T.C. DOKUZ EYLÜL ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ MAKĠNA MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ BĠR ALT EKSTREMĠTE ORTEZĠNĠN KĠNETĠK VE KĠNEMATĠK ANALĠZĠ BĠTĠRME PROJESĠ Mürüvvet ĠMRENK Projeyi Yöneten Prof. Dr. Seçil Erim Aralık, 2011 ĠZMĠR
I
T.C.
DOKUZ EYLÜL ÜNĠVERSĠTESĠ
MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ
MAKĠNA MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ
BĠR ALT EKSTREMĠTE ORTEZĠNĠN
KĠNETĠK VE KĠNEMATĠK ANALĠZĠ
BĠTĠRME PROJESĠ
Mürüvvet ĠMRENK
Projeyi Yöneten
Prof. Dr. Seçil Erim
Aralık, 2011
ĠZMĠR
I
TEZ SINAV SONUÇ FORMU
Bu çalıĢma … / … / …. günü toplanan jürimiz tarafından BĠTĠRME PROJESĠ olarak
kabul edilmiĢtir.
Yarıyıl içi baĢarı notu 100 (yüz) tam not üzerinden ……… ( …………….…. ) dir.
Başkan Üye Üye
Makine Mühendisliği Bölüm BaĢkanlığına,
………………….. numaralı ………………… jürimiz tarafından … / … / …. günü saat ……
da yapılan sınavda 100 (yüz) tam not üzerinden ……. almıĢtır.
Başkan Üye Üye
ONAY
II
TEġEKKÜR
Bir alt ekstremite ortezinin kinetik ve kinematik analizi konusunda hazırlamıĢ olduğum
bitirme tezinde bana rehberlik eden ve benden desteğini esirgemeyen Doç. Dr. Binnur Gören
KIRAL’a teĢekkür ederim.
Teknik kaynak bulmamda yardımcı olup beni yönlendiren ve her konudaki
yardımlarından dolayı arkadaĢım Murat KARAGÖZ’e teĢekkür ederim.
Mürüvvet ĠMRENK
III
ÖZET
Biyomekaniğin en kuvvetli geliĢimi ortopedi ile özdeĢleĢmiĢtir. Çünkü ameliyat
odalarının en sık kullanıcıları iskelet-kas sisteminde problemi olanlardır. Ortopedide,
biyomekanik günlük bir klinik araç haline gelmiĢtir. Ortez; fonksiyonunu yapamayan eklem,
kas veya sinirin eksikliğini tamamlar. YürüyüĢü desteklemek amacıyla kullanılan dinamik
ortezler hafif, esnek ve dayanıklı ürün olmalıdır.
Alt ekstremite ortezlerinin amaçları; yürümeye yardımcı olmak, hareket kontrolü, yükü
azaltmak, ağrıyı azaltmak olduğunu söyleyebiliriz.
Ġlk bölümde biyomekaniğin tanımı ile çalıĢma alanlarını açıklanmıĢtır.
Ġkinci bölümde yürüme siklusu, yürümede enerjiyi en az seviyede kullanabilmek için
nelerin gerçekleĢtiğini açıklanmıĢtır.
Üçüncü bölümde yürüme verilerinin nasıl elde edildiğini, kinetik ve kinematik
analizlerin alt ekstremitede nasıl uygulandığını anlatılmıĢtır.
Dördüncü bölümde ortezlerin tıptaki öneminden ve tarihi geliĢiminden bahsedilmiĢtir.
Son bölümde ise yürüme amaçlı bir alt ekstremite ortezinin SolidWorks Motion programı
yardımıyla kinetik ve kinematik analizleri yapılmıĢtır. Ġlk olarak yürüme analizi
labaratuarlarında elde edilen kinematik veriler (yürüme siklusu boyunca sürekli değiĢen
eklem açıları) orteze uygulanıp hareket ettirilmiĢtir. Daha sonra bu hareket üzerinden zamana
bağlı olarak ortezin açısal hız, açısal yer değiĢtirmesi, motorların güç tüketimi ve eklem
yerlerindeki tepki kuvvetleri hesaplanıp yürüme fazlarının amaçlarına göre yorumu
yapılmıĢtır.
IV
ĠÇĠNDEKĠLER
1.BĠYOMEKANĠK 1
1.1 Biyomekaniğin Tanımı .................................................................................................. 1
1.2 Biyomekaniğin Tarihi GeliĢimi ..................................................................................... 1
1.3 Biyomekaniğin Tıp Bilimine Katkıları .......................................................................... 3
2. YÜRÜME 4
2.1 Yürüme Siklusu ............................................................................................................. 4
2.1.1 Basma Fazı ve Evreleri ............................................................................................. 5
2.1.2 Salınma Fazı ve Evreleri ........................................................................................... 8
2.1.3 Çift Destek Fazı ........................................................................................................ 9
2.2 Yürüme Siklusunda Zaman Dağılımı .......................................................................... 10
2.3Yürümenin Ġncelenmesinde Kullanılan Fizik ve Biyomekanik Terimler ..................... 11
2.4 Yürümenin ÖnkoĢulları ............................................................................................... 13
2.4.1 Statik Denge .......................................................................................................... 13
2.4.2 Dinamik Denge ...................................................................................................... 14
2.4.3 Vücudun İlerletilmesi ............................................................................................ 15
2.4.4 Şok Absorpsiyonu .................................................................................................. 18
2.4.5 Yürümede Enerji Tüketimi .................................................................................... 18
3. YÜRÜME HAREKETĠNĠN FĠZYOLOJĠK AÇIDAN ĠNCELENMESĠ 21
3.1 Yürüme Analizinin Önemi ........................................................................................... 22
3.2 Yürüme Analizi Laboratuarında Kullanılan Değerlendirme Yöntemleri .................... 22
3.2.1 Gözleme Dayalı Analiz ........................................................................................... 22
3.2.2 Kinematik Analiz .................................................................................................... 23
3.2.3 Kinetik Analiz ......................................................................................................... 24
3.3 Kinematik Verilerin Analizi ve Modellenmesi ............................................................ 25
4.ORTEZ 25
4.1 Ortez ve Protezin Tanımı ............................................................................................. 25
4.2 Ortezin Kullanım Alanları ........................................................................................... 25
V
4.3 Ortezlerin Genel Kullanım Amaçları ........................................................................... 26
4.4 Alt Ekstremite Ortezleri ............................................................................................... 27
4.4.1 Alt Ekstremitede Ortezlerinin Kullanım Amaçları ................................................. 27
4.4.2 Alt Ekstremitenin Biyomekanik İşlevleri................................................................ 27
4.4.3 Fonksiyonlarına Göre Alt Ekstremite Ortezi Çeşitleri ............................................ 28
4.5 Dünyada Ortez Alanında GeliĢmeler ........................................................................... 29
5. SOLIDWORKS MOTION 32
5.1 Montajın Hareket Etüdü Ġle Elde Edilen Hareketindeki Fazlar ................................... 34
5.2 SolidWorks Hareket Etüdü Ġle Hesaplanan Sonuç ve Grafikler .................................. 35
TEMEL KAVRAMLAR 41
KAYNAKLAR 43
TABLO LĠSTESĠ
Tablo 2.1 Yürüme Siklusundaki Fazların Yüzdelerine Göre Süreleri……………………....10
Tablo 2.2 Normal YürüyüĢte Ortalama Değerler…………………….…………………......12
Tablo 4.1 Alt Ekstremite Ortezinin Dört Etkinlik Prensibi………………………………....28
Tablo 4.2 Alt Ekstremite Ortezlerinin Fonksiyonlarına Göre Sınıflandırılması…...…….....28
VI
ġEKĠL LĠSTESĠ
Şekil1.1 Borelli’nin “De Motu Animalium (On The Movements of Living Things) ”
Kitabından…………………………………………………………………………….............1
Şekil 2.1 Yürüme Siklusu…………………………......…………………………….…..........4
Şekil 2.2 Basma Fazının Evreleri…………………………………………….……................5
Şekil 2.3 Topuk Teması……………...…………………………………………….................5
Şekil 2.4 Ayağın Tam Teması……………………………………………………...................6
Şekil 2.5 Basma Fazı Ortası......................................................................................................7
Şekil 2.6 Topuk AyrılıĢı............................................................................................................7
Şekil 2.7 Parmak AyrılıĢı..........................................................................................................8
Şekil 2.8 Salınma Fazının Evreleri............................................................................................8
Şekil 2.9 Çift Destek Fazı.......................................................................................................10
Şekil 2.10 Yürüme Siklusundaki Fazlara Ait Konumlar........................................................11
Şekil 2.11 Adım ölçüleri.........................................................................................................11
Şekil 2.12 Basma Fazı Ortası Kuvvet Diyagramı...................................................................13
Şekil 2.13 Ġç ve DıĢ Momentlerin Diyagramı.........................................................................13
Şekil 2.14 Bilgisayarlı Denge Ölçüm ve Egzersiz Cihazı ve sağlıklı denekte gözlenen destek
alanı merkezi değiĢimleri........................................................................................................14
Şekil 2.15 Topukta Dönme.....................................................................................................15
Şekil 2.16 Ayak Bileğinde Dönme..........................................................................................16
Şekil 2.17 Ön Ayakta Dönme.................................................................................................16
Şekil 2.18 Salınım öncesi diz fleksiyonu................................................................................17
Şekil 2.19 Salınım fazı kalça fleksiyonu.................................................................................17
Şekil 2.20 Salınım fazı diz ekstansiyonu................................................................................17
Şekil 2.21 Pelvik rotasyon.......................................................................................................19
Şekil 2.22 Pelvik DüĢme.........................................................................................................19
Şekil 2.23 Diz Fleksiyonu.......................................................................................................19
Şekil 2.24 Ayak Bileği Plantar Fleksiyonu.............................................................................20
Şekil 2.25 Ayak Bileği Rotasyonu..........................................................................................20
VII
Şekil 2.26 Lateral Pelvik Deplasman......................................................................................20
Şekil 3.1 Gözleme dayalı analiz..............................................................................................22
Şekil 4.1 Ġlk bacak desteklerinden biri....................................................................................29
Şekil 4.2 Ananymous’un Almanya’da Landes Müzesi’nde sergilenen tablosu......................30
Şekil 4.3 Eski genu valgum ortezi...........................................................................................30
Şekil 4.4 Modern Genu Varum Valgum Ortezi......................................................................31
Şekil 4.5 Uluslar arası Protez-Ortez Derneği Kurucu Üyeleri................................................32
Şekil 5.1 Montajın Hareket Etüdü Ġle Elde Edilen Hareketindeki Fazlar...............................34
Şekil 5.2 Açısal Yer DeğiĢtirme Grafiği.................................................................................35
Şekil 5.3 Açısal Hız DeğiĢimleri Grafiği................................................................................36
Şekil 5.4 Motorlardaki Zamana Bağlı Güç Tüketimi Grafiği.................................................37
Şekil 5.5 Kalça Destek Parçasıyla Uyluk Parçasını Birbirine Bağlayan Mafsalda OluĢan X ve
Y Eksenindeki Tepki Kuvvetleri ve BileĢke Kuvvetlerinin Zamana Bağlı DeğiĢimi.............38
Şekil 5.6 Uyluk Parçasıyla Baldır Parçasını Birbirine Bağlayan Mafsalda OluĢan X ve Y
Eksenindeki Tepki Kuvvetleri ve BileĢke Kuvvetlerinin Zamana Bağlı DeğiĢimi.................39
Şekil 5.7 Baldır Parçasıyla Ayak Bileği Destek Parçasını Birbirine Bağlayan Mafsalda
OluĢan X ve Y Eksenindeki Tepki Kuvvetleri ve BileĢke Kuvvetlerinin Zamana Bağlı
DeğiĢimi ................................................................................................................................40
1
1.BİYOMEKANİK
1.1 Biyomekaniğin Tanımı
Biyomekanik, biyoloji ve mühendislik bilimlerinin, yaĢayan canlılar üzerinde uygulama
alanıdır. Biyomekanik çalıĢmalarında, mühendislik yöntemleri de kullanılarak, canlıların
nasıl hareket ettikleri, hareketlerinin nasıl kontrol edildiği ve hareket sırasında değiĢik
bölümlerde oluĢan kuvvet sisteminin etkisi incelenmekte, canlı ve cansız dokular üzerinde
zorlanma durumları incelenmekte ve tedavi yöntemleri test edilmekte ve
geliĢtirilmektedir[6].
