487
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Prostat kanserinin erken tanısına yönelik prostat spesifik membran antijeni (PSMA) tabanlı immünosensörlerin geliştirilmesi ve performanslarının karşılaştırılması
Prostat Kanseri (PK), erkeklerde genellikle periferal bazal hücrelerde gelişen bir kanser tipidir. Hastalığın klinikteki tanısında, serum Prostat Spesifik Antijeni (PSA) testi, parmakla rektal muayene (PRM) ve Trans-rektal Ultrasonografi (TRUS) gibi testler kullanılmakta, normal dışı PRM/TRUS ve/veya PSA değerinin 4 ng/mL' nin üzerinde olması gibi anomalilerden herhangi ikisi birlikte olduğunda iğne biyopsisi yapılmaktadır. Hastalığın aşamasının belirlenmesinde, yukarıda bahsi geçen test sonuçları baz alınarak Gleason Skorlaması kullanılmaktadır. Erkeklerde akciğer kanserinden sonra ikinci sırada kansere bağlı mortaliteye ve morbiditeye sebep olan bu hastalığın erken dönemde ve doğru tanısının yapılması oldukça önemlidir. Ancak serum biyobelirteci PSA'nın prostat kanserine özgü değil sadece prostata spesifik bir biyobelirteç olması hastalığın doğru tanısını engellemektedir. Bu nedenle prostat kanserinin doğru ve erken tanısında kullanılabilecek, prostat kanserine özgü biyobelirteçlere dayalı, yüksek performanslı tanı yöntemleri/testlerinin geliştirilerek klinik uygulamalara kazandırılması önem teşkil etmektedir. Bu doğrultuda, doktora tez çalışması kapsamında, prostat kanserine spesifik bir biyobelirteç olduğu literatürdeki çalışmalarda sıklıkla ifade edilen Prostat Spesifik Membran Antijeni (PSMA) ölçümünü hedef alan, kuvars ayar çatalı (QTF) tabanlı kütle hassas ve ekran baskılı elektrot (SPE) tabanlı elektrokimyasal PSMA immünosensörlerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Çalışmanın ilk basamağında, QTF dönüştürücü yüzeyleri sırasıyla amino gruplarınca zengin amiloid benzeri protein nanofiberler ve plazma polimerize ince filmler ile modifiye edilmiştir. Yüzey aktivasyonundan sonra, PSMA antijene özgü antikorun (a-PSMA) QTF yüzeylerine immobilizasyonu yapılmış ve geliştirilen immünosensörün hedef analiti PSMA ile etkileşimi rezonans frekansındaki değişimler ölçülerek takip edilmiştir. İkinci aşamada, elektrokimyasal tabanlı immünosensörün geliştirilmesi hedeflenmiş ve bu hedef doğrultusunda altın çalışma elektrotlu SPE' lerin yüzeyleri sisteamin fonksiyonelleştirilen altın nanoparçacıklar (Cys-AuNp) ile modifiye edilmiştir. Yüzey fonksiyonelleştirilmesi sonrasında, N,N-karbonildiimidazol (CDI) aracılığı ile antikor immobilizasyonu gerçekleştirilmiş ve geliştirilen immünosensörün hedef analiti -PSMA- ile etkileşimi sırasıyla voltametrik analiz ve empedans spektroskopisi ile test edilmiştir. Cys-AuNp modifikasyonu, elektrokimyasal immünosensörlerin analitik ölçüm performansını arttırarak pikogram seviyesindeki analitin dahi fizyolojik tampon çözeltisi (pH:7,4) ve serum ortamlarında tayin edilmesine olanak sağlamıştır. Özetle, bu doktora tez çalışması kapsamında, prostat kanserine spesifik PSMA antijeninin ve PSMA ekspresyonu gösteren hücrelerin ölçümünü temel alan, prostat kanserinin teşhisinde doğrudan/destekleyici olarak kullanılabilecek, QTF-tabanlı kütle hassas ve SPE-tabanlı elektrokimyasal immünosensörlerin tasarımları gerçekleştirilmiş ve geliştirilen immünosensörlerin performansları değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, bu doktora tezinde sunulan elektrokimyasal tabanlı immünosensorün prostat kanseri veya diğer kanser tiplerinde geliştirilmesi planlanan gelecekteki tanı sistemleri için bir altyapı sunacağına inanılmaktadır.
Aktif tıbbi cihazlarda fonksiyonel güvenlik gerekliliklerinin incelenmesi
Aktif tıbbi cihazlarda tehlike riski taşıyan fonksiyonlar, programlanabilir elektrikli tıbbi sistemler kullanılarak önleniyor ise bu kontrol sistemlerinde oluşacak hataların kabul edilemez riske yol açmaması gerekmektedir. IEC 60601-1 ve özel cihaz standartları programlanabilir elektrikli tıbbi sistemlerinin(PEMS) geliştirilmesi ve hayata geçirilmesi için gereklilikleri tanımlamış, cihazın risk taşıyan fonksiyonlarının koruyucu sistemler tarafından otomatik olarak yerine getirilmesini talep etmektedir. Ayrıca, Tıbbi Cihaz Yönetmeliği de tıbbi cihazlardaki programlanabilen elektronik sistemlerin süreklilik, güvenilirlik ve performans şartları sağlanacak şekilde tasarlanmasını şart koşmaktadır. Öncelikle Tıbbi Cihaz Yönetmeliği ve standartlarında güvenilirlik şartlarının nasıl açıklandığı bu tez kapsamında incelenmiştir. Tıbbi cihaz standartlarında programlanabilir kontrol sistemleri için istenilen güvenilirlik sağlama kriterlerinin, fonksiyonel güvenlik standartları ile eşleştiği tespit edilmiştir. Ancak tıbbi cihaz standartlarında kontrol sisteminin güvenlik bütünlük seviyesinin (SIL) ne olması gerektiği ve tasarımında kullanılacak tekniklerin açıklamadığı tespit edilmiştir. Bu doğrultuda otomotiv sanayi, proses güvenliği ve nükleer enerji santralleri de dahil olmak üzere emniyet kritik uygulamaların tamamında kullanılan fonksiyonel güvenlik standartlarının aktif tıbbi cihaz ürün geliştirme süreçlerinde de kullanılması ile tıbbi cihazların güvenilirliğinin sağlanacaktır. Kontrol sistemlerini oluşturan donanımların fonksiyonel güvenliği için sistematik hatalar ve rastgele donanım arızaları incelenerek, güvenilirlik hesaplamasının nasıl yapılacağı açıklanmıştır. 1oo1, 1oo2, 2oo2, 1oo2D ve 2oo3 mimari yapıları için IEC 61508 standardına göre güvenilirlik blok diyagramı metodu kullanılarak elde edildi. Daha sonra, rastgele donanım arızaları için bileşenlerin hata modları ve hata oranları kullanılarak SIL hesaplamasında kullanılacak hata oranlarının Hata Türü ve Etkileri Analizi (FMEA) ile nasıl elde edileceği açıklanmıştır. Donanım mimari yapıları için her bir alt sistemin hata olasılığının hesaplanması için MATLAB'da bir program geliştirilmiş ve örnek hata olasılıkları hesaplanmıştır. Daha sonra elde edilen değerler kullanılarak örnek bir kontrol sisteminin güvenilirlik seviyesinin nasıl artırılabileceği gösterilmiştir.
Diyabetik retinopati tedavisine yönelik doku rejenerasyonu yapan hidrojel formülasyonlarının geliştirilmesi
Diyabetik retinopati diyabete bağlı olarak gelişen, gözün vasküler ve sinir yapısında değişikliklere sebep olan kronik bir hastalıktır. Diyabetik retinopati, diyabet hastalarının %60-%75'ini etkilemektedir ve hastalığın ileri safhalarında körlüğe sebep olabilmektedir. Güncel tedavi yöntemlerinden lazer fotokoagülasyon ve göz içi iğne tedavisinin hastanın sinir dokusunu tahrip ettiği ve tedavi sürecinde hastada ağrıya sebep olduğu bilinmektedir. Diğer tedavi yöntemlerinden biri olan cerrahi operasyon ise hastalarda görme kaybına sebep olabilmektedir. Diyabetik retinopatinin tedavisi için gözün dejenere olmuş vasküler yapısında doku rejenerasyonuna ihtiyaç duyulmaktadır. Literatürde çeşitli göz hastalıklarının tedavisinde doku rejenerasyonunu sağlamak ve kontrollü ilaç salımında kullanılmak için üretilmiş hidrojel sistemler yer almaktadır. Bu çalışmada diyabetik retinopati tedavisine yönelik olarak doku rejenerasyonu sağlayan taurin yüklü kitosan hidrojellerin üretilmesi ve karakterizasyonunun yapılması amaçlanmıştır. Diyabetik retinopati tedavisinde anti-diyabetik etkiye sahip olduğu, hücre proliferasyonunu arttırdığı ve vaskülarizasyonu sağladığı için taurin tercih edilmiştir. Çalışmada hazırlanan hidrojellere çapraz bağlanma testi, şişme testi ve viskozite testi yapılmıştır. Yapılan testler sonucunda optimum kitosan konsantrasyonu %2, optimum glutaraldehit konsantrasyonu %4 olarak belirlenmiştir. Elde edilen kitosan hidrojellerin ve taurin hapsedilmiş hidrojellerin karakterizasyonu için çapraz bağlanma testi, şişme testi, viskozite testi, optik mikroskop, SEM ve FTIR analizleri yapılmıştır. Taurin hapsedilmiş hidrojellere 15 gün boyunca 25°C ve 37°C'de , pH 7,4 ve pH 8,5'da in vitro salım testi yapılmıştır. Optik mikroskop, SEM ve FTIR analizleri sonucunda taurinin hidrojele başarılı bir şekilde hapsedildiği bulunmuştur. Taurinin optimum konsantrasyonda kitosan (%2) ve glutaraldehit (%4) kullanılarak hazırlanmış boş hidrojellerde çapraz bağlanma yüzdesini ve viskoziteyi düşürdüğü, şişme yüzdesini arttırdığı bulunmuştur. Boş hidrojelin çapraz bağlanma yüzdesi %70,64 ± 3,27, taurin hapsedilmiş hidrojelin çapraz bağlanma yüzdesi %61,33 ± 0,58 olarak tespit edilmştir. Boş hidrojelin viskozitesi 2.883.333 ± 12.583,06 cP, taurin hapsedilmiş hidrojelin viskozitesi 1.075.000 ± 65.000 cP olarak ölçülmüştür. Boş hidrojelin 37°C sıcaklıkta ve pH 8,5'da, 90.dk sonunda şişme yüzdesi %7,72 ± 0,48 olarak bulunmuştur. Taurin hapsedilmiş hidrojelin 37°C sıcaklıkta ve pH 8,5'da, 90.dk sonunda şişme yüzdesi %7,93 ± 0,04 olarak bulunmuştur. In vitro salım testi sonucu elde edilen bulgulara göre pH 8,5'da sıcaklığın arttığı durumda hidrojellerden taurinin kümülatif salım yüzdesinde azalma olmuştur. Hidrojelden taurinin kümülatif salımı pH 8,5'da ve sıcaklık 25°C'de %38,47 ± 0,09, aynı pH ve sıcaklık 37°C'de %18,69 ± 0,02 olarak bulunmuştur. Vücut sıcaklığında pH'ın yükselmesiyle taurinin kümülatif salım yüzdesinde artma tespit edilmiştir. Hidrojelden taurinin kümülatif salımı sıcaklık 37°C'de pH 7,4'de %15,92 ± 0,21, sıcaklık 37°C'de pH 8,5'da %18,69 ± 0,02 olarak bulunmuştur. Taurin yüklü kitosan hidrojeller diyabetik retinopati tedavisi için başarılı bir şekilde hazırlanmış ve karakterize edilmiştir. Elde edilen bulguların doku mühendisliği teknolojilerindeki hidrojel çalışmalarına ışık tutacağı düşünülmektedir.
Siemens artiste lineer hızlandırıcı cihazının Monte Carlo Yöntemi kullanılarak modellenmesi ve enerjiye etki eden parametrelerin değerlendirilmesi
Radyoterapinin amacı, tümöre yüksek dozda radyasyon verirken, tümörün etrafında bulunan sağlıklı dokuları en iyi şekilde korumaktır. Bu amaca ulaşmak için, elde edilen doz dağılımı, kesin doğruluk içeren metotlarla doğrulanmalıdır. Monte Carlo metodu, çeşitli fiziksel süreçler için olabilecek etkileşimleri en doğru şekilde simüle eder ve rastgele sayılar kullanarak problemleri çözmeye çalışır. Bu metot, elektron ve fotonun, havada ve madde içinde karşılaşabileceği bütün durumları doğru bir şekilde kontrol eder. Monte Carlo metodu, her bir parçacığı, bütün enerjisi bitene kadar takip eder ve yaptığı bütün etkileşimleri hesaplar. Bu yüzden bu metot, radyoterapi tedavilerinin simülasyonu için en doğru metot olma özelliği taşır. Bu çalışmada, 6 MV enerjili Siemens Artiste lineer hızlandırıcı cihazının (LİNAK), birincil elektron parametreleri, Monte Carlo metodu kullanılarak incelenmiştir. Hedefe çarpan birincil elektronların, Ortalama Enerji ve Yarı Maksimumdaki Tam Genişlik (YMTG) gibi karakteristik özelliklerinin tanımlanması gerekli olduğundan, bu gibi parametreleri belirlemek için Monte Carlo metodu kullanılmıştır. Yüzde Derin Doz (YDD) ve lateral doz profili ölçüm değerleri, iyon odası kullanılarak su fantomunda ölçülmüştür. Aynı zamanda, farklı derinliklerde film dozimetrisi kullanılarak, yüzde derin doz ve lateral doz profil değerleri elde edilmiştir. İlk adımda, Siemens Artiste lineer hızlandırıcı cihazı, BEAMnrc kodu kullanılarak modellenmiştir. Bu adımda, lineer hızlandırıcı cihazının kafa kısmında bulunan bileşenler modellenmiştir. Bu bileşenler: çıkış penceresi, hedef, birincil kolimatörler, düzleştirici filtre, iyon odaları, Y çeneleri ve X çok yapraklı kolimatörlerden (ÇYK) oluşmaktadır. İkinci adımda ise, BEAMnrc kodu kullanılarak elde edilen faz uzay dosyası, DOSXYZnrc simülasyon programında kullanılmıştır. Bu adımda, DOSXYZnrc içinde oluşturulan su fantomu üzerinde elde edilen doz dağılımları incelenmiştir. Bütün sonuçlar, 100 cm olan kaynak cilt mesafesinde (SSD) ve 10 x 10 cm2 alanda elde edilmiştir. Birincil elektron parametreleri olarak, 6.3 MeV ortalama enerji ve 0.30 cm YMTG değeri kullanıldığında, Monte Carlo simülasyonu ile elde edilen değerler ve ölçüm sonuçları arasında iyi bir uygunluk elde edilmiştir. YMTG değerlerinin, yüzde derin doz eğrisi üzerinde çok az etkisinin olduğu gözlemlenmiştir. Ortalama enerji değerlerinin ve YMTG değerlerinin, lateral doz profili üzerinde etkisinin olduğunun fakat bu etkinin tolerans değerleri içinde kaldığı görülmüştür. Birincil elektron parametreleri, özellikle lineer hızlandırıcı cihazının kafasında bulunan bileşenlere bağlıdır. Elektron parametreleri üzerindeki küçük bir değişiklik, doz dağılımı üzerinde güçlü etkiler yaratabilir. Bu nedenle elektron parametreleri doğru bir şekilde belirlenmelidir. Tez çalışması kapsamında Monte Carlo simülasyonundan elde edilen faz uzay dosyası, doz saçılmalarında, ÇYK sızıntılarında, hasta üzerinde herhangi bir yerde oluşan doz dağılımının kontrol edilmesi ve karşılaştırılmasında ve çeşitli radyasyon çalışmalarında kullanılabilir. Anahtar Kelimeler: Monte Carlo, Simülasyon, BEAMnrc, DOSXYZnrc, Siemens Artiste.
Damar içi uygulamalar için kapasitif mikro işlenmiş ultrasonik dönüştürücü (CMUT) modellenmesi ve farklı koşullarda iletim performansının araştırılması
Bu çalışmada ultrasonik uygulamalarda gelecek vaadeden MEMS tabanlı Kapasitif Mikroişlenmiş Ultrasonik Dönüştürücü (CMUT) elemanının modellenmesi ve farklı parametreler altında analizi yapılarak bu sistemin davranış özellikleri araştırılmıştır. Deneysel olarak yapılan analizler çoğu zaman uzun çalışmaları ve yüksek maliyetleri gerektirmektedir. Simülasyonlar bu araştırmalardaki zaman kaybını ve maliyetleri en aza indirmek için gittikçe daha da önemli hale gelmektedir. Hızlı, kullanışlı ve ucuz olması sebebiyle CMUT modellemesi için Matlab/Simulink tercih edilmiştir. CMUT davranışını ifade eden mekanik modele ait matematiksel denklemler ve elektriksel eşdeğer devreler kullanılarak CMUT modellenmesi yapılmıştır. Ölçüm parametreleri olarak da çıkış basıncı ve membran yer değiştirmeleri kullanılarak, farklı gerilimler altında küçük sinyal ve büyük sinyal analizleri yapılmış ve CMUT iletim performansı değerlendirilmiştir. Si, Poly-Si, Si3Ni4, Elmas gibi farklı membran malzemeleri ve farklı büyüklüklere sahip elektrotlar kullanılarak dinamik analizler yapılmış ve bu sonuçlar karşılaştırılmıştır. Ayrıca, membran üzerinde stres olması durumunda performansın nasıl değiştiği ve kalite faktörü, bant genişliğinin stressten nasıl etkilendiği de araştırılmıştır. CMUT dizilerinin performansı ile ilgili bir karşılaştırma da yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara dayanarak, bu çalışmada kullanılan ekonomik bir alternatif olmasının yanı sıra hızlı sonuçlar da veren modelin, CMUT tabanlı ultrason dönüştürücü tasarımlarında performans ölçümü ve çıkış basıncı, yer değiştirme, kalite faktörü ve bant genişliği gibi giriş-çıkış parametlelerinin optimum değerlerinin belirlenmesi amacıyla kullanılabileceği gösterilmiştir.
