Objective of this study is to assess the pullout performance of various pedicle screws in different test materials after toggling tests comparatively. Solid core, cannulated (cemented), novel expandable and solid-core (cemented) pedicle screws were instrumented to the polyurethane foams (Grade 10 and Grade 40) produced in laboratory and bovine vertebra. ASTM F543 standard was used for preparation process of samples. Toggling tests were carried out. After toggling test procedures, pullout tests were performed. Load versus displacement graph was recorded, and the ultimate pullout force was defined as the maximum load (pullout strength) sustained before failure of screw. Anteriosuperior and oblique radiographs were taken from each sample after instrumentation in order to examine screw placement and cement distribution. The pullout strength of pedicle screws decreased after toggling tests with respect to the initial condition. While the cemented solid-core pedicle screws had the highest pullout strength in all test materials, they had the highest strength differences. The cemented solid-core pedicle screws had decrement rates of 27% and 16% in Grade 10 and Grade 40, respectively. There are almost same decrement rate (between 5.5% and 6.5%) for all types of pedicle screws instrumented to the samples of bovine vertebra. The pullout strengths of novel expandable pedicle screws in both of early period and after toggling conditions were almost similar, in other words, the decrement rates of it were lower than other types. According to the data collected from this study, polymethylmethacrylate augmentation significantly decreases pullout strength following the toggling loads. Higher brittleness of cured polymethylmethacrylate has adverse effect on the pullout strength. Although augmentation is an important process for enhancing pullout strength in early period, it has some disadvantages for preserving stabilization in a long time. Expandable pedicle screw with polyetheretherketone shell may be good alternative to polymethylmethacrylate augmentation on both primer stabilization and long-term loading application with toggling.

Aim of this study is to assess the pullout performance of various pedicle screws in different test materials. Polyurethane foams (Grade 10 and Grade 40) produced in laboratory and bovine vertebrae were instrumented with normal, cannulated (cemented), novel expandable and normal (cemented) pedicle screws. Test samples were prepared according to the ASTM F543 standard testing protocols and surgical guidelines. To examine the screw placement and cement distribution, anteriosuperior and oblique radiographs were taken from each sample after insertion process was completed. Pullout tests were performed in an Instron 3369 testing device. Load versus displacement graphs were recorded and the ultimate pullout force was defined as the maximum load (pullout strength) sustained before failure of screw. Student's t-test was performed on each group whether the differences between pullout strength of pedicle screws were significant or not. While normal pedicle screws have the lowest pullout strength in all test materials, normal pedicle screws cemented with polymethylmethacrylate exhibit significantly higher pullout performance than others. For all test materials, there is a significant improvement in pullout strength of normal screws by augmentation. While novel expandable pedicle screws with expandable poly-ether-ether-ketone shells exhibited lower pullout performance than normal screws cemented with polymethylmethacrylate, their pullout performances in all groups were higher than the ones of normal and cannulated pedicle screws. For all test materials, although cannulated pedicle screws exhibit higher pullout strength than normal pedicle screws, there are no significant differences between the two groups. The novel expandable pedicle screws with expandable poly-ether-ether-ketone shells may be used instead of normal and cannulated pedicle screws cemented with polymethylmethacrylate due to their good performances.

Üretildiği malzemenin dayanım, biyolojik ve yorulma gibi özelliklerini kullanım alanına uygun olarak şartlandırabilen gözenekli yapılara ortopedi alanında özellikle onarıcı biyomedikal ürün üretimi için gereksinim duyulmaya başlanmıştır. Dolu malzemelerin kemik ile dayanım farkının fazla olması sonucu ortaya çıkan gerilme kalkanı etkisi biyomedikal ürün kaybına sebep olmaktadır. Eklemeli imalat yöntemlerinin sağladığı avantaj sayesinde gözenekli malzemeler koşullara uygun olarak tasarlanabilmekte veya doğal yapıya sahip geometrilerin kopyalanması ile üretim yapılabilmektedir. Literatürün genelinde yer alan tasarlanabilir birim hücre geometrilerinin üretilebilirliği ve dayanımı hakkındaki çalışmaların aksine yapılan çalışmada koyuna ait femur ve vertebra bölgelerinden alınan trabeküler kemiklerin Mikro-CT ile kopyalanması sonucu elde edilen geometriler Ti6Al4V ELI alaşımından seçimli lazer ergitme (SLE) metodu ile üretilmiştir. Yapılan üretimlerin basma ve basma-kayma dayanımları incelenmiştir. Destek yapılar kullanılmadan yapılan üretim sonrası karşılaşılabilecek üretim değişimleri göz önünde bulundurularak trabeküler yapının üretiminde 1:1, 1:1,10 ve 1:1,20 ölçekli geometriler kullanılmıştır. Yapılan basma testleri sonucunda elastisite modül femur numunelerinde ortalama 3±0,25 GPa ve vertebra numunelerinde 2±0,15 GPa olarak elde edilmiş olup analizlerin deney sonuçları ile uyumluluğunun yüksek olduğu görülmüştür. Çalışma kapsamında üretilen trabeküler metal yapının biyomedikal ürünlerde kullanılması durumunda sahip olduğu düşük elastisite modül değerleriyle gerilme kalkanı etkisini azaltacağı ve doğal kemik geometrisi avantajı ile kemiğin içe doğru büyüme davranışını destekleyeceği sonucuna varılmıştır.

Bu çalışmada AISI 4140 ve AISI 4340 çeliklerde martenzit hacim oranlarının sertlik ve kırılma tokluğu üzerindeki etkisi incelenmiştir. Çeliklerin ara kritik sıcaklık aralıkları belirlenerek üçer farklı sıcaklıkta su verme işlemi, ardından görüntü işleme yöntemi ile içyapı görüntüleri üzerinde her koşul için martenzit hacim oranı belirlenmiştir. Ara kritik sıcaklığın artmasıyla martenzit hacim oranları artış göstermiştir. Numunelere sertlik ve kırılma tokluğu testleri uygulanmış, martenzit miktarının artmasıyla numunelerin sertlikleri artarken kırılma tokluğunun azaldığı belirlenmiştir. AISI 4340'ın, AISI 4140'a göre daha yüksek sertlik değerlerine sahip olmasına rağmen daha düşük kırılma tokluk değerlerine sahip olduğu görülmüştür.

No abstract