1970'lerin baĢlarında ortaya çıkan en iyi tanımlamalarından biri Herbert Hetze tarafından
dile getirilmiĢtir: "Biyomekanik, biyolojik sistemlerin biçim ve iĢlevlerinin mühendislik
yöntemleri kullanılarak incelenmesidir."
1.2 Biyomekaniğin Tarihi Gelişimi
Biyomekanik ilerleme için en kararlı adım bilimsel devrim sırasında meydana geldi. Bu
dönem bilimsel araĢtırmaya yeni bir anlayıĢ ve eski kavramları sorgulamak olarak
nitelendirildi. Bu Newton’un yasaları ve de son derece mekaniksel bir dünya görüĢü ile
sonuçlandı. Bazı kaynaklar bu dönemi daha sonraki birçok çalıĢmanın baĢlangıcı olan
Giovanni Alfonso Borelli’nin “De Motu Animalium” (16. y.y.) çalıĢması ile biyomekaniğin
doğuĢu olarak tanımlar.
ġekil1.1 Borelli’nin “De Motu Animalium (On The Movements of Living Things) ” Kitabından
2
Bilimsel devrim boyunca geliĢen mekanik anlayıĢı kutsal mekanik için idealdi. Ancak bu
normal problemlere uygulandığında çoğu çözümsüz kaldı. Kuvvet kavramı açıkça
anlaĢılamadı ve enerjinin ya da momentumun korunumu sorusu fikir birliğine varılamayarak
yoğun bir Ģekilde tartıĢıldı. D’Alembert, Lagrange, Leibnitz, Euler gibi matematikçiler ve
diğerleri bu sorular üzerinde yoğun bir Ģekilde çalıĢtılar ve bizim bugün kullandığımız
mekaniğin iskeletini oluĢturdular. Kavramsal olarak bu, mekaniksel düĢünüĢün çarpıcı bir
biçimde değiĢimiydi.
19.yüzyıl bir baĢka deyiĢle “geliĢen yüzyıl” insan ve hayvan hareketlerini deneysel bir
Ģekilde analiz eden çok çeĢitli karmaĢık tekniklerinin geliĢmesi sonucunu doğurdu.
Biyomekanik araĢtırmada baĢvurabilen sayısal matematiksel metotların bolluğu, bilgisayarın
geliĢmesi ile 20. yüzyıl karmaĢık deneysel metotların patlamasını sağladı. Dahası,
biyomekanik kemik, kıkırdak, tendon, bağ ve özellikle kasın artan karmaĢık anlayıĢı
tarafından nitelendirildi. Biyomekanik, üniversite sınıfları, bölümleri ve mezun öğrencileri
ile birlikte bir disiplin içinde geliĢti. Bugün, üniversitelerde ve çeĢitli sanayilerde çalıĢan
yüzlerce biyomekanik araĢtırmacılar vardır. Biyomekanik araĢtırmanın sonuçları, insan
vücudu hakkında geniĢ anlayıĢa katkıda bulunduğu kadar tıp, ergonomi, spor ve donatım
hakkında da birçok pratik baĢvurularda da katkıda bulundu.[8]
Pennsylvania Devlet Üniversitesi Bilgisayar Destekli Ortopedi Cerrahisi Enstitüsü'nde diz
hareketlerinin biyomekanik incelemesi konusu üzerine yapılmakta olan bir çalıĢmada cerrahi
müdahale sırasında dizin pozisyonlarını inceleyerek en az kesikle ameliyatı
gerçekleĢtirebilen bir robot tasarlanmıĢtır. Hali hazırda görüntü iĢleme teknolojileri tıbbı tanı
ve teĢhis amaçlı birçok alanda kullanılmaktadır. Ancak Penn State Üniversitesi'nde yürütülen
bu çalıĢma ile görüntü iĢlemenin yanında ameliyata doğrudan katılan bir robot sayesinde en
az kesik ile operasyon gerçekleĢtirilebilmektedir. Aynı enstitüde yürütülen bir baĢka
çalıĢmada ise yılan robot yaklaĢımı ile küçük kesiklerden girerek içeride cerrahi müdahale
yapabilen baĢka bir robot daha geliĢtirilmiĢtir. [5]
Bir baĢka önemli araĢtırma da Louisiana Üniversitesi Klinik Biyomekanik Laboratuarı
araĢtırmacıları tarafından yürütülmektedir. Louisiana da yapılan çalıĢma 900'ün üzerinde
omurga rahatsızlıklarından Ģikâyet eden hastanın hareketlerini takip ederek
gerçekleĢtirilmektedir. ġikâyetleri yakın olan hastalar ortak gruplara bölünerek üzerlerine
yerleĢtirilen ve veri kaydedebilen algılayıcılar ile günlük hareketleri 5 yıl süreyle takip
3
edilmiĢ ve temelde tüm hastalarda rahatsızlığın yanlıĢ fiziksel hareketler sebebiyle anlık
hareket merkezindeki ani değiĢikliklerden kaynaklandığı gözlemlenmiĢtir. [7]
1.3 Biyomekaniğin Tıp Bilimine Katkıları
Biyomekanik, aslında tıp biliminin ve teknolojinin bütün modern geliĢimine katkıda
bulunmuĢtur. Moleküller biyoloji biyomekanikte biraz uzaklaĢmıĢ gibi görünse de onu da
derinlemesine incelediğinde moleküllerin oluĢum, tasarım, fonksiyon ve üretiminin
mekaniğini iyi anlatmak gerektiği gerçeğini görülmektedir.
Biyomekanikte, protez kalp vakıfları, kalp yardım aletleri, akciğer – kalp makineleri ve
de hemodiyaliz makinelerinin icadı ve analizi ile kardiyovasküler sistemindeki klinik
problemleri çözmeye yardımcı oldu. Kalp naklini yapabilmede ve yapay kalp değiĢikliğinde
biyomekanik çok büyük rol oynadı. Ameliyat sonrası travmaların akciğere ait hastalıkların,
atardamarsal nabız – dalda analizinin, fonoanjiografinin ve düzensiz seslerin analizinin
problemlerini çözmeye yardımcı oldu.
Biyomekaniğin en kuvvetli geliĢimi ortopedi ile özdeĢleĢmiĢtir. Çünkü ameliyat
odalarının en sık kullanıcıları iskelet-kas sisteminde problemi olanlardır. Ortopedide,
biyomekanik günlük bir klinik araç haline gelmiĢtir. Temel araĢtırmalar sadece ameliyat,
protez, implant edilebilir maddeler ve yapay organlarla sınırlı değil ayrıca stres ve
gerginlikle iliĢkili iyileĢtirmenin hücresel ve moleküler sonuçları, kıkırdak, tendon ve kemik
doku mühendisliği üzerinedir.
Travma, yaralanma ve rehabilitasyon giderek modern toplumda daha önemli hale
gelmektedir. Ġnsanlar otomobil kazalarında yaralandıklarından bu durumun toplum
üzerindeki ekonomik etkisi de büyüktür.
Daha geniĢ bir çerçevede modern biyomekaniğin tıbba en önemli katkısı fizyoloji bilimini
anlamadaki baĢarısından kaynaklanmaktadır.[8]
4
2. YÜRÜME
Ġnsanın normal yürüme hareketi, ağırlık merkezinin öne doğru hareket etmesini sağlayan
ekstremitelerde ve gövdede meydana gelen bir dizi ritmik ve değiĢken hareketlerin tümüdür.
Bazı özelliklerin sıralanması ile insanın yürüme hareketi daha açık bir Ģekilde tanımlanabilir.
Yürüme, yaĢamın çok basit bir parçası gibi görünmekle birlikte aslında son derece
karmaĢık bir hareketler zinciridir. Uzun süre yorulmadan yürüyebilmek için beyin, omurilik,
periferik sinirler, kaslar, kemik ve eklemler birlikte çalıĢmalı, eklem hareketleri, kasılmanın
zamanı ve gücü yeterli olmalıdır.
Ġnsanların yürüyüĢleri az da olsa birbirinden farklıdır; ancak aĢağıda belirtileceği gibi, bu
farklar pek de önem taĢımamaktadır.
2.1 Yürüme Siklusu
Yürüme sırasında, yürürken gövdeyi öne doğru ilerletebilmek için bir ekstremitedeki
topuğun yere değme anı ile aynı topuğun tekrar yere değme anı arasında bacaklarda bir dizi
hareket oluĢur ve bu hareketler sürekli tekrarlanır. Belirli bir düzenle tekrarlanan bu hareket
zincirine, yürüme siklusu adı verilir.
Ġnsan yürürken önce bir bacağını öne atar; onun üzerine bastıktan sonra diğerini yerden
kaldırır ve ilerletir. Her ekstremitenin yürüme siklusu; bir bacağın yerde olduğu süre, basma
fazından, havada olduğu süre ise salınım fazından oluĢur.
ġekil 2.1 Yürüme Siklusu
5
2.1.1 Basma Fazı ve Evreleri
Basma fazı, duruĢ fazı olarak da adlandırılır. Bu faz, topuk yere dediğinde baĢlar ve aynı
ayağın parmakları yerden ayrıldığında sona erer.
ġekil 2.2 Basma Fazının Evreleri
2.1.1.1 Topuk Teması
Adım atarken ayak topuğu yere dediğinde, basma fazı baĢlar. Yürüme siklusu % 0-2
basma fazının baĢlangıcı olup ayağın yere değmesi ile baĢlar. Kalça 30° fleksiyonda, diz tam
ekstansiyonda, ayak bileği nötral pozisyonda ve ayak supinasyondadır. Amaç, ayağı önce
topuk yere değecek Ģekilde yere indirmektir. Topuk yere ilk vurduğu anda gövde ayağın
gerisinde, vücut ağırlık merkezi en alçak noktasında ve en yüksek hızındadır.
ġekil 2.3 Topuk Teması
6
2.1.1.2 Ayağın Tam Teması
Topuğun yere değmesinden kısa süre sonra ayak tabanı da yere değer. Yürüme siklusu %
2-10 aynı zamanda birinci çift destek fazıdır. Diğer ayak yerden kaldırılana dek gövde
ağırlığı bu ayağa aktarılır. Kalça fleksiyondan ekstansiyona gelmektedir. Diz 20˚
fleksiyondadır. Ayak bileği 10˚ plantar fleksiyondadır. Amaç Ģok absorpsiyonu, ayağın
tümünün yere indirilmesi ve vücut ağırlığının üstlenilmesidir. Vücut ağırlık merkezi
yükselmeye baĢlar.
