Meme kanserinin erken tespiti için radar tabanlı mikrodalga görüntüleme sistemi tasarlanması ve gerçekleştirilmesi

Meme kanseri; gelişmiş, gelişmekte olan ve az gelişmiş ülkelerde kadınların yakalanma oranı yaklaşık %15-16 ile en yüksek olan kanser tipidir. Hastalığın tedavisi için erken tanı hayat kurtaran en önemli parametredir. Hastalığa yakalanma oranı neredeyse tüm dünyada benzer iken hastalıktan kurtulma oranı gelişmiş ülkelerde yüksek, gelişmekte olan ve az gelişmiş ülkelerde ise maalesef düşüktür. Bunun sebebi, gelişmiş ülkelerdeki sağlık sisteminin getirdiği erken tanı avantajıdır. Ülkemizin dahil olduğu gelişmekte olan ülkeler sınıfında ise hastalığa yakalanan insanlar, hastalıkla mücadelenin daha da zorlaştığı ileriki evrelerde hastalıkla yüz yüze gelmektedir. Bu durumun önüne geçmek için insanları, henüz hastalığa yakalanmadan veya henüz hastalığa yeni yakalanmışken erken tanı taramalarıyla buluşturmak gerekmektedir. Günümüzde meme kanseri görüntülenmesinde kullanılan teknikler; X-ray mamografi, ultrason, MRI ve pozitron emisyon tomografisi (PET) gibi yöntemlerdir. Fakat bu yöntemlerin bazı dezavantajları bulunmaktadır. X-ray ışınlarının insan dokusundaki iyonize edici etkisi başka kanserlerin oluşma riskine neden olmaktadır. Ayrıca ölçüm esnasında memenin bastırılması acıya neden olabilmektedir. Ultrason'da, görüntüler düşük çözünürlüklüdür ve habis tümör ile iyi huylu tümörün ayırt edilmesi mümkün değildir. MRI, pahalı bir yöntemdir ve kapalı alan fobisi olan kişiler için korkutucudur. Aynı zamanda çok uzun sürmektedir. PET yönteminde, vücuda enjekte edilen radyoaktif materyal, yaydığı gama ışınlarıyla iyonize etkisi yaratarak yeni kanserlere sebep olma riski taşımaktadır. Meme kanserinin görüntülenmesinde kullanılan bu yöntemlerin dezavantajları alternatif görüntüleme yöntemlerinin araştırılmasını ve geliştirilmesini sağlamıştır. Mikrodalga görüntüleme tekniği bu yöntemlerin başında gelmektedir. Mikrodalga görüntüleme tekniği, normal ve tümörlü dokuların dielektrik özelliklerinin farklılığından doğan yansıyan veya saçılan dalgaları kullanır. Meme tümörlerinin gerçek konumunda ve yüksek çözünürlüklü olarak görüntülenmesi, gerek mevcut görüntüleme yöntemlerinde gerekse bu çalışma kapsamında çalışılan mikrodalga görüntüleme yönteminde üstesinden gelinmesi gereken en önemli problemlerden biridir. Bu çalışmada kullanılan ve mikrodalga görüntüleme yöntemleri arasında popüler olan radar tabanlı mikrodalga görüntüleme yönteminde yüksek çözünürlüklü ve doğru görüntülerin elde edilmesi bazı parametrelere bağlıdır. Bunlar; kullanılacak antenin uygunluğu, kullanılacak anten sayısı ve radar ölçüm sistemi, filtreleme tekniklerinin performansı ve odaklama algoritmasının performansıdır. Mikrodalga görüntüleme sisteminde kullanılacak antenin biyomedikal görüntüleme uygulamalarına uygun özelliklerde olması gerekmektedir. Antenin kompakt, çok geniş bantlı (3.1-10.6 Ghz), yönlü, yüksek kazançlı (mümkün olduğunca tüm çalışma frekansı aralığında) olması istenmektedir. Bu tez çalışması kapsamında elektromanyetik simülasyon programı kullanılarak istenen özelliklere uygun Vivaldi ve antipodal-Vivaldi olmak üzere iki farklı anten tasarımı gerçekleştirilmiş ve antenlerin performansı bant genişliği, ışıma örüntüsü, kazanç, yönlülük, grup gecikmesi ve "aslına uygunluk" gibi parametrelerle analiz edilmiştir. Uygun antenler tasarlandıktan sonra simülasyon ortamında homojen, yarı-homojen ve heterojen meme yapıları oluşturulmuştur. Ölçümler zaman domeninde monostatik, bistatik ve multistatik olarak gerçekleştirilmiştir. Monostatik ölçümde, aynı anten hem verici hem de alıcı anten olarak görev yapmaktadır. Meme etrafında farklı noktalardan yapılacak ölçümler neticesinde geri yansıyan sinyaller toplanmaktadır. Simülasyon ortamında monostatik, bistatik ve multistatik ölçüm sistemleri analiz edilmiş ve avantaj-dezavantajlarıyla birlikte sonuçlar ortaya konmuştur. Bu sonuçlar sistemin deneysel olarak kurulumu esnasında hangi sistemin kullanılması gerektiği konusunda yol gösterici olmuştur. Tasarlanan antenler, mikrodalga görüntüleme sisteminde sensör olarak kullanılmışlardır. Sistemin performansı, biyokimya laboratuvarında hazırlanan ve gerçek insan dokusunu taklit eden, yani meme dokularının elektriksel özellikleriyle benzer özellikler taşıyan, gerçekçi yapay fantomlarla test edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, tez kapsamında geliştirilen mikrodalga görüntüleme sisteminin meme kanseri erken tespitinde kullanılabileceğini göstermektedir. Bu sistem düşük maliyetli, güvenli, konforlu ve hızlıdır.