Nowadays, there are vast number of studies, which concentrate on the elbow joint
problems and total elbow arthroplasty (TEA). Mostly, these studies focus on the
complications and failures of the implants. In this thesis the main objective is to
understand how the varus-valgus laxity and stresses change when elbow joint is
implanted as these may lead the failure and future problems of artificial joints. In this
study varus-valgus laxity and Von Mises stress tests are performed. Varus-valgus laxity
is measured during 140° of flexion motion with 15N and 50N loads for both anatomic
and artificial elbow joint. Von Mises stress test is performed with a 15N load on the ulna
of the anatomic elbow joint and ulnar part of the implant in artificial elbow joint.
In this thesis a 3D model of elbow joint implant has been designed and also 3D models
of the ulna and humerus are used. These 3D models are assembled in order to create
finite element (FE) models of anatomic and artificial elbow joints. Ligaments are
neglected in order to decrease the time of the process.
Once the varus-valgus laxity and the Von Mises stress measurement tests are performed
for the anatomic elbow joint, the same analyses are performed for implanted elbow joint.
Obtained results from the FE model of anatomic and artificial elbow joints are compared
with each other in order to understand the efficiency of the TEA and probable
limitations, which may occur after total elbow replacement. As written in the literature
review the implantation increases the varus-valgus laxity almost 20% in 140° of flexion
motion. The maximum Von Mises stress of the implanted elbow joint is much higher
than this value in normal elbow joint. The increase of the varus-valgus laxity is a cause
of failure of the implants in TEA. Moreover, the increase in Von Mises stress leads to
wear of the polyethylene part and finally failure of the implants.
Keywords: Total Elbow Arthroplasty, Range of Motion, Varus-Valgus Laxity, Von
Mises Stress, Finite Element Analysis
ÖZ:
Günümüzde dirsek eklemi problemlerine ve tam dirsek artroplastisine konsantre olan
pek çok çalışma vardır. Bu çalışmaların çoğu dirsek implantlarının komplikasyonlarına
ve bozulmalarına odaklanmıştır. Bu tez çalışmasının ana amacı, anatomik dirsek eklemi,
yapay eklem implantları ile değiştirildiği zaman, yapay eklemdeki varus-valgus
gevşemesinde ve stres sonuçlarında nasıl değişiklikler olduğunu tespit etmektir. Burada
yapılan tez çalışmasında, yapay ve doğal dirsek eklemlerinin gevşekliği ve Von Mises
stres analizleri yapılmıştır. Dirsek eklemlerinin gevşekliği ve Von Mises stresi, 15N ve
50N yükler kullanılarak, kolun 1400 bükülme hareketi sırasında test edilmiştir.
Bu tezde üç boyutlu dirsek eklemi implantları tasarlanmış ve anatomik üst ile alt kol
kemikleri (humerus,ulna) kullanılmıştır. Üç boyutlu eklem implantları ile anatomik
kemik modelleri bir araya getirilmiş ve sonlu elemanlar analizinde kullanılmak üzere
birleştirilmiştir. Analiz sürecini düşürmek için dirsek ekleminin lifleri analizde
kullanılmamıştır.
Gevşeme ve Von Mises stres analizleri öncelikle anatomik dirsek eklemi için
gerçekleştirilmiş, daha sonra da aynı işlemler yapay dirsek eklemi için uygulanmıştır.
Anatomik ve yapay dirsek eklemleri için kullanılan sonlu elemanlar programı sonuçları
birbirleri ile karşılaştırılmış. Yapılan karşılaştırmanın amacı tam dirsek artroplastisinin
etkinliğini ve sınırlamalarını anlamaktır. Geçmiş çalışmalara bakıldığı zaman, yapay
dirsek eklemlerindeki gevşemenin anatomik eklemlere oranla %20 arttığı yazılmıştır.
Bunun yanında yine anatomik dirsek eklemi ile karşılaştırıldığı zaman Von Mises stres
sonuçlarının yapay dirseklerde çok daha yüksek olduğu yazılmıştır. Bu olgular yapılan
tez çalışmasında da desteklenmiştir. Yapılan çalışmadan da anlaşılacağı üzere, yapay
dirsek ekleminde, stres ve gevşemedeki artış implantın polietilen parçasında aşınmaya
ve ileri bozukluklara sebep olabilir.
Anahtar Kelimeler: Tam Dirsek Arthroplastisi, Hareket Alanı, Varus-Valgus Dirsek
Gevşekliği, Von Mises Stes, Sonlu Elemanlar Analizi
