İTÜ LİSANSÜSTÜ DERS KATALOG FORMU (GRADUATE COURSE CATALOGUE FORM)

İTÜ

LİSANSÜSTÜ DERS KATALOG FORMU (GRADUATE COURSE CATALOGUE FORM)

Dersin Adı Course Name

Biyomalzemelerin tasarım esasları Design Essentials of Biomaterials

Kodu

(Code) Yarıyılı

(Semester) Kredisi

(Local Credits) AKTS Kredisi

(ECTS Credits) Ders Türü

(Course Type) MAK 688E Güz

(Fall) 3 Seçmeli

(Elective) Bölüm / Program

(Department/Program) Makina Mühendisliği / Doktora Mechanical Engineering/ Ph. D.

Dersin Türü

(Course Type) Seçmeli

(Elective) Dersin Dili

(Course Language) İngilizce (Engilish)

Dersin İçeriği (Course Description)

Kemik ve yumuşak dokuların yapısı, çeşitleri. İmplantasyon sonrası kemik oluşumu, büyüme veya iyileşme mekanizmaları. Yükler altında kemik adaptasyonu, osseointegrasyon, mikro hareket, gerilme izolasyonu ve kemik erimesi kavramları. Doku/biyomalzeme ara yüzeyi, gerilme transferi.

Sert ve yumuşak dokuların biyomekanik özellikleri ve biyolojik kuvvetler. Biyouyumluluk kavramı. İmplant protez malzemeleri ve formları. Kırık sabitleme cihazları, iç fiksatör plakalar, dış fikzatörler, intramedular ve harrington çubukları. Yapay eklemler, diş implantları, yapay yumuşak dokular.

The structure and types of hard and soft tissues. Post-implantation bone formation, modeling and healing mechanisms. Concepts of bone adaptation, osseointegration, micro motion, stress shielding and bone resorption. Tissue / Biomaterial interface, stress transfer in between. The biomechanical properties of tissues and biological forces. Aspects of Biocompatibility. Materials and forms used in implants and Prosthesis. Fracture fixation devices, implants and artificial prosthesis systems.

Dersin Amacı (Course Objectives)

Bu ders ile mühendislik öğrencilerine implant / protez tasarımı konusunda aşağıdaki bilgi ve beceri kazandırmaktır.

1. Yumuşak ve sert dokuların yapı ve özellikler ve biyolojik kuvvetler,

2. Kemik oluşumu, iyileşmesi, erimesi mekanizmaları, ve biyolojik yüklerin etkileri, 3. İmplant / protez ara-yüzeyini ve biyouyumluluğun tasarımdaki önemi,

4. Implant / protez malzemeleri ve formları. İmplant ve protez sistemleri.

The aim of this course is to introduce the following information and knowledge to the engineering students on implant / prosthesis design:

1. The structure, biomechanics, physical properties of hard and soft tissues. Physiological forces.

2. Aspects of bone formation, healing, resorption and its behavior under mechanical stimuli.

3. Implant/prosthesis interface and its importance in implant / prosthesis design.

4. Implant / prosthesis materials and their forms, biocompatibility. Implant / Prosthesis systems.

Dersin Öğrenme Çıktıları (Course Learning Outcomes)

Bu dersi başarıyla tamamlayan öğrenciler şu konularda bilgi sahibi olurlar;

a. Sert ve yumuşak dokuların yapı ve özellikleri ve biyoloji kuvvetlerin mertebelerini, b. İmplantasyon sonrası kemik oluşum, iyileşme, erime mekanizmalarını ve gerilmenin bu

mekanizmalara etkisini,

c. İmplant/protez ara yüzeyleri ve implant / protez tasarımında önemi.

d. Biyouyumluluk kavramı ve implant / protez tasarımında önemi.

e. İmplant / protez malzemeleri, özellikleri ve formları.

f. İmplant ve Protez sistem çeşitleri ve uygulamaları.