Kablosuz polisomnografi cihazı tasarımı
Uyku sırasında yaşanan solunum güçlükleri, uyku apnesi ve horlama gibi solunum problemleri hayatı tehdit eden ve uyku kalitesini olumsuz etkileyen uyku bozukluklarındandır. Bu tip uyku bozukluklarının doğru teşhisi de hayati önem taşımaktadır. Uykuda solunum bozukluklarının tespitinde altın standart olarak kabul edilen polisomnografi; inoperatif elektrofizyolojik izleme yöntemleri kullanılarak uykuya dalma sürecinde, uykuda ve uyku sonrasında sinir sisteminin, kardiyorespiratuar sistemin ve vücut pozisyonu, vücut sıcaklığı gibi uykuyla ilişkili bazı fiziksel ve fizyolojik büyüklüklerin gerçek zamanlı olarak kaydedilmesi olarak tanımlanabilir. Test sonunda toplanan veriler, uzman hekim tarafından incelenir ve uyku bozukluğu mevcut ise inceleme sonrası teşhisi yapılır. Polisomnografi testi oldukça maliyetlidir ve uyku merkezlerinde bu test için sınırlı sayıda oda, test cihazı ve uyku teknisyeni vardır. Bu sebeplerle, test maliyetlerini azaltmak ve daha fazla hastaya hizmet vermek üzere uyku testlerinin evde gerçekleştirilmesine imkân verecek cihazlar üretilmiştir. Genel olarak Evde Uyku Apnesi Testi (Home Sleep Apnea Test) (HSAT) kiti olarak adlandırılan bu cihazlar; kandaki oksijen yoğunluğu (SpO2), vücut pozisyonu ve solunum aktivitesi gibi vital sinyalleri izler ve kaydederler. İlerleyen ve v gün geçtikçe küçülen teknolojinin ofislerimize, evlerimize hatta cebimize kadar taşıdığı ve teknolojide yeni bir trend olan Nesnelerin İnterneti'nin (Internet of Things) (IoT), e-sağlık alanında da önemli bir rol sahibi olacağı görülmektedir. Bu çalışmada uyku problemi yaşayan hastaların bir uyku teknisyenine ihtiyaç duymadan evde uyku testi yapılabilmelerini ve hastanın vital sinyallerinin anlık olarak izlenebilmesini amaçlayan; IoT tabanlı, batarya ile beslenen, giyilebilir ve kompakt bir test cihazı tasarlanmıştır. Hesaplama gücünü ve kablosuz haberleşme yeteneğini Espressif ESP32 SoC'den alan sistem saniyede 200 kez örneklenmiş EEG, EKG, 3 eksenli ataletsel ölçüm birimi, solunum eforu, nazal basınç sensörü sinyallerini toplayabilen; Pulse Oksimetre yardımıyla SpO2 hesabı yapabilen ve toplanan tüm verileri kablosuz ağ üzerinden gönderebilen sistem, FreeRTOS gerçek zamanlı işletim sistemi ile geliştirilmiş bir gömülü yazılıma sahiptir. Geliştirilen PSG cihazı, American Academy of Sleep Medicine Guidelines'a göre Tip II geniş kapsamlı taşınabilir test cihazıdır. Topladığı ve işlediği yaşamsal sinyaller ile elde ettiği SCOPER (Sleep, Cardiovascular, Oximetry, Position, Effort, and Respiratory) skoru S2 C1 O1 P2 E2 R2 dir. Hasta üzerinden toplanan tüm veriler 2.4GHz Wi-Fi ağı üzerinden TCP/IP protokolü aracılığı ile bir hedefe iletilmektedir. Toplanan veriyi izlemek ve kaydetmek amacı ile bir Python uygulaması geliştirilmiştir. Ağ izleme uygulamaları ile yapılan testlerde paket kaybı olmadan saniyede 200 paket iletildiği görülmüştür.
Derin öğrenme modelleri kullanılarak beyin tümörlerinin sınıflandırılması
Beyin tümörleri insan sağlığını önemli derecede etkileyebilmektedir. Bu tümörlerin yanlış teşhisi durumunda, müdahale için alınacak olan kararlar ve bireyin sağlık durumu verimli şekilde belirlenememektedir. Manyetik rezonans görüntülerinin bir hekim tarafından incelenmesi, beyin tümörlerinin belirlenmesinde en yaygın kullanılan yöntemdir. Beyin tümörlerinin çeşitliliğinden ve hekimlerin incelemesi gereken birçok görüntü olduğundan ötürü, bu yöntem hem insan hatalarına yatkındır hem de fazla zaman harcanmasına neden olmaktadır. Bu çalışmada, en yaygın görülen üç beyin tümörü çeşidi olan; Gliom, Meninjiyom ve Hipofiz bezi tümörlerinin derin öğrenme modelleri kullanılarak sınıflandırılması üzerine çalışılmıştır. Çalışmada doğruluk oranının yüksek olmasına önem verilirken, modellerin eğitimi için harcanan zaman da incelenmiştir. Bu sınıflandırma çalışması ile hekimlere yardımcı olabilecek bir sistem yaratmak amaçlanmıştır. Doğruluk oranı %90'a varan bir sistem oluşturulmuştur.
Damar içi implant materyal yüzeylerinde antitrombojenik ve antibakteriyel aktiviteyi artırmaya yönelik heparin immobilizasyonu
Geçici ya da kalıcı, dahili ya da harici olarak, tedavi ve/veya onarım gibi amaçlarla vücuda dahil edilen malzemeler implant materyalleri olarak adlandırılmaktadırlar. Günümüzde artan popülasyon ve uzun yaşam süreleri göz önüne alındığında, implant materyallerin kullanım sıklığı, miktarı ve süreleri giderek artmaktadır. Bu nedenle kullanılan implantların, kullanıldıkları bölgeye uyum sağlamaları, transplantasyon sonrası herhangi bir komplikasyon oluşmasını önleyecek şekilde tasarlanmaları gerektiği sonucuna ulaşılmaktadır. Tez kapsamında polimerik ve metalik alttaşlar olmak üzere iki farklı malzemede heparin adı verilen, klinikte güncel olarak antikoagülan ilaç olarak kullanılan biyomolekül ile yüzey modifikasyon stratejilerinin geliştirilmesi üzerine çalışılmıştır. Polipropilen (PP) tez kapsamında model polimerik malzeme olarak seçilmiş ve iki basamakta plazma polimerizasyon (PlzP) destekli yüzey modifikasyonu gerçekleştirilmiştir; (i) oksijen ile aşındırma ve (ii) amince zengin fonksiyonel grup oluşturma. PlzP tekniği ile geliştirilen yüzey modifikasyon parametreleri, temas açısı ölçüm, serbest yüzey enerji hesaplamaları, yüzeyde maksimum azot miktarını elde etme, yüzey pürüzlük değerinin artırılması kriterleri kapsamında değerlendirilmiş ve optimize parametre tespit edilmiştir. Heparin immobilizasyon işlemi, saf heparin (hep) ve kovalent bağ ajanları ile destekli (hep*) çözeltiler kullanılarak 3 farklı konsantrasyon üzerinden test edilmiştir. Yüzeye tutunumu sağlanan heparin miktarı Toluidine Mavi (TB) boya ile tespit edilmiş ve maksimum heparin tutunumunun sağlandığı konsantrasyon, optimize parametre olarak belirlenmiştir. Kovalent bağ ajanları ile destekli heparin çözeltisinin iki basamakta modifiye edilen PP yüzeyler ile kovalent bağ oluşturduğu, FTIR-ATR analizinde saptanan amid I ve II pikleri ile kanıtlanmıştır. Heparin immobilizasyonu protein tutunum miktarını referans yüzeylere göre oldukça azaltmış, hemokompatibilite testleri kapsamında (platelet tutunum, hemoliz, kinetik-kan pıhtılaşma oranı) da oldukça etkili sonuçlar vermiştir. Ayrıca heparin immobilizasyonunun PP yüzeylerde antiadherent karakteristiği gram pozitif ve gram negatif bakteriler ile test edilmiş ve heparinin antibakteriyel mekanizmasının "temas ile öldürme" olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Son olarak BJ insan fibroblast hücreleri ile gerçekleştirilen testler sonucunda, geliştirilen yüzeylerin biyouyumlu oldukları ispatlanmıştır. Titanyum (Ti) tez kapsamında model metalik malzeme olarak seçilmiş ve tek basamakta alternatif akım elektroforetik depozisyon (AC-EPD) tekniği ile heparin modifikasyonu gerçekleştirilmiştir. Saf halde heparin depozisyonu, temas açısı ölçüm, serbest yüzey enerji hesaplamaları ve yüzey pürüzlülük değerleri kapsamında incelenmiş ve optimize parametre tespit edilmiştir. Başlangıçta yüzeye depozite edilen heparin miktarı TB boya ile takip edilmiş olmakla birlikte, ilerleyen deney basamaklarında söz konusu yaklaşımın, AC-EPD tekniği ile kaplanan heparin miktarını saptamada yetersiz olduğu saptanmıştır. Ti yüzeylerde heparin depozisyonunun etkisi, PP yüzeylerde olduğu gibi, protein tutunum miktarı, hemokompatibilite testleri, antiadherent karakteristik ve biyouyumluluk testleri kapsamında detaylı olarak araştırılmıştır. Özetle, tez kapsamında gerçekleştirilen çalışmalar ile hem PP hem de Ti yüzeylerde farklı stratejilerle yüzey modifikasyonları gerçekleştirilerek heparinin mevcut antikoagülan karakteristiğinden yararlanmakla birlikte, antibakteriyel, antiadherent ve biyouyumluluk karakteristikleri de detaylı olarak çalışılmış ve literatüre kazandırılmıştır.
Ağrı hissinin EEG sinyalleri kullanılarak objektif tahmini ve derin öğrenme modelleri ile derecelendirilmesi
Ağrı, haz verici olmayan kompleks ve çok boyutlu olmak üzere kişilerin tecrübe ettiği his olarak tanımlanır. Ağrının objektif olarak sınıflandırılması, hastanelerde mönitörize olmuş hastalar için, kendini ifade edemeyen bireyler için ve ameliyat sonrası ya da esnasında anesteziye maruz kalmış kişiler için büyük önem taşımaktadır. Ayrıca ağrının subjektif olarak derecelendirilmesi kişiden kişiye yanıltıcı bir cevaba sebep olabilmektedir ve kişinin yanlış tedavi protkolüne yönlendirilmesi ile sonuçlanabilmektedir. Ağrının yapay zeka modelleri ile derecelendirilmesi sayesinde doğru tedaviye yönelim ve kendini ifade edemeyen bireylerin ağrı şiddetlerini derecelendirebilmesi hakkında bilgiye ulaşmak mümkün olabilecektir. Yapılan tez çalışmasında, ağrı uyarını verilerek bireylerden alınan EEG verileri bir boyutlu evrişimsel sinir ağı modeli (1 Dimensional Convolutional Neural Networks, 1D CNN) oluşturularak yüksek ve düşük ağrı olarak sınıflandırılmıştır. Modelde kullanılacak öznitelik seçimi için alınan EEG verileri öncesinde gürültülerden temizlenmiştir. Sonraki aşamada temizlenen verilere T-test uygulanarak fark oluşan bölümler belirlenmiştir. Belirlenen bölümlerden zaman-frekans cevabında öznitelikler çıkarılarak hazırlanan modelde kullanılmıştır. Tasarlanan model karşılaştırılma amaçlı derin öğrenme modellerinden olan özyinemeli sinir ağları (Reccurrent Neural Network, RNN) modeli ile karşılaştırılmıştır. Tez çalışmasının sonucunda alınan bilgiler dahilinde tasarlanan 1 boyutlu evrişimsel sinir ağları modelinin ortalama %92 oranında doğru sınıflandırma yaptığı gözlemlenmiştir. Elde edilen bulgular dahilinde ağrı hissinin objektif derecelendirilmesi için tasarlanan modelin iyi bir belirteç olabileciğini göstermektedir.
Relapsing-remitting multipl sklerozda clusterin genetik polimorfizmleri ve dolaşımdaki mikroRNA'ların plazma clusterin seviyesi ve bilişsel performans üzerine etkilerinin incelenmesi
Multipl Skleroz (MS), merkezi sinir sisteminin demiyelinizan, otoimmün ve nörodejeneratif kronik bir hastalığıdır. Etiyolojisinde genetik ve çevresel faktörlerin kompleks etkileşimlerinin rol oynadığı MS'in en yaygın klinik formu RRMS'tir. MS'te, progresyonun bir göstergesi olan bilişsel bozukluğun prevelansı %40-70 arasındadır. Clusterin, hücresel yaşam ve ölüm yolaklarında aktif rol oynamaktadır. Bu proteini kodlayan CLU geninde bulunan tek nükleotit polimorfizmleri (SNP) birçok hastalıkla ilişkili bulunmuş olup clusterinin dolaşımdaki seviyelerinin bilişsel performansla ilişkili olduğuna dair bulgular literatürde mevcuttur. Gen ifadesinin düzenlenmesinde rol alan mikroRNA'lar (miRNA) birçok hastalığın teşhisi ve seyri ile ilişkilendirilmiş olup biyobelirteç keşif çalışmalarının önemli odaklarındandır. Bu tez çalışması kapsamında RRMS riski ile CLU rs11136000 C/T, rs3087554 T/C, rs2279590 C/T ve rs1532278 C/T SNP'lerinin ilişkilerinin incelenmesi ve plazma clusterin konsantrasyonu ile CLU ekspresyon seviyesine etki ettiği bilinen miR-21-5p ve miR-195-5p'nin plazma rölatif ekspresyon seviyelerinin hastalık riski ve bilişsel bozukluk ile ilişkilerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda iki çalışma grubu oluşturulmuştur. Grup-1, 310 RRMS hastası ve 310 kontrol bireyden oluşurken Grup-2, 30 naif RRMS hastası, 30 tedavi alan RRMS hastası ve 30 kontrol bireyden oluşmaktadır. Grup-1'deki RRMS hastalarının genotiplemeleri PCR-RFLP ve RT-PCR ile gerçekleştirilmiştir. Grup-2'deki katılımcıların bilişsel değerlendirilmeleri BICAMS bataryası ile gerçekleştirilmiştir. Grup-2 katılımcılarının plazma miR-21-5p ve miR-195-5p ekspresyon seviyeleri qRT-PCR ile; plazma clusterin konsantrasyonu ise ELISA ile belirlenmiştir. Tüm örnekler Ankara Şehir Hastanesi Nöroloji Polikliniği'nden alınmıştır. Bu tez çalışmasında rs3087554 T/C SNP'sinin C alelinin hem RRMS riski hem RRMS progresyonu ile ilişkili olduğu görülmüştür. RRMS ile ilişkileri incelenen miR-21-5p ve miR-195-5p'nin plazma rölatif ekspresyon seviyelerinin RRMS teşhisi için biyobelirteç olabilecekleri görülmüştür. Ayrıca, miR-21-5p'nin potansiyel bir terapötik biyobelirteç olabileceğine dair bulgulara ulaşılmıştır. Buna ilave olarak, hem miR-21-5p'nin hem de miR-195-5p'nin MS'te kullanılan enjektabl immünomodülatör tedavilerin terapötik hedefi olabileceği düşünülmektedir. Bu tez çalışmasıyla birlikte clusterinin MS'teki rolü genotip, fenotip ve bilişsel seviyede değerlendirilmiştir. CLU rs11136000 C/T, rs3087554 T/C, rs2279590 C/T ve rs1532278 C/T SNP'leri ile RRMS riski arasındaki ilişki ilk defa bu tezde çalışılmıştır. Ayrıca, bu çalışmada ilk defa RRMS hastalarının plazma clusterin seviyesi, plazma miR-21-5p ve miR-195-5p rölatif ekspresyon seviyesi ile bilişsel performansları arasındaki ilişkiler incelenmiştir. RRMS'in teşhisi ve prognozunun takibi için plazmadaki potansiyel biyobelirteç adaylarını ortaya koyan bu çalışmanın geliştirilecek biyosensörlere, tedavi ajanlarına ve tanı kitlerine yol göstereceği öngörülmektedir. Multidisipliner bir yaklaşımın ürünü olan bu tez, bahsi geçen yönleriyle Biyomedikal Mühendisliği alanına katkı sağlayan bir çalışma niteliğindedir.
