Numerical Investigation of the Effect of Needle Tilting Angle on Irrigant Flow Inside the Tooth Root Canal

Transkript

1 Numerical Investigation of the Effect of Needle Tilting Angle on Irrigant Flow Inside the Tooth Root Canal İğne Açısının Diş Kök Kanalı İçindeki İrigasyon Sıvısının Akışına Etkisinin Sayısal Analizi A. Bahadır Olcay 1, M. Gökhan Gökçen 1, Özkan Adıgüzel 2 1 Makine Mühendisliği Bölümü, Doğuş Üniversitesi 2 Dişhekimliği Fakültesi, Endodonti Anabilim Dalı, Dicle Üniversitesi 16. Biyomedikal Mühendisliği ve Tıp Teknolojileri Ulusal Toplantıları Belek Antalya, Ekim 2011

2 Giriş Bu çalışmada, diş hekimlerince oldukça sık karşılaşılan kök kanal tedavisi esnasında kanal içinin anti-bakteriyel bir sıvı ile temizlenmesi yöntemi mühendislik problemi olarak incelenmiştir.

3 İçerik Diş kök kanal tedavisi nedir? Tedavinin mühendislik problemi olarak belirlenmesi Literatürdeki bulunan önceki çalışmalar Sayısal modelin oluşturulması Analiz sonuçları

4 Diş Kök Kanal Tedavisi Diş kök kanalı içinde bulunan sinir alındıktan sonra, mekanik bir temizleme yapılır. Sonrasında kanalın içinde kalan sinir parçaları, bakteri, enfekte doku gibi organik artıkların kimyasal bir sıvı kullanılarak temizlenmesi gerekir. Temizlenen kanal doldurularak tedavi tamamlanır.

5 İrigasyon İçinde düşük miktarda çamaşır suyu da bulunduran kimyasal sıvı kullanılarak yapılan temizlik. Temizleme esnasında bu kanallarda kalabilecek maddeler daha sonrasında diş kökünde iltihaplanmaya ve sonrasında ise bu tedavinin tekrar yapılmasına sebep olabilir. Bu yüzden irigasyonun diş kök kanalına etkili bir şekilde yapılması önemlidir.

6 Mühendislik Problemi? İrigasyonun etkinliğinin artması için kanala püskürtülen kimyasal sıvının karışması ve kanal duvarlarına ulaşması gerekir. İrigasyon sıvısının çene kemiğine sızmaması için (diş kökü ile çene kemiğinin birleştiği) apeks bölgesinde) basıncın düşük kalması gerekir. Düşük basınç ile en iyi temizleme nasıl sağlanabilir?

7 Literatür İrigasyon işlemi 2000 li yılların ortalarına kadar basit bir yöntem olarak görülmekteydi de Boutsioukis ve ekibi laboratuar ortamında yeni çekilmiş dişler üzerinde makroskopik ölçümler yaparak kanal içindeki akışın tedavinin verimliliğini etkileyebileceğini belirledi li yılların sonuna doğru Gao ve ekibi ile Boutsioukis ve ekibi tedaviyi hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile modelleyip sayısal analizler yapmaya başladılar.

8 Sayısal Model - Geometri Diş kökü kanalı kesik konik olarak modellendi. İğne Girişi 320µm 30G tipi yandan açık gerçek irigasyon iğnesinin katı modeli kanal içine yerleştirildi. Kanal Çıkışı 1.59mm mm α(0,1 ve2 ) Sayısal model yaklaşık 3.5 milyon tetrahedral elemandan oluştu. 19 mm 196 µm 0.45 mm 0.3mm z y 3 mm 0.5mm 0.5 mm 0.35mm

9 Sayısal Model Sınır koşulları Bu çalışmada iğne açısının irigasyona etkisi araştırılmıştır. İğne açısı 0.0, 1.0 ve 2.0 derecedir. İğne girişinde sabit bir hız profili uygulanmıştır. Kanal çıkışında ortam basıncı tanımlanmıştır. Viskozitenin etkisini dikkate almak için iğne ve kanal duvarlarında kaymaya izin verilmemiştir. Yerçekimi ivmesi akış ile aynı yönde alınmıştır. Üç boyutlu, zamana bağlı ve sıkıştırılamaz akış, Süreklilik ve Navier Stokes denklemleri ile modellenmiştir. HAD analizleri Ansys Fluent v13 kullanılarak yapılmıştır.

10 İncelenen farklı durumların özeti Hacimsel Hız(mL/s) Reynolds Sayısı Akış Hızı (m/s) Açı (α) Akış Tipi Laminer Laminer Laminer Türbülanslı Türbülanslı Türbülanslı Re = (ρvd)/(µ) ρ akışkanın yoğunluğunu, µ akışkanın dinamik viskozitesini, V akışkanın iğne içindeki ortalama hızını, D ise iğnenin çapını göstermektedir. İrigasyon sıvısı için saf su özellikleri kullanılmıştır.

11 Hız büyüklüğü (m/s) dağılım grafikleri: Laminer Türbülanslı

12 Apeks bölgesinde oluşan toplam basınç Total Pressure (Pa) Laminar Laminar Laminar Turbulent Turbulent Turbulent a α=0.0 = 0.00 a α=1.0 = 1.00 a α=2.0 = 2.00 a α=0.0 = 0.00 a α=1.0 = 1.00 a α=2.0 = 2.00 Pressure (Pa) 0 mm from apex Hızın yüksek olduğu türbülanslı akışlarda basınç belirgin şekilde fazladır.

13 Duvar kayma gerilmeleri τ w, bir yüzeyde hız gradyanı oluştuğunda gelişir ve duvar yüzeyine paralel kuvvet ile ilişkilidir: w V n n 0 µ: dinamik viskozite, V: akış hızı n: normal yöndeki koordinat

14 Duvar kayma gerilmesi: (0-100 Pa) Laminer Türbülanslı α = 0.0 α = 1.0 α = 2.0

15 Çevrinti (vorticity) (1/s) dağılımı Laminer Türbülanslı

16 Sonuçlar Laminer akışlarda iğne açısının artmasıyla beraber irigasyon sıvısının apeks bölgesine doğru ilerlediği görülmektedir. Böylece durgun sıvı miktarının azaldığı gözlemlenmektedir. Diğer taraftan türbülanslı akışlarda iğne açısının 0.0 olduğu durumda daha yüksek duvar kayma gerilmesi elde edilmiştir. Bunun nedeni iğneden çıkan irigasyon sıvısının kök kanalına daha dik açıyla çarpıp daha fazla hız gradyanına neden olması olabilir. Türbülanslı akışlarda kanal duvarlarındaki temizlik laminer akışlara göre daha iyi olmasına rağmen apeks bölgesi yaklaşık 10 kat daha fazla basınca maruz kalmaktadır.

17 Sonuçlar Diş hekimlerince uygulama esnasında fark edilmesi bile oldukça zor olabilecek bu kadar küçük açı farklılıklarında bile kök kanalının apeks bölgesine bağlandığı yerdeki akış dinamiğinin ciddi anlamda değişebildiği gözlemlenmiştir. İğne açısının artmasının irigasyon sıvısının kök kanal tedavisinin etkinliğini her zaman arttırmayacağı belirlenmiştir.

18 Sorular? Bu projeye destek Doğuş Üniversitesi BAP D1.B06 tarafından sağlanmıştır.