Total ayak bileği değişimi, ayak bileği iltihabı ve kırıklarının kullanılan en yaygın tedavisinde yöntemlerinden biridir. Ayak-ayak bileği kompleksindeki gerilme dağılımlarına ait bilgiler ayak bileği protezlerinin geliştirilmesi için en önemli noktalardan biridir. Ayak-ayak bileği kompleksindeki gerilme değerleri ve dağılımlarının doğrudan ölçümündeki zorluklar ve yüksek maliyet nedeniyle günümüzde bu konularla ilgili sonlu eleman yöntemlerinin kullanımını gittikçe yaygın bir hal almaktadır. Bu çalışmada, ayağında ayak bileği protezi bulunan bir hastanın sağlam (sol) ve protezli (sağ) ayaklarına ait BT görüntüleri kullanılarak ayak-ayak bileği kompleksine ait sonlu eleman modeli elde edilmiştir. Daha sonra oluşturulan bu modeller kullanılarak normal ve protezli ayak-ayak bileği yapılarının her ikisi için gerilme analizleri yapılmıştır. Çalışmanın bu kısmının esas amacı, bir hastanın dengeli duruş hali için protezli ve normal ayak-ayak bileği komplekslerinde ki, von Mises eşdeğer gerilme değerlerinin ve plantar basınç dağılımlarının karşılaştırılmasıdır.
Bu çalışmada kemiğe ait süngerimsi doku (trabeküler) ve sert doku (kortikal) bileşenleri lineer elastik malzeme özeliğine sahip tek bir homojen bileşen olarak modellenmiştir. Kemik yapılar, protez bileşenleri, ligamentler ve faskiaya ait malzeme özellikleri elastik davranışa sahip lineer olarak kabul edilmiştir. Hazırlanan sonlu eleman modelinin doğruluğunun ispatlanması için kullanılan tüm malzeme özelikleri literatürde kullanılan değerlere uygun seçilmiştir. Analiz için statik yükleme şartları dikkate alınmıştır. Modelin karmaşıklığının azaltılarak, işlem süresi ve eleman sayısının azaltılması için protezli ve normal ayak-ayak bileği kompleksinin her ikisinin modellenmesinde geometrik ve malzeme özelliklerinde bazı sadeleştirmeler yapılmıştır. Örneğin modeli geometrik açıdan basitleştirmek için
katı model elde edilirken daha düzgün bir yüzey elde edebilmek amacıyla yüzey düzgünleştirme komutu kullanılmıştır. Ayrıca diğer tüm iç ve dış kas kuvvetleri ihmal edilerek sadece Aşil tendonu kuvveti dikkate alınmıştır. Geliştirilen bu model kullanılarak daha verimli bir ayak bileği protezinin dizaynı yapılabilir ve ayak bileği implantasyonlarında ameliyat öncesi planlamalar gerçekleştirilebilir.
Çalışma sonunda normal bir ayak için elde edilen eşdeğer gerilme değerleri ve plantar basınç dağılımları, sağlam ayağa ait dengeli duruş hali için literatürde bulunan düğer sonlu eleman modeli ve deneysel çalışma sonuçlarıyla iyi bir uyum göstermiştir. Örneğin Cheung ve ark. (2005) çalışmalarında en yüksek eşdeğer gerilme değerlerini üçüncü ve ikinci metatarsalların orta bölümlerinde oluştuğunu ve değerlerinin sırasıyla 7,94 MPa ve 4,47 MPa olduğunu belirtmişler. Belirtilen bu değerlerin bu çalışmadan elde edilen değerlerden azda olsa daha yüksek olduğu görünmektedir. Gerilme değerlerindeki bu farklılığa rağmen, ayak-ayak bileği kompleksindeki gerilme dağılımları bakımından her iki model arasında iyi bir uyum olduğu görülmektedir.
Çalışma sonunda protez bileşenlerine ait elde edilen temas basıncı değerlerinin literatürde bulunan diğer çalışmalara ait sonuçlarla doğrudan karşılaştırılması pek mümkün değildir. Çünkü literatürde bulunan çalışmalarda yapınla analizler değişik total ayak bileği tasarımları için, değişik yükleme, sınır şartları ve ligament modellerinde gerçekleştirilmiştir. Reggiaini ve ark. (2006), sonlu eleman yöntemi kullanarak BOX total ayak bileği protezini incelemişler. Çalışma sonunda 1600 N luk bir eksenel yük altında, protezin tibial ve talar eklem yüzeylerinde meydana gelen temas basınçlarının sırasıyla ortalama olarak 6,4 MPa ve 10,3 MPa ve pik olarak 10,3 MPa ve 16,1 MPa olduğu belirtilmiş. Diğer bir sonlu eleman çalışmasında McIff, Saltzman ve Brown (2001), 3650 N luk bir bası yükü altında STAR protezi bileşenlerinin anteriyor, posteriyor ve iç kısımlarında meydana gelen temas basınçlarının bileşenlerin alt ve üst yüzeylerine oranla daha yüksek olduğu görülmüş. Miller, Galik, Conti ve Smolinski (2003) gerçekleştirdiği bir çalışmada, Agility protezine ait bir sonlu eleman çalışması sonucunda, 3330 N luk bir eksenel yük altında, pik temas basıncı değerlerinin talar bileşenin uçları boyunca oluştuğu
görülmüştür. Bu bölgelerdeki temas basınçları 26-36 MPa aralığında iken orta bölgelerdeki temas basınçları 20-24 MPa aralığında değiştiği belirtilmiştir.
Ayak-ayak bileği yapısında uygulanan yük yönünde meydana gelen deplasman değerleri incelendiğinde normal ayakta oluşan deplasman değerinin protezli ayakta oluşan değere göre daha düşük olduğu görülmüştür. Ayrıca maksimum deplasman değerleri normal ayakta ayak tabanının ayağın arka kısmında görülerken protezli ayakta ayak tabanının ön kısmında görülmüştür.
Literatürde bulunan sonlu eleman modellerinin birçoğunda ayak bileğinin biyomekaniği oluşturulurken yükler ve sınır şartları sadeleştirilmiştir. Sonlu eleman modellerinin hiçbirinde ayak-ayak bileği kompleksine ait kemik yapı, ligamantler, faskia ve yumuşak doku bileşenlerinin tümü bulunmamaktadır. Bu anlamda bu çalışma sonunda protezli ayak için elde edilen model literatürde ilk defa yer alacaktır.
Literatürde bulunan sonlu eleman modellerinin doğruluklarının ispatlanması için plantar basınç dağılımlarının ölçümü yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu çalışmada, denge duruş halindeki yükleme durumu için protezli ve sağlam ayakların her ikisi için plantar temas basınç değerleri sonlu eleman yöntemi kullanılarak elde edilmiştir. Sağlam ayak için elde edilen değerler ve dağılım şekilleri literatürde yer alan değerlerle iyi bir uyum göstermiştir.