Farklı boyutlarda sürfaktan içermeyen nişasta bazlı mikrokürelerin sentezi, sentez sürecini etkileyen faktörlerin araştırılması
Kontrollü boyut ve morfolojiye sahip olan mikroküreler, medikal alanda ilaç taşıma sistemleri başta olmak üzere çeşitli uygulamalarda tercih edilmektedir. Mikrokürelerin sentezlenmesinde yaygın olarak kullanılan bir yöntem, emülsiyon polimerizasyon tekniğidir. Bu çalışmada, ilaç taşıyıcısı olarak dar boyut aralıklarına sahip, biyouyumlu ve biyobozunur mikrokürelerin sentezlenmesi amaçlanmıştır. Sitotoksisitesi düşük mikrokürelerin üretimi için doğal bir polimer olan nişasta ile sürfaktan içermeyen emülsiyon polimerizayonu yöntemi (SFEP) tercih edilmiştir. Artan polimer konsantrasyonu (ağırlıkça %3 - %10), ortam pH'si (7 - 10), ortam sıcaklığı (30 - 70°C), çapraz bağlayıcı miktarı (hacimce %1 - %20) ve emülsiyon karıştırma hızlarında (500 – 1000 RPM) üretilen mikrokürelerin çaplarındaki azalma ve artan sürekli fazın dağınık faza oranında (%21 - %100) mikrokürelerin çapındaki artma optik mikroskop ile yapılmış gözlemlenmiştir. 400µm üzerinde dar boyut aralıklarında üretilen mikrokürelerin topografisi taramalı elektron mikroskopisi (SEM) ile incelenmiştir. Ortam sıcaklıklığı koşullarında ağırlık ve boyut değişimleriyle genleşme değerlendirmeleri yapılmıştır. Ayrıca, UV-Vis Spektrofotometre kullanılarak partiküllerin ilaç yüklemesi analiz edilmiştir. %99,81 ile en yüksek ilaç yüklenme verimi 500 RPM karıştırma hızı ile elde edilen, bozunma süresi 55±2,33 gün olan mikrokürelerde gözlemlenmiştir. Parçacıkların L-929 hücre hattı üzerindeki sitotoksik etkisi, canlılık testleri aracılığıyla değerlendirilmiş ve ağırlıkça %10 polimer konsantrasyonu ile sentezlenmiş olan mikrokürelerde en yüksek canlılık (%113,53 ± 5,54) gözlemlenmiştir. Bu tez çalışmasının sonuçları, SFEP yöntemi ile nişastadan üretilen stabil mikrokürelerin düşük sitotoksisite ve yüksek ilaç yüklenme verimi ile çeşitli tıbbi ve kozmetik uygulamalarda tercih edilebileceğini göstermektedir. Anahtar Kelimeler: Polimerik mikroküre, Nişasta, Çapraz bağlayıcı, Sürfaktan içermeyen emülsiyon polimerizasyonu
EEG sinyalleri ve derin öğrenme modelleri kullanılarak dikkat eksikliği ve hiperaktivite bozukluğu tespiti
Dikkat eksikliği hiperaktivite bozukluğu (DEHB), çocukluk çağında başlayan, yaygın, komorbid bir nörogelişimsel bozukluktur. Teşhis, karar destek sistemi olmadan, profesyoneller tarafından davranış derecelendirme ölçekleri kullanılarak konulmaktadır. Doğru teşhis ve tedavideki gecikmeler, bu hastalık ile birlikte ortaya çıkan diğer psikiyatrik durumların kötüleşmesine ve sonuç olarak sağlık hizmetlerindeki kullanımın artmasına bağlı maliyete neden olur. Bu nedenle, DEHB tanısında kullanılabilecek potansiyel bir karar destek sistemine ihtiyaç vardır. Bu tez çalışmasında DEHB tanısı bulunan ve sağlıklı çocuklara ait EEG sinyallerinden frekans-zaman yapıları ile derin öğrenme yöntemlerinden biri olan evrişimsel sinir ağları (ESA) kullanılarak DEHB teşhisi için yüksek doğrulukla çalışan farklı tahmin modellerinin incelenmesi ile sübjektif testlere bağımlılığı azaltacak, tanı için hızlı ve başarılı bir karar destek algoritması önermek ve açıklanabilir yapay zeka (YZ) yöntemleri ile zaman-frekans alanındaki gizli bilgilerin DEHB tanısında nasıl bir etkiye sahip olduğunu keşfetmek amaçlanmaktadır. Bu amaçla, veriler bir ön işlemeden geçirilerek gürültülerinden arındırılmış ve zaman-frekans bilgisi sağlayan spektrogram görüntüleri oluşturulmuştur. Tez kapsamında ESA mimarileri AlexNet, GoogleNet, ResNet-50, ve SqueezeNet üzerinde transfer öğrenme çalışılmıştır. İlk aşamada ESA mimarileri kendi sınıflandırıcılarıyla birlikte kullanılmıştır. En başarılı performans %97.78 ile AlexNet mimarisi ile elde edilmiştir. Kanal ve frekans bantlarına ayrılan sinyaller ile beyin bölgelerinin ve frekansların tanıda ayırt ediciliği incelenmiştir. Alfa frekansı ve parietal bölge kanalları tek başına DEHB tahmininde en başarılı bulunmuştur. Gradyan ağırlıklı sınıf aktivasyon haritalama (Grad-CAM) ile görselleştirilerek açıklanabilir bir model elde edilmiştir. Daha sonra aynı ESA mimarileri ile sadece öznitelikler elde edilmiş ve farklı makine öğrenimi algoritmalarıyla performans analizleri gerçekleştirilmiştir. Manuel öznitelikler elde edilip bir önceki aşama ile karşılaştırılmıştır. Sınıflandırma algoritması olarak Karar Ağaçları, Destek Vektör Makineleri (DVM), k-En Yakın Komşuluk (k-NN) ve Ensemble yöntemi kullanılmıştır. En başarılı performans AlexNet mimarisinden elde edilen özniteliklerin DVM algoritması ile sınıflandırılması sonucu elde edilmiştir (%98.33). Çalışmanın sonucunda gözlemlenen yüksek doğruluktaki bulgular, önerilen yöntemin DEHB tanısında iyi bir karar destek sistemi olarak kullanılabileceğini göstermektedir.
İnterferon-gama, HSA-MIR-24-3P ve HSA-MIR-181D-3P plazma ekspresyon seviyeleri ve IFGN RS2069727 T/C tek nükleotit polimorfizminin MS riski ve glatiramer asetat tedavisi kapsamında klinik ve ın silico yaklaşımlarla incelenmesi
Multipl skleroz (MS), merkezi sinir sisteminin (MSS) kronik otoimmün bir hastalığıdır. En sık görülen klinik tipi tekrarlayan-düzelen MS'tir (relapsing-remitting MS, RRMS). İnterferon-gama (IFN-gamma), MS'te görülen enflamatuar yolda önemli rollere sahiptir. IFNG genindeki varyasyonlar ve bazı mikroRNA'lar (miRNA) IFN-gama ifadesini etkilemektedir. IFNG rs2069727 T/C varyasyonunun MS ile ilişkisi Türk toplumunda ilk kez bu çalışma ile araştırılmıştır. Ayrıca çalışmamızda, plazmadaki IFN-gama seviyeleri ile bu seviyeyi etkilediği düşünülen IFNG rs2069727 T/C varyasyonu ve hsa-miR-24-3p ve hsa-miR-181d-3p rölatif ekspresyon seviyeleri, MS riskine ve engellilik puanlarına etkileri yönünden incelenmiştir. IFN-gama protein seviyesi ve bu seviyeyi etkilediği düşünülen hsa-miR-24-3p ve hsa-miR-181d-3p rölatif ekspresyon seviyeleri RRMS tanısı ve glatiramer asetat (GA) tedavi yanıtı açısından ilk kez birlikte değerlendirilmiştir. Bu çalışmada, "genetik polimorfizm" ve "miRNA ve ELISA" çalışma grupları olmak üzere iki çakışan grup, 2017 McDonald Revize Kriterleri'ne göre oluşturulmuştur. Genetik polimorfizm grubu için 330 RRMS hastası ve 330 kontrol dâhil edilmiştir.Bu grubun içerisinden ilaç tedavisine başlanmamış (treatment-naïve, naif) 25 RRMS hastası, GA tedavisi alan 25 RRMS hastası ve 25 kontrol, miRNA ve ELISA çalışması bölümüne dâhil edilmiştir. Genetik polimorfizm çalışma grubundaki MS hastalarının genotiplemeleri gerçek zamanlı polimeraz zincir reaksiyonu ile gerçekleştirilmiştir. miRNA ve ELISA çalışma grubu katılımcılarının plazma hsa-miR-24-3p ve hsa-miR-181d-3p rölatif ekspresyon seviyeleri kantitatif gerçek zamanlı PCR ile; plazma IFN-gama seviyesi ise ELISA yöntemi ile belirlenmiştir. Örnekler Ankara Bilkent Şehir Hastanesi Nöroloji Polikliniği'nden alınmıştır. IFNG rs2069727 T/C varyasyonu gruplar arasında incelenmiş ve genotip dağılımları açısından anlamlı bir farklılık bulunmamıştır. Plazma rölatif ekspresyon analizinde, hsa-miR-24-3p ve hsa-miR-181d-3p seviyelerinin GA ve naif hastalarda kontrol grubuna göre anlamlı derecede yüksek olduğu; yaşa göre düzenlenmiş plazma IFN-gama seviyelerinin ise GA ve naif hastalarda kontrol grubuna göre anlamlı derecede düşük olduğu tespit edilmiştir. Çalışmada, tüm grupta yapılan analizde, düşük IFN-gama seviyesine (≤1.311 pg/mL) sahip bireylerin hsa-miR-24-3p rölatif ekspresyon seviyelerinin yüksek IFN-gama (>1.311 pg/mL) grubunda bulunan bireylerinkinden istatistiksel olarak anlamlı ölçüde yüksek olduğu; düşük hsa-miR-181d-3p seviyesine (≤ 2.90) sahip bireylerin plazma IFN-gama seviyelerinin yüksek hsa-miR-181d-3p seviyesine (>2.90) sahip bireylerinkinden istatistiksel olarak anlamlı ölçüde yüksek olduğu bulunmuştur. Bu çalışmada, IFNG genini düzenleyen miRNA'lar ve transkripsiyon faktörlerin ağı in silico analizlerle oluşturulmuştur. Dahası, hsa-miR-24-3p ile, GA tedavisiyle ilişkilendirilen genler içerisinden C-tipi lektin alan ailesi 16 A üyesi ve katepsin S arasında bir etkileşim bulunmuştur. Bu tez, ileride yeni biyosensörlerde kullanılabilecek yeni potansiyel tanı testlerinin geliştirilmesi, bu sayede RRMS'in erken teşhisi ve prognoz takibinin daha kolay bir şekilde yapılabilmesi ve hsa-miR-24-3p ve hsa-miR-181d-3p'yi RRMS tedavisi için ilaç hedefi olarak değerlendiren yeni çalışmaların gerçekleştirilmesi açısından Biyomedikal Mühendisliği alanına önemli katkılar sunan bir çalışma niteliğindedir.
MIR-146A-5P, MIR-155-5P ve MIR-196a2-5P'nin plazma ekspresyon seviyeleri ve genetik polimorfizmlerinin multipl skleroz riski, engellilik skorları ve fingolimod tedavisi ile ilişkisinin araştırılması
Multipl Skleroz (MS), genç yetişkinlerde travma harici nörolojik engelliliğin en yaygın sebebi olan; kronik enflamatuar, otoimmün, nörodejeneratif ve demiyelinizan bir merkezi sinir sistemi (MSS) hastalığıdır. Fingolimod, MS'in en yaygın klinik alt formu olan ataklarla seyreden MS (RRMS) tedavisinde ikinci basamakta kullanılan ve ağızdan alınan immün-baskılayıcı bir ajandır. Gen ifadesinin düzenlenmesinde görev alan mikroRNA'lar (miRNA) birçok hastalığın teşhisi ve seyri ile ilişkilendirilmiş olup biyobelirteç keşif çalışmalarında önemli bir yer tutmaktadır. miRNA'ların genlerinde bulunan tek nükleotit polimorfizmleri (SNP) bu miRNA'ların ekspresyon seviyelerine etki etmektedir. Bu tez çalışmasında, enflamatuar ve bağışıklık yanıtlarının oluşmasıyla ilişkili olan miR-146a-5p, miR-155-5p ve miR-196a-5p'nin dolaşımdaki ekspresyon seviyeleri ve bu miRNA'ların genlerinde bulunan SNP'lerin (rs2910164, rs767649 ve rs11614913) MS hastalığı riski ile ilişkisi incelenmiştir. Bu SNP'lerin miRNA plazma ekspresyon seviyesi üzerindeki etkileri, SNP'lerin Türk toplumunda MS'e yatkınlıktaki rolleri ve miRNA plazma ekspresyon seviyelerinin MS hastalığının teşhisi ve tedavinin etkilerinin gözlemlenebilmesi için biyobelirteç olma potansiyelleri değerlendirilmiştir. 400 RRMS ve 400 kontrol katılımcısından oluşan Grup-1'de MIR146A rs2910164, MIR155 rs767649 ve MIR196A2 rs11614913 SNP'lerinin genotiplemeleri gerçek zamanlı polimeraz zincir reaksiyonu kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Grup-1 içerisinde bulunan ve rastgele bir şekilde belirlenen 30 naif (tedavi almayan) RRMS, 29 fingolimod tedavisi alan RRMS ve 30 kontrol katılımcısının bulunduğu Grup-2'de plazma miR-146a-5p, miR-155-5p ve miR-196a-5p rölatif ekspresyon seviyeleri kantitatif gerçek zamanlı PCR ile gerçekleştirilmiştir. Örnekler Ankara Bilkent Şehir Hastanesi Nöroloji Polikliniği'nden alınmıştır. Bu tez çalışmasında MIR196A2 rs11614913 C/T SNP'sinin T aleli Türk toplumunda RRMS riski ile ve MIR146A rs2910164 G/C SNP'sinin GC veya CC genotipine sahip olma durumu hızlı MS progresyon riski (MSSS>5) ile ilişkili bulunmuştur. Plazma miR-155-5p ve miR-196a-5p rölatif ekspresyon seviyelerinin fingolimod tedavisi alan RRMS hastalarında, naif RRMS hastalarına göre istatistiksel olarak anlamlı derecede daha düşük olduğu bulunmuştur. Bu sonuçlar miR-155-5p'nin ve miR-196a-5p'nin fingolimod tedavisi için potansiyel terapötik hedefler olabileceğini düşündürmektedir. Bu tez çalışmasıyla ilk defa Türk toplumunda MIR146A rs2910164, MIR155 rs767649 ve MIR196A2 rs11614913 SNP'lerinin RRMS hastalığı riskiyle ilişkisi incelenmiş ve daha önce MS ile ilişkisi hiç çalışılmamış olan MIR196A2 rs11614913 SNP'sinin polimorfik T alelinin Türk toplumunda MS hastalığı için bir risk faktörü olduğu ortaya konmuştur. Ayrıca plazma miR-155-5p ve miR-196a-5p rölatif ekspresyon seviyeleri ile fingolimod tedavi ajanının arasındaki ilişki gösterilmiştir. Plazmadaki potansiyel biyobelirteç adaylarını ortaya koyan bu bulgular, MS hastalığı için terapötik ajanlar geliştirilmesine, hastalığın progresyonunun ve tedavi yanıtlarının takibi için biyoalgılayıcıların üretilmesine imkan sağlayabilir. Multidisipliner bir yaklaşımın benimsendiği bu tez çalışması, Biyomedikal Mühendisliği alanına önemli katkılarda bulunmuş bir çalışma olarak nitelendirilmektedir.