Students who have completed this course will learn about :

a. The structure and properties of hard and soft tissues and the level of biological forces.

b. Post implantation, bone formation, healing, resorption mechanics and the effect of loading on these mechanisms.

c. Implant / prosthesis interface and its importance in implant / prosthesis design.

d. The concept of biocompatibility and Assumptions and its importance in implant / prosthesis design.

e. Types and properties of implant / prosthesis materials and their forms.

f. Types and applications of implant / prosthesis systems.

Ders Kitabı (Textbook)

1. C. Ergun, “Implant and prosthesis design”, ders notları.

2. D.Shi, Biomedical Devices and Their Applications, Springer, 2010.

Diğer Kaynaklar

(Other References)

1. J. Park, Biomaterials: An Introduction; Springer, 1^st edition, 2010

2. D.R. Peterson, J.D. Bronzino; Biomechanics: Principles and Applications; Springer, CRC Press, 2^nd Edition, 2007

3. J.D. Borinzo (Ed.); The Biomedical Engineering Handbook; CRC Press, 3^rd Edition, 2006

4. B.D. Ratner, A.S. Hoffman, F.J. Schoen, J.E. Lemons; Biomaterials Science: An Introduction to Materials in Medicine; Springer, 2^nd edition, 2004

5. Y.C.Fung; Biomechanics; Springer, 2^nd edition, 1996

6. J.D. Humphrey, S. DeLange; An Introduction to Biomechanics: Solids and Fluids, Analysis and Design; Springer, 1^st edition, 2010

Ödevler ve Projeler (Homework & Projects)

8 ADET ÖDEV

Laboratuar Uygulamaları (Laboratory Work) Bilgisayar Kullanımı (Computer Use)

1 ADET DÖNEM ÖDEVİ (İMPLANT/PROTEZ TASARIMI)

Diğer Uygulamalar (Other Activities)

Başarı Değerlendirme Sistemi

(Assessment Criteria)

Faaliyetler

(Activities) Adedi*

(Quantity) Değerlendirmedeki Katkısı, % (Effects on Grading, %) Yıl İçi Sınavları

(Midterm Exams) 2 % 20

(20 %) Kısa Sınavlar

(Quizzes) Ödevler

(Homework) 6 % 25

(25 %) Projeler

(Projects) 1 % 15

(15 %) Dönem Ödevi/Projesi

(Term Paper/Project) Laboratuar Uygulaması (Laboratory Work) Diğer Uygulamalar (Other Activities) Final Sınavı

(Final Exam) 1 % 40

(40 %)

*Yukarıda Belirtilen Sayılar Minimum Olup Yerine Getirilmesi Zorunludur.

DERS PLANI

Hafta Konular

Dersin Çıktıları 1 Sert ve yumuşak dokular; yapıları ve çeşitleri. Yapı/özellik ilişkileri i 2 İmplantasyon sonrası kemik oluşumu, büyüme, iyileşme ve kemik kaybı mekanizmaları i 3 Yükler altında kemik adaptasyonu, osseointegrasyon, mikro hareket, gerilme izolasyonu

ve kemik erimesi kavramları. i

4 Mekanik uyarı altında doku adaptasyonu, kırık ve çatlak iyileşme mekanizmaları. i 5 Doku / biyomalzeme ara yüzeyi; çimentolu yerleştirme, poroz içe büyüme, mekanik

kilitleme, ara yüzeyde direk bağ oluşumu, arayüz ve pasif yerleştirme. i

6 Ara yüzeyde kuvvet-gerilme transferi. i,ii

7 Sert ve yumuşak dokuların biyomekanik özellikleri ve biyolojik kuvvetler. i,ii 8 İmplant / protez malzemeleri (metaller, seramikler, polimerler ve kompozitler) ve

