This study examines the biomechanical performance of intervertebral cage implants with different sizes and materials using the finite element analysis method. Static analysis revealed the impact of implant size and material type on the stress distribution in the spine, and it was determined that Ti alloy implants induce higher stresses compared to PEEK implants. While small-sized implants exhibited higher stress concentrations, larger implants distributed the load more evenly. Fatigue analyses based on the Goodman criterion indicated that implant size is a decisive factor in fatigue strength. In Ti alloy implants, the highest equivalent alternating stress values were observed in the larger designs, thereby reducing fatigue life. PEEK implants, owing to their lower stiffness, reduced the stress shield but resulted in greater deformation in the screw systems. In the M1 titanium cage, the highest equivalent alternating stress was recorded as 340.88 MPa, indicating reduced fatigue resistance in smaller implant designs. Conversely, the M3 PEEK cage exhibited the lowest stress value (32.31 MPa), demonstrating the benefit of larger, more compliant structures in distributing load effectively. The results demonstrate that in the design of intervertebral cages, the choice of size and material is critical for mechanical stability and long-term implant success. While larger implants optimize load distribution, material selection must be carefully evaluated to achieve biomechanical balance.
Intervertebral cage Finite Element Analysis Fatigue Strength Spinal Biomechanics
Bu çalışma, farklı boyut ve malzeme kombinasyonlarına sahip intervertebral cage (omurlar arası kafes) implantlarının biyomekanik performansını sonlu elemanlar analizi (FEA) yöntemiyle incelemektedir. Statik analizler, implant boyutu ve malzeme türünün omurga üzerindeki gerilme dağılımını önemli ölçüde etkilediğini ortaya koymuş; titanyum alaşımlı implantların, PEEK implantlara kıyasla daha yüksek gerilmeler oluşturduğu belirlenmiştir. Küçük boyutlu implantlar daha yüksek gerilme yoğunlaşmaları gösterirken, büyük implantlar yükü daha dengeli bir şekilde dağıtmıştır. Goodman kriterine dayalı yorulma analizleri, implant boyutunun yorulma dayanımı üzerinde belirleyici bir faktör olduğunu göstermiştir. Titanyum alaşımlı implantlarda, en yüksek eşdeğer alternatif gerilme değerleri büyük tasarımlarda gözlemlenmiş ve bu durum yorulma ömrünün azalmasına neden olmuştur. Düşük elastikiyet modülüne sahip olan PEEK implantlar, stres korumayı azaltmış ancak vida sistemlerinde daha fazla deformasyona yol açmıştır. Özellikle, M1 titanyum kafeste en yüksek eşdeğer alternatif gerilme değeri 340,88 MPa olarak kaydedilmiş, bu da küçük boyutlu implantların yorulma direncinin düşük olduğunu göstermiştir. Buna karşılık, M3 PEEK kafes en düşük gerilme değerini (32,31 MPa) göstermiş ve daha büyük, esnek yapıların yükü daha etkili dağıttığını ortaya koymuştur. Elde edilen sonuçlar, intervertebral kafes tasarımında boyut ve malzeme seçiminin, mekanik stabilite ve uzun vadeli implant başarısı açısından kritik öneme sahip olduğunu ortaya koymaktadır. Daha büyük implantlar yük dağılımını optimize etse de biyomekanik dengeyi sağlamak adına malzeme seçimi dikkatle değerlendirilmelidir.
Omurlar Arası Kafes Sonlu Elemanlar Analizi Yorulma Dayanımı Spinal Biyomekani
| Birincil Dil | İngilizce |
|---|---|
| Konular | Biyomekanik |
| Bölüm | Araştırma Makalesi |
| Yazarlar | |
| Gönderilme Tarihi | 26 Mart 2025 |
| Kabul Tarihi | 3 Ekim 2025 |
| Yayımlanma Tarihi | 1 Mart 2026 |
| DOI | https://doi.org/10.21597/jist.1665910 |
| IZ | https://izlik.org/JA96DF77TA |
| Yayımlandığı Sayı | Yıl 2026 Cilt: 16 Sayı: 1 |