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