özellikleri. Biyo malzemelerin formları (poroz malzemeler, dolgular, skafoltlar,

kaplamalar, nano formlar) i,ii

9 Biyouyumluluk kavramı. i,vi

10 Kırık sabitleme cihazları, iç fiksatör plakalar, dış (ilizarow) fikzatörler, intramedular ve

harrington çubuklar. i

11 Yapay eklemler; yapay kalça, diz, parmak eklem sistemleri. Diş implantları. i

12 Yapay yumuşak dokular. i

13 Ortoz yapılarının temel prensipleri. i

14 Örnek uygulamalar. ii,iii,iv,v,vi,vii

COURSE PLAN

Week s

Topics

Course Outcomes 1 The types and structure of hard and soft tissues. Their structure property relations. i 2 Post implantation bone formation, modeling / remodeling and resorption mechanisms. i 3 Mechanically mediated bone adaptation, osseointegration, micro-motion, stress shielding

and bone resorption concepts i

4 Tissue adaptation in response to mechanical stimulus and healing mechanisms. i 5 Implant / biomaterials interface; cement fixation, porous ingrowth, mechanical locking,

direct bonding between bone and implant, interface and passive fixation. i

6 Stress transfer between tissue and biomaterial. i,ii

7 Mechanical properties of soft and hard tissues and biological forces. i,ii 8 İmplant / prosthesis materials (Metals, ceramics polymers and composites) and their forms

(dense forms, porous materials, scaffolds, grafts, composites, coatings, and nano-

structured forms) i,ii

9 Aspects of biocompatibility. i,vi

10 Fracture fixation devices; internal fixation devices, external fixators (ilizarow),

intermedullary rods, harrington rods. i

11 Artificial joints; total hip replacements, knee replacements, finger implants. Dental

implants. i

12 Soft tissue replacements. i

13 Basic Principles of Orthosis i

14 Case studies ii,iii,iv,v,vi,vii

Dersin Makina Doktora Programıyla İlişkisi

1: Az, 2. Kısmi, 3. Tam

Programın mezuna kazandıracağı bilgi, beceri ve yetkinlikler (programa ait çıktılar)

Katkı Seviyesi 1 2 3 i.

Yüksek lisans yeterliliklerine dayalı olarak, makine alanındaki güncel ve ileri

düzeydeki bilgileri özgün düşünce ve/veya araştırma ile uzmanlık düzeyinde geliştirebilme, derinleştirebilme ve alanına yenilik getirecek özgün tanımlara ulaşabilme (bilgi).

X

ii.

Makine alanının ilişkili olduğu disiplinlerarası etkileşimi kavrayabilme; yeni ve karmaşık fikirleri analiz, sentez ve değerlendirmede uzmanlık gerektiren bilgileri kullanarak özgün sonuçlara ulaşabilme (bilgi).

X

iii.

Makine alanındaki yeni bilgileri sistematik bir yaklaşımla değerlendirebilme ve kullanabilme (beceri).

X iv.

Makine alanına yenilik getiren, yeni bir düşünce, yöntem, tasarım ve/veya uygulama

geliştirebilme ya da bilinen bir düşünce, yöntem, tasarım ve/veya uygulamayı farklı bir alana uygulayabilme, özgün bir konuyu araştırabilme, kavrayabilme

tasarlayabilme, uyarlayabilme ve uygulayabilme (beceri).

X

v.

Yeni ve karmaşık düşüncelerin eleştirel analizini, sentezini ve değerlendirmesini yapabilme (beceri).

X vi.

Makina alanı ile ilgili çalışmalarda araştırma yöntemlerini kullanabilmede üst düzey

beceriler kazanmış olma (beceri).

X

vii Makine alanına yenilik getiren, yeni bir düşünce, yöntem, tasarım ve/veya uygulama geliştiren ya da bilinen bir düşünce, yöntem, tasarım ve/veya uygulamayı farklı bir alana uygulayan özgün bir çalışmayı bağımsız olarak gerçekleştirerek alanındaki ilerlemeye katkıda bulunabilme (Bağımsız Çalışabilme ve Sorumluluk Alabilme Yetkinliği).

