Tıbbi simülasyonları doğrulamak amacıyla viskoelastik jel malzeme üzerinde yapılan indentasyon deneyleri

Abstract

Yumuşak dokuların belirli sınır koşulları ve kuvvetler altındaki davranışlarının modellenmesi sanal ameliyat uygulamaları, kan akışı simülasyonları, implant operasyonları gibi birçok medikal ve mühendislik alanında ihtiyaç duyulan araştırma alanlarındandır. Farklı fiziksel koşullardaki bu doku davranışlarının ve şekil değiştirmelerin hatasız bir biçimde elde edilmesi ileri sürülen modelin matematiksel gücü ve modelde kullanılan malzeme katsayılarının doğru belirlenmesi ile orantılıdır. Önerilen her yeni yöntem, model ve malzeme katsayıları belirleme çalışmalarının, doğrulanması böylece uygulanan yöntemin avantaj ve dezavantajlarının ortaya konulması önemli bir gereksinimdir. Yönden bağımsız, homojen yapıları ve yapılan deneylerin aynı yük ve sınır şartları altında tekrar edilebilme avantajları nedeniyle yapay malzemeler üzerinde yapılan laboratuar deneyleri önerilen modellerin doğrulanma aşamalarında bir takım fiziksel standartların oluşturulmasında katkılar sağlayacaktır. Bu çalışmada insan karaciğerine çok yakın malzeme özelliklerine sahip viskoelastik silikon üzerinde yapılan indentasyon deney sonuçları sunulmuştur. Deney sonuçları geometrik yapısı ve sınır şartları belirli bir yapının yük altındaki davranışını tam olarak göstermesi avantajı ile bu alandaki uygulamaların örneğin gerçek zamanlı çalışan sanal ameliyat simülatörü, sonlu elemanlar yada kütle-yay sistemi modellerinden elde edilen sonuçların doğrulanması için kullanılabilecek verileri sağlamaktadır.The modeling of deformation behavior of soft tissues under known boundary conditions and forces is fruitful research in engineering and biomedical area that is found in various applications such as virtual surgery, blood flow simulation, implant operations etc. Accurate modeling of this tissue deformation bahaviour is proportianal to the mathematical power of the proposed model and the accurate determination of the material coefficients that are used in the model to feature material properties. Verification of each newly proposed method, model and coefficients, thus, displaying the advantages and disadvantages is an important necessity. Laboratory experiments which are done on artificial materials, when their isotropic and homogenous structures and the advantage to be able to repeat the experiments under the constant conditions such as same load and same boundary are considered, will contribute to the development of some physical standarts for the verification process of the proposed models. In this study, the results of an indentation experiment made on an viscoelastic silicon material of which material properties are very close to that of human liver are presented. These results make the data that can be used to confirm the results gathered from the applications of the related area such as real-time virtual surgery simulators, finite element or massspring system models, providing the fact that the experiments display the exact behaviour of the structure that has invariable geometry and boundary conditions.