Yer tepkimesi kuvveti vektörünün yarattığı dıĢ momentler kalçada ve dizde fleksiyon,
ayak bileğinde plantar fleksiyondur.
ġekil 2.4 Ayağın Tam Teması
2.1.1.3 Basma Fazı Ortası
Vücudun ağırlık noktası, dikey Ģekilde sabit ayağın üzerindedir. Yürüme siklusu % 10 -
30. tek basma fazının baĢlangıcıdır. Kalça ve diz ekstansiyonda, ayak bileği
dorsifleksiyondadır. Salınım fazındaki bacak basan bacağın yanından geçer. Amaç yerde
sabit olan ayak üzerinde gövdeyi öne doğru ilerletmektir. Bu dönemde vücut ağırlık
merkezinin öne doğru hızı en aza iner, yüksekliği en üst ve en dıĢ yan noktaya ulaĢır.
Yer tepkimesi kuvveti vektörü kalçanın ortasından, dizin arkasından, ayak bileğinin
önünden geçer.
7
ġekil 2.5Basma Fazı Ortası
2.1.1.4 Topuk Ayrılışı
Yürüme siklusu % 30-50 dir. Tek basma fazı bitmektedir. Kalça 10˚ ekstansiyondadır, diz
ekstansiyondan fleksiyona gelir, ayak bileği plantar fleksiyondadır. Amaç, bacağın yerden
kesilmesidir. Vücut ağırlık merkezinin yüksekliği ve yana kayması azalır, Yer tepkimesi
kuvveti vektörü kalçanın arkasında, dizin ve ayak bileğinin önündedir
ġekil 2.6 Topuk AyrılıĢı
2.1.1.5 Parmak Ayrılışı
Parmakların yerden ayrılması, yürüme siklusu % 50-60. Basma fazının bitip salınım
fazının baĢladığı dönemdir, ayrıca ikinci çift destek dönemini oluĢturur. KarĢı ekstremite
yere değdiğinde baĢlar ve parmakların yerden kesilmesiyle sonlanır. Kalça ekstansiyonu, diz
fleksiyonu ve ayak bileği plantar fleksiyonu artar.
8
Bu dönemde gövde ağırlığı ekstremite üzerinden kalkar. Amaç, bacağı salınıma
hazırlamaktır. Ayak yeri terk etmeden önce yer tepkimesi kuvveti vektörü dizin arkasına
geçer. Ayak parmakları yerden kalkınca yer tepkimesi kuvveti vektörü azalır ve kaybolur.
ġekil 2.7 Parmak AyrılıĢı
Topuğun yerden ayrılması ile parmakların yerden ayrılması arasında geçen zamanı, itme
fazı olarak ta incelemek mümkündür.
Sabit ayağın topuğu, basma fazı ortasından sonra yerden ayrılır. Topuğun artık yerle bir
teması kalmasa da parmaklar yere basmaktadır. Sabit ayağın topuğu yerden ayrılır ayrılmaz,
baldır kaslarının yoğun bir Ģekilde harekete geçmesiyle vücut hızlanır. Ayak parmakları da
yerden tamamen ayrılıp ekstremite salınma fazına girince basma fazı biter.
2.1.2 Salınma Fazı ve Evreleri
Bu faz, parmakların yerden ayrılmasıyla baĢlar ve topuğun yere değmesiyle sona erer.
ġekil 2.8 Salınma Fazının Evreleri
9
2.1.2.1 Hızlanma
Hızlanma fazı, parmak yerden ayrıldığı anda baĢlar. Topuğun vücut önünde yere
değebilmesi için ayak hızlanmalıdır. Yürüme siklusu % 60-73 ayağın yerden kaldırılması ile
baĢlar; ayak diğer ekstremitenin hizasına geldiğinde biter. Kalça ve dizde fleksiyon artmakta,
ayak bileğinde dorsifleksiyon oluĢmaktadır. Amaç, havadaki bacağı hızla öne ilerletmektir.
Diz fleksiyonu ise atalet etkisi ile oluĢur.
2.1.2.2 Salınım Fazı Ortası
Ayak havada iken ileriye doğru hızlanmasıyla bu faz baĢlar. Bu sırada, ekstremitenin
yere değmeyecek Ģekilde yukarıda olması gerekir. Yürüme siklusu % 73-87 Salınan bacak
basma fazındaki bacağın yanına gelir ve önüne geçer. Kalça ve dizde fleksiyon artar, ayak
bileğinde dorsifleksiyon yapılır. Amaç, ayağın yere değmeden aktarılmasıdır. Kalça ve diz
fleksiyonu atalet etkisi ile pasif olarak yapılırken ayak bileği dorsifleksörleri kasılmaya
devam eder.
2.1.2.3 Salınım Fazı Sonu
Yürüme siklusu % 87-100 salınan bacak basan bacağın önüne geçtiğinde, baĢlar; ayağın
yere değdiği ana dek sürer. Kalça fleksiyonda, diz ekstansiyonda, ayak bileği ise nötral
pozisyondadır. Amaç, ayağın yere basmaya hazırlanmasıdır. Dizin tam ekstansiyonu ile adım
uzunluğu artar.
Topuk yere değmeden hemen önce ayağı kontrol altına almak için bacağın öne doğru
hareketi frenlenir. Orta hızlanma fazından sonra ortaya çıkan bu durum, yavaĢlama
durumudur.
2.1.3 Çift Destek Fazı
Normal yürüyüĢ sırasında her iki ekstremite de aynı anda yerle temas halindeyken çift
destek sağlanır. Ġki taraflı bu destek, bir ayağın geçiĢ hali ile parmağın yerden ayrılması
arasında ve diğer ayağın topuğunun yere değmesi ile bu ayağın yere tam teması arasında
meydana gelir. Bu desteğin süresi, yürüyüĢ hızına bağlıdır.
YürüyüĢ hızı azalırsa çift desteğin süresi artar. Hız arttığında ise çift destek azalır. Söz
konusu bu desteğin olmaması halinde, yürüme ve koĢma eylemleri birbirinden ayrıt edilir
Bu dönemde gövde ağırlığı bir ekstremiteden diğerine aktarılır. Tek ayağın yerde olduğu
döneme ise tek basma fazı denir. Basma fazındaki bacak, gövde ağırlığını yüklenir ve ayak
10
eklemleri üzerinden öne doğru aktarır. Bu esnada havadaki bacak ilerler ve yere basmaya
hazırlanır.
ġekil 2.9 Çift Destek Fazı
2.2 Yürüme Siklusunda Zaman Dağılımı
Her bir yürüme fazı sırasında gereken nispi süreler, aĢağıda gösterilmiĢtir.
Basma fazı, siklusun % 60‟ını,
Salınma fazı, siklusunun % 40‟ını,
Çift destek fazı; siklusun % 11‟ini oluĢturur.
Yürüme hızının yüksek olması, salınma fazında geçen sürenin nispi artıĢını ifade eder.
Bunun yanı sıra, hızın az olması, basma fazında geçen sürenin nispi artıĢı anlamına gelir.
Tablo 2.1 Yürüme Siklusundaki Fazların Yüzdelerine Göre Süreleri
Sıra Fazlar Yüzde Zaman(sn)
1 Başlangıç %0 0
2 İlk Değme Fazı %2 0,0404
3 Yüklenme Fazı %10 0,202
4 Basma Ortası Fazı %30 0,606
5 Basma Sonu Fazı %50 1,01
6 Salınım Öncesi Fazı %60 1,212
7 Erken Salınım Fazı %73 1,4746
8 Salınım Ortası Fazı %87 1,7574
9 Salınım Sonu Fazı %100 2,02
11
ġekil 2.10 Yürüme Siklusundaki Fazlara Ait Konumlar
2.3Yürümenin İncelenmesinde Kullanılan Fizik ve Biyomekanik Terimler
Adım geniĢliği: Her iki ayağın dikey ara mesafesidir.
Çift adım uzunluğu: Aynı ayağın iki topuk vuruĢu arasındaki mesafedir.
Ayak açısı: Gidilen yön ile ayağın ortasından geçen çizgi arasındaki açıdır.
ġekil 2.11 Adım ölçüleri
12
Hız: YavaĢ yürüyüĢ sırasında dakikada yaklaĢık 70 adım atılırken bu sayı, hızlı yürüyüĢ
sırasında 130‟a kadar çıkabilir. Dakikada yaklaĢık 90 adım atan yetiĢkin bir insan, saatte
ortalama 4 km yol yürür.
Yürüme siklusunun süresi, yürüme hızına bağlıdır [9]. Günlük hayatta rahat yürüme hızı
80 m/dk’dir. Dolayısıyla bir yürüme siklusu süresi ise 1 saniyeden biraz fazladır. Hız arttıkça
çift destek fazı kısalır ve kaybolması ile koĢma hareketi baĢlamıĢ olur.
Tablo 2.2 Normal yürüyüĢte ortalama değerler
Normal yürüyüĢte ortalama değerler Erkekler Kadınlar
Adım uzunluğu (cm) 79 66
Çift adım uzunluğu (cm) 158 132
Dakikadaki adım sayısı (adım/dk) 117 (60-132) 117 (60-132)
Hız (m/sn) 1.54 1.31
Adım geniĢliği (cm) 8.1 7.1
Ayak açısı 7 6
Vücut ağırlık merkezi: Ayakta anatomik pozisyonda duran bir insanda vücudun ağırlık
merkezinin lumbosakral bileĢkenin önünde olduğu varsayılır. Vücudun en ufak bir hareketi
ile bu noktanın yeri değiĢir. Yerçekimi insan vücudunu etkileyerek vücut ağırlık
merkezinden yere doğru inen ağırlık kuvvet vektörünü oluĢturur.
Destek alanı merkezi: Ayağın yere basan alanının orta noktasıdır. Yürüme sırasında sürekli
olarak yer değiĢtirir. Ağırlık kuvveti vektörü destek alanı merkezinden geçtiğinde denge
sağlanır.
Yer tepkimesi kuvveti: Newton'un üçüncü kanununa göre ayakta duran insanın yerde
oluĢturduğu ağırlık kuvvet vektörüne yer de büyüklüğü aynı, yönü ters bir kuvvet vektörü ile
karĢılık verir. Buna yer tepkimesi kuvveti vektörü denir. Yürürken yer tepkimesi kuvveti,
vücut ağırlığı ve hareketi sağlayan kas kuvvetlerinin bileĢkesine karĢı oluĢur ve yürüme
sırasında yönü ve büyüklüğü sürekli değiĢir.
13
ġekil 2.12 Basma Fazı Ortası Kuvvet Diyagramı
DıĢ moment: Yer tepkimesi kuvvet vektörü kalça, diz ve ayak bileğini harekete zorlar.
Eklemlerde oluĢan bu etkiye dıĢ moment denir.
Ġç moment: DıĢ momente karĢı koymak, stabilite veya hareket sağlamak amacıyla kas
kasılınca eklemde oluĢan momenttir.
ġekil 2.13 Ġç ve DıĢ Momentlerin Diyagramı
2.4 Yürümenin Önkoşulları
1. Denge: Ayakta dengeli dik durabilmek ve hareket sırasında dengeyi koruyabilmek gerekir.
2. Ġlerleme: Kas gücü ile vücudun öne doğru ilerletilmesi gerekir.
