No abstract

Scaffolds provide a suitable environment for the bone tissue to maintain its self-healing ability and help new bone-cell formation by creating structures with similar mechanical properties to the surrounding tissue. In the modeling of the scaffolds, an optimum environment is tried to be provided by changing the geometrical properties of the cell architecture such as porosity, pore size, and specific surface area. For this purpose, different design approaches have been used in studies to change these properties. This study aims to determine whether scaffolds with similar porosities modeled by different design approaches exhibit distinct biomechanical behaviors or not. By using the Diamond lattice architecture, two different design approaches were constituted. The first approach has constant wall thickness and variable cell size, whereas the second approach contains variable wall thickness and constant cell size. The usage of different design approaches affected the amount of specific surface area in models with similar porosity. Mechanical compression tests were conducted via finite element analysis, while the permeability performance of configurations with similar porosities (50%, 60%, 70%, 80%, and 90%) was evaluated by using computational fluid dynamics. The mechanical results revealed that the structural strength decreased with increasing porosity. Since their higher specific surface area causes lower pressure drops, the second group exhibits better permeability. In addition, it was found that to evaluate the wall shear stresses occurring on the scaffold surfaces properly, it is essential to consider the stress distributions within the scaffold rather than the maximum values.

Metal-on-polyethylene (MoP) hip replacements with a CoCrMo alloy femoral head and an ultrahigh-molecular-weight polyethylene (UHMWPE) acetabular cup are strongly preferred due to their high clinical success. Despite this success, the wear of the bearing surfaces that causes a reduction in the prosthetic use of joint prostheses is still a baffling problem that cannot be solved. Although much research has been done on the tribological behavior of UHMWPE, there are a limited number of studies on the UHMWPE wear mechanism of all components in a hip prosthesis. This study aimed to determine the effect of all components of a total hip prosthesis on the wear behavior of UHMWPE according to three different gait cycles. The wear tests performed at the hip simulator were performed with reference to the hip joint movements and a maximum of 3000 N loads specified in ISO 14242-1. In addition to the abrasive and fatigue wear types of UHMWPE undercoat cups. It was observed that the third-body wear type, which was buried on the surface of polyethylene bearing Ti6Al4V alloy, occurred after 5 million cycles. As a result, according to wear test based on friction elements, it was determined that all hip prosthetic components play an active role in polyethylene wear due to repetitive movement and loading. Moreover, it was concluded that the wear model presented by finite-element analysis can predict the formation of wear in hip prostheses in a reasonable manner.

ÖzGünümüzde, travmalar, kemik tümörleri veya osteonekroz gibi çeşitli nedenler ve artan yaşlı nüfusa da bağlı olarak kemik kayıplarına sıkça rastlanılmaktadır. Kemik kayıplarının giderilmesi ile hastanın kemik fonksiyonlarını devam ettirmesi, estetik görünümün korunması gibi hasta yaşam kalitesi korunmaya çalışılmaktadır. Gelişen teknolojiyle birlikte, kemik kayıplarının yerini alması için gözenekli yapıya sahip protezlerin tasarlanması ve üretilmesi oldukça yaygındır. Protezler, hasta için kullanıma sunulmadan önce birçok sayısal ve deneysel analizlere tabi tutularak biyomekanik olarak uygunluğu araştırılmaktadır. Bu çalışmada kiriş tabanlı kafes yapılardan bir mimari belirlenerek bu geometriye sahip farklı gözeneklilik oranlarındaki iskelelerin kemik rejenerasyonu için uygunluğunun araştırılması amaçlanmıştır. Bu doğrultuda, iskele modellerinin kemik benzeri davranışlarını belirlemek için akış analizleri sayısal olarak gerçekleştirilmiştir. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği yöntemi ile yapılan akış analizleri sonucunda geçirgenlik değerleri hesaplanmış olup, yapı içerisinden geçen akış çizgileri ve yüzeylerde oluşan duvar kayma gerilmeleri kaydedilmiştir. Tasarlanan modellerin geçirgenlik performanslarına bakıldığında, tüm modeller trabeküler kemik geçirgenliğinin alt sınırının üstünde olduğu görülmektedir. Ayrıca, duvar kayma gerilmesi bakımından %50 ve %60 gözeneklilikteki iskelelerde kemik hücre gelişimi için olumsuz olabilecek gerilme değerleri meydana geldiği görülmektedir.

ÖZKalça protez kullanımı artan ortalama yaşam süresine ve nüfusa bağlı olarak gün geçtikçe artmaktadır. Üstün klinik başarıya rağmen aşınmaya bağlı olarak kalça protezlerinin gevşemesi ve ağrılı süreçlerin tekrar başlaması beklenen bir durum haline gelmiştir. Bunların engellenebilmesi için yapılan çalışmalar in vitro ortamlarda test edilerek sağlık alanında gelişmeler kaydetmektedir. Bu makalede de kalça protezlerinde ki in vitro test koşullarını daha kısa sürelerde sağlamak amacıyla kas-iskelet simülasyonu tanımlanan Sonlu Elemanlar Yöntemi ile analizler gerçekleştirildi. Bunun için erişkin hastaya ait femur kemiği, bu kemiğe uygun kalça protezi ve 172 adet kas birim yük değeri kullanıldı. Yapılan analizler sonucunda kas sistemlerinin uygulanması aşınma derinliğini ve gerilmeleri azalttığı belirlendi. Anahtar Kelimeler-Femoral Stem, Aşınma, Ti6Al4V, Sonlu Elemanlar Yöntemi1 *Sorumlu yazar iletişim: erkan.bahce@inonu.edu.tr (https://orcid.org/0000-0001-5389-5571) İnönü Üniversitesi, Makine Mühendisliği, Malatya, TÜRKİYE, 2 İletişim: deryakaraman@ktu.edu.tr(https://orcid.org/0000-0001-5371-9332) Karadeniz ABSTRACTThe use of hip prostheses increases with increasing average life expectancy and population. In spite of the superior clinical success, loosening of the hip prostheses and the resumption of painful processes due to abrasion have become expected. In order to prevent this, the studies carried out in vitro have been tested in the field of health. In this article, in order to provide the in vitro test conditions in hip prostheses in shorter times, analyzes were performed by Finite Element Method which defined musculoskeletal simulation. For this purpose, femoral bone of adult patient, hip prosthesis and 172 muscle unit load value were used. As a result of the analysis, it was determined that the application of muscle systems decreased the depth of wear and tensions.