Meme tümörlerinin çok geniş bantlı radar tabanlı mikrodalga yöntemiyle tespiti

Kanser hastalığı, günümüzde ölüm nedenleri arasında ilk sıralarda yer almaktadır. Kanser hücreleri kontrolsüz bir şekilde bölünüp çoğalarak tümörleri oluşturur ve ortaya çıkan tümörler normal dokuları sıkıştırıp zarar verir. Ayrıca, kanser hücreleri vücudun farklı bölgelerine yayılarak, organların işlevlerini yapmalarına da engel olabilir. Erkeklerde akciğer ve prostat kanseri, kadınlarda ise meme ve rahim kanseri en çok görülen kanser türleri arasında yer almaktadır. Kanser tedavisini gerçekleştirebilmek için hastalığın hangi evrede olduğunun bilinmesi gerekir. Hastalığın evresi, tümörün boyutu ve ne kadar yayılmış olduğuyla ilgilidir. Örneğin, meme kanserinin 4 evreden oluştuğu kabul edilir. Hastalık ilerledikçe yani 4. evreye yaklaşıldıkça, tedavide başarı oranı azalmaktadır. Oysa hastalığın ilk evrelerde tespit edilmesi durumunda tedavideki başarı oranının %100'e yakın olabileceği bilimsel olarak ispatlanmıştır. Buna göre, meme kanserinin meydana getirdiği sorunların erken tanı sayesinde büyük ölçüde çözülebildiği söylenebilir. Bundan dolayıdır ki, küçük boyuttaki tümörlerin erken safhada tespit edilebilmesi konusu araştırmacıların her zaman üzerinde durduğu bir konu olmuştur. Son yıllarda meme kanseri tespitiyle ilgili yeni medikal görüntüleme teknolojilerine ihtiyaç artmış, sistemlerin iyileştirilmesi için yapılan araştırmalar hız kazanmıştır. Görüntüleme amacıyla yapılan meme tarama yöntemlerinde dikkate alınması gereken başlıca ilkeler; kötü huylu ve küçük boyutlu kitlelerin doğru ve başarılı tespiti, yüksek çözünürlüğe sahip görüntülerin üretilmesi, maliyetin düşük olması ve konforlu bir ortamla hastaların rahat etmelerinin sağlanmasıdır. Memenin görüntülenmesi için çeşitli yöntemler mevcuttur. Yöntemlerde kullanılan tekniklere göre görüntüleme uygulamaları değişmekle birlikte, hepsinin ortak amacı tümörün varlığını, konumunu ve boyutunu tespit eden bir görüntü elde edebilmektir. En yaygın kullanılan yöntemlerden biri olan X-Ray mamografi yöntemi, X ışınları kullanarak meme kanserinde tanılamayı sağlamaktadır. Ancak X-Ray mamografide iyonize edici ışın kullanılması ve memenin sıkıştırılması gerekliliği bu yöntemin olumsuz yanları olarak görülmektedir. X-Ray mamografiye alternatif bir yöntem, iyonize edici ışınların kullanılmadığı manyetik rezonans görüntüleme yöntemidir. Ancak, bu yöntemde ters tanıya neden olabilecek düşük belirginlik oluşması, yöntemdeki işlemlerin konforsuz olup uzun sürmesi ve yöntemin yüksek maliyete sahip olması gibi dezavantajlar bulunmaktadır. Diğer bir yöntem olan ultrasonografi yöntemi zararsız olmakla birlikte, yoğun yağ dokulu meme yapılarında derindeki tümörü bulma konusunda pek başarılı değildir ve mamografiye göre daha az etkilidir. Bu nedenle genellikle mamografi işlemine destek olarak kullanılır. Bahsedilen ve başlıca kullanılan bu yöntemlere ek olarak dijital tomosentez, manyetik rezonans spektroskopi, termografi, optik görüntüleme, elektriksel empedans tomografisi, diffüz optik tomografi ve mikrodalga görüntüleme gibi birçok yöntem sayılabilir. Her yöntemin olumlu ve olumsuz özellikleri bulunmaktadır. Bu tez çalışmasında, mikrodalga teknikler kullanılarak yapılabilecek görüntüleme yöntemleri incelenmiş, bu yöntemlerden biri olan 'çok geniş bantlı radar tabanlı mikrodalga görüntüleme' yöntemi detaylı olarak anlatılmıştır. Bu yöntemin kullanıldığı ölçüm çeşitlerinden biri olan monostatik ölçüm düzeneği oluşturularak küçük boyutlu tümörlerin tespiti ve görüntülenmesi deneysel olarak incelenmiş ve başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Mikrodalgalarla meme kanseri tespit sistemlerinde alıcı ve verici olarak görev yapan sensörlerin