3. ġok absorpsiyonu: Ayak yere değdiğinde vücut ağırlığının neden olduğu darbeyi
amortisör etkisi ile azaltmak gerekir.
4. Enerji harcamasında tutumluluk: Mümkün olan en az miktarda enerji harcaması ile en
fazla ilerleme sağlamak gerekir.
2.4.1 Statik Denge
Ġnsanın ayakta dik durabilmesi için vücut ağırlık merkezinden yere doğru inen vektörün,
destek alanı merkezinden geçmesi gerekir. Frontal düzlemde bu vektör gövde ağırlığının iki
ekstremite arasında eĢit olarak paylaĢtırılması halinde destek alanı merkezinin tam ortasına
düĢer. Ancak gerçekte destek alanı merkezi orta hattın 6 mm kadar sağına kayar. Sağ bacak
Tepkime Kuvveti
Ağırlık Kuvveti
14
sola göre biraz daha fazla yüklenir. Femur boynundaki 120˚ varus açısı, dizdeki 5-7
derecelik valgus açısı ve ayakların 7 derece dıĢa dönük durması sayesinde destek alanı
geniĢler, stabilite artar. Ayakta dik dururken vücutta gözle fark edilmeyen salınımlar olur.
Gerek sajital, gerekse de frontal düzlemlerde gövde ağırlığı yavaĢ ancak sürekli olarak
saniyede 4-6 kez bir bacaktan diğerine aktarılır. Dengeyi değerlendirirken vücudun ağırlık
merkezinin yere izdüĢümü incelendiğinde destek alanı merkezinin öne arkaya 8 mm, her iki
yana ise 5 mm hareket ettiği saptanır.
ġekil 2.14 Bilgisayarlı Denge Ölçüm ve Egzersiz Cihazı ve sağlıklı denekte gözlenen destek alanı merkezi
değiĢimleri
2.4.2 Dinamik Denge
Yürüme denge ile dengesizlik dönemlerinin birbirini izlediği ritmik bir hareket zinciridir.
Yürürken gövde ağırlığı arkadaki bacaktan öndekine aktarılır. Aynı zamanda destek alanı
merkezi topuktan tabana ve ön ayağa doğru değiĢir. Yani gövde ağırlığı bir süre topukta, bir
süre tabanda ve bir süre de ön ayakta taĢınır. Yer tepkimesi vektörü yürüme boyunca sürekli
yer değiĢtirir. Yer tepkimesi vektörü basan ayağın merkezinden geçtiği anda denge sağlanır,
öne doğru ilerlerken bu vektör destek alanı merkezi dıĢına düĢtüğünde denge yitirilir.
Dolayısıyla yürüme siklusu boyunca dört kez denge sağlanır: çift destek fazı, basma fazı
ortası, ikinci çift destek fazı ve salınım fazı ortası. Bunlar dıĢındaki tüm dönemlerde yer
tepkimesi vektör ile destek alanı merkezi örtüĢmez, dengesizlik hali vardır.
15
2.4.3 Vücudun İlerletilmesi
Yürümede öne ilerlemeyi sağlayan etkenler kas kuvveti ve gövde ataletidir. Basma
fazının ortasında vücut dengede olmakla birlikte gövde kendi ataletiyle öne doğru ilerlemeye
devam eder ve denge bozularak vücut öne doğru düĢer. Havadaki ayağın yere basıp çift
destek fazı oluĢmasıyla denge tekrar sağlanır. Ancak vücut öne doğru ilerlemesine devam
edince denge tekrar bozularak öne doğru düĢme baĢlar. Bu sırada topuk, ayak bileği ve
önayak eklemlerinde oluĢan, sallanan iskemle hareketine benzer bir dizi hareketle ilerleme
sağlanır. Bu Ģekilde gövde ağırlığının öne düĢmesi, sallanan iskemle hareketi ile öne
yönlendirilmesi ve tekrar dengenin sağlanması iĢlemlerinin ritmik olarak tekrarlanmasıyla
vücut ilerler. Basma fazı boyunca topuk, ayak bileği ve önayak seri bir biçimde gövdenin
ilerlemesini sağlarken diz ekstansiyondadır.
2.4.3.1 Vücudun ilerletilmesinde basma fazındaki ayağın hareketleri (Rockers)
2.4.3.1.1 Topukta dönme (Heel rocker)
Ayak yere değdiğinde vücut topuk üzerinden öne doğru dönmeye baĢlar. Bu dönemde
topuk bir kaldıracın dayanak noktası gibi çalıĢır. Ayak bileğinde pasif plantar fleksiyon
oluĢur.
ġekil 2.15 Topukta Dönme
2.4.3.1.2 Ayak Bileğinde Dönme (Ankle rocker)
Ayağın tamamı yere değdiğinde topukta dönme biter, ayak bileğinden dönme baĢlar.
Ayak yerde sabit durur, yer tepkimesi kuvvet vektörü ayak bileği ekleminin önüne geçer ve
pasif dorsifleksiyon oluĢur, ayak yerde sabit olduğu için tibia öne doğu gelir. Bu aĢamada
soleus kası eksantrik olarak kasılır ve tibianın öne gidiĢini kontrol eder.
16
ġekil 2.16 Ayak Bileğinde Dönme
2.4.3.1.3 Ön Ayakta Dönme (Forefoot rocker)
Yer tepkimesi kuvvet vektörü ön ayağa ulaĢtığında topuk yerden kalkar, ayak bileğindeki
dönme biter, önayakta dönme baĢlar. Vücut ağırlık merkezi destek alanı merkezinin önüne
düĢmeye baĢladığında ilerleme hızlanır. Triseps kasılarak ayak bileğinde plantar fleksiyon
yaratır, güçlü bir itici kuvvet sağlar. Burada artık gövde kütlesi uzun bir kaldıraç kolunun
ucundaki pasif bir ağırlık gibidir ve diğer ayak yere basana kadar düĢmesini önleyecek hiçbir
kuvvet yoktur.
ġekil 2.17 Ön Ayakta Dönme
2.4.3.2 Salınım Fazındaki Bacağın Vücut İlerlemesine Katkısı
Havadaki bacağın öne salınımı ilerleme için ek bir güç kaynağıdır. Basma fazındaki
bacağın gövdeyi ilerletici etkisi azalırken salınımdaki bacağın yetiĢip öne geçmesi vücut
ağırlık merkezini öne düĢürür. Yer tepkimesi kuvvet vektörü tekrar büyüyerek gövdenin
ilerlemesi devam ettirilir.
17
Salınım öncesi diz fleksiyonu: KarĢı ayak yere bastığında ayağa binen yük azalır,
gastroknemius konsantrik kasılarak ayak bileğinde plantar fleksiyon ve dizde fleksiyon
oluĢturur.
ġekil 2.18 Salınım öncesi diz fleksiyonu
Salınım fazı kalça fleksiyonu: Diz fleksiyonunu takiben kalça aktif olarak fleksiyona
getirilir. Böylece havadaki bacak öne ilerler.
ġekil 2.19 Salınım fazı kalça fleksiyonu
Salınım fazı diz ekstansiyonu: Salınım fazı sonunda dizin ekstansiyonu adım uzunluğunu
arttırır, mümkün olan en uzak noktaya basabilmeyi sağlar.
ġekil 2.20 Salınım fazı diz ekstansiyonu
18
2.4.4 Şok Absorpsiyonu
Salınım fazı sonunda gövde ağırlığı destek tabanının çok önünde kalır, gövde öne ve yere
doğru serbest düĢmeye geçer. Bu dönemin sonunda öndeki ayak yere değdiğinde uçak yere
indiği anda oluĢan darbeye benzer bir Ģok oluĢur. Gövde ağırlığının %60'ı 0,02 saniyede
basan ayağın üzerine yüklenir. Bu ani yüklenmenin etkileri kalça, diz ve ayakta oluĢan Ģok
absorban (amortisör) reaksiyonlarla azaltılır. Ġlk reaksiyon ayak bileğindeki plantar
fleksiyonun ayak dorsifleksörleri tarafından frenlenmesidir. Dorsifleksörler ayak ön kısmının
yere iniĢini yavaĢlatırlar. Diz fleksiyonu ikinci ve daha büyük amortisör mekanizmadır. Bu
hareket aynı zamanda topuk dönmesine (heel rocker) cevap olarak geliĢir. Ayak
dorsifleksörleri kasılarak ayağın öne düĢmesini engellerken dizde fleksiyona neden olurlar.
Bu aĢamada kuadrisepsteki eksantrik kasılma fleksiyonun artmasını engeller. Salınım fazına
geçen bacağın yerle teması kesildiğinden yerçekimi etkisi ile aynı taraftaki pelvis alçalýr.
Bunu önlemek için basan tarafın kalça abdüktörleri kasılarak Ģok absorbsiyonuna katkıda
bulunur.
2.4.5 Yürümede Enerji Tüketimi
Yürümede enerji hızlanma, frenleme ve Ģok absorbsiyonu için harcanır. Enerji harcaması
dakikadaki O2 tüketim miktarı ile ölçülür. Bir insanın maksimum efor sırasında dakikada
kilosu baĢına kullandığı O2 miktarına maksimum O2 tüketim kapasitesi (aerobik kapasite:
VO2Maks) denir. Rahat yürüme hızında (80 m/dk) kiĢi maksimum O2 tüketim kapasitesinin
%38'ini kullanır. Enerji tüketimi bazı biyomekanik düzenlemeler sayesinde bu kadar düĢük
düzeyde tutulabilir. Bunların birincisi vücut ağırlık merkezinin yer değiĢikliklerini azaltan
hareketler, ikincisi ise kasların en ekonomik biçimde kasılmasıdır.
2.4.5.1 Vücut Ağırlık Merkezinin Yer Değiştirmesini Azaltan Hareketler
Yürüme esnasında vücut ağırlık merkezinin yer değiĢimlerini azaltan altı hareket
tanımlanmıĢtır. Determinant olarak adlandırılan bu hareketler sayesinde vücut ağırlık
merkezinin her düzlemdeki salınımları en aza indirilerek tekerlek merkezinin hareketi gibi
ilerlemesi sağlanır, ani yön değiĢiklikleri önlenir. Bu sayede enerji tüketimi azaltılır.
19
2.4.5.1.1. Pelvik Rotasyon: Her adımda transvers düzlemde salınım fazındaki pelvis öne
4˚ rotasyon yapar. Pelvik rotasyon sayesinde vücut ağırlık merkezinin çift destek fazındaki
alçalması azalır, kalça eklemi öne doğru ilerlediğinden adım uzunluğu artar.
ġekil 2.21 Pelvik rotasyon
2.4.5.1.2. Pelvik DüĢme: GeçmiĢte pelvik tilt olarak tanımlanan bu hareket frontal
düzlemde gerçekleĢtiğinden artık pelvik düĢme diye adlandırılmaktadır. Salınım fazında
pelvisin frontal düzlemde yere doğru alçalması sayesinde tek basma fazında vücut ağırlık
merkezinin yükselmesi azalır. Salınım fazındaki bacağın pelvisi alçalırken ayağın yere
sürtünmemesi için diz ve ayakbileğinde fleksiyon gerekir. Pelvik düĢme her iki yönde 4˚ dir.
ġekil 2.22 Pelvik DüĢme
2.4.5.1.3. Diz Fleksiyonu: Basmanın yüklenme fazında diz fleksiyonu oluĢarak vücut
ağırlık merkezinin yükselmesi azalır.