Elektrokardiyografi sinyallerinden aritmilerin yapay zeka destekli sınıflandırılması
Elektrokardiyografi (EKG) sinyallerinde kalbin belirli bir düzende ve düzenli aralıklarla atması sonucu oluşan normal sinüs ritimi dışında gözlenen ritimler aritmi olarak adlandırılır ve atımın bozuklukları normal olmayan bir durumun hatta hayati risklerin göstergesi olabilir. Bu nedenle aritmilerin bulunması ve hangi tür aritmi olduğunun belirlenmesi önemlidir. EKG sinyallerinden elde edilen öznitelikler ile eğitilen makine öğrenmesi modelleri ile aritmilerin sınıflandırılması uzun yıllardır araştırmacılar tarafından ilgi çeken konulardan olmuştur. Bununla birlikte uzun süren ön sinyal işleme adımlarının ve öznitelik çıkarma adımlarının olmadığı derin öğrenme tekniklerinin kullanılması da güncel konular arasındadır. Bu yöntemlerin performanslarının karşılaştırılması ve kullanılan model parametrelerinin belirlenmesi aşamaları önem taşımaktadır. Bu tez çalışmasında, EKG sinyallerinin analizi ile iki farklı ritim sınıflandırma yöntemi geliştirilerek bu yöntemlerin performansı değerlendirilmiştir. İlk yöntem kalp hızı değişkenliği analizi ile elde edilen özniteliklerle eğitilen makine öğrenmesi modellerinin kullanıldığı sınıflandırma yöntemidir. Sinyal ön işleme ve öznitelik çıkarımı olmadan EKG sinyallerinin spektogram ve skalogram görüntülerinin evrişimsel sinir ağlarına girdi olarak verilerek sınıflandırılması ikinci yöntemdir. Bu iki sınıflandırma yönteminin performans sonuçları karşılaştırılmıştır. Çalışmada MIT-BIH Aritmi Veri Tabanı kullanılmıştır. Çalışmada normal sinüs ritmi, atriyal fibrilasyon, sol dal bloğu, sağ dal bloğu, ventriküler begemini, pacemaker ritim sınıflandırılan ritimlerdir. Kalp hızı değişkenliği analizi tabanlı özniteliklerle gerçekleştirilen sınıflandırmada öncelikle sinyalde gürültü giderme işlemi uygulanmıştır. Filtrelenmiş sinyaller üzerinden R dalgası tepe noktalarının bulunması gerçekleştirilmiştir. R dalgası tepe noktaları ile kalp hızı değişkenliği analizi yapılmış ve öznitelikler çıkarılmıştır. Sonrasında ise makine öğrenmesi modelleri bu öznitelikler ile eğitilmiş ve model performansları değerlendirilmiştir. Tez kapsamında Karar Ağacı, Destek Vektör Makinesi, K-En Yakın Komşu, Topluluk Öğrenme modelleri çalışılmıştır. Derin öğrenme, evrişimsel sinir ağları tabanlı sınıflandırmada ise EKG sinyallerinde gürültü giderme işlemi yapılarak spektogram ve skalogram görüntüleri elde edilmiştir. Bu görüntüler farklı sinir ağlarına girdi olarak verilmiştir. Tez kapsamında GoogleNet, ResNet-50, AlexNet ve SqueezeNet çalışılan evrişimsel sinir ağlarıdır. Farklı sinir ağlarının performansının skalogram ve spektogram görüntüleri ile eğitildiğinde nasıl performans gösterdiği belirlenmiştir. Bu karşılaştırmaya ek olarak öznitelik çıkartma ve makine öğrenmesi modelleri ile gerçekleştirilen ritim sınıflandırma performansının derin öğrenme modelleri kullanılarak gerçekleştirilen sınıflandırma performansı karşılaştırılmıştır. Kalp hızı değişkenliği analizinde iki dakikalık sinyal uzunluğu ile gerçekleştirilen aritmi sınıflandırmasında en yüksek doğruluk değeri %87,91 ile topluluk öğrenme modeli ile elde edilmiştir. Beş dakikalık sinyal uzunluğunda ise destek vektör makinesi ile %90,48 doğruluğa ulaşılmıştır. Spektogram çıktıları kullanılarak gerçekleştirilen sınıflandırmada maksimum doğruluk AlexNet ile %91,90'dır. Skalogram çıktıları ile gerçekleştirilen sınıflandırmada ise maksimum doğruluk GoogleNet modeli ile %92,85 olarak elde edilmiştir. En yüksek sınıflandırma performansı skalogram görüntüleri ve evrişimsel sinir ağları kullanılarak elde edilmiştir. Gözlemlenen bulgular, değerlendirilen bu modellerin EKG sinyallerinde aritmilerin sınıflandırılmasında yüksek performans verdiğini göstermektedir.
SARS-COV-2 spike proteininin evrimsel yollarının değişebilirlik haritaları ile tahmini
Virüsler, bulaşıcı ajanlar olarak insanlarda hastalıklara ve ölümlere yol açabilmektedir. Bu olumsuz etkileri önlemek için aşılar ve ilaçlar geliştirilmiş olsa da virüsün genetik yapısında meydana gelen mutasyonlar sebebiyle virüs, bağışıklık sisteminden kaçma ve konak hücreye daha iyi bağlanma gibi özellikler kazanarak tedavilere karşı dirençli hale gelebilir. Küresel COVID-19 pandemisi, yeni SARS-CoV-2 varyantları ortaya çıktıkça virüsün genetik materyalinde meydana gelen değişikliklerin hızlı, güvenilir ve etkili bir şekilde izlenmesi ve tahmin edilmesi gerekliliğini ortaya koymuştur. Virüsün yeni genetik yapısına uygun ilaç ve aşıların geliştirilmesi maliyetli ve zaman alıcıdır. Bu nedenle, SARS-CoV-2'nin genomunda meydana gelebilecek mutasyonları ve bu mutasyonların etkilerini henüz gerçekleşmeden önce tahmin etmek ve gerekli önlemleri almak kritik önem taşımaktadır. Bu tezde, COVID-19 pandemisine yol açan SARS-CoV-2 virüsünün evrimsel süreci incelenmiş ve gelecekte meydana gelebilecek önemli mutasyonların tahmin edilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, öncelikle virüsün insan hücrelerini enfekte etmesinden sorumlu Spike (S) proteini bölgesine ait gen dizileri GISAID veri tabanından temin edilmiş ve ardından bu diziler çeşitli çoklu hizalama yöntemleri (Clustal Omega, MAFFT, TCoffee, vb.) ile hizalanmıştır. Daha sonra bu hizalamalar, çeşitli skor fonksiyonları (Karlin, Sander, Valder, vb.) kullanılarak her bir amino asit için değişebilirlik skorları hesaplanmıştır. Elde edilen değişebilirlik skorları arasındaki korelasyon analiz edilerek S proteininde korunmaya ve değişmeye yatkın bölgeler belirlenmiştir. Hesaplanan değişebilirlik skorları ve deneysel mutasyon oranı kullanılarak, rastgele yürüyüş yöntemi ile gelecekte meydana gelebilecek mutasyonlar tahmin edilmiştir. Bu çalışmanın, SARS-CoV-2 virüsünün evrimsel dinamiklerinin anlaşılmasına katkı sağlaması beklenmektedir.
Sarkopeni hastalığının nöro bilişsel belirteçlerinin işlevsel yakın kızılaltı spektroskopisi ve yapay zeka yaklaşımları kullanılarak belirlenmesi
Yaşlanma ile birlikte kas kütlesi, kuvvet ve fonksiyonlarında görülen azalma olarak tanımlanan sarkopeni, yaşam kalitesini ciddi oranda etkileyen önemli bir hastalıktır. Yakın zamanda yapılan çalışmalar, sarkopeninin yalnızca fiziksel kayıplarla sınırlı kalmayıp, nörolojik fonksiyonları da olumsuz yönde etkileyebileceğini öne sürmüştür. Bu tez çalışmasında, sarkopeninin motor ve bilişsel görevler sırasındaki kortikal hemodinamik etkileri ve bu etkilerin klinik ölçümlerle ilişkisi fonksiyonel yakın kızılaltı spektroskopisi (fNIRS) ile incelenmiştir. Ek olarak, fNIRS verilerinden elde edilen fonksiyonel bağlantısallık özniteliklerinin, makine öğrenmesi modelleri aracılığıyla, sarkopenik bireyleri sağlıklı bireylerden ayırt etmedeki başarımı değerlendirilmiştir. Çalışmaya toplamda 68 kişi (38 sağlıklı, 30 sarkopenik) katılmıştır. Katılımcılara kavrama kuvveti, N-Geri ve Oddball deneyleri uygulanarak fNIRS verileri alınmış, kavrama deneyinde elektromiyografi (EMG) ve el dinamometresi verileri de kaydedilmiştir. Verilerin istatistiksel analizi, t-test, tekrarlı ölçümlü ANOVA ve korelasyon ile gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, sarkopenik bireylerin motor görevlerde EMG ve dinamometre ölçümlerinde anlamlı şekilde düşük performans sergilediklerini ortaya koymuştur. Ayrıca, kavrama, N-Geri ve Oddball deneyleri sırasında precentral gyrus (PcG), middle frontal gyrus (MFG) ve superior frontal gyrus (SFG) bölgelerindeki hemodinamik tepkilerin, sarkopeni grubunda kontrol grubuna kıyasla farklılıklar gösterdiği bulunmuştur. Motor ve bilişsel görevler arasındaki korelasyon analizleri ise, sarkopenik bireylerde motor ve bilişsel fonksiyonların ortak kortikal temsiliyetlere sahip olduğunu desteklemiştir. Makine öğrenmesi ile gerçekleştirilen sınıflandırma sonucunda, sarkopenik ve sağlıklı bireyler yüksek doğruluk (%80-86) ve eğri altı alan değerleri (0.86-0.95) ile sınıflandırılmıştır. Bu sonuçlar, fNIRS tabanlı nörolojik belirteçlerin, sarkopeni tanısı ve klinik değerlendirmede önemli bir potansiyele sahip olduğunu göstermektedir.
Tiroidin cerrahi hastalıklarının ses özellikleri üzerine etkisinin incelenmesi
Tiroidektomi geçiren hastalarda postoperatif ses kısıklığı sık karşılaşılan bir adli tıbbi sorundur ve önemli bir medikolegal endişe kaynağıdır. Bu tür davalarda sorumluluğun belirlenmesi ve cerrahi sonuçların değerlendirilmesi açısından preoperatif akustik analiz kritik bir rol oynamakta, böylece klinik uygulamaların iyileştirilmesine katkı sağlamaktadır. Bu çalışmada tiroidektomi planlanan 126 hasta öncelikle Kulak Burun Boğaz (KBB) kliniğinde videolaringostroboskopi ile değerlendirildi. Ardından bu hastalardan kaydedilen /a/ ve /i/ ünlü sesleri akustik analizlere tabi tutuldu. Elde edilen analiz sonuçları demografik ve klinik özelliklerle istatistiksel olarak ilişkilendirilerek değerlendirildi. Takiben, sağlıklı ve hasta seslerine ait akustik öznitelikler Cubic Destek Vektör Makineleri (Support Vector Machines, SVM), Quadratic SVM, Radyal Baz Fonksiyon (Radial Basis Function, RBF) SVM, GentleBoost ve LogitBoost algoritmaları kullanılarak sınıflandırıldı, modellerin performansları doğruluk, kesinlik, duyarlılık, özgüllük, Alıcı İşletim Karakteristiği (Receiver Operating Characteristic, ROC) Eğri Altında Kalan Alan (Area Under the Curve, AUC) ve F1 skoru değerleriyle karşılaştırıldı. Ayrıca, sınıflandırma başarısına en çok katkı sağlayan özniteliklerin belirlenmesi amacıyla Shapley Katkı Değerleriyle Açıklamalar (SHapley Additive exPlanations, SHAP) analizi gerçekleştirildi. Pre-tiroidektomi olgularında jitter, shimmer ve spektral düzlük gibi özniteliklerde istatistiksel olarak anlamlı artış gözlenirken; Harmonik Gürültü Oranı (Harmonic to Noise Ratio, HNR), spektral akı, tepe, güç ve enerji gibi özniteliklerde anlamlı düşüş tespit edilmiştir (p < 0,05). Nodül boyutu ve anatomik lokalizasyonunun akustik öznitelikler üzerindeki etkisi istatistiksel olarak anlamlı sonuçlar (p < 0,05) ve yüksek korelasyon değerleri ile gösterildi. Tüm Makine Öğrenimi (Machine Learning, ML) modelleri yüksek sınıflandırma performansı göstermiş olsa da, %100 AUC değeri ve dengeli performans metrikleri ile Cubic SVM en başarılı model olarak öne çıktı. SHAP analizlerine göre, midpower akustik özniteliği tüm modellerde en ayırt edici öznitelik olarak öne çıktı. Pre-tiroidektomi olgularına yönelik gerçekleştirilen bu çalışma, akustik analiz ile ML yöntemlerinin birleştirmesi ve tiroid nodüllerinin anatomik lokalizasyonu ile boyutlarıyla akustik öznitelikler arasındaki ilişkiyi istatistiksel olarak ortaya koyması açısından literatürde öncü bir nitelik taşımaktadır. Elde edilen bulgular, ses bozukluklarının preoperatif dönemde nesnel olarak değerlendirilebileceğini ortaya koymaktadır. Hasta seslerinin sağlıklı seslerden neredeyse tamamen ayırt edilebilmesi, postoperatif dönemde ses kalitesinde bozulma iddialarına yönelik medikolegal sorumluluğun belirlenmesinde kritik bir rol oynayabilir. Ayrıca, nodül lokalizasyonu ve boyutuna bağlı olarak akustik özniteliklerdeki değişikliklerin ortaya konması, tiroid hastalarında ses bozukluklarının takibinde büyük önem arz edebilir. Sağlıklı ve patolojik sesleri yüksek doğrulukla ayırt edebilen ML yöntemleri, klinik karar destek sistemlerine entegrasyon açısından güçlü bir potansiyele sahiptir.
Nanoyapılı riboflavin katkılanmış kompozit biyomalzemelerin doku mühendisliğinde kullanımının araştırılması
Yara iyileşmesi kompleks bir süreçtir ve imün sistemin uyarılması enflamasyon kaskadını tetikleyerek yara iyileşmesini geciktirmektedir. Uygulanacak yara örtüsünün biyouyumlu, biyobozunur, toksik olmayan, antibakteriyel, yara iyileşmesini hızlandırabilecek fiziksel ve kimyasal yapıya sahip, düşük maliyetli ve bariyer görevi görebilen özelliklerde olması beklenmektedir. Böylece dış etmenler kaynaklı enflamasyon oluşması engellenerek yara iyileşmesinin doğal süreci desteklenerek doku iyileşmesi sağlanacaktır. Tüm bu ihtiyaçları karşılamak için bu çalışmada riboflavin içeren polikaprolakton/kolajen membranların yara örtüsü olarak kullanım potansiyeli araştırılmıştır. Tasarlanan yara örtüsüne riboflavin eklenmesinin hücre canlılığını arttırıcı etkisinin yanında ışıkla etkileşim göstererek antibakteriyel etki gösterecek olması da istenen bir özelliktir. Bu tezin amacı, iki farklı nanomalzeme üretim yöntemi kullanarak riboflavin içeren polikaprolakton/kolajen membranlar üsreterek in vitro performanslarını belirleyerek en uygun üretim yöntemini seçmek ve belirlenen nanomalzemeyi rat modelleri üzerinde test edilerek deri dokusunda yara iyileşme sürecinin komplikasyonsuz ve sağlıklı bir şekilde desteklenmesinin sağlanmasıdır. Önerilen ilk üretim yönteminde membranlar iki basamaklı anodizasyonla elde edilen ve periyodik sıralanmış nanoporlara sahip anodik alüminyum oksit membranlar kalıp olarak kullanılarak damlat kurut yöntemiyle elde edilmiştir. Bir diğer önerilen üretim yöntemi ise elektroeğirme ile nanofiber yapılı membranların elde edilmesidir. Her iki üretim yöntemiyle de polikaprolakton/kolajen ve polikaprolakton/kolajen/riboflavin malzemeler elde edilmiştir. Üretilen membranların morfolojik karakterizasyonu atomik kuvvet mikroskopu ve taramalı elektron mikroskopu ile, kimyasal içerik karakterizasyonu ise Fourier dönüşümlü infrared spektroskopi ile gerçekleştirilmiştir. Ardından membranların in-vitro degradasyon profili belirlenmiştir. Membranların hücre üzerine etkilerinin incelenmesi için seçilen L-929 fibroblast hücre hattı ile in-vitro sitotoksisitesi ve hücre proliferasyonu çalışmaları gerçekleştirilmiştir ve üretilen malzemelerin %80'in üzerinde hücre canlılığı gösterdiği belirlenmiştir. Ancak elektroeğrilmiş PCL/Col/Rb içerikli membranların arttırılmış proliferasyon ve canlılık göstermiştir. Riboflavinin ışıkla aktive edilmesiyle elde edilecek antibakteriyel etkinin tespiti de Staphylococcus aureus ve Escherichia coli bakterileri üerinden gerçekleştirilmiştir ve nanoçubuk desenli riboflavin içeren PCL/Col membranların beyaz ışık uygulaması sonrası bakteri canlılıklarında sırasıyla %21,95 ve %46,96 düşüş, nanofiber yapılı riboflavin içeren PCL/Col membranların beyaz ışık uygulaması sonrası bakteri canlılıklarında sırasıyla %20,61 ve %47,30 düşüş belirlenmiştir. Alınan sonuçlarda elektroeğrilmiş malzemelerde elde edilen arttırılmış proliferasyon ve canlılık sebebiyle rat modellerinde oluşturulan yara modellerine uygulanmıştır. Işık uygulamasıyla beraber enflamasyon düşürülerek nanofiber yapılı PCL/Col/Rb malzemelerde deney grupları arasında en yüksek iyileşme skoru olan 14 elde edilerek iyileşmenin olumlu yönde etkilendiği ve klinik uygulamalarda yara örtüsü olarak kullanım potansiyeli gösterilmiştir.