X

viii. Makine alanı ile ilgili en az birer adet bilimsel makaleyi ulusal ve uluslararası hakemli dergilerde yayınlayarak veya özgün bir yapıt üreterek ya da yorumlayarak alanındaki bilginin sınırlarını genişletebilme (Bağımsız Çalışabilme ve Sorumluluk Alabilme Yetkinliği).

X

ix. Özgün ve disiplinlerarası sorunların çözümlenmesini gerektiren ortamlarda liderlik yapabilme (Bağımsız Çalışabilme ve Sorumluluk Alabilme Yetkinliği).

X

x. Yaratıcı ve eleştirel düşünme, sorun çözme ve karar verme gibi üst düzey zihinsel süreçleri kullanarak alanı ile ilgili yeni düşünce ve yöntemler geliştirebilme (Öğrenme Yetkinliği).

X

xi. Sosyal ilişkileri ve bu ilişkileri yönlendiren normları eleştirel bir bakış açısıyla inceleyebilme, geliştirebilme ve gerektiğinde değiştirmeye yönelik eylemleri yönetebilme (İletişim ve Sosyal Yetkinlik).

X

xii. Uluslararası platformlarda, uzman kişiler ile alanındaki konuların tartışılmasında özgün görüşlerini savunabilme ve makine alanındaki yetkinliğini gösteren etkili bir iletişim kurabilme (İletişim ve Sosyal Yetkinlik).

X

xiii Bir yabancı dili en az Avrupa Dil Portföyü C1 Genel Düzeyi’nde kullanarak ileri düzeyde yazılı, sözlü ve görsel iletişim kurabilme ve tartışabilme (İletişim ve Sosyal Yetkinlik).

X

xiv Makia alanındaki bilimsel, teknolojik sosyal veya kültürel ilerlemeleri tanıtarak, yaşadığı toplumun bilgi toplumu olma ve bunu sürdürebilme sürecine katkıda bulunabilme (Alana Özgü Yetkinlik).

X

xv Makine alanı ile ilgili karşılaşılan sorunların çözümünde stratejik karar verme süreçlerini kullanarak işlevsel etkileşim kurabilme (Alana Özgü Yetkinlik).

X

xvi Makina alanı ile ilgili konularda karşılaşılan toplumsal, bilimsel, kültürel ve etik sorunların çözümüne katkıda bulunabilme ve bu değerlerin gelişimini destekleyebilme (Alana Özgü Yetkinlik).

X

Relationship between the Course and Mechanical Engineering Ph.D. Curriculum

1: Little, 2. Partial, 3. Full

Düzenleyen (Prepared by) Doç. Dr. Celalettin ERGUN

Tarih (Date)

21.4. 2011

İmza (Signature)

Program Outcomes

Level of Contribution

1 2 3 i. Developing and intensifying the current and high-level knowledge in the mechanical

engineering area with the use of original thinking and/or research processes and in a specialistic level, based upon the competency in M.S. level (knowledge).

X

ii. Grasping the inter-disciplinary interaction related to mechanical engineering area;

reaching original results by using the specialistic knowledge in analyzing, synthesizing and evaluating new and complex ideas (knowledge).

X

iii. The ability to evaluate and use new information in the mechanical engineering area with a systematical approach (skill).

X iv. Developing a new idea, method, design and/or application which brings about

innovation in the mechanical engineering area; or, applying a conventional idea, method, design and/or application to a different environment; researching, grasping, designing and applying an original subject (skill).

X

v. The ability to critically analyze, synthesize and evaluate the new and complex ideas (skill).

X vi. Acquiring the most developed skills about using the research methods in studies in

therelated mechanical engineering area (skill).

X vii. Contributing to the progress in the mechanical engineering area by independently

carrying out a study which uses a new idea, method, design and/or application which brings about innovation in the area; or, applying a conventional idea, method, design and/or application to a different environment (Competence to work independently and take responsibility).

X

viii.