ġekil 2.23 Diz Fleksiyonu
20
2.4.5.1. 4. Ayak Bileği Plantar Fleksiyonu: Ġlk değme fazında baĢlayıp ayağın yere tam
değdiği ana kadar oluĢan ayak bileği plantar fleksiyonu vücut ağırlık merkezinin alçalmasını
azaltır. Basma fazı sonunda oluĢan plantar fleksiyon da aynı Ģekilde vücut ağırlık merkezinin
alçalmasını azaltır.
ġekil 2.24 Ayak Bileği Plantar Fleksiyonu
2.4.5.1.5. Ayak ve Ayak Bileği Rotasyonu: Basma ortası fazından sonra vücut ağırlık
merkezi alçalmaya baĢlarken ayak bileğinde oluĢan plantar fleksiyon ve ayak supinasyonu
bacak boyunun kısalmasını önleyerek vücut ağırlık merkezinin alçalmasını azaltır.
ġekil 2.25 Ayak ve Ayak Bileği Rotasyonu
Eğer insanın bacakları sopa gibi hareket etseydi vücut ağırlık merkezi yer değiĢimi 5 cm
yerine 9,5 cm olacak ve yürümede enerji tüketimi çok artacaktı.
2.4.5.1.6. Lateral Pelvik Deplasman: Pelvis basan bacağın üzerine kayarak vücut ağırlık
merkezinin yer değiĢimini azaltır.
ġekil 2.26 Lateral Pelvik Deplasman
21
Bu altı hareket sayesinde frontal ve transvers düzlemlerde vücut ağırlık merkezi yer
değiĢimi azalarak 9,5 cm den 5 cm ye iner.
2.4.5.2 Potansiyel - Kinetik Enerji Değişimi
Kinetik enerji bir cismi harekete geçirmek veya hareketini sürdürmek için gereken
enerjidir. Potansiyel enerji ise yer düzeyinden yükseltilmiĢ cisimlerde oluĢan saklı enerjidir.
Yürümede gerek kinetik gerekse de potansiyel enerji en tasarruflu Ģekilde kullanılır. Basma
ortası fazında en yüksek noktaya ulaĢan vücut ağırlık merkezinin potansiyel enerjisi
maksimumdadır. Çift destek fazında vücut ağırlık merkezi en alçak noktaya inerken bu
potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüĢür ve vücudu hızlandırır. Yürümede vücut ağırlık
merkezi yükselip alçalırken aralıksız kinetik enerji - potansiyel enerji dönüĢümü yapılır ve
en az enerji harcaması ile ilerleme sağlanır.[10]
3. YÜRÜME HAREKETİNİN FİZYOLOJİK AÇIDAN
İNCELENMESİ
Normal yürümenin karmaĢıklığı ve çıplak gözle değerlendirilmesinin güçlüğü bilim
adamlarını ayrıntılı ve güvenilir inceleme yöntemleri geliĢtirmeye itmiĢtir.
Yürüme analizi; yürümenin sayısal olarak değerlendirilmesi, tanımlanması ve
yorumlanmasıdır. Her ne kadar birçok yürüme sorunu deneyimli protetist ve ortetistin gözle
yaptığı muayenelerle anlaĢılabilse de sorunu sayısal olarak yorumlamak, kaydedip daha
sonra yeniden değerlendirmek ve yapılan tedavi, ortez ve protezlemenin etkinliğini nesnel
biçimde ortaya koymak için yürüme analizi teknolojisi gerekir.
Modern yürüme analizi laboratuarlarında, hastanın yürüyüĢü, önce gözle bakarak ve
video kayıtlarıyla değerlendirilir. Daha sonra hastanın gövdesinde uygun noktalara bağlanan
verici veya yansıtıcılar aracılığıyla hareket verileri bilgisayara aktarılır; ayrıca yere monte
edilmiĢ bir kuvvet platformuna basarken ölçülen yer tepkimesi kuvveti değiĢimleri de
bilgisayara yüklenir.
GeliĢmiĢ laboratuarlarda bu verilere ek olarak dinamik elektromyografi ve enerji tüketimi
ölçümleri de yapılır. Tüm bu bilgiler özel yazılımlar aracılığıyla sayısal verilere
22
dönüĢtürülür. Son olarak, veriler, hastanın klinik durumu ile birlikte değerlendirilerek hekim
tarafından yorumlanır ve rapor yazılır.
Yürüme analizinde kullanılan teknoloji çok karmaĢıktır. Bu alanda çalıĢan hekim ve
biyomedikal mühendislerinin kullanılan sistemin teknik özelliklerini çok iyi bilmeleri ve
elde edilen sonuçları yorumlayabilmeleri gereklidir. Son yıllarda teknoloji geliĢmekte, tetkik
süresi kısalmakta ve giderek birçok hastalığın tanı tedavi cihazlanmasında önem
kazanmaktadır.
3.1 Yürüme Analizinin Önemi
Deneyimli hekimler bile yürümeyi gözle değerlendirmekte güçlük çekerler. Ġnsan gözü
saniyede 12–14 adet görüntü algılayabildiği için yürüme sırasında milisaniyeler içinde
oluĢan hareketler tam olarak değerlendirilemez.
Ayrıca yürüme sadece eklem hareketlerinden ibaret olmayıp gözle anlaĢılamayacak
kuvvet, moment ve kas aktivitelerini de içerir. Doğru tanı ve baĢarılı bir tedavi için normal
yürüme bilinmeli, anormal olandan ayırt edilmeli, yürümeyi bozan ana neden ve bu nedeni
kompanse etmek için yapılan hareketler anlaĢılmalıdır. Bunun için yürümenin tüm
bileĢenlerini eksiksiz kaydedecek, sayısal veriye dönüĢtürecek, kıyaslamaya ve tekrar
incelemeye, tedavi giriĢimleri sonrası veya zaman içinde oluĢan değiĢiklikleri
değerlendirmeye olanak sağlayacak sistemler gereklidir.
3.2 Yürüme Analizi Laboratuarında Kullanılan Değerlendirme
Yöntemleri
3.2.1 Gözleme Dayalı Analiz
Yürüyen hasta, önce önden sonra her iki yandan izlenerek her ekleme ayrı ayrı bakılır. Bu
esnada yürüme uzunluğu 8-10 metre olmalıdır. Bu esnada kayıt tutabilmek için video
çekimleri yapılır.
ġekil 3.1 Gözleme dayalı analiz
23
Lineer ortam denilen video ya da bilgisayarda non-lineer yöntemle, hasta yürürken önden
(frontal düzlem) ve yandan (sagital düzlem) kısa süreli çekimler yapılır. Belirli bir eklemde
sorunu olan hastalarda istenirse yakın çekim yapılabilir.
Kayıtlar üzerinde montaj, yazı eklemek, yazıcıdan çıkıĢ almak gibi bir çok avantajların
yanında istenirse mikser denilen cihazlarla hastanın önden ve yandan çekimlerini eĢzamanlı
olarak izlemek ve kaydetmek mümkündür.
Bazı sorunları, yavaĢ çekimde veya sorunun belirgin olduğu kareleri dondurarak
incelemek tanıyı kolaylaĢtırabilir. Ġstenirse monitör ekranından gönye ile veya on-screen
digitizer denilen özel ölçüm aletleri ile eklem açıları da ölçülebilir.
3.2.2 Kinematik Analiz
Hareketi oluĢturan kuvvetleri dikkate almadan yalnızca hareketin incelenmesine,
kinematik analiz denir. Kinematik analiz sırasında gövdenin, leğen kemiklerinin, bacakların
ve ayakların her üç düzlemdeki pozisyonu; eklem açıları, hız ve ivmeleri ölçülerek sayısal
veri olarak kaydedilir.
Yürüme siklusu boyunca sürekli değiĢen eklem açılarını kaydedebilmek için vücudun
belirli noktalarına iĢaret cihazları (marker) yerleĢtirilir. Bu cihazlardan gelen sinyal özel
kameralar veya alıcılar aracılığıyla izlenir ve bilgisayarda geliĢtirilmiĢ yazılımlarla iĢlenir.
Bu iĢlem sonucunda, yürüme siklusu boyunca, her eklemin üç hareket planındaki açıları
hesaplanır.
Hareketin üç boyutlu olarak kaydedilebilmesi için eĢzamanlı çalıĢan en az iki kamera
gereklidir. Kameranın görüĢ alanı kısıtlı olduğundan yürürken hızla yer değiĢtiren insan kısa
sürede kameranın görüĢ alanından çıkar. Bunun için tüm yürüme alanını incelemek amacıyla
kinematik sistemlerde en az 5 kamera kullanılır. Kinematik inceleme öncesinde kameralar
kalibre edilmelidir. Ekstremitelerine iĢaret cihazları yerleĢtirilen kiĢi kameraların görüĢ
alanındaki önceden belirlenmiĢ bir yol boyunca yürütülür. ĠĢaret cihazlarının sinyalleri
bilgisayara aktarılır, bilgisayar sinyalin yer değiĢtirmesini ve dolayısıyla eklem açısındaki
değiĢikliği hesaplar. Bir zaman biriminden diğer zaman birimine olan yer değiĢiminden hız,
24
hız değiĢiminden ise ivme hesaplanabilir. Kinematik analiz sonucu elde edilen normal
hareket değerleri frontal, sajital ve transvers düzlemlerde grafik olarak çizdirilir.
3.2.3 Kinetik Analiz
Ġnsanın yürüme hareketinin incelenmesinde özellikle Ģu kuvvetler bulunmaktadır.
DıĢ kuvvetler: Yer çekimi etkisiyle ortaya çıkan kuvvetlerdir. Kinetik analiz
yardımıyla çeĢitli yürüyüĢ fazlarında ortaya çıkan ve bacak üzerine etki eden dıĢ
kuvvetlerin Ģiddeti ve yönü ölçülür. Öte yandan kinematik analiz yapılarak
eklemlerin konum ve duruĢları belirlenir. Her iki analiz metodu kullanılarak dıĢ
kuvvetlerin çeĢitli eklemler üzerindeki etkileri hesaplanabilir. Eklemlerin konumları,
kuvvetin büyüklüğü ve yönü ile ortak kuvvet ve eklem arasındaki dikey uzaklık
bilindiğinde, topuğun yere değme anında diz bükülme momenti hesaplanabilir.
Eklemin konumu, fotoğrafçılık tekniğiyle; kuvveti ise ölçüm plakası yardımıyla
belirlenebilir.
Ġç Kuvvetler: Kas kontraksiyonları sonucu oluĢan kuvvetlerdir. Ġç kuvvetleri nicel
olarak ölçecek uygun bir metot bugüne kadar geliĢtirilmemiĢtir. Yer çekimi, topuğun
yere değmesinin hemen ardından diz eklemini bükme eğilimi göstermektedir (dıĢ
kuvvet). Ekleme karĢı bir kuvvet etki etmese de bu durum meydana gelmektedir.
KarĢı kuvvet, quadriceps tarafından oluĢturulur (iç kuvvet) . Hareketi oluĢturan
kuvvetlerin (yer tepkimesi kuvvetleri, eklem momentleri, eklem güçleri)
incelenmesidir.
Kinetik analizde ölçülebilen tek veri yer tepkimesi kuvveti vektörüdür ve ayağın yere
uyguladığı toplam kuvveti ölçen basınca duyarlı plakalarla ölçülür.