Difüzyon model tabanlı asimetrik dikkat mekanizmaları kullanılarak kardiyak mr görüntü verisi arttırımı
Kardiyovasküler hastalıklar, dünya genelinde en önemli ölüm nedenlerinden birini oluşturmakta ve her yıl yaklaşık 19,8 milyon insanın hayatını kaybetmesine yol açmaktadır. Kardiyak manyetik rezonans (CMR) görüntüleme, kalp hastalıklarının tanısında altın standart olarak kabul edilmekle birlikte, derin öğrenme tabanlı tanı sistemlerinin geliştirilmesi için gerekli büyük ölçekli etiketli veri setlerinin oluşturulması, uzman etiketleme maliyetleri, etik kısıtlamalar ve nadir patolojilerin yetersiz temsili nedeniyle ciddi zorluklarla karşı karşıyadır. Bu tez, kardiyak MR görüntülemede veri yetersizliği problemini çözmek amacıyla asimetrik dikkat mekanizmalı difüzyon modeli tabanlı yeni bir bireşimsel görüntü üretim yöntemi önermektedir. Önerilen yaklaşım, Denoising Diffusion Probabilistic Model (DDPM) çerçevesini temel almakta ve UNet mimarisinde kodlayıcının son iki katmanı ile kod çözücünün ilk iki katmanına stratejik olarak yerleştirilmiş çok başlıklı öz-dikkat mekanizmalarını içermektedir. Bu asimetrik dikkat yerleşimi, hesaplama verimliliği ile anatomik yapı korunumu arasında optimal bir denge sağlamaktadır. Model, 53 sağlıklı gönüllüden elde edilen OCMR (Open Cardiac MR) veri kümesi üzerinde eğitilmiş ve 128×128 piksel çözünürlüğünde bSSFP sekans görüntüleri ile çalışılmıştır. Kapsamlı deneysel değerlendirmeler, önerilen modelin mevcut yöntemlere kıyasla üstün performans sergilediğini ortaya koymuştur. Model, 77,78 FID skoru ile VAE (325,26), WGAN-GP (235,51) ve StyleGAN2-ADA (117,70) modellerine göre anlamlı ölçüde daha iyi sonuçlar elde etmiştir. Yapısal benzerlik metrikleri açısından 0,720 SSIM ve 0,925 MS-SSIM değerleri, üretilen görüntülerin yüksek anatomik tutarlılığını doğrulamaktadır. Ablasyon çalışmaları, asimetrik dikkat yerleşiminin tekdüze dağılıma göre FID skorunda %8,8 iyileşme sağladığını göstermiştir. Üç deneyimli radyolog tarafından gerçekleştirilen klinik Turing testinde %60 doğruluk oranı elde edilmesi, bireşimsel görüntülerin gerçek görüntülerden ayırt edilmesinin zorluğunu ortaya koymuştur. Ayrıca, sol ventrikül, sağ ventrikül ve miyokard yapılarının piksel oranları ile şekil özellikleri açısından gerçek ve bireşimsel görüntüler arasında istatistiksel olarak anlamlı bir fark bulunmamıştır (p > 0,05). Bu tez, kardiyak MR görüntü sentezinde difüzyon modelleri için asimetrik dikkat mekanizması optimizasyonu konusunda özgün bir katkı sunmakta ve üretilen bireşimsel verilerin klinik uygulanabilirliğini kapsamlı bir değerlendirme çerçevesiyle ortaya koymaktadır. Sonuçlar, önerilen yaklaşımın veri artırma, gizlilik korumalı veri paylaşımı ve tıp eğitimi gibi alanlarda önemli potansiyel taşıdığını göstermektedir.
Vibrotaktil eldiven: Tenilikçi bir duyusal rehabilitasyon cihazı
Bu tez çalışmasında, felç veya üst uzuv travması sonucunda dokunma duyusunu kaybetmiş bireylerin duyusal işlevlerini yeniden kazanmalarına yardımcı olmak amacıyla yenilikçi ve giyilebilir bir rehabilitasyon sistemi (Vibrotaktil Eldiven) geliştirilmiştir. Sistem, nörosensöriyel geri bildirimi yeniden kazandırmak üzere tasarlanmış olup, titreşim tabanlı eşik altı uyarım yoluyla sinirsel plastisiteyi desteklemeyi hedeflemektedir. Cihaz, 0–1000 Hz frekans aralığında ayarlanabilir bant sınırlı beyaz gürültü titreşimleri üretir ve eldeki stratejik noktalara yerleştirilen stimülatörler aracılığıyla farklı tipteki mekanoreseptörleri —özellikle Pacinian ve Meissner cisimciklerini— uyarır. Bu uyarım yöntemi, stokastik rezonans prensibine dayanarak, düşük genlikli gürültü sinyalleriyle eşik altı duyusal potansiyelleri güçlendirir ve duyusal algı eşiğini düşürür. Böylece, merkezi sinir sisteminde yeniden düzenlenmiş duyusal bağlantıların oluşmasına katkı sağlayarak dokunsal farkındalığın artmasına olanak tanır. Sistemin donanım mimarisi; beş adet stimülatör kontrol birimi, mikrodenetleyici, güç yönetim birimi, veri depolama birimi ve veri aktarım biriminden oluşmaktadır. Bu çok bileşenli yapı düşük güç tüketimi, yüksek kararlılık ve taşınabilirlik gibi temel gereksinimleri karşılayacak biçimde optimize edilmiştir. Gömülü yazılım, Thonny Entegre Geliştirme Ortamı üzerinde MicroPython diliyle nesne tabanlı programlama prensiplerine uygun şekilde geliştirilmiş, böylece sistemin modülerliği, bakımı ve ilerideki genişletilebilirliği güvence altına alınmıştır. Gömülü yazılım mimarisi, Blueetooth Düşük Enerji hizmet yönetimi, veri işleme, terapi kontrolü ve kullanıcı etkileşimi gibi bileşenleri ayrı modüller hâlinde organize eder. Kablosuz haberleşme, Bluetooth Düşük Enerji arayüzü üzerinden sağlanmakta olup, harici olarak geliştirilen mobil uygulama aracılığıyla terapi parametrelerinin —frekans ve genlik— kişiye özel olarak ayarlanmasına imkân tanımaktadır. Bu sayede hasta, terapi yoğunluğunu kendine göre düzenleyebilmekte, klinisyen ise uygulamayı uzaktan izleyebilmektedir. Tam işlevsel bir prototip tasarlanmış, üretilmiş ve TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi laboratuvarlarında kapsamlı şekilde test edilmiştir. Donanım, yazılım ve mekanik bileşenlerin entegrasyonu başarıyla tamamlanmış; sistemin titreşim doğruluğu ve Blueetooth Düşük Enerji haberleşme güvenilirliği doğrulanmıştır. Cihaz, Hacettepe Üniversitesi Sağlık Bilimleri Fakültesi bünyesinde yürütülecek klinik denemelere hazır hale getirilmiş olup etik kurul onay süreci devam etmektedir. Sonuç olarak, Vibrotaktil Eldiven, üst uzuvlarda duyusal kayıp yaşayan bireyler için düşük maliyetli, taşınabilir ve bilimsel temellere dayanan yenilikçi bir rehabilitasyon çözümü sunmaktadır. Kontrollü vibrotaktil uyarım aracılığıyla nöroplastisiteyi destekleyen bu sistemin, duyusal geri kazanım sürecine ve işlevsel dokunsal geri bildirimin iyileştirilmesine klinik düzeyde anlamlı katkı sağlaması beklenmektedir.
İn siliko analiz yöntemleriyle ınsan CYP2D6 geninde yanlış anlamlı snp'lerin fonksiyonel etkilerinin tahmini
Bu tez çalışmasında, insanlarda ilaç metabolizmasında görev alan önemli bir enzim olan CYP2D6 genine ait yanlış anlamlı (missense) tek nükleotid polimorfizmleri (SNP'ler) in silico yöntemler kullanılarak analiz edilmiştir. Çalışmanın amacı, bu gendeki missense varyantların yapısal ve fonksiyonel etkilerini tahmin araçları yardımıyla değerlendirmek ve potansiyel olarak zararlı etkiler gösteren varyantları belirlemektir. Çalışma kapsamında, CYP2D6 genine ait varyantlar çeşitli biyoinformatik veri tabanlarından elde edilmiştir. Bu varyantların etkilerini belirlemek için SIFT, PolyPhen-2, MutPred2, Panther, FATHMM gibi tahmin araçları kullanılarak toplam 54 SNP'ye ait 167 missense varyant incelenmiştir. Fonksiyonel analizlere ek olarak, belirlenen zararlı varyantların protein stabilitesi üzerindeki etkilerini anlamak için MUpro, I-Mutant 2.0, CUPSAT gibi araçlar kullanılmıştır. Ayrıca, evrimsel korunmuşluk analizi için ConSurf, protein-protein etkileşimleri için STRİNG, gen-gen etkileşimleri için GeneMANIA ve son olarak 3 boyutlu yapısal değerlendirme için HOPE platformları kullanılmıştır. Çoklu analizlerin sonucunda R296S, R296C, R441C ve R365G varyantları beş farklı analiz aracı tarafından zararlı olarak sınıflandırılmış ve çalışmada ön plana çıkan kritik mutasyonlar olarak belirlenmiştir. Bu varyantlar, yapısal ve işlevsel etkileri açısından detaylı olarak değerlendirilmiş ve potansiyel farmakogenetik önemi vurgulanmıştır. Elde edilen bulguların, bireysel ilaç yanıtlarını daha iyi anlamaya yönelik farmakogenetik çalışmalara ve kişiselleştirilmiş tıp uygulamalarına katkı sağlaması beklenmektedir.
Göğüs kanseri tespitinde derin öğrenme temelli hibrit bir yaklaşım
Göğüs kanseri, kadınlar arasında sıklıkla görülen kanser çeşididir ve tüm kanser vakalarının yaklaşık %30'unu oluşturmaktadır. Göğüs dokusunda oluşan tümörlerin iyi veya kötü huylu olduğunun doğru tespiti hayati önem taşımaktadır. Bu tespitin yapılmasında en sık kullanılan yöntem ise mamografi görüntüleridir. Ancak mamografi görüntülerinin incelenmesi zaman alabilmekte ve yorumlama sürecindeki subjektiflik nedeniyle hatalı sonuçlar ortaya çıkabilmektedir. Göğüs kanserinin erken teşhisi ve ayrıca doğru tespiti ilerleyen süreçte tedavi başarısını arttırdığı ve ölümle sonuçlanan vakaların oranını düşürdüğü bilinmektedir. Bu nedenle, teşhis süreçlerini hızlandırma ve doğruluğu arttırmak amacıyla yapay zeka tabanlı yöntemlere ilgi son yıllarda artmıştır. Bu çalışmada derin öğrenme modelleri mamografi görüntülerinde karmaşık desenleri ve anomalileri tespit etmek için kullanılmaktadır. Bu çalışmada da önerilen CNN+FNN tabanlı hibrit model sayesinde göğüs kanseri tespitinde kullanılabilecek hem hızlı hem de yüksek doğruluk oranına sahip bir model tasarlanmıştır. Bu çalışmada, DDSM (Digital Database for Screening Mammography) veri tabanından elde edilen 13.128 mamografi görüntüsü (5.970 bening, 7.158 malign) kullanılmıştır. Modelin eğitim aşamalarında aşırı öğrenmenin önüne geçmek ve veri çeşitliliğini artırmak maksadıyla veri arttırma teknikleri (rastgele döndürme, kaydırma ve ölçeklendirme) uygulanmıştır. Böylece eğitim sırasında her mini-batch için rastgele dönüştürülmüş dinamik yeni örnekler üretilmiştir. Elde edilen görüntüler CNN+FNN temelli hibrit model önerilerek sınıflandırılmıştır. Sınıflandırma doğruluklarının güvenilirliğini artırmak amacıyla farklı eğitim ve test veri bölünmeleri (%50-%50, %60-%40, %70-%30 ve %80-%20) denenmiştir. Ayrıca önerilen modelin performansını değerlendirmek için yaygın olarak kullanılan k-fold çapraz doğrulama (k=5) tekniği de uygulanmıştır. Mamogram görüntülerinin sınıflandırılmasında önerilen yöntem sayesinde %99,75 doğruluk oranı, %99,77 kesinlik, %99,63 hassasiyet, %99,77 F1 Skoru, %99,89 özgüllük, %99,49 Matthews Korelasyon Katsayısı gibi oldukça yüksek performans değerleri elde edilmiştir.
Seçici PB+2 iyonları tayini için metal organik kafesler-agnp temelli elektrokimyasal sensör geliştirilmesi
Biyomoleküllerin ve ağır metal iyonlarının düşük konsantrasyonlarda hızlı ve güvenilir şekilde tespit edilmesi, sağlık ve çevre alanlarında büyük önem taşımaktadır. Elektrokimyasal teknikler, sağlık ve çevre alanlarında düşük maliyetli, taşınabilir ve hızlı analiz imkânı sunar. Sensör performansını arttırmak amacıyla geliştirilen elektrokimyasal sensörlerde, yüksek yüzey alanı ve ayarlanabilir yapısı ile metal organik kafesler, iletkenlik ve dayanıklılık özellikleriyle çok duvarlı karbon nanotüpler ve fonksiyonel özellikleriyle metal nanopartiküller kullanıldı. Bu çalışmada, üstün özellikler sunan hibrit metal organik kafes yapılarının bir türü olan UiO-66-NH₂ sentezlendi. Bu yapıya gümüş nanopartiküller katkılanarak UiO-66-NH2/AgNP kompozit yapısı elde edildi. Karbon nanotüpler ve kompozit yapılar camsı karbon elektrot yüzeyinin modifikasyonunda kullanıldı. Modifiye edilen bu elektrotlar aracılığıyla sensör geliştirmek için dönüşümlü voltametri tekniği uygulanmış, bazı biyolojik moleküller ve ağır metaller gibi analitler üzerinde testler gerçekleştirildi. Elde edilen malzemelerin tayini absorpsiyon spektrumu, FTIR, DSC, SEM-EDX ve XRD gibi karakterizasyon teknikleri ile yapıları doğrulandı. Analitlerin tayininde, geliştirilen elektrokimyasal sensör sistemi ile elde sonuçlar yorumlandı. Karakterizasyon sonuçları, metal organik kafes yapısına gümüş nanopartikül katkısının sonuçlara olumlu etkisini doğrulamıştır. Elektrokimyasal ölçümlerde çok duvarlı karbon nanotüpler ile akım değerleri artmış, UiO-66-NH₂/AgNP eklenmesiyle bu artışın belirginleştiği görülmüştür. Geliştirilen GCE/MWCNT/MOF-AgNP hibrit elektrot sistemi, Pb+2 tayininde hassasiyet ve seçicilik sunan bir elektrokimyasal sensör potansiyeli taşımaktadır. LOD ≈ 3.199 µM ve LOQ ≈ 10.664 µM olarak hesaplandı.
Plazmayla aktive edilmiş ortamların fizikokimyasal özelliklerinin araştırılması
Atmosferik plazmaların sıvılara uygulandığında gösterdiği kimyasal aktivitesi sayesinde sıvı içinde oluşan türler geniş spektrumlu biyolojik etkilere sahip olmaktadır. Plazma deşarjının sıvılarla etkileşimi halen cevaplanmayı bekleyen sorular içermektedir. Atmosferik basınçta gerçekleştirilen bu deşarjlar sıvılara yüzeysel olarak uygulanabildiği gibi deşarjın sıvı içinde gerçekleştirilmesi de mümkündür. Bu tez çalışmasında, atmosferik basınç plazma su, remineralizasyon solüsyon, hücre besiyeri gibi sıvılara uygulanarak, sıvılardaki fizikokimyasal değişiklikler incelenmiştir. Argon gazı ile oluşturulan soğuk atmosferik plazma suya, yapay sıvılara ve hücre besiyerlerine uygulandığında meydana gelen pH değişimi ve oluşan yeni türlerin miktarının hangi parametrelere göre değiştiği analiz edilmiştir. Sıvı içinde hidrojen peroksit, nitrat gibi türlerin oluştuğu bulunmuştur. Oluşan türlerin miktarları spektrofotometrik yöntem ve test kitleriyle tayin edilmiştir. Argon gazı kullanılarak hücre besiyerine plazma uygulandığında oluşan H2O2 konsantrasyonlarının plazma uygulama süresine göre arttığu ve en yüksek değer olan 7.60mg/L'ye 120 sn süre plazma uygulamasıyla ulaşıldığı görülmüştür. 4°C derecede saklanan aktive besiyerlerine 1 hafta sonra H2O2 tayini yapıldığında konsantrasyonlarda ortalama %36.58 oranında düşme gözlenmiştir. DOX içeren hücre besiyerindeki peroksit konsantrasyonu 0.173mg/L olarak 90 saniye plazma uygulamasında ölçülmüştür. Bu değer DOX içermeyen hücre besiyerindeki değerden (90 saniye için 6.44 mg/litre) daha düşüktür.
Fotodinamik terapi için ışığa duyarlı yeni bir molekülün tasarımı, sentezi ve singlet oksijen üretme kapasitesinin incelenmesi
Fotodinamik terapi (FDT), ışığa duyarlı madde (fotosensitizer), ışık ve oksijen molekülünün varlığında gerçekleşen bir kanser tedavi yöntemidir. Fotosensitizerin uygulanması ile tümörlü dokuda birikmesinin ardından, fotosensitizerin absorbsiyon yaptığı dalga boyuna sahip ışık ile uyarılarak enerjisini, ortamda bulunan oksijene (uyarılmamış iken triplet halinde bulunan) vererek, oksijen molekülünü aktif hale (singlet hal) getirerek tümörün yok edilmesi prensibine dayanır. Bu tez çalışmasında bor 2-(2'-piridil)imidazol (BOPIM)'in türevlendirilmesi ile yeni bir ışığa duyarlı maddenin sentezi gerçekleştirildi. Birçok organik maddede çözünebilen, çökme problemi ile karşılaşılmayan ve büyük Stokes kayması gibi avantajlar sunan BOPIM kompleksinin fotofiziksel özellikleri ve singlet oksijen oluşturma kapasitesi incelenmiştir. Singlet oksijen tuzak molekülü olarak 1,3-difenilizobenzofuran (DPBF) kullanılmıştır. Maddenin uyarımı sonrası DPBF'nin absorbans değişimi grafikler ile sunulmuştur. BOPIM molekülü ışık varlığında incelendiğinde verimli singlet oksijen üretimi ve karanlıkta singlet oksijen üretmeyerek toksik etki göstermemesi ile ilerleyen çalışmalar için umutlu sonuçlar göstermiştir.
