Atlantoaksiyel Stabilitenin Sağlanmasında Bilateral C1-C2 Pençe Uygulamasının Sonlu Elemanlar Yöntemi Kullanılarak Değerlendirilmesi

Abstract

Atlantoaksiyel kompleks hem boyun bölgesinin hareketliliğini sağlaması hem de kafatasının ağırlığını taşıması bakımından omurganın önemli bir yapısıdır. Normal şartlar altında dayanımı yüksek bir oluşum olmasına rağmen, kaza sonucu ortaya çıkabilecek olan ağır travmalarda yapıda hasar gözlenebilir, hatta travma yapının kafatasını taşıma özelliğinin yok olmasına sebep olabilir. Ancak cerrahi operasyonla düzeltilebilecek olan yapının görevini yerine getirememesi Atlantoaksiyel kompleksin stabilitesinin bozulmasının bir çeşidi olarak bilinmektedir. Bu sebepten, uygulanmakta olan veya ileride geliştirilebilecek olan cerrahi yöntemler üzerine yapılacak olan araştırmalar büyük önem taşımaktadır. Gün geçtikçe artan imkanlar, çeşitli metodlarla bilgisayar ortamında, yöntemlerin pozitif ve negatif yönlerini bulmaya izin vermektedir. Bu çalışmada, 2005 yılından bu yana İstanbul Üniversitesi Cerrahpaşa Tıp Fakültesi Nöroşirurji kliniğinde atlantoaksiyel kompleks instabilitesi olan hastalara uygulanmakta olan Bilateral C1-C2 pençe uygulamasının operasyon ve sonrası süreçlerini sayısal olarak da değerlendirebilmek amacı ile simülasyon yapılması amaçlanmıştır. Günümüze kadar, pek çok cerrahi yöntemle ilgili olan araştırmaların yer almasına rağmen, hastaların klinik anlamdaki takipleri dışında C1-C2 pençe uygulamasının etkinliğinin mühendislik açışından incelenmesinin olduğu bir çalışmaya rastlanmamıştır. Çalışmanın ilk kısmında, omurga anatomisi hakkında çok kısa bilgi verilmiştir. Bu bilgilendirmenin ardından, Atlantoaksiyel kompleks daha detaylı bir şekilde incelenmiştir. Atlantoaksiyel İnstabilitesi üzerinde basit bir şekilde durulduktan sonra yapının stabilitesinin sağlanması amaçlı uygulanan posterior cerrahi yöntemlerine yer verilmiştir. Sonlu elemanlar yönteminin ve biolojik yapılar için kullanılmakta olan malzeme modellerinin biraz daha iyi anlaşılabilmesi için sürekli ortamlar mekaniğinin biyomekaniğe uygulanması hakkında özet bilgi verilmiştir. Pençe uygulamasında kullanılmakta olan parçaların, Atlantoaksiyel kompleksin kemiksi ve yumuşak dokulu bileşenlerinin katı modellerinin oluşturulması hakkında açıklama yapılmıştır. Bir sonraki aşamada, hazırlanmış olan katı modelden yararlanarak sonlu elemanlar modeli oluşturulmuştur. Bu modelin yeterince dogru çalışıp çalışmadığından emin olmak için yakınsama testi ve model doğrulaması yapılmıştır. Cerrahi operasyon süreci ve sonrasını yansıtmak üzere verilen uygun yükleme koşulları sonrası elde edilen sonuçlara göre, operasyon sırasında kemiklerde mikro çatlakların, yumuşak dokularda da yırtılmaların meydana gelebileceği gözlenmiştir. Bu olumsuzluklara rağmen, uygulanan yöntem yapıya beklenen stabiliteyi sağlamaktadır. Son olarak, ileride yapılabilecek olan çalışmalar belirtilmiştir.

The Atlantoaxial complex, with its function to generate rotational motion of the neck while bearing the weight of the head, is a crucially important structure of the spinal column. Although it is extraordinarily strong in nature, damage of the complex and even loss of head bearing ability can occur due to a severe trauma arising from an accident. In medical term this state is referred to as a type of Atlantoaxial Instability which can only be treated by surgical instrumentation. Thus, research on the currently used spine instrumentation techniques, as well as development of new methods have significant scientific and medical importance. On a computational basis, the efficiency and drawback of both currently applied surgical processes and also ones that may develop in the future can be investigated. This work is aimed at simulation of intraoperative and postoperative process of bilateral C1-C2 Claw application which has been adapted to patients with upper cervical instability at the Neurosurgery Clinic of Istanbul University Cerrahpasa Medical School since 2005. Even though much work has been done about various sorts of cervical spine instrumentation techniques in literature; excluding clinical survey, there is not any study for Bilateral C1-C2 Claw application on engineering basis to observe the effectiveness of the technique. In the first part of this study, the basics of spinal anatomy is presented. Afterwards Atlantoaxial complex has been introduced in detail. Posterior instrumentation techniques used to reconstitute atlantoaxial stability have been introduced following the brief information about Atlantoaxial Instability. Informational summary concerning continuum mechanics applied to biomechanics has also been provided. Solid modeling processes of the Bilateral C1-C2 Claw instrumentation components, hard and soft members of the Atlantoaxial complex for computer simulations have been also explained in detail. Next, basics of finite element methods in elasticity have been presented and the 3D solid model of the C1-C2 construct was used to perform Finite Element Analyses (FEA). The details on the convergence study and validation of the model to be ensured whether if finite element model of implanted Atlantoaxial Complex works fairly well or not have also given. The thesis concludes with the results based on FEA performed to simulate intraoperative and postoperative process of the proposed stabilization system. It has been commented that during intraoperative process micro cracks on osseous elements and tears on soft tissues can occur. Nevertheless, proposed method is found to be effective to stabilize atlantoaxial complex also from an engineering point of view. Based on the outcomes of this study, comments far future works have been presented.