Laboratuar da yürüyen insan platforma basarak geçtiğinde, basma fazında oluĢan yer
tepki kuvvet vektörleri 20 ms aralıklarla hesaplanır. Böylece ayak bileği, diz ve kalça
eklemine etki eden momentler ve eklemlerde oluĢan güçler hesaplanabilir. Daha sonra alt
ekstremitenin tüm segmentlerinin pozisyon, hız ve hızlanma verileri (kinematik veriler)
bilgisayar ortamında bir araya getirilir. Kalça, diz ve ayak bileğine etki eden kuvvetler (dıĢ
momentler), dolaylı olarak iç momentler ve güçler hesaplanır.
25
3.3 Kinematik Verilerin Analizi ve Modellenmesi
Günümüzde ticari hareket analizi sistemlerinden elde edilen 3B kinetik ve kinematik
verilerin sayısı ve değiĢik uygulamalarda kullanımlarının artmasına bağlı olarak elde edilen
veriler kullanılmakta, insan hareketlerinin modellenmesi birçok grubun araĢtırmalarının aktif
bir alanı olarak geliĢmektedir. Ġnsan hareketlerinin analizi ve tanımlanmasındaki zorluk ise
insan vücudundaki yüksek serbestlik derecesinden, olasılık dağılımının karmaĢıklığından ve
büyük boyutlardaki veri setlerinden kaynaklanmaktadır. Ne var ki doğrusal uzayın boyutu
temsil edilen veri içersindeki serbestlik derecesini mutlaka yansıtmamaktadır. Doğrusal
tekniklerin kullanılması ile değiĢkenlerin boyutları azaltılabilmektedir. Hareket analizi
sistemlerinden elde edilen büyük veri setlerinin ortalama, varyans ya da standart sapma gibi
temel tanımlayıcı istatistiksel yöntemler ile değerlendirilmesinin ötesinde insan
hareketlerinin analizinde araĢtırmacılar farklı teknikler kullanmaya yönelmektedir. Birçok
farklı yaklaĢım arasında çoklu değiĢkenler analizi geniĢ kitlelerce kabul görmektedir.
Ġstatistiksel yazılımların ve bilgisayar sistemlerinin geliĢmesi ile birlikte insan hareketlerinin
tanımlanmasında istatistiksel tekniklerin kullanımı da geliĢmektedir.
4.ORTEZ
4.1 Ortez ve Protezin Tanımı
Ortez, vücutta herhangi bir nedenle organ kaybının olmadığı ancak anatomik, fizyolojik
ve mekanik yapısında bozukluğun olduğu durumda kullanılan ve o bölgeyi düzeltmek,
desteklemek, hareketsiz konuma getirmek veya fonksiyon kazandırmak amacıyla oluĢturulan
cihazdır. Cerrahi müdahalelerin en eskisi olarak bilinen amputasyon bir uç organın kesilip
çıkarılmasıdır. Bu organın yerini alabilecek yapay organa protez denir. Eskiden ortez–protez
yapımcılarına demirci, zanaatkar gibi değiĢik isimler verilmiĢtir. Günümüzde ortez ve
protezi hastadan bizzat ölçü alarak tekniğine uygun biçimde üreten bu alanda eğitim görmüĢ
kiĢilere ortotist-prostetist denir. Dünyada ortotist-protetist, bu alanda en az dört yıllık
üniversite eğitimi almıĢ kiĢiler için kullanılmaktadır. [2]
4.2 Ortezin Kullanım Alanları
Deformiteyi destekleyen ortezler daha ziyade statik olarak kullanıldığından, daha az
esnek ve daha ağır olabilirler. Polietilen(vitraten) malzeme bu cihazlar için oldukça uygun
bir materyaldir. Ancak yürüyüĢü desteklemek amacıyla kullanılan dinamik ortezler hafif,
26
esnek ve dayanıklı ürün olmalıdır. Bu amaçla kullanılan en uygun materyallerden bazıları
polipropilen yada karbongrafit alaĢımlı ürünlerdir.
Ortotik tedaviler hastaların tedavisinde kendi baĢlarına kullanılan cihazlar değildir.
Özellikle rehabilitasyon aĢamasında diğer fizik tedavi uygulamaları ile kombine edilmesi
gereken tedavi cihazlarıdır. Diğer tedavi giriĢimlerinin etkinliğinin artması ve hastanın
fonksiyonel iyileĢmesi için dinamik yürüyüĢ ortezleri hayati önem taĢır.
Medikal, cerrahi ve diğer tedavi giriĢimleri ile birlikte hastanın fiziksel tedavisinde
önemli rol oynarlar. Ortezler, genellikle uzuv ve eklem postürünü korumak ve fiziksel
fonksiyonu desteklemek için kullanılırlar. Yerçekimi ve dengesiz kas güçlerinin sebep
olduğu hareketli eklem deformasyonları pasif olarak düzeltilebilip ortezle muhafaza
edilebilinir.
Hastaya belirli bir ortezi vermek ve sürekli onu kullanmasını istemek doğru bir tedavi
yaklaĢımı değildir. Hastanın değiĢen veya geliĢen yürüyüĢ Ģekline göre ortez tasarımının
yeniden değerlendirilmesi gerekir. Önemli bir husus, ayak ortezi gereken hastalarda,
ağırlığın minimal tutulmasının gerekliliğidir. Hastanın kabiliyeti, fonksiyonu ve kısıtlılıkları;
diğer bir ifade ile hastaya uygun ortez tespit edilirken, hastanın sadece tanısı değil becerileri
dikkate alınmalıdır. Ortez; fonksiyonunu yapamayan eklem, kas veya sinirin eksikliğini
tamamlar. Ancak kas ve yumuĢak dokuların kısalması sonucu geliĢen kalıcı bozukluklar ve
anormal kemik Ģeklinden kaynaklanan yapısal bozukluklar pasif olarak düzeltilemez ve
ortezlerle desteklenmesi sınırlıdır.
4.3 Ortezlerin Genel Kullanım Amaçları
Genel olarak ortezlerin kullanım amaçları aĢağıda sıralanmıĢtır.
Bir kaza yâda ameliyat sonrası bazı vücut parçalarının hareketsiz tutulması (örneğin,
trafik kazası sonrası boyuna bir boyunluk takılarak omuriliğin korunması gibi),
Fonksiyonu yapamayan yâda yetersiz olan uzuvların fonksiyonuna yardım edilmesi
(örneğin, kolun kırılmasına bağlı bir sinir yaralanmasında el bileğini kaldıramayan
kiĢinin el bileğinin bu hareketine yardım edilmesi gibi),
Ortopedik bir soruna ya da kalıcı bir probleme dönüĢebilecek durumların önlenmesi
(örneğin, bacağında aĢırı kontrolsüz kasılmaları olan bir kiĢide ayak bileğini doğru
27
pozisyonda tutarak bu kasılmaların ayak bileği ekleminde, diğer eklemlerde,
gövdede ve kaslarda oluĢturabileceği zararlı etkilerinin önlemesi gibi),
OluĢmakta olan ya da oluĢmuĢ bir Ģekil bozukluğun düzeltilmesi (örneğin, bir kas
hastalığı nedeniyle omurgasını dik tutamadığı için zamanla omurgada oluĢan
eğriliklerin henüz baĢlangıç aĢamasındayken düzeltilmesi gibi),
Ağrılı durumlarda ağrının azaltılması ve giderilmesi (örneğin, romatizmal bir sorun
nedeniyle el bilek hareketleri ağrılı olan kiĢinin bileğini doğru pozisyonda tutarak
ağrıya yol açan hareketlerin ve ağrının engellenmesi gibi),
Vücuttaki ortopedik özür nedeniyle kiĢinin hareketlerini normalden çok fazla enerji
harcayarak yapabildiği durumlarda enerji tüketimini azaltmak (örneğin, çocuk felci
nedeniyle her iki bacağında belirgin kuvvet kayıpları olan kiĢinin, yürüme ortezleri
ve yürüme yardımcıları ile bir yerden bir yere yardımsız yürüdüğünden daha az
yorularak yürümesini sağlamak gibi).
4.4 Alt Ekstremite Ortezleri
4.4.1 Alt Ekstremitede Ortezlerinin Kullanım Amaçları
Alt ekstremite (bacak) ortezlerinin kullanım amaçları aĢağıda sıralanmıĢtır.
Yürümeye yardımcı olmak
Ağrıyı azaltmak
Yükü azaltmak
Hareketin kontrolü
Deformitenin ilerlemesinin kontrol
4.4.2 Alt Ekstremitenin Biyomekanik İşlevleri
Fiksasyon: Sevk, bloke etme ve yerinde tutma.
Düzeltme: Doğrultma, iyileĢtirme, fazlasıyla düzeltme.
Kompenzasyon: Üç boyutlu uzunluk ve hacim dengelemesi.
Ekstansiyon: Yükü azaltma, çekme durumunda kuvvet uygulaması
28
Tablo 4.1 Alt Ekstremite Ortezinin Dört Etkinlik Prensibi
4.4.3 Fonksiyonlarına Göre Alt Ekstremite Ortezi Çeşitleri
Fonksiyonlarına göre alt ekstremite ortez çeĢitlerinin sınıflandırılması alttaki tabloda
verilmiĢtir.[4]
Tablo 4.2 Alt Ekstremite Ortezlerinin Fonksiyonlarına Göre Sınıflandırılması
29
4.5 Dünyada Ortez Alanında Gelişmeler
Bugün kullanım alanı serebrovasküler hastalıklardan skolyoza, kırıklardan konjenital
deformitelere kadar oldukça geniĢ alana yayılan ortezlerin tarihçesi, çok eski yıllara
dayanır(M.Ö. 2750). Yapılan kazılardan ilk ortezlerin kırık ekstremitelere uygulandığı
anlaĢılmaktadır. Ġlk kapalı redüksiyon ve ortezleme ile ilgili detaylı bilgi Hipokrat tarafından
verilmiĢtir.(M.Ö. 131-201), ağaç ve metal kullanarak üretilen ilk ortezlerin prensip olarak
günümüz ortezlerine çok benzese de, oldukça ağır ve estetikten uzak olduğu izlenmiĢtir.
ġekil 4.1 Ġlk bacak desteklerinden biri [1]
12. yüzyılda Bologna’da ortezin tıp içerisindeki yerinin anlaĢılması ve 16. Yüzyılda ünlü
cerrah Ambrose Pare’nin ortezle ilgili kapsamlı kitabı bu alandaki geliĢimi hızlandırmıĢtır.
Ayrıca Rönesans döneminde değerli ressamların tıbbi geliĢmelerin ve dinin etkisinde kalarak
oluĢturdukları amputasyon ve ekstremite transplantasyonunu yansıtan tablolarına
rastlanmaktadır. Ekstremite transplantasyonuna yönelik bu tablolar gerçek cerrahi
uygulamayı göstermemekle birlikte tamamen dönemin gelecekle ilgili düĢüncelerini ortaya
koymaktadır.
30
ġekil 4.2 Ananymous’un Almanya’da Landes Müzesi’nde sergilenen tablosu
17. yüzyılda Cambridge Üniversitesi Profesörü Gelsson, raĢitizmle ilgili yazısında genu
varum deformitesinin ortezle düzeltilmesi üzerine durmuĢ, Paris Üniversitesi’nde 1700’lü
yılların ortalarında Profesör Nicholas Andry, tüm deformitelerin ortezlenebileceğini
belirterek, özellikle skolyoz ve kifozda kullanılan korselerin spinal deformitelerin
düzeltilmesinde ki yeri ve önemine değinmiĢtir.