yani antenlerin belirli özelliklere sahip olması gerekmektedir. Bu nedenle kullanılacak antenler özel olarak tasarlanmalıdır. Öncelikle, tasarımı yapılacak olan antenin çalışma frekans aralığının, diğer bir ifadeyle bant genişliğinin olabildiğince yüksek olması arzu edilir. Çünkü saçılan alanı daha çok frekansta örneklemek, görüntüleme sistemlerinde toplanan veriyi arttırmanın en makul yoludur. Anten tasarımındaki ikinci önemli husus ise antenin 'arka hüzme–ön hüzme' güç seviyesi oranının düşük, ışıma hüzmesinin 3 dB genişliğinin 'yani yarım güç hüzme genişliğinin' dar olması gerekliliğidir. Bu özelliklere sahip olan bir antenin yüksek bir sinyal–gürültü oranına, diğer bir ifadeyle yüksek bir kazanca sahip olacağı söylenir. Verimli çalışan bir antenin yönlülüğü de aynen kazanç gibi yüksek seviyelerde olacaktır. Yönlülüğün yüksek olmasına ek olarak kararlı olması yani ışıma hüzmelerindeki ana lobların tüm çalışma frekans aralığı boyunca birbirine yakın yönlere odaklanmış olmaları da istenir. Son olarak, kullanılacak antenlerin boyutları olabildiğince küçük olarak tasarlanmalıdır. Bu sıkı tasarım sayesinde, antenlerin sistemlerde kolay bir şekilde kullanılmaları ve saçılan alanı örnekleme oranının mümkün olduğunca yüksek olması hedeflenmektedir. Özet olarak, meme kanserinin mikrodalga görüntüleme sistemiyle tespitinde kullanılacak antenlerin çok geniş frekans bandına, yüksek ve kararlı yönlülüğe, yüksek kazanç ve verimliliğe ve küçük boyutlu bir tasarıma sahip olmaları arzu edilir. Bu tez çalışmasında, çeşitli modifikasyon teknikleri ve benzetim programında yer alan optimizasyon yöntemleri kullanılarak yukarıda bahsedilen tüm özelliklere sahip dörtgen yamalı ve dairesel yamalı iki farklı düzlemsel monopol anten tasarımı yapıldı. Benzetim sonuçlarına göre başarılı olduğu görülen antenlerin üretimleri gerçekleştirildi. Üretilen antenlere ait parametreler ölçülerek test edildi. Benzetim sonuçlarıyla pratik ölçüm sonuçlarının birbirleriyle uyumlu oldukları gözlemlendi. Bu bağlamda, tez çalışmasının ilk katkısı literatüre yeni antenler kazandırmak şeklinde olmuştur. Çalışmanın ikinci aşamasında ise, gerçek meme yapısıyla benzer elektriksel özelliklere sahip farklı şekillerdeki fantomlar oluşturuldu. Üretilen iki antenin daha iyi performansa sahip olanı kullanılarak, fantomlara yerleştirilen küçük boyuttaki tümörlerin tespitine yönelik iki farklı ölçüm yapıldı. Ölçümlerdeki amaçlardan biri, tasarlanan antenin çok geniş bantlı radar tabanlı mikrodalga görüntüleme sisteminde kullanıldığında nasıl bir performans göstereceğini incelemekti. Önerilen antenin benzer çalışmalara kıyasla daha iyi bir çalışma performansı göstermesi hedeflendi. Ayrıca zaman domeninde ölçümler yapılarak, tümörlü ve tümörsüz durumlarda meme fantomundan yansıyan sinyallerin zamana göre değişimlerinin gözlemlenmesi ve elde edilen veriler kullanılarak bir görüntü oluşturulması da diğer bir amaçtı. Bahsedilen amaçlar gerçekleştirildi, tasarlanan dairesel yamalı düzlemsel monopol antenin çok geniş bantlı radar tabanlı mikrodalga görüntüleme için uygun olduğu görüldü. Meme fantomlarının içine gömülmüş olan 6 mm boyutundaki tümör benzeri nesnenin varlığı frekans ve zaman domenindeki sonuçlar incelenerek tespit edildi, nesnenin konumu ve boyutu hakkında çıkarımlar yapıldı. Daha sonra, elde edilen veriler renklendirilerek bir görüntü oluşturuldu, nesnenin konum ve boyut değerleri tespit edildi. Bu boyuttaki bir tümörün mikrodalgalarla tespiti, mevcut yöntemlerle birlikte kanserin erken safhada teşhis edilmesi için kullanılacak ve tedavideki başarı oranının yükselmesini sağlayacaktır. Bu önemli başarının, tez çalışmasının ikinci katkısı olacağı ve devam eden araştırmalara fayda sağlayacağı düşünülmektedir.