Expanding the limits of knowledge in the mechanical engineering area by publishing at least one scientific article in an international peer reviewed journal and/or creating or interpreting an original work (Competence to work independently and take

responsibility).

X

ix.

Fulfilling the leader role in the environments where solutions are sought for the original and inter-disciplinary problems (Competence to work independently and take

responsibility).

X

x.

Developing mechanical engineering area-related new ideas and methods by making use of high level intellectual processes such as creative and critical thinking, problem solving and decision making (Learning Competence).

X

xi.

Ability to see and develop social relationships and the norms directing these relationships with a critical look and the ability to direct the actions to change these when necessary. (Communication and Social Competency).

X

xii.

The ability to establish effective communication with experts in the international environments to discuss the area-related subjects and to defend original opinions, showing one’s competency in the mechanical engineering area (Communication and Social Competency).

X

xiii

Proficiency in a foreign language –at least European Language Portfolio C1 Level- and establishing written, oral and visual communication and developing argumentation skills with that language (Communication and Social Competency).

X

xiv.

Contributing to the society’s state and progress towards being an information society by announcing and promoting the technological, scientific and social developments in mechanical engineering area (Area Specific Competency).

X

xv.

Ability to establish effective communication in the solving of the problems faced in the area, by using the strategic decision making processes (Area Specific Competency).

X

xvi.

Contributing to the solution of mechanical engineering area-related social, scientific, cultural and ethical problems and promoting the development of these values (Area Specific Competency).

X

DERS YÜKÜ HESAPLAMA FORMU

Dersin Kodu MAK688E Dersin

Adı

Design Essentials of Biomaterials

Dersin Dili İngilizce Dersin

Kredisi 3 Dersin ECTS

Kredisi 7.5

Hafta 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 TOPLA

M Saat Kazanılan Beceri

(Çıktılar)

1,2 1,2 1,2 2,3 1,2 2 1,4 1,4 1,2,3, 4

1,2,5 1,2,3, 5

1,2,3, 5

1,2,3, 5

1,2,3, 5

- - - - Haftalık Ders

(Saat) 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 ^{- - - 42}

Laboratuar (Saat)

- - - ^- - ^- - ^- - ^- - ^- - ^{- - - - -} Uygulama

(Saat)

- - - ^- - ^- - ^- - ^- - ^- - ^{- - - - -} Dersle ilgili Sınıf

dışı Etkinlikler (Saat)

3 3 6 6 6 6 6 6 6 6 6 8 8 8 84

Sınavlar ve Sınava Hazırlık (Saat)

3 3 3 6 6 8 3 3 3 3 3 6 8 6 64

Toplam Saat

6 6 12 12 12 15 15 17 9 12 12 14 14 14 6 8 6 190 Ders

Değerlendirme Sistemi

1 yıl içi sınavı (%20), 10 ödev (%15) , 1 dönem projesi (%5), 1 yarıyıl sonu sınavı (%40)

Ders Çıktıları

Bu dersi başarıyla tamamlayan öğrenciler şu konularda bilgi sahibi olurlar;

a.Sert ve yumuşak dokuların yapı ve özellikleri ve biyoloji kuvvetlerin mertebelerini,

b.İmplantasyon sonrası kemik oluşum, iyileşme, erime mekanizmalarını ve gerilmenin bu mekanizmalara etkisini, c.İmplant/protez ara yüzeyleri ve implant / protez tasarımında önemi.

d.Biyouyumluluk kavramı ve implant / protez tasarımında önemi.

e.İmplant / protez malzemeleri, özellikleri ve formları.

f.İmplant ve Protez sistem çeşitleri ve uygulamaları.

Tarih 26/04/2011 Formu

Hazırlayan Doç. Dr. Celaletdin ERGUN

Formu Onaylayan

Not: Bu ders için ECTS Kredi hesabı:

192/ 25,5* ≈ 7.5

________________________

* İTÜ için hesaplanan değerdir.