Nanohidroksiapatit katkılı polimerik nanokompozit membranların geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Bu çalışmada, membran teknolojisini kullanarak biyomalzeme amaçlı kullanılabileceği düşünülen, yeni tür polimerik nanokompozit membranların geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, ilk olarak nano boyutlarda hidroksiapatit (nHA) sentezi gerçekleştirilmiştir. Ardından belirlenen oranlarda polimetilmetakrilat (PMMA), polisülfon (PS) ve polivinilalkol (PVA) polimerlerinin uygun çözücüde kontrollü bir sıcaklıkta çözünmesi sağlanmıştır. Çözeltide çapraz bağlayıcı olarak kullanılan polivinilpirolidon (PVP), dimetilformamid (DMF) içinde belirli bir sıcaklıkta homojen oluncaya kadar karıştırılmış ve çözünmesi sağlanmıştır. Daha sonra her iki homojen yavaş yavaş birleştirilerek karıştırılmıştır. Çözeltiye hazırlanan nanohidroksiapatitten belirli miktarlarda (%1, %3, %5, %7) eklenmiştir. Ardından, cam bir plaka üzerine yayılarak oda sıcaklığında kurumaya bırakılmıştır. 12 saat sonra cam plaka üzerinde kuruyan tabaka, saf su dolu bir kabın içine bırakılarak katılaşması ve cam yüzeyden ayrılması sağlanmıştır. Membranlar saf su içinde 4 oC' de muhafaza edilmiştir. Hazırlanan polimerik nanokompozit membranların karakterizasyon işlemleri (FTIR, SEM, SEM-EDS, XRD, AFM) yapılmıştır. Hazırlanan membranların içeriğindeki hidroksiapatitin kemik yapısına benzerliği nedeniyle hazırlanan polimerik nanokompozit membran malzemesinin gerekli testler yapıldıktan sonra ortopedi alanında kullanılabileceği düşünülmektedir.
Kaliksaren modifiye kalem grafit elektrotlar ile Tofasitinib'in voltametrik tayini
Tofasitinib, romatoid artrit ve sedef hastalığı başta olmak üzere çeşitli otoimmün hastalıklarının tedavisinde kullanılmaktadır. Tedavi sırasında ilaç konsantrasyonunun kesin kontrolünü sağlamak amacıyla tofasitinib miktarını belirlemek için hızlı ve hassas bir yöntem geliştirmek büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada, elektrokimyasal olarak kaliks[n]aren türevi bileşiklerle modifiye edilerek hazırlanmış kalem grafit elektrotlar ile tofasitinibin voltametrik tayini gerçekleştirilmiş ve yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Elektrokimyasal çalışmalarda, çalışma elektrotu olarak modifiye kalem grafit elektrot (KGE), referans elektrot olarak susuz Ag/AgCl elektrot ve karşıt elektrot olarak Pt tel elektrot kullanılmıştır. Kalem grafit elektrotlar üç farklı kaliks[n]aren türevi (kaliks[4]aren, kaliks[6]aren, kaliks[8]aren) ile hazırlanmıştır. Elektrotların hazırlanması dönüşümlü voltametri (CV) yöntemi, hazırlanan elektrotlarla tofasitinib tayini ise diferansiyel puls voltametri (DPV) yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Elektrotların yüzey karakterizasyonu taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile elementel analizleri ise SEM-EDS analizi ile yapılmıştır. Tofasinib tayin deneyleri Britton-Robinson tampon çözeltisinde (%10 (v/v) asetonitril-su) gerçekleştirilmiştir. Optimizasyon çalışmalarına göre optimum pH değerinin 4, döngü sayısının 5 ve tarama hızının 100 mV/s olduğu belirlenmiştir. Optimum kaliks[n]aren konsantrasyonu ise her üç bileşik için de 0.005 M olarak bulunmuştur. Tofasitinib tayininde olası girişim yapabilecek türlerden askorbik asit, kafein ve glikoz varlığında deneyler gerçekleştirilmiş ve belirtilen bileşiklerin tofasitinib tayininde önemli ölçüde etkilemedikleri görülmüştür. Geliştirilen elektrotlar ile gerçek numune çalışmaları kapsamında tablet formülasyonu ve idrar numunesinde tofasitinib tayini deneyleri yapılmıştır. Her iki numune için sonuçlar değerlendirildiğinde geri kazanım değerlerinin % 98.0-101.5 aralığında olduğu belirlenmiştir. Tayin limiti (LOD) sırasıyla kaliks[4]aren için 0.0275 ppm, kaliks[6]aren için 0.0212 ppm ve kaliks[8]aren için 0.0184 ppm olarak hesaplanmıştır.
Farklı üzengi kemik protezlerinin modellenerek ses iletim performanslarının mevcut ticari protezlere göre değerlendirilmesi
İşitme kayıplarının bazıları, orta kulakta yer alan ve seslerin iç kulağa iletilmesini sağlayan çekiç, örs ve üzengi kemikçiklerinde meydana gelen sorunlar sonucu oluşmaktadır. Böyle durumlarda, çoğunlukla üzengi kemiği alınarak yerine bir protez yerleştirilmektedir. Bu çalışmada, farklı üzengi kemik protezlerinin modellenmesi ve ses iletim performanslarının sağlıklı insan orta kulak modeli ile mevcut ticari protezlere göre değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Çalışmada protez tasarımları, modellemeleri ve analizleri Solidworks ve Ansys programları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında öncelikle ticari olarak üretilen üç adet piston tipi protez seçilmiş ve modellenmiştir. Bu protezler için dört farklı malzeme (teflon, titanyum, pet-g, nitinol), üç farklı çap (0.4, 0.5, 0.6 mm) ve üç farklı uzunluk (4.00, 4.75, 5.50 mm) belirlenerek her bir protez modelinde bu malzeme, çap ve uzunlukların değerlendirilmesi yapılmıştır. Tasarlanan protez modellerinin ve gerçek kulak modelinin harmonik titreşim analizleri gerçekleştirilmiştir. 100 ile 10000 Hz aralığındaki bir frekans için çalışma yapılmıştır. Analizde modellenen kulağın timpanik membran kısmından anlık ses basınç seviyesi 90 dB olan yaklaşık 0.632 Pa'lık bir basınç gönderilmiş ve analizler belirlenen sınır şartları altında gerçekleştirilmiştir. Üzengi tabanında titreşim sonucu oluşacak etkilerin frekans yanıtı ile sesin iletimindeki hız dağılımları incelenmiştir. Modellenen mevcut ticari protezlerin her biri harmonik analizdeki dağılımları açısından karşılaştırılmış ve sağlıklı insan orta kulak modeli ile kıyaslanarak işitme üzerindeki ses iletim performansları değerlendirilmiştir. Tez çalışması kapsamında analizi yapılan 108 protez modeli arasından sağlıklı insan orta kulak modeline en yakın sonuçları veren 0.6 mm çap, 5.50 mm uzunluğundaki titanyum malzeme ile üretilen Ticari 3 protez modeli, Çizelge 4.15'teki veriler ile karşılaştırılmış ve ses iletiminde 10 kat iyileşme görülmüştür.
Solunum sistemi hastalıkları nefes analiz sistemi
Nefes analizi girişimsel olmadığı için risk içermeyen, tekrar tekrar numune alınabilen, profesyonel sağlık çalışanına ihtiyaç duyulmayan diğer teşhis yöntemlerine göre üstünlükleri olan bir metottur. Çalışmamızda ppb mertebelerinde ölçüm yapabilen hassas gaz sensörleri kullanılmış ve nefes molekülleri analiz cihazı geliştirilmiştir. Solunum sistemi rahatsızlığı olup sigara kullanmayan 20 bireyden; pnömoni teşhisli 13, akciğer kanseri teşhisli 3 ve KOAH teşhisli 4 bireyin nefesleri analiz edilmiştir. COVID-19 hastası 5, sigara kullanan sağlıklı 6, sigara içmeyen sağlıklı 7 bireyden alınan nefesler analiz edilmiştir. Aseton (C3H6O), Amonyak (NH3), Karbon Monoksit (CO), Nitrik Oksit (NO), Etilen (C2H4), Hidrojen Sülfür (H₂S), Azot Dioksit (NO₂), Karbon Disülfür (CS2), Formaldehit (CH2O), Hidrojen (H2) olmak üzere 10 molekül, hasta ve sağlıklı bireylerde incelenmiştir. Sonuçlar Origin-Two sample t-test ile ve 'Rastgele Orman Algoritması' kullanılarak analiz edilmiştir. Çalışma sonucunda solunum sistemi rahatsızlığı olan kişilere göre, NO2 molekülü (p =0.0227), H2S molekülü (p=0.03449) ve SO2 molekülü (p=0.00261) anlamlı derecede farklı çıkmıştır. Pnömoni rahatsızlığı olan kişilere göre, NO2 molekülü (p =0.02337), H2S molekülü (p=0.02175) ve SO2 molekülü (p=0.0056) anlamlı derecede farklı çıkmıştır. Sağlıklı kişilere göre COVID-19 olan kişilerde, NH3 molekülü (p =0.00308), NO2 molekülü (p=0.00049), NO molekülü (p=0.00792) ve H2S molekülü (p=0.0128) olarak anlamlı derecede farklı çıkmıştır. Sigara içen sağlıklı gönüllülere göre sigara kullanmayan sağlıklı gönüllülerin verileri incelendiğinde çok sayıda molekül anlamlı sonuç vermiştir. Bunlar, CH20 molekülü (p=0.00008), CO molekülü (p=0.00005), C2H4 (p=0.0025), SO2 molekülü (p=0.02), C3H6O molekülü (p=0.02) ve H2 molekülü (p=0.03) dır. Ayrıca elde edilen veriler kullanılarak Rastgele Orman Algoritması ile başarılı tahmin sonuçları elde edilmiştir.
Nano esaslı elektrotlarla imipraminin elektrokimyasal tayini
İmipramin etken maddesini içeren ilaçlar, çoğunlukla depresyon tedavisinde kullanılan, antikolinerjik ve alfa-adrenerjik etkileri düşük düzeyde olan trisiklik antidepresandır. Vücut sıvılarındaki imipramin konsantrasyonunun hızlı ve doğru olarak belirlenmesi hastalığın tedavisi için önemlidir. Literatürde, imipraminin elektrokimyasal davranışının ve voltametrik tayininin araştırılması için kalem grafit elektrotun çalışma elektrotu olarak kullanıldığı herhangi bir çalışmaya rastlanmamıştır. Geliştirilen elektrotlar ilk kez tasarlanmış ve imipramin tayini ilk kez bu elektrotlarla yapılmıştır. Analizler Autolab Potentiostat/Galvanostat PGSTAT-302 N cihazı ile yapılmıştır. Elektrotların hazırlanması sırasında dönüşümlü voltametri (CV) yöntemi uygulanmıştır. Elektrotların optimizasyonu ve ilaç analizi, diferansiyel puls voltametrisi (DPV) ile incelenmiştir. Üçlü elektrot sisteminde, sulu Ag/AgCl referans elektrot, Pt tel karşıt elektrot ve gümüş nanopartikül ile modifiye edilmiş çalışma elektrotları, kullanılmıştır. Modifikasyon için iki yöntem uygulanmıştır. İlk olarak yalın kalem grafit elektrot (KGE), 0.05 M asetat tampon çözeltisinde ve +1.4 V potansiyelde aktive edilmiştir. Daha sonra elektrotlar nanogümüş (nAg) partikülleri içeren çözeltide bekletilerek ölçüme hazır hale getirilmiştir (Aktive edilmiş-nAg-KGE). İkinci yöntemde KGE üzerine nanogümüş (nAg) partikülleri varlığında elektrokimyasal kaplama pirolün (Py) polimerizasyonu ile gerçekleştirilmiş ve ölçüme hazır hale getirilmiştir (nAg-PPy-KGE). Elektrokimyasal davranışın incelenmesinde farklı pH değerlerine sahip Britton-Robinson tampon çözeltileri kullanılmıştır. Aktive edilmiş-nAg-KGE için optimum koşullar aktivasyon için 60 sn, modifikasyon için 15 dk, nAg için 10 ppm ve pH değeri 7 olarak belirlenmiştir. nAg-PPy-KGE için optimum döngü sayısı 7, tarama hızı 60 mV/s ve pH değeri 7 olarak belirlenmiştir. Elektrotların yüzey karakterizasyonu SEM analizi ile, element analizi ise SEM-EDS analizi ile yapılmıştır. Ayrıca imipramin içeren farmasötik numunelerin elektrokimyasal tayinleri de optimum koşullarda gerçekleştirilmiştir.
Atmosferik basınç soğuk plazmanın restoratif diş tedavisinde kullanımının araştırılması
Bu yüksek lisans tez çalışmasının amacı atmosferik basınç soğuk plazmanın diş hekimliği alanında diş beyazlatma etkinliği üzerine doğrudan ve dolaylı etkisini göstermektir. Bu amaçla restoratif diş hekimliğinde diş beyazlatma uygulaması olarak soğuk plazma uygulaması (doğrudan etki) ve soğuk plazma ile aktifleştirilmiş deiyonize su (dolaylı etki) olan PAW'ın tek başına beyazlatıcı bir ajan olarak kullanılabilirliği gösterilmiştir. 55 yeni çekilmiş insan ön kesici dişi kahve ile renklendirilmiştir. Deney grupları olarak; Kontrol, PAW, Peroksit, Plazma ve Plazma+Paw grubu belirlenmiştir. Diş grupları beyazlatıldıktan sonra (Kontrol grubu beyazlatmaya dahil edilmemiştir.) renkleri spektrofotometre kullanılarak ölçülüp, işlem öncesi ve sonrası renk değişimleri ΔE1 olarak kaydedilmiştir. Ardından tüm diş grupları dehidratasyon-remineralizasyona bağlı renk geri dönüşlerinin değerlendirilmesi amacıyla 24 saat yapay tükrükte bekletilmiş ve tekrar renk ölçümü alınmıştır. Renk değerlerindeki yeni değişimler ΔE2 olarak kaydedilmiştir. Tüm gruplar içerisinde soğuk plazma uygulanan gruplardaki beyazlatma etkinliği değerinin (ΔE1), ΔE2'ye göre yüksek olduğu tespit edildi. Ancak dehidratasyon ve remineralizasyona bağlı renk geri dönüşleri değerlendirildiğinde en fazla etkilenen grupların yine plazma grupları olduğu görüldü. Soğuk plazma uygulamasının dişlerde meydana getirdiği sıcaklık artışı kritik seviyedeydi. Plazma grubu ve Plazma+Paw grubunun beyazlatma etkinliği başarılıydı. Deiyonize suya plazma uygulaması sonucu elde edilen PAW' ın beyazlatma etkinliği geleneksel %40'lık Hidrojen peroksit kadar etkili beyazlatma göstermiştir. Beyazlatmaya ek olarak soğuk plazmanın geleneksel fotopolimerizasyona karşı self-etch adezivde polimerizasyonu indüklediği ile ilgili He ve Ar plazmalarının adeziv üzerindeki etkilerini gösteren FTIR spektroskopisi görüntülerine de yer verilmiştir.
Bodipy tabanlı iki molekülün sentezi, Cu2+ iyonu için spektrofotometrik ve elektrokimyasal sensör olarak kullanılabilirliklerinin araştırılması
Tez çalışmamız kapsamında BODİPY gövdesinin mezo pozisyonundan türevlendirilmesi ile yeni bir BODİPY türevi (BODİPY-6) elde edilip, Fe2+ için spektrofotometrik olarak, Cu2+ için de elektrokimyasal sensör olarak kullanılabilirliği ortaya konulmuştur. Bu maddenin yanında literatüre Cu2+ iyonu için spektrofotometrik sensör olarak kullanılabileceğini gösterdiğimiz BODİPY gövdesinin 3 pozisyonundan imidazol yapısı ile türevlendirilmesiyle elde edilen monositril BODİPY-5 molekülünün de Cu2+ iyonu için elektrokimyasal sensör olarak kullanılabilirliği gösterilmiştir. BODİPY-6'nın iyonların varlığında floresans spektrumu incelendiğinde Cu2+ iyonuna göre en fazla Fe2+ olmak üzere Fe3+ e karşı seçici olarak bağlandığı ortaya konulmuştur. BODİPY-6'nın, Cu2+, Fe2+ ve Fe3+ ile etkileşime girmesi sonucu oluşan komplekslerin kalibrasyon grafiklerinden BODİPY-6'nın Fe2+ için LOD 28.665 µM, LOQ 95.551 µM, RSD 0.009017 ve geri kazanım değeri %94.06 olarak Fe3+ için LOD 30.999 µM, LOQ 103.3312 µM ve RSD 0.0012113 olarak ve Cu2+ için LOD 26.216 µM, LOQ 87.386 µM ve RSD 0.000569 olarak hesaplanmıştır. BODİPY-5'in Cu2+ iyonu için LOD 1.79µM, LOQ 5.967 µM, RSD 0.0639 ve geri kazanım %99.65 olarak hesaplanmıştır. Elektrokimyasal sensör çalışmamızda BODİPY 5 ve 6 bileşikleri ile modifiye kalem grafit elektrotlar (BODİPY-5/PPy/KGE ve BODİPY-6/PPy/KGE), CV yöntemi ile optimum şartlarda hazırlanmışlardır. Hazırlanan elektrotların Cu2+ iyonunun belirli konsantrasyonlarında elektrokimyasal cevapları DPV yöntemi ile incelenerek kalibrasyon grafikleri çizdirilmiştir ve BODİPY-5'in Cu2+ için LOD 0.046 ppm, LOQ 0.153 ppm olarak hesaplanırken BODİPY-6'da LOD 0.069 ppm, LOQ 0.231 ppm olarak hesaplanmıştır. Farklı su numunelerinde yapılan analizler sonucunda BODİPY-6/PPy/KGE ve BODİPY-5/PPy/KGE geri kazanım değerleri sırasıyla %94.67 – 102.86 ve %94.86 – 102.66 aralığında hesaplanmıştır.
