiye Özel Sternokostal İmplant Tasarımı ve Üretimi

Abstract

Eklemeli/Katmanlı Üretim (Additive Manufacturing) olarak kabul edilen 3-B yazıcı teknolojisi, bilgisayar ortamında tasarlanan 3 boyutlu objeleri somut hale dönüştürebilen hızlı prototipleme araçlarıdır. Günümüzde 3-B yazıcı teknolojileri birçok alanda hayatı kolaylaştırdığı gibi, medikal alandaki uygulamaları da insan yaşamının kalitesini artırmış, en önemlisi yaşamlarını devam ettirmede büyük rol oynamıştır. 3-B yazıcı teknolojileri tıbbi implantların hızlı bir şekilde üretilmesini sağlamak ve doktorların ve cerrahların prosedürleri planlama yöntemlerini geliştirmek için büyük bir fırsat yaratmaktadır. Günümüzde hastalık, savaş, kaza ve yaralanma gibi sebeplerle eklem kayıpları çok görülmektedir. Bu eklem kayıplarını tedavi etmede kişinin hasarlı bölgesindeki parçanın çıkartılarak yerine geçebilecek kişinin dokusu ile uyumlu malzemeden üretilmiş medikal implantlar kullanılmaktadır. 3-B üretim teknolojisi, eklem kaybının yerine geçebilecek, kişiye özel ve kişinin dokusu ile uyumlu malzemeden üretilmiş implantların üretilmesine olanak vermektedir. Pazardaki standart implantların aksine kişinin durumuna özel implant üretilmesi ameliyatların risklerini azaltmanın yanı sıra cerrahların işini de kolaylaştırmaktadır. Titanyum alaşım ailesinden Ti-6Al-4V, dayanıklı ve hafif oluşları nedeniyle sternokostal implantlarda tercih edilmektedir. Bu çalışmada 3-B üretim teknolojilerinden toz esaslı eklemeli imalat yöntemi olan SLS (Seçimli Lazer Sinterleme) ile kişiye özel sternokostal eklem implantının üretim ve tasarım aşamaları incelenmiş, yeni bir implant tasarımı önerilmiştir. METÜM (Medikal Tasarım ve Üretim Merkezi, Sağlık Bilimleri Üniversitesi Gülhane Yerleşkesi, Ankara) tarafından oluşturulan ve hastaya implantasyonu gerçekleştirilen Ti-6Al-4V malzemeden üretilmiş bir sternokostal implantın analiz programında sonlu elemanlar analizi yapılmış, implanta binen yükler ve stres değerleri ölçülmüştür. Dünyada ve ülkemizde günümüze kadar tasarlanmış olan bazı sternokostal implantlar çalışma dahilinde incelenmiş, yapılan araştırmalar sonucunda analizi yapılan sternokostal implant üzerinde tasarımsal farklılıklar ve iyileştirmeler yapılmış, analizleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmanın bundan sonra tasarlanacak olan sternokostal implant çalışmalarına yol göstermesi amaçlanmaktadır.

3-D printer technology, which is considered as Additive Manufacturing, is rapid prototyping tools that can transform 3D objects designed in computer environment into concrete. Nowadays, 3D printer technologies have made life easier in many areas, as well as applications in the medical field have increased the quality of human life, and most importantly, have played a major role in maintaining their lives. 3-D printer technologies create a great opportunity to enable the rapid production of medical implants and to improve the way doctors and surgeons plan procedures. Today, joint losses are common due to illness, war, accident, and injury. To treat these joint losses, medical implants made of materials that are compatible with the tissue of the person that can replace the part in the damaged area of the person are used. 3-D manufacturing technology allows the production of implants made of personal and compatible materials that can replace joint loss. Unlike the standard implants in the market, the production of implants specific to the person's condition not only reduces the risks of the surgeries but also facilitates the job of the surgeons. Ti-6Al-4V, a member of the titanium alloy family, is preferred in sternocostal implants due to its durability and lightness. In this study, the production and design stages of a custom sternocostal joint implant with SLS (Selective Laser Sintering), which is a powder-based additive manufacturing method from 3-D manufacturing technologies, was examined and a new implant design was proposed. In the analysis program of a sternocostal implant made of Ti-6Al4V material created by MDMC (Medical Design and Manufacturing Center, University of Health Sciences, Gülhane, Ankara) and implanted to the patient, finite element analysis was performed and the loads and stress values on the implant were measured. Some sternocostal implants designed to date in the world and in our country have been examined within the scope of the study, design differences and improvements have been made on the analyzed sternocostal implant as a result of the researches, and their analyzes have been carried out. The study is aimed to guide the sternocostal implant studies that will be designed from now on.