Ahmet AYDIN, İbrahim D. AKÇALI, Ercan AVŞAR, M. Kerem ÜN, Hüseyin MUTLU, Turgay İBRİKÇİ, Ömer S. BİÇER, Cenk ÖZKAN, Atakan DURMAZ

Tekil Olmayan Fiksatör Otomasyonu

Tıp pratiğinde ekstremite kırıklarıyla şekil bozukluklarının yönetimi harici fiksatör adı verilen mekanik cihazlar yoluyla gerçekleştirilir. Ancak bu hizmetin kalitesi, bu tür ortopedik araçların akılcı ve etkin kullanımı için bir matematik kuram geliştirilmesinin gerekli olduğu biyomekanik yaklaşımla iyileştirilebilir. Temel sorun, yumuşak doku ve kemik koşullarını dikkate alan uygun bir çerçevenin karmaşık planlama gerektirmeksizin kırık bölgesine kolayca uygulanması ve daha sonra da ortaya çıkan kalıcı yer değiştirmelerin matematik kurama göre düzeltilmesidir. Uygun çerçeve olarak kemik parçalarına üç dönme ve üç öteleme olanağı sağlayan Gough-Stewart Platform Mekanizması harici fiksatör olarak kullanılmıştır. Matematik kuramın girdi ve çıktıları standart ve yeterli hassasiyette algılanarak ve elde edilen sonuçlar tekillik bakımından test edilerek kullanımı kolay ve stabil bir sistem geliştirilmiştir. Kuramda ihtiyaç duyulan parametrelerin röntgen filmleri üzerinden otomatik süreçle elde edilmesi ve çıktıların ortopedist tarafından kolayca algılanabilmesi için kuramla kullanıcı arasında değişik otomasyon seviyelerine sahip arayüzler oluşturulmuştur. Ayrıca sistemin başlangıçtaki kemik fragmanlarının ayrık olduğu durumdan başlanıp, bu arayüzlerin çıktılarının kullanılarak, anatomik eksene hizalandıkları tedavi süreci boyunca sistemin hareketi simülasyonla gösterilmiştir. Harici fiksatör cihazları tasarlanıp imal edilerek uygulamalar yapılmış ve kurulan sistemin işlerliği gösterilmiştir

Anahtar Kelimeler:

Harici fiksator, Ortopedi, Tekillik analizi

Non-Singular Fixator Automation

In medical practice, management of limb fractures and deformities is carried out by mechanical devices named as external fixator. The quality of this service can be improved with biomechanical approaches which require development of a mathematicalmodel and efficient usage of the system. The main problem can be defined as using a proper frame which can easily be applied to the fracture site without any complex planning prior to the operation and by taking into account the condition of the soft tissue and the bone; and then displacing the bone fragments according to a developed mathematical model. Gough-Stewart platform, which gives three-translational and three- rotational degree of freedom to the bone fragments, is selected as the mechanical frame. A user friendly and stable system, which takes some standardized inputs for the mathematical model and makes singularity analysis of the produced output, is developed based on this platform. Two different graphical user interfaces with different automation levels are programmed to collect the needed parameters for the mathematical model from the X-ray images and give the obtained results to the orthopedist in an easily understandable way. Moreover the whole treatment process, from the initially unaligned state to the finally aligned state of the bone fragments which is obtained with the output of the developed graphical user interface, is visually simulated. The external fixator devices are designed and produced, then some experiments are done to test the developed system functionality

Keywords:

External fixator, Orthopedics, Singularity analysis,

PDF

___

1. Seligson, D., Pope, M.H., 1982. Concepts in External Fixation, Grune & Stratton, New York.
2. Çakmak, M., Kocaoğlu, M., 1999. İlizarov Cerrahisi ve Prensipleri, İstanbul.
3. Ilizarov, G., 1992. Transosseous Osteosynthesis Springer-Verlag, Heidelberg.
4. Spiegelberg, B., Parratt, T., Dheerendra, S. K., Khan, W. S., Jennings, R. and Marsh, D. R., 2010. Ilizarov principles of deformity correction. Annals of the Royal College of Surgeons of England 92(2): 101-105.
5. Austin, E., Schneider, J., Mullaney, M., 2004. Orthopaedic Fixation Method and Device with Delivery and Presentation Features, Google Patents.
6. Taylor, H. S., Taylor, J. C., 2000. Six Axis External Fixator Strut, Google Patents. 7. Haskell, A., 2014. External Fixator Deformity Correction Systems and Methods, Google Patents.
8. Ortho, R. 2015. Smart Correction® Computer Assisted Circular Hexapod Fixator. Retrieved 17.06.2015, from http://www.responseortho.com/products/extern al-fixators/smart-correction-hexapod-fixator/.
9. Tasarimmed. 2015. Spider Frame® BilgisayarDestekli Dairesel Eksternal Fiksatör. Retrieved 18.06.2015, from https://www.spiderframes.com/anasayfa.
10. Orthofix. 2015. Orthofix. Retrieved 27.06.2015, 2015, from http://www.orthofix.it/.
11. Takata, M., Vilensky, V. A., Tsuchiya, H., Solomin, L. N., 2013. Foot Deformity Correction with Hexapod External Fixator, the Ortho-SUV Frame™. The Journal of Foot and Ankle Surgery 52(3): 324-330.
12. Mutlu, H., Akçalı, İ.D., Gülşen, M., 2006. A Mathematical Model for the Use of a GoughStewart Platform Mechanism as a Fixator, J. of Engineering Mathematics , pp:119-143
13. Akcalı, I. D., Sahlar, M. O., Un, K., Aydın, A., İbrikçi, T., Esen, R., Gulsen, M., Bayram, H., 2009. A Mathematical Model in the Implementation of a Stewart-Gough Platform as an External Fixator. World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering, Vol 25, Pt 4: Image Processing, Biosignal Processing, Modelling and Simulation, Biomechanics. O. Dossel, W. C. Schlegel. 25: 708-711.
14. Akçalı, İ. D., Şahlar, M. O., Aydın, A., İbrıkçi, T., Ün, M. K., Esen, R., Gülşen, M., Bayram, H., 2009. Ortopedik Klinik Uygulamalar İçin bir Fiksatörün Tasarımı İmalatı ve Kullanılışı. III. Ulusal Tıbbi Cihazlar İmalatı Sanayi Kongre ve Sergisi. Samsun. Sayfa:33-43.
15. Akçalı, İ.D., Gülşen, M., Mutlu, H., Özkan, C.,2004. Use of Stewart Platform as a Fixator, 3rd. Meeting of the ASAMI International, May 27-29 (2004), İstanbul, p.440.
16. Aydin, A., 2009. Applications of Medical Image Processing Techniques on A Biomechanics System”, MSc. Thesis,
17. Akcali, I. D., Avsar, E., Un, M. K., Aydin, A., İbrikçi, T., Mutlu, H., Durmaz, A. 2014. Displacement Analysis of Robotic Frames for Reliable and Versatile Use as External Fixator. In IEEE 4th Annual International Conference on Cyber Technology in Automation, Control, and Intelligent Systems (CYBER), Sayfa:180- 185