ġekil 4.3 Eski genu valgum ortezi
31
ġekil 4.4 Modern Genu Varum Valgum Ortezi
19. yüzyılda ortez yapan kiĢilerin sayısının artması ile Avrupa’da her ortopedi
üniversitesinde ortez yapımcısına yer verilmeye baĢlanmıĢtır. Aynı yüzyılda Hugh Owen
Thomas teknisyeni ile birlikte bugün Thomas ateli olarak bilinen ve daha çok femur
kırıklarında kullanılan, iskiumdan yük taĢıyıcı ortezi geliĢtirdi.
Dünya savaĢından sonra ortez alanında hızlı geliĢmeler olmuĢ ve ortopedik rehabilitasyon
alanında orteze olan gereksinim artmıĢtır. GeliĢen teknolojinin ortez yapımında deriden
termoplastiğe, çelikten duraliminyuma geçiĢi sağlaması her geçen gün daha hafif ve estetik
ortezler üretilmeye baĢlamasına sebep olmuĢtur.[1]
Dünyada protez-ortez alanında standartlaĢmanın sağlanmasında ilk önemli adım 1970’de
Danimarka’da atıldı ve ISPO (International Sciety Prosthetics and Orthotics ) olarak bilinen
Uluslararası Protez Ortez Derneği kuruldu. Kurucular, Danimarka’dan Ksolbye ve Jansen,
Danimarka’dan Mc Laurin, Ġngiltere’den Mc Quirk ve Mc Kenzie, Amerika’dan Staros ve
Wilson, Ġskoçya’dan Murdac, Ġsviçre’den Bahler ve Almanya’dan Kuhn olmuĢtur.
32
ġekil 4.5 Uluslar arası Protez-Ortez Derneği Kurucu Üyeleri
Bu dernek her yıl düzenlediği seminer, konferans ve kursları, üç yılda bir gerçekleĢtirdiği
dünya kongreleri ile bu bilimin evrenselleĢmesine büyük katkıda bulunmaktadır. 1990’da
dernek, Ġskoçya Stratcylde Üniversitesi’nde alanında uzman olan 50 otörün katıldığı önemli
bir toplantı düzenledi. Toplantıda ortez- protez alanında 20 yıllık deneyim ve araĢtırmalar
tartıĢıldı. Toplantı sonunda cerrah, protetist-ortotist ve fizyoterapistlere önemli mesajlar
verildi ve ideal amputasyon seviyesi, protezi ve protez eğitimine yönelik alına kararlar bir
kitapta toplandı.[2]
5. SOLIDWORKS MOTION
Makine tasarımı sürecinde kinematik analizler vazgeçilmez olmuĢtur. Bu iĢlemleri
yapmak bazen elle mümkün iken, bazense bu elle yapılacak uzun iĢlemleri bir program
yardımı ile yapmak zorunda kalınıyor. Günümüz Ģartlarında, zaman her Ģeyden önemli,
sistemlerde çok karmaĢık ve elle çözülemeyecek seviyede olduğundan bu programlara belirli
bir seviyede bağlanmıĢ olduk. Bu programlar Msc Nastran Patran, Ansys gibi profesyonel
programlar olabilirken, cad programlarının kendi çözümleri de kinematik analizde
kullanılabilir.
Solidworks’un en temel özelliği olan mühendisliği kolaylaĢtırma prensibini Motion Study
kısmında da görebiliriz. Tasarımcı cad tasarımı sırasında kinematik analiz yaparak, yaptığı
montajın fiziksel kanunlar göz önünde bulundurularak düzgün çalıĢıp çalıĢmadığını yani
parçaların istenilen ivme, hız, güç tüketimi gibi konularda kontrol eder. Bu iĢlemleri tekrar
ederek kendisi için optimum tasarım değerleri bulmaya çalıĢır.
33
Motion Study, Solidworks Premium paketi ile gelen bir özelliktir olup parçaların zamana
bağlı olarak hız, yer değiĢtirme, ivme gibi sonuçlarını inceleyebilir ayrıca parçaların üzerine
yer çekimi, kuvvet, yay gibi özellikler tanımladığınızda parçalar arasındaki kuvvet
aktarımlarını kolayca hesaplamasını sağlayabiliriz. Bunların dıĢında elinizde olan sistemin
modellemesini düzgün bir Ģekilde yaparsanız, sisteminizin çalıĢması için gerekli olan güç
miktarını da sonuç olarak zaman alabilir ve örneğin bu Ģekilde motor seçimi yapabiliriz.
Solidworks Motion study ile ayrıca bu kuvvet aktarımları hesaplanmasının ardından,
parçalar üzerinde olan kuvvetleri statik analiz veya dinamik analizde kullanılması amacı ile
dıĢarı alabiliriz. Bu Ģekilde örneğin sistemimiz için en kritik olan zaman aralıklarında oluĢan
kuvvetleri, motion study içinde hesaplayabilir ve istediğimiz zaman aralığı yada zaman için
mukavemet analizini solidworks içinde yapabiliriz.
Motion analiz sistemlerin sonuçlarının fiziksel Ģartları göz önünde bulundurarak
hesaplamalar yaptığından, bize gerçekçi sonuçlar sunar ve daha imalatını gerçekleĢtirmeden
sistemin kinematik açından nasıl çalıĢtığını gözlemleyebiliriz. Hatta elde ettiğiniz sonuçlar
ile mukavemet analizine geçiĢ yapabiliriz.
Solidworks kinematik analizi bir kaç sene öncesine kadar joint mantığı ile
gerçekleĢtiriliyordu. Son sürümlerinde ise joint mantığından mate (iliĢki) ile kinematik
analize geçiĢ yapıldı. Yani Solidworks montaj aĢamasında oluĢturduğumuz mateler
kinematik analizde joint Ģeklinde davranıyor ve analizlerimiz bunu üzerinde
gerçekleĢtiriliyor. Bu nedenle montaj aĢamasında yaptığını mateler kinematik analizler için
oldukça önemlidir. Mateler konusunda önemli bir durum söz konusu, eğer montajda her
hangi bir mate yapmamıĢ isek ve analizi penceresinde iken mateleri yapıyorsak, yaptığımız
mateler sadece o kinematik analiz için geçerlidir baĢka bir analiz baĢlattığımızda veya
montaja geçtiğinizde bu mateler ortadan kalkar. Bu nedenle dikkatli olmayız. Montaj
ortamında yapılan mateler ise tüm analizlerde geçerli olur.
Mate iĢlemleri konusunda dikkat edeceğimiz bir nokta daha var. Bu da gereksiz mate
yapılması yani fazladan montaj üzerinde kısıtlama yapılması sonucunda ortaya
çıkan durumlardır. Bizim sisteme verdiğimiz her mate, parçaların bu 6 tane serbestlik
derecelerinden birini yâda birkaçını kaldırmaktadır. Her mate’in kendine özgün serbestlik
derecesi kaldırma özelliği vardır (örneğin concentic mate 2 yönde dönmeyi kaldırırken 2
34
yönde de ilerlemeyi kaldırır yani parçada 2 adet serbetlik derecesi bırakır .) Bazen sisteme
mateleri uyguladığımızda farklı mateler aynı cismin aynı serbestlik derecesini kaldırıyor
olabilir. Böyle bir durumda program otomatik olarak fazla verilen kısıtlamalardan birini
kaldırır. Yani bu iĢlemi otomatik olarak gerçekleĢtirir.
Bu durumun otomatik olarak gerçekleĢmesi hangi mate’in kısıtlamasının kaldırılacağını
bilemememiz gibi bir durum ortaya çıkartır ortaya. Bu Ģekilde bir olay hız, ivme yer
değiĢtirme gibi sonuçları fazla etkilemez iken, kuvvet aktarımlarını ciddi Ģekilde
etkilemektedir. Düzgün kuvvet aktarımları hesaplanmasını istiyorsak, fazladan kısıtlama
vermememiz gerekir ve kendimiz bunu hesaplamaları yaparak bunu ortadan kaldırabiliriz.
Nerede fazladan kısıtlama olduğunu görebilmek için motion study properties
altından ”çözüm sırasında tüm mesajları göster” seçeneği ile programın otomatik olarak
kaldırdığı kısıtlamaları görebiliriz. Nerde fazladan kısıtlama yaptığımızı öğrendikten sonra, o
bölgede kısıtlama miktarını düĢürerek bunu gerçekleĢtirebiliriz.
Motion study içerisinde kuvvet tanımlarken, zaman çubuğumuzu her zaman analizin en
baĢına çekmemiz gerekir. Aksi takdirde, bıraktığımız saniyeden sonrasında istediğimiz
kuvveti uygular.
Analiz yaparken, her verilen mate, yay ve kuvvet benzeri tanımlamaları yaptıktan sonra
hesaplama kısmına geçmemiz uygun olur. Böylece nerde hata yaptığınızı daha kolay
anlayabiliriz. Aksi takdirde vereceğiniz tanımlamalardan sonra alacağımız bir hatanın neden
dolayı kaynaklandığını çözmek zor olacaktır.[13]
5.1 Montajın Hareket Etüdü İle Elde Edilen Hareketindeki Fazlar
ġekil 5.1 Montajın Hareket Etüdü Ġle Elde Edilen Hareketindeki Fazlar; Soldan Sağa
Sırasıyla; Topuk Teması, Ayağın Tam Teması, Basma Fazı Ortası, Topuk AyrılıĢı Fazı,
Parmak AyrılıĢı Fazı, Hızlanma Fazı, Salınım Fazı Ortası, Salınım Fazı Sonu
35
SolidWorks Hareket Etüdü’nde ortez hareketi ayağın tam teması 0 konumu kabul edilerek
baĢlatılmıĢtır. Hesaplama ve grafikler bu sıralamaya göre elde edilmiĢtir. Kalça motoru,
kalçada konumlandırılıp uyluğu hareket ettiren motordur. Diz motoru, uylukta
konumlandırılıp baldırı hareket ettiren bölümdür. Ayak bileği motoru, baldırda
konumlandırılıp bilek destek parçasını ve dolayısıyla ayağı hareket ettiren motordur.
5.2 SolidWorks Hareket Etüdü İle Hesaplanan Sonuç ve Grafikler
ġekil 5.2 Açısal Yer DeğiĢtirme Grafiği
Ayağın tam teması fazındaki konumlar 0˚ kabul edilerek hesaplanan yer değiĢimlerini
göstermektedir. Uyluk ve ayağın açısal yer değiĢiminin basma fazında fazla olduğu
görülürken, diz motorunun sebep olduğu baldırın açısal yer değiĢimi salınım fazında da fazla
olduğu görülmüĢtür.