Valproik asit kullanan epilepsi hastalarının nefes analizi
Valproik asit (VPA) çok yaygın kullanılan bir antiepileptik ilaçtır, ancak yüksek kan amonyak seviyelerine (hiperammonemi) yol açabilmektedir. Kullanılmaması durumunda ise, epileptik aktiviteler artmakta ve hasta sağlığı kötüye gitmektedir. Hastanın ilaç kullanım durumu ve yan etkilerinin takibi için, 2 yönlü takip planlanmıştır. 15 sağlıklı kontrol birey ve 21 VPA tedavisi gören epilepsi hastası ve diğer ilaçları kullanan 25 katılımcı üzerinde Bosch BME688 metal-oksit sensör dizisi ve makine öğrenimi temelli "elektronik burun" yaklaşımı ile nefes test numuneleri alınarak, test uygulanmıştır. Katılımcıların nefes örneklerinden elde edilen uçucu organik bileşik (VOC) profilleri, yapay zeka algoritması ile işlenerek VPA kullanan hasta grubunun sağlıklı kontrollerden ayırt edilmesi hedeflenmiştir. Model, çapraz doğrulama sonucu %83 sınıflandırma doğruluğu ve F1 skoru 0,76 elde ederek yüksek ayırt edicilik göstermiştir. Ek olarak, ilacın yan etkisi olan kan amonyak seviyesinin yükselmesi ECSense elektrokimyasal sensörü ile 15 sağlıklı kontrol birey ve 10 VPA tedavisi gören epilepsi hastasının, kan VPA, kan amonyak ve nefes amonyak konsantrasyonları ölçülmüştür. İstatistiksel analizler, VPA kullanan hastalardaki kan amonyak seviyelerinin (medyan ~80 μg/dL), sağlıklı kontrollerde gözlenen seviyelerden (medyan ~30 μg/dL) anlamlı derecede yüksek olduğunu ortaya koymuştur (p<0.001). Benzer şekilde, nefes amonyak seviyeleri de VPA grubunda kontrollere kıyasla anlamlı derecede yüksek bulunmuştur (p<0.001). Önemli bir bulgu olarak, nefes ve kan amonyak seviyeleri arasında güçlü bir pozitif korelasyon (r=+0.75) saptanmıştır. Pilot çalışma niteliğinde olan bu çalışma sonucunda elde edilen bulgular ile nefes analizinin VPA tedavisinin kullanım takibinin ve metabolik etkilerinin invaziv olmayan bir yöntemle takibinin mümkün olduğunu ortaya koymuştur.
Yüksek frekans osilasyonların (HFO) epileptojenik alanda biyomarker olarak kullanımı
Epilepsi nöbet şeklinde kendini gösteren ve tekrarlayan nörolojik bir hastalıktır. Hastalık, beyinde bazı nöronların anormal aktivitesi sonucu ortaya çıkar. Epilepsi çocukluk çağında veya yetişkinlikte her yaşta görülebilen ve herkeste farklı semptomlar gösterebilen bir hastalıktır. Epilepsi nöbetleri genellikle kas spazmı, bilinç kaybı ve bayılma şeklinde görülür. Dolayısıyla insanların günlük yaşamlarını, yapabileceği aktiviteleri etkileyebilir. Epilepsi ömür boyu devam edebilir, ancak uygun tedavi ve ilaçlarla nöbetler kontrol altına alınabilir ve kişi normal yaşantısını sürdürebilir. Bazı hastalarda hastanın durumu uygun ise cerrahi yönteme başvurulur. Epilepsi cerrahisi ciddi bir işlemdir, bu nedenle hastalar çok dikkatli değerlendirilir. Hastanın cerrahi işleme uygunluğunu belirlemek amacıyla nörolog ve beyin cerrahlarının birlikte çalıştığı multidisipliner bir ekip tarafından değerlendirme yapılır. Epilepsi cerrahisi ile nöbet odaklarının yerine ve durumuna bağlı olarak farklı prosedürler uygulanır ve nöbetlerin azalması amaçlanır. Bu çalışmada nöbetlerden önce bir belirteç olabilecek olan yüksek frekans osilasyonlarının varlığı araştırılmıştır. Elektroensefalogram verisi; nöbet öncesi, nöbet sırası ve nöbet sonrası olarak üç ayrı sınıfa ayrılmış, sinyal işleme teknikleri kullanılarak öznitelikleri çıkartılmış, çıkarılan bu istatistiksel ve yapısal özniteliklere göre sınıflandırması yapılmıştır. Ayrıca her bir sınıf için önemli olduğu düşünülen 14 kanal belirlenmiş ve bu kanallara göre sınıflandırma çalışması yapılmıştır. HFO varlıkları belirlendikten sonra, HFO tabanlı özniteliklere göre de sınıflandırma işlemi yapılmıştır. Sınıflandırma amacıyla Bayes, K-En Yakın Komşu, Destek Vektör Makineleri, Çok Katlı Algılayıcı, Rastgele Orman Sınıflandırıcısı kullanılmıştır. Sınıflandırma sonuçlarında rastgele orman sınıflandırıcısı ile istatistiksel ve yapısal öznitelikler için %83, HFO tabanlı öznitelikler için %77,43 ve kanallar için %77,97 doğruluk oranları elde edilmiştir.
Bilgisayarlı tomografi görüntlerinden derin öğrenme tabanlı karaciğer segmentasyonu
Karaciğer kaynaklı hastalıklara bağlı yüksek ölüm oranlarının mevcut olduğu günümüzde, tıbbi görüntüleme yöntemleriyle kısa sürede doğru teşhisin konulması büyük önem taşır. Her ne kadar bu görevi radyologlar ve onkologlar gerçekleştirmekte olsa da teşhisin bilgisayar destekli tanı yöntemleri ile otomatikleştirilmesi, teşhis süresinin kısalması, uzmanlar arası yorum farklarının önlenmesi ve tedavi aşamasına hızlı geçiş açısından ciddi fayda sağlayacaktır. Bu nedenle tıbbi görüntüleme yöntemlerinden biri olan bilgisayarlı tomografi (BT) görüntüleri üzerinde çalışmalar hız kazanmakta ve özellikle abdominal(karın) BT görüntülerindeki karaciğeri diğer organlardan ayırmak (segmente etmek), ikinci aşamada karaciğerdeki lezyon tespiti ve sınıflandırılmasına zemin hazırlamaktadır. BT görüntülerinin segmentasyonu için birçok yöntem bulunmakla beraber bugün kullanımı yaygınlaşan evrişimli sinir ağı (CNN) yapıları, diğer yöntemleri yüksek başarı oranlarıyla geride bırakmaktadır. CNN yapılarının eğitilerek verilen görevi yerine getirmesi çok büyük veri setleri ve yüksek performansta donanım ve yazılım gerektirmektedir. Bu nedenle transfer öğrenme denilen önceden eğitilmiş CNN yapılarını kullanılacak görev için tekrar daha küçük boyuttaki veri setiyle eğitme yöntemi, büyük veri setleriyle olan eğitim sürelerinin uzunluğunu, öğrenmenin gerçekleşeceği kaynak yazılım ve donanımların maddi yükünü azaltacaktır. Bu tez çalışmasında, transfer öğrenme yöntemi kullanılarak ImageNet adlı geniş veri setiyle önceden eğitilmiş CNN yapıları olan VGG16, VGG19, RESNET18, RESNET50 modellerinin LiTS2017 abdominal BT görüntülerini içeren açık veri setiyle tekrar eğitilerek görüntü kesitlerindeki karaciğeri segmente etmedeki performansları karşılaştırılacaktır.
Derin öğrenme yöntemleri ile yüz görüntülerinden kronik ve genetik hastalıkların ön tanısı
Kronik hastalıklar genellikle uzun süre tedavi ya da bakım gerektiren, genetik hastalıklar ise genler aracılığı ile nesilden nesile aktarılabilen sağlık sorunlarıdır. Hemen her hastalık bireylerin yaşam kalitesini olumsuz etkilemektedir. Son yıllarda yüz özelliklerinin, yüz de değişen ve gelişen anomalilerin analizi ile hastalık teşhisi için derin öğrenme algoritmalarının etkin bir şekilde kullanılması giderek önem kazanmaktadır. Bu çalışmada derin öğrenme yöntemleri ile yüz görüntülerinden anomali tespiti ve hastalık sınıflandırma başarısı araştırılmıştır. Klasik ESA'lara kıyasla geliştirilen modellerin performansını değerlendiren bu çalışma, farklı modellerin başarılarının karşılaştırılması amaçlanmıştır. . Transfer öğrenme yöntemleri ve farklı teknikler ile her modelin hem kendi içinde ham de diğer modeller ile performans başarıları karşılaştırılmıştır. Klasik bir ESA mimarisi ve ViT modeli ile ikili hastalık başarı ve performansı karşılaştırılmıştır. ESA mimarilerinden (Resnet50 ve InceptionV3), yeni mimari modellerden görsel dönüştürücüler (ViT) ve EfficientFormer ile çoklu hastalık sınıflandırması yapılmıştır. Çalışmada dört hastalık grubu ve bir kontrol grubu olarak belirlediğimiz tüm hastalıkların ikili sınıflandırılması yapılmış ve en yüksek performans ViT modeli ile elde edilmiştir.Derin öğrenme uygulamaları, özellikle ViT modelinin küçük veri setleriyle yüz teşhisinde gösterdiği yüksek başarı oranı, yeni geliştirilen modellerin hızlı ve hibrit yaklaşımlara ihtiyaç duymaksızın etkin sonuçlar üretme yeteneğiyle dikkat çekmektedir. Bu gelişmeler, medikal alanda hekimlerin hasta yükünü azaltmanın yanı sıra insani hataların önlenmesine de önemli katkılar sağlayarak, bu teknolojilerin güvenle kullanılabileceğini göstermektedir. Ayrıca, girişimsel ve radyolojik yöntemlere ihtiyaç duyulmadan bazı hastalıkların erken tanısının konulabilmesi, sağlık sistemlerinin verimliliğini artırarak ülkelerin sağlık harcamalarında önemli tasarruflar sağlayabilecektir. Bu durum hem hasta bakım maliyetlerini azaltacak hem de kaynakların daha etkin kullanılmasına olanak tanıyacaktır.
Bilgisayarlı tomografi görüntüleme modellemesi için gate yazılımı kullanarak Monte Carlo simülasyonu
Bilgisayarlı tomografi sistemi ve Catphan phantomunun (CTP404 modeli) geliştirilmesi için Monte Carlo (MC) simülasyon çerçevesi, GATE (Tomografik Emisyon için Geant4 Uygulaması) tarafından sağlanmıştır. Proje kapsamında, biri yüksek enerjili radyasyon, diğeri ise düşük enerjili radyasyon kullanan iki simülasyon süreci çalıştırılmıştır. Oluşturulan çıktı görüntüleri detaylı bir analizden geçirilmiş ve iki simülasyon sonucu arasındaki farkı temsil etmiştir. Bu, görüntü iyileştirme teknikleri, enerji dozu ve phantom içindeki malzemeler için Hounsfield Birimleri (HU) hesaplamalarını içermektedir. Simülasyon sonuçlarının doğruluğunu doğrulamak amacıyla deneysel kurulum tekrarlanmış, PET/CT Siemens Biograph Horizon kullanılarak gerçek CT taramaları elde edilmiş ve sonuçta elde edilen DICOM görüntüleri analiz edilmiştir. MC simülasyonlarının gerçek CT görüntüleme koşullarını kopyalamadaki doğruluğunu değerlendirmek için karşılaştırmalı bir analiz yapılmıştır. Sonuçlar, simüle edilmiş ve gerçek görüntüler arasındaki benzerliği doğrulamıştır. Çalışma, CT görüntüleme simülasyonları için MC yöntemlerinin etkinliğini göstererek, tıbbi görüntüleme araştırma ve geliştirme çalışmalarını ilerletmek için doğru bir araç sağlamaktadır.
Mathematical model-based clinical decision support system algorithm design study that can support the diagnosis of celiac disease
Background: Celiac disease (CD) is one of autoimmune disorder. It is caused by consumption of gluten which is a protein found in barley, rye and wheat. Individuals with CD experience an immunity response due to damage to the lining of their small intestines after consuming gluten, causing them to experience a variety of sign and symptoms also potential long-term complications. Currently definitive diagnosis of CD is typically made by small bowel biopsy, which determines the extent of intestinal damage. Diagnosing celiac disease is difficult because some of its signs and symptoms resemble with other autoimmune diseases. Early diagnosis prevents severe progression of the disease by preventing rapid increase in intestinal permeability. In order to overcome the difficulties experienced in the diagnosis of CD and to enable patients to reach a specialist as soon as possible, it is becoming increasingly important to develop systems that can support diagnosis, with the help of developing technology. While research focuses on intestinal epithelium deformation in the field of video capsule image processing, the effect of gluten sensitivity on facial appearance is still an open research topic in the literature. When looking at the development of celiac disease in the body, it is associated with diseases that impact the skin through intestinal inflammation, immune system problems and microbiome dysbiosis. In addition, CD causes changes in skin structure and facial features because it affects the gastro-intestinal system and can cause malabsorption of nutrients. This holds promise for supporting the diagnosis of CD through face image classification by detecting observable facial features or some patterns. Although there are studies in the literature that aim to support early diagnosis using data on disease history and symptoms, there are no hybrid models that use facial images. Based on this, this thesis study was planned under two different research questions. The first research question focused on the changes on the CD face images and asked, "How effective are the transfer learning models VGG16 and MobileNetV2 in classification CD facial images to aid in the diagnosis, and do they support the early diagnosis of CD with significant performance?" It is structured in the format. The second research question asked: "Can CD Marsh (0-4) levels be determined with machine learning models using routine blood test results and demographic data performed in primary health centers?" focused on and compared the performance of deep learning models (PyTorch) and traditional machine learning algorithms. With both research questions, it is aimed to present a new perspective on the literature. Since such a data set does not currently exist, data was collected from patients diagnosed with CD followed in the gastroenterology clinic at Van Training and Research Hospital, Turkey, within the scope of ethical permission 2022/09-02. Purpose: It is obvious that it is important to examine the feasibility of designing a system that aims to ensure early diagnosis of CD, which has similar symptoms to many autoimmune diseases, and to ensure that patients are referred to a specialist as soon as possible, and to examine its effective use in the clinic. Based on this, this thesis first aims to question the ability of transfer learning with two pretrained models to classify the database containing facial images to show meaningful performance in the early diagnosis of CD. Secondly, it is aimed to prevent delays in referring celiac disease to a specialist in primary health care units due to its similar symptomatic features with other diseases. For this purpose, it is aimed to analyze a method that will support the diagnosis of the disease and the determination of Marsh levels by classifying routine blood test and demographic data with Decision Tree, Random Forest, Gradient Boosting, Naive Bayes and deep learning (Pytorch) algorithms. It is also aimed to analyze a method that will support the determination of the celiac level severity. Method: In the thesis study, two different data sets were used and interpreted by applying two methods suitable for the purpose. For the first research question, facial images of celiac patients were classified using the transfer learning method. Two different pre-trained models (VGG16 and MobileNetV2) were used. Then model with the highest classification performance was selected. For the second research question, with the aim of determining intestinal atrophy (marsh level) in celiac patients, clinical signs and symptoms were classified with deep learning (Pytorch) and traditional machine learning algorithms, and the model with the highest accuracy rate was determined. Models with high performance criteria in both stages were selected for the development of models in which hybrid data sets could be used in the future. In the dataset containing face images (DS_Face), there was a CD diagnosis and an equal number of control groups. There are 200 adult facial images. While 70% of the images diagnosed with CD in the DS_Face dataset is female and 30% are male, the distribution of the control group is 60% female and 40% male. Of the patients in the facial images diagnosed with CD, 28 were newly diagnosed and 72 were previously diagnosed. Of the previously diagnosed patients, 25 did not comply with the gluten-free diet. 47 of them are partially adhered to the diet. The second data set (DS_Marsh) was created to determine the marsh level based on routine blood test and demographic information; It consists of patient history, demographic information and blood test results of 182 people. DS_Marsh dataset; It has a distribution of 132 female and 50 male patients. In this data set, the distribution of compliance with the gluten-free diet is as follows: 72 people who do not comply and 106 people who partially comply. Results: In the DS_Face dataset, an accuracy rate of 73% was reached in the classifying of facial images of non-compliant, partially adherent, newly diagnosed patients and the control group using the pre-trained VGG16 model. Precision, F1 and recall score values were found to be 0.54, 0.52 and 0.56, respectively. Moreover, the pre-trained MobileNet.v2 model used by the Medipipe model marker had a test loss of approximately 0.44 and an accuracy rate of 85% on the test dataset with 0.80 precision, 0.81 recall and 0.80 F1 scores. As a result, in the DS_Face dataset, the MobileNet.v2 model showed a stronger performance in CD diagnosis compared to the VGG16 model. On the DS_Marsh dataset, the PyTorch model performed with 80% accuracy in determining Marsh levels. Recall, precision, and F1 scores were measured as 0.80, 0.81 and 0.70, respectively. Recall, precision, and F1 cores were achieved as 1.0, 1.0, 1.0 with the Decision Tree, Random Forest and Gradient Boosting classifiers, each of which showed full performance, 100% accuracy rate and classification capacity. The recall, precision, and F1 scores of the Naive Bayes classifier, which shows a 55% accuracy rate compared to others, are listed as 0.44, 0.67 and 0.53, respectively. Conclusion: The performances of the VGG16 Model and Mobilenet.V2 Model were compared in the DS_Face data set created to examine the first research question. Model VGG16 correctly classified almost one third of the test images. Mobilenet.V2 Model classified 85% of the test images correctly. The VGG16 model's classification performance was lower than the MobilenetV2 model due to its architectural structure and some other features mentioned below. VGG16 is a deeper network with more parameters due to its model architecture and more suitable for big dataset. MobileNetV2, on the other hand, is designed to be more efficient on small data sets with fewer parameters. This caused MobilenetV2 to perform better on the DS_Face dataset. Additionally, since MobileNetV2 was used with the Mediapipe model marker, the mediapipe model marker provided additional preprocessing and feature extraction that improved the performance of the model and contributed to higher accuracy. And finally, VGG16, a more complex model, may have overfitted, especially if the dataset is not large enough. In conclusion, the performance of facial classification models such as Mobilenet.V2 on the changes that occur on the skin and facial features of patients newly diagnosed with CD and previously diagnosed but not complying with the gluten diet provides concrete findings regarding the development of decision support models capable of supporting early diagnosis in these patients. The models used for classification in the DS_Marsh dataset created to examine the second research question, respectively, showed over 80% accuracy in Pytorch, while Decision Tree, Random Forest and Gradient Boosting showed 100% performance. System designs that will allow these routine blood test findings and demographic information to be used even in primary health care units are promising due to their contribution to the quality of life of patients, the patient load in the healthcare system, and the economy. This study, planned with two research questions to improve the patient' life quality and reduce the burden of healthcare services and expenses in the economy, emphasizes the importance of data-based methods in medical diagnoses to improve decision-making and benefit patient outcomes. In future studies, it has been concluded that the use of the Mediapipe model marker with pre-trained MobileNetV2 model and Decision Tree, Random Forest and Gradient Boosting classifiers will provide high performance in hybrid system designs that will accelerate referral to a specialist for early diagnosis by using both facial images, routine blood findings and demographic information. Keywords: Diagnosis of Celiac Disease, Face Image classification, Deep and machine learning, Transfer learning, Mediapipe (MobileNetV2),and VGG16
Surgical percutaneous guide-needle's micro electronic guider
To cut a long story short, the developed prototype could be classified as easy to use, with less radiation exposure, low cost, accurate, less time-consuming, less reliance on human individual skills, and single puncture attempt guiding device. The whole of those advantages are obtained from the results of the performed phantom study. According to those Promising initial results of phantom experiments, it could be declared that the first two stages of our working plan are done; it is necessary to move forward to perform the remaining stages. Experiments on laboratory animals and other needed invivo experiments to get more actual and detailed results about procedure time, radiation exposure dose, and accuracy in comparison to other sensor-based techniques, robotic-based techniques, and freehand conventional methods. It is also recommended to use original sensors instead of third-party used sensors to get more accurate results. In addition to modifying the mobile application, wireless connection, size, and useable materials to make it a more applicable and ergonomic device. Also, another positioning sensor, such as GPS, could be added to get more detailed results about the depth that will be an added value to the designed needle orientation system. In addition to integrated whole the newly designed system in a micro-scale device.