-50,00
-40,00
-30,00
-20,00
-10,00
0,00
10,00
20,00
30,00
0,00 0,20 0,40 0,59 0,79 0,99 1,19 1,39 1,58 1,78 1,98
Açı
(d
ere
ce)
Zaman (s)
Açısal Yer Değişimleri
Kalça Motoru Açısal Yer Değiştirme (deg) Ref. Koordinat Sistemi:
Diz Motoru Açısal Yer Değiştirme (deg) Ref. Koordinat Sistemi:
Ayak Bileği Motoru Açısal Yer Değiştirme (deg) Ref. Koordinat Sistemi:
36
ġekil 5.3 Açısal Hız DeğiĢimleri Grafiği
Maksimum açısal hız değiĢimi yürüyüĢün 1,66. saniyesinde 349,8 deg/s ile diz motorunun
hareket ettirdiği baldırda görülmektedir. Ortez 1,55 ve 1,81 saniyeleri arasında ayağın yere
basmaya hazırlandığı salınım fazı sonundadır. Bu fazda baldır en büyük açısal hızını
yaparak adım uzunluğunu artırır. Ardından topuk yere değmeden hemen önce
bacağın öne doğru hareketi frenlemek için en fazla diz motorunda olmak üzere tüm
motorlarda yavaĢlama görülür. Kalça motorunun hareket ettirdiği uyluktaki maksimum
açısal hız değiĢimi yürüyüĢün hızlanma fazında olduğu 1,15. saniyesinde görülmektedir. Bu
fazda parmak yerden ayrılıp topuğun vücut önünde yere değebilmesi için ayak hızlanmalıdır.
Ayak bileği motoru ise maksimum açısal hızını 0,91. saniyesinde 141,7 deg/s açısal hızla
yapmıĢtır. Ortez 0,808 ve 1,01 saniyeleri arasında salınım öncesi parmak ayrılıĢı fazındadır.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0,0
0
0,0
8
0,1
6
0,2
4
0,3
2
0,4
0
0,4
8
0,5
5
0,6
3
0,7
1
0,7
9
0,8
7
0,9
5
1,0
3
1,1
1
1,1
9
1,2
7
1,3
5
1,4
3
1,5
1
1,5
8
1,6
6
1,7
4
1,8
2
1,9
0
1,9
8
Açı
sal H
ız (
de
g/s)
Zaman (s)
Açısal Hız Değişimleri
Kalça Motoru Açısal Hız - Mag (deg/sec) Ref. Koordinat Sistemi: KKA - KALÇA DESTEK PARÇASI-2
Diz Motoru Açısal Hız - Mag (deg/sec) Ref. Koordinat Sistemi: KKA - KALÇA DESTEK PARÇASI-2KKA - ALT KALÇE DİZ DESTEK PARÇASI-1
Ayak Bileği Motoru Açısal Hız - Mag (deg/sec) Ref. Koordinat Sistemi: KKA - KALÇA DESTEK PARÇASI-2KKA - ALT KALÇE DİZ DESTEK PARÇASI-1KKA - ALT DİZ BİLEK DESTEK PARÇASI-1
37
ġekil 5.4 Motorlardaki Zamana Bağlı Güç Tüketimi Grafiği
Maksimum güç tüketimi yürüme siklusunun 1,73. saniyesinde (salınım fazı sonu) -65,13
Watt ile baldırı hareket ettiren diz motorunda görülmüĢtür. Ayrıca bu zaman maksimum
açısal hızın olduğu zamana (1,66. sn) çok yakındır. Kalça motoru maksimum güç tüketimini
yürüme siklusunun 1,18. saniyesinde -55,40 Watt ile yapmaktadır. Bu zaman ayrıca kalçanın
maksimum açısal hız değiĢimi yaptığı zamana (1,15) çok yakındır. Ayak bileği motorunda
ise maksimum güç tüketimi 1,62. Saniyede 1,76 watt olduğu görülmüĢtür.
-80,00
-60,00
-40,00
-20,00
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
0,000 0,198 0,396 0,594 0,792 0,990 1,188 1,386 1,584 1,782 1,980
Gü
ç Tü
keti
mi(
wat
t)
Zaman (saniye)
Motorların Zamana Bağlı Güç Tüketimleri
Kalça Motoru Güç Tüketimi (watt) Ref. Koordinat Sistemi:
Diz Motoru Güç Tüketimi (watt) Ref. Koordinat Sistemi:
Ayak Bileği Motoru Güç Tüketimi (watt) Ref. Koordinat Sistemi:
38
ġekil 5.5 Kalça Destek Parçasıyla Uyluk Parçasını Birbirine Bağlayan Mafsalda OluĢan X ve Y Eksenindeki
Tepki Kuvvetleri ve BileĢke Kuvvetlerinin Zamana Bağlı DeğiĢimi
Kalça mafsalında maksimum tepki kuvveti yürüme siklusunun 1,82. saniyesinde 96 N
olarak bulunmuĢtur.
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
0,000 0,198 0,396 0,594 0,792 0,990 1,188 1,386 1,584 1,782 1,980
Tep
ki K
uvv
eti
(N
)
Zaman (s)
Kalça Mafsalına Gelen Tepki Kuvvetleri
Kalça Mafsalı Kuvvet - Y (newton) Ref. Koordinat Sistemi:
Kalça Mafsalı Kuvvet - X (newton) Ref. Koordinat Sistemi:
Bileşke Kuvvet (newton)
39
ġekil 5.6 Uyluk Parçasıyla Baldır Parçasını Birbirine Bağlayan Mafsalda OluĢan X ve Y Eksenindeki Tepki
Kuvvetleri ve BileĢke Kuvvetlerinin Zamana Bağlı DeğiĢimi
Diz mafsalındaki maksimum bileĢke kuvvet kalça mafsalında olduğu gibi yürüme
siklusunun 1,82. Saniyesinde görülmüĢtür. Bu anda ki bileĢke tepki kuvveti 93,6 N’dur.
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
0,000 0,198 0,396 0,594 0,792 0,990 1,188 1,386 1,584 1,782 1,980
Tep
ki K
uvv
eti
(N
)
Zaman (s)
Diz Mafsalına Gelen Tepki Kuvvetleri
Diz Mafsalı Kuvvet - X (newton) Ref. Koordinat Sistemi:
Diz Mafsalı Kuvvet - Y (newton) Ref. Koordinat Sistemi:
Diz Mafsalı Bileşke Kuvvet (newton) Ref. Koordinat Sistemi:
40
ġekil 5.7 Baldır Parçasıyla Ayak Bileği Destek Parçasını Birbirine Bağlayan Mafsalda OluĢan X ve Y
Eksenindeki Tepki Kuvvetleri ve BileĢke Kuvvetlerinin Zamana Bağlı DeğiĢimi
Diz mafsalındaki maksimum bileĢke kuvvet diz ve kalça mafsallarında olduğu gibi
yürüme siklusunun 1,82. Saniyesinde görülmüĢtür. Bu anda ki bileĢke tepki kuvveti 59,4
N’dur.
Bu yüksek tepki kuvvetleri salınım sonu fazında baĢlayıp topuk teması fazının sonuna
kadar devam etmektedir.
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
0,000 0,198 0,396 0,594 0,792 0,990 1,188 1,386 1,584 1,782 1,980 Tep
ki K
uvv
eti
(N
)
Zaman (s)
Ayak Bileğindeki Tepki Kuvvetleri
Ayak Bileği Mafsalı Kuvvet - X (newton) Ref. Koordinat Sistemi:
Ayak Bileği Mafsalı Kuvvet - Y (newton) Ref. Koordinat Sistemi:
Ayak Bileği Mafsalı Bileşke Kuvvet (newton) Ref. Koordinat Sistemi:
41
TEMEL KAVRAMLAR
Anatomi: Ġnsan, hayvan ve bitkilerin yapısını ve organlarının birbiriyle olan ilgilerini
inceleyen bilim
Amputasyon: Cerrahi olarak ekstremitenin kesilip uzaklaĢtırılması
Alt ekstremite: Bacak
Deformite: ġekil bozukluğu
Dezartikülasyon: Kol ve bacakların eklemden kesilmesi iĢlemi.
Dorsifleksör: Fleksiyon hareketi yapan kas
Ekstansiyon: Eklem açısını büyütme hareketi, Fleksiyonun tersi
Femur: Uyluk
Fizyoloji: Canlıların hücre, doku ve organlarının görevlerini ve bu görevlerin nasıl yerine
geldiklerini inceleyen bilim dalı.
Fleksiyon: Vücudun aralarında eklem bulunan iki bölümü arasındaki bükülme hareketi.
Genu Varum: O-bacak, dizler arası mesafe çok geniĢtir.
Genu Valgum: X-bacak, sıklıkla dizlerin mediali birbirine değer.
Konjenital: DoğuĢtan
Kontraktür: Bir ya da daha fazla kas grubunun kalıcı ve sürekli kasılmasıyla nitelenen
patolojik durum; kas sertliği
Postür: Vücudun her hareketinde eklemlerin aldığı pozisyonların birleĢimi postür olarak
tanımlanmaktadır.
Plantar: Tabana ait
Serebrovasküler hastalıklar: Beyin damarlarında ve/veya bu damarlardan geçmekte olan
kanın özelliklerinde geliĢen bozukluklar sonucu damarların tıkanması ya da kanamasıyla
ortaya çıkan merkezi sinir sistemi bozukluklarıdır. Serebro-vasküler hastalıklar, Batı
dünyasında en sık rastlanan ve en yüksek oranda kalıcı bozukluklara yol açan sinir sistemi
hastalığıdır.
Tarsometatarsal: Tarsus (ayak bileği) ve metatarsus (ayak tarağı)’u ilgilendiren
Transplantasyon: Organ ya da doku nakli
Üst ekstremite: Kol
Varus: Kemik veya eklemin kusurlu teĢekkülü
42
Ġnsan Vücudunun Üç Boyutlu Ġncelenmesi
Sajital Düzlem: Gövdeyi sağ ve sol olarak ikiye bölen düzlemdir. Bir insana yandan
baktığımızda sajital düzlemi görürüz.
Koronal veya frontal düzlem: Gövdeyi ön ve arka olarak ikiye bölen düzlemdir. Bir insana
önden baktığımızda frontal düzlemi görürüz.
Transvers: Gövdeyi alt ve üst olarak ikiye bölen düzlemdir. Bir insana tepeden baktığımızda
transvers düzlemi görürüz.
43
KAYNAKLAR
[1] The American Orthotic&Prosthetic Association
[2] Ankara Üniversitesi Dikimevi Sağlık Hizmetleri Meslek Yüksekokulu Yıllığı, Cilt 1,
Sayı 1, 2000
[3] Türkiye Protez-Ortez Bilim Derneği Web Sayfası http://www.turkprot.org/
[4] T.C. Milli Eğitim Bakanlığı, Diz Ayak Bileği ve Ayak Ortezi (KAFO) Modelajı, Ankara,
2011
[5] Wolf, Alon, ‘Intra-operative robotic system, Institute for Computer Assisted Orthopaedic
Surgery’, Penn State, 2005
*6+ İTU Makine Biyomekanik Labarutarı web sayfası http://www.biyomekanik.itu.edu.tr
[7] Louisiana Alliance Biotechnology web sayfası Eeoren.etu.edu.tr/ www.labiotech.org
*8+ KREİGHBAUM, E., BARTHELS, K. M., Biomechanics, 4th Baskı, 1996
*9+ T.C. Milli Eğitim Bakanlığı, Ortopedik Protez ve Ortez Yürüme Analizi-1, Ankara, 2011
*10+ BERKER, N., Yürüme Analizi, Marmara Üniversitesi Tıp Fakültesi,2001
[11+ T.C. Milli Eğitim Bakanlığı, Ortopedik Protez ve Ortez Yürüme Analizi-2, Ankara, 2011
[12] Prosthetic and Orthotics Online Definitions/Dictionary,
http://www.ispo.ca/lexicon/default.aspx
[13] http://www.ilkaymeseli.com