İmplantlarda kullanılan metal malzemelerin farklı yaşlandırma teknikleri altında incelenmesi
Kemik ve eklem bozuklukları dünya çapında milyonlarca kişiyi doğrudan etkileyen önemli bir sağlık sorunudur. Bu durum cerrahi müdahaleleri ve biyomedikal implantlara duyulan ihtiyacı artırmıştır. İmplantların yaklaşık %70-80'i metalik biyomalzemelerden imal edilmektedir. Gelişen teknoloji ve yöntemler, ortopedik uygulamalardaki araştırmaların metalik biyomalzemelerin geliştirilmesini sağlamıştır. Metalik malzemelerin performanslarını artırmak için seramik takviyeler metal matris kompozitlere dahil edilmektedir. Bu çalışmada, biyomedikal implant uygulamaları için geleneksel toz metalurjisi yöntemi kullanılarak B4C katkılı CoCrMo, Ti ve 17-4 PH matrisli kompozitler üretilmiştir. Farklı oranlardaki B4C katkısının mekanik özellikler ve korozyon direncine olan etkisi araştırılmıştır. Kompozitlerin mikroyapıları taramalı elektron mikroskobu kullanılarak incelenmiştir. Mekanik ve korozyon performansları ise sertlik, aşınma, ultrasonik elastisite modülü ölçümleri, elektriksel iletkenlik ve elektrokimyasal korozyon testleri (Potansiyodinamik Polarizasyon ve Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi) ile değerlendirilmiştir. Performans ölçümlerinin tutarlılığı ve güvenilirliği Weibull Analizi ile doğrulanmıştır. Bulgular, B4C ilavesinin biyomedikal alaşımların özelliklerini değiştirebileceğini ve B4C takviyeli biyomedikal implantlar için mühendislik avantajları sunabileceğini göstermiştir. B4C katkısı CoCrMo, Ti ve 17-4 PH alaşımlarının sertlik, elastisite modülü ve korozyon hızı değerlerini artırırken aşınma yüzdesi, iletkenlik ve yüzey oksit film korozyon dirençlerini düşürmüştür. CoCrMo-5B4C, Ti-5B4C ve 17-4PH-6B4C kompozitleri gösterdikleri üstün özellikleriyle biyomedikal implant uygulamalarında kullanılabilecek kompozitler olarak öne çıkmıştır. İmplant uygulamaları açısından B4C katkılı Ti kompozitleri, B4C katkılı CoCrMo ve 17-4 PH kompozitlerine göre daha üstün sonuçlar ortaya koymuştur. Ti-5B4C, yüksek aşınma direnci, düşük korozyon oranı ve insan kemiğine yaklaşan elastisite modülü değerleriyle en dengeli kompozit olarak belirlenmiştir. Bu çalışma ile Ti-B4C kompozitlerinin, gelişmiş implant teknolojilerinde, ortopedik ve diş implantlarında, omurga sabitleme cihazlarında ve diğer yük taşıyan biyomedikal uygulamalarda kullanımının uygun olduğu yapılan deneyler ile gösterilmiştir.
Medikal uygulamalar için tulyum laser sistemi tasarimi ve geliştirilmesi
The Thulium (Tm:YAP) laser is suitable for medical applications due to strongabsorption in water. In this thesis, a computer controlled Tm:YAP laser system witha power output up to 1 W and emission wavelength of 1980 nm were established.Once the laser system was stabilized, its output power, spot size, and light intensitymeasurements were performed. The thermal effects of the laser system on brain, liver,heart, and kidney tissues were macroscopically analyzed. The ablation efficiency ofthe laser system was experimentally tested on ex-vivo brain tissue. The maximumablation efficiency was obtained at a power level of 200 mW with a duration of 10seconds (69 W/cm2). The fluence effect for skin ablation was analyzed by histology onWistar rat skin tissues during a 4-day healing period. Temperature measurements bythermal camera and thermocouples were investigated to see the temperature effect ofCW and modulated mode of the Tm:YAP laser under skin and on skin surface. Thetemperature increase was faster and the temperature decrease was found slower in CWmode. The main aim of the study is to explore the welding capabilities of Tm:YAPlaser in modulated and CW modes of operation on Wistar rat skin during 21-dayhealing period. Full-thickness incisions were welded at 100 mW and 5 s (34.6 W/cm2).The results were compared to conventional suture techniques by both histology andtensile strength measurements. After day 4, full closure was obtained for both lasermodes, whereas, full closure was not observed till day 4 in suture group. In tensilestrength analysis, tensile forces found for both modulated and CW modes of operationwere significantly higher than the tensile force values found for conventional suturetechnique. Tm:YAP laser tissue welding possessed significantly stronger closure thanconventional suture technique.
Tomosentezin diş x-ray görüntülerine uygulanmasi
Digital tomosynthesis is a method of reconstructing any number oftomographic planes, by using a set of limited angle projections,acquired as the X-ray source moves in an arc around the object.In some cases the quality of the reconstructed planes is affectedby structured noise, due to blur from planes other than thefulcrum plane. The purpose of this project is to implement theMultiple Projection Algorithm along with the out-of-plane blurremoval method that could remove the noise from the reconstructedplanes and improve their quality.For this purpose, one software phantom was used to evaluate theparameters that affect the image quality. Different groups werecreated with varying arc lenghts and projection counts . Theseimages were reconstructed with the Multiple ProjectionsReconstruction Algorithm (MPA) written in MATLAB.Blur removal method was implemented to increase image quality.Image quality was assessed by evaluation of the reconstructedplanes in terms of both visual assessment and SSIM analysis. TheMPA followed by the proposed noise removal algorithm resulted inless noisy tomosynthesis images.The algorithm was also tested with dental phantom data set. Theresults showed that the tomosynthesis image reconstruction is apromising and a low cost method to evaluate digital dental x-rayswithout excess radiation to the patient.
Development of an acqusition and image enhancement platform for digital dental imaging
With technologıcal developments in X-ray imaging, digital systems started to replace analog systems. Principle advantages of digital X-ray imaging are; it has lower cost (in the long run), is ready to be processed with a computer, could acquire 3D images and has better imaging quality even at low radiation doses. Usage of digital technology in dental imaging is also increasing rapidly. Although, dental dose levels are significantly less than other X-ray imaging techniques, its cumulative effects could be harmful in the long term. Main aim of this thesis is to set up a digital dental imaging system and to implement its image processing software. A digital dental Xray system consists of three of the shelf components; a digital intraoral X-ray sensor, a portable X-ray tube and a computer. The new digital system and its acqusition software are tested on phantom and cadaver tests. Furthermore, effects of several image enhancement techniques on low dose dental radiographic images are examined.
1940-nm tulyum fiber lazeri ile seramik braketlerin çikarilmasi
The aim of the study was to determine the proper laser paramaters for 1940-nm Thulium Fiber Laser for ceramic bracket removing. In order to assess the effectiveness of 1940-nm Thulium Fiber Laser in orthodontic ceramic bracket debonding , polycrystalline ceramic brackets were bonded to mandibular bovine teeth with adhesive agent . The samples were divided into 9 different groups , 11 in each , due to applied laser power and laser duration, debonding method used . In addition, there was a control group that had no laser application . The debonding process was performed by 1940-nm Thulium Fiber Laser in CW (continous mode ) . The efficency of the laser was investigated together with the required debonding forces and intrapulpal temperature changes . In this study, keeping intrapulpal temperature changes below the threshold value that is accepted 5.5 °C must be accepted as a must. In most of the lasing groups , the increase in intrapulpal temperature changes were observed almost below the threshold value 5.5 °C . The findings revealed that 1940-nm Thulium Fiber Laser irradiation could reduce the needed debonding force or SBS (shear bond strength ) values significantly compared to control group . Irradiation of the specimens by 1940-nm Thulium Fiber Laser caused almost more than 50 % reduction in the needed debonding force when compared to the control group. Different application methods : non-scanning and scanning were studied to assess the effects of the distinct configurations. Scanning method was tried to reduce the intrapulpal temperature rise during laser irradiation but in this study side effects of this method were faced . Different application methods did not create any remarkable differences. In the lasing groups with the energies 25 J and more , adhesive remnant has not been observed on the enamel surfaces.
Laser etching of enamel for bonding orthodontic bracket
The aim of this study is to determine the optimum laser parameters to provide the maximum bonding strength with reference to conventional bonding technique for orthodontic braces. 1940 nm Thulium Fiber Laser was used in pulse mode and in two different parameters for enamel etching procedure. In addition, there is a control group which had conventional acid etching technique.Laser etching procedure was carried out by two different approaches: Lasing without cooling and with cooling. For the first approach, according to the whitening of the enamel initiation, application time of laser irradiation was defined for each laser parameters.For the second approach, in order to prevent damage on alive tissue, water spray and air pressure cooling was applied during lasing to limit pulp temperature to maximum 5,5 °C which is the critical temperature.After the bonding of ceramic braces, they were debonded from the enamel surface using mechanical test machine. When the bonding strength of the braces were analyzed, it was observed that the mean bonding strength of both the etching without cooling group and etching with cooling group are significantly different from acid etched group (p<0.05, student t-test). SEM evaluations of etched surface with laser showed that surface morphologies were not similar with acid etching group.
Mechanics of spastic muscle and effects of treatment techniques: Assessments with intra-operative and animal experiments
Present thesis is focused on mechanics of spastic human muscles and the effects of widely used treatment methods in the context of the determinant role of epimuscular myofascial force transmission (EMFT). A novel intra-operative method was developed to measure human Gracilis (GRA) muscle isometric forces with respect to knee angle. In healthy subjects, GRA was shown to have very large operational length range. For spastic cerebral palsy patients on the other hand, GRA muscle did not show ?abnormal? mechanical characteristics: (i) Length range was not narrowed and (ii) high flexion forces were not available. Such abnormality occurred if its antagonist vastus medialis is activated simultaneously. Therefore, EMFT mechanism through inter-antagonistic interaction was suggested to determine human muscle characteristics in spasticity. Effects of treatment methods were investigated in animal experiments: (1) Muscle lengthening surgery was shown to affect (i) proximal and distal sides differentially and (ii) non-operated neighboring muscle as well. (2) Botulinum Toxin Type-A (BTX-A) administration was shown to change the mechanics of not only the injected but also non-injected muscles in conditions close to in vivo. Additional to active force reductions (i) the narrowed length range of force exertion and (ii) pronounced passive force increase contradictory to the aim were shown. EMFT mechanism was concluded to be determinant for the treatment methods as well.
Similarity and consistency analysis of functional connectivity maps
Functional connectivity (FC) refers to statistical relations of activations of dis- tinct neuronal populations without any reference to causal or anatomic connections. One of the problems in FC studies is, to interpret the resultant FC matrix and only few studies in the literature have focused on consistency and temporal variability of FC networks. In this study functional near infrared spectroscopy (fNIRS) signals were recorded from prefrontal cortex (PFC) of 12 healthy subjects during a stroop test. Mutual information was used as a metric to determine functional connectivity between PFC regions. 2D correlation based similarity measure was used as a method to analyze within-subject and inter-subject consistency of FC maps, and how they change in time. How functional integration changes during to stroop test session was also investigated, using a graph-theoretical metric "global efficiency". It was found that within-subject consistency (0.61 ± 0.09) is significantly higher (p < 0.001) than inter-subject con- sistency (0.28 ± 0.13). Within-subject consistency was not found to be task-specific. Results also revealed that there is a gradual change in FC patterns during stroop ses- sion for congruent and neutral tasks, where there is no such trend in the presence of an interference effect (incongruent task). Finally it was found that, the changes in global efficiency of the FC networks during the stroop test session exhibit a parallel trend. One of the results of these findings is that it is feasible to study consistency, inter- subject variability and temporal changes in functional connectivity during a cognitive task with fNIRS.
Auditory brain response detection using a portable EEG headset
In general terms, evoked potentials are electrical signals generated by the nervous system in response to a stimulus. Auditory evoked potentials (AEPs) are generated in response to an acoustic stimulus. Measuring the electrical response of auditory system gives many information about the status of individuals hearing. Auditory brain response (ABR) is an AEP and can be detected using EEG technology and signal processing techniques. In this thesis, an ABR detection system has been implemented. Experiment procedure was designed using auditory oddball paradigm. An acoustic stimulus has been sent to the subject and a marker about the stimulus has been sent to the recording software simultaneously while recording EEG. A low cost, wireless EEG headset was used to record EEG data under auditory stimulus from 13 subjects. Raw EEG data has been processed by using epoch extraction, event related potential (ERP) averaging, and independent component analysis (ICA) methods. Some features were extracted about the auditory stimulus. Then the extracted features were used to classify the data to understand if hearing has occurred or not under given stimulation. Results of the experiments showed that the implemented ABR detection system detected the sound and silence stimulation with 85% accuracy.
Effects of mechanical and temporal parameters on tactile psychophysical responses
Tactile feedback is becoming more important in clinical devices and engineering. Therefore, studies on basic sensory processing in the somatosensory system are essential. In this thesis, the mechanical and temporal parameters affecting the absolute tactile detection threshold of human Pacinian (P) channel were investigated. Temporal summation in P channel was found to be independent of stimulus frequency and the experimental results did not t the classical model of temporal summation. The model needs to be modeled to show the U-shaped Pacinian channel behavior. Additionally, the spatial summation property of the P channel was demonstrated on fingertip at three different contact locations and at three contactor sizes. The effects of skin mechanics on psychophysical thresholds of the P channel were studied by measuring mechanical impedance. A significant correlation was found between the thresholds and the dynamic modulus of the skin. Conventionally, somatosensory evoked potentials (SEPs) are measured on the scalp by applying electrically stimulating the peripheral nerves in the clinical setting. Here, SEPs were represented by different types of wavelet functions, which can be used in data compression. Non invasive recordings of scalp potentials were also investigated by applying strong mechanical stimulation on the fingertip. However, time-frequency analysis did not show much useful information about stimulus properties, which would be useful in understanding basic somatosensory processes. The results of this thesis may be useful in various fields such as haptics, robotics, prostheses, dermatology, and cosmetics. Specifically, spatial and temporal summation should be incorporated in the high-frequency vibrotactile feedback in prosthetic arms.