Mikrodalga temelli klinik öncesi deneysel ortopedik görüntüleme sisteminin geliştirilmesi

Yakın alan mikrodalga görüntüleme (MG) gelişmekte olan bir tarama yöntemidir ve son yıllarda hem biyomedikal hem de endüstriyel görüntülemede umut verici bir konu haline gelmiştir. Bunun nedeni, geleneksel cihazların yüksek güçlü ve iyonize etkiye sahip işaretleri kullanması ve bu işaretlerin hedef üzerinde olumsuz yan etkilerinin olmasıdır. Ayrıca bu cihazlar devasa ölçüm ekipmanları ve izole odalara ihtiyaç duyarlar. MG ile elde edilen görüntüler konvansiyonel cihazlara göre yüksek çözünürlük ve kontrasta sahip olmasa da bu görüntüleme tekniği erken tanı için çok faydalı ve değerli temel görüntüler sağlamaktadır. Yakın alan MG, konvansiyonel cihazların aksine hedefi incelemek için iyonize ışıma yapmayan ve düşük güçlü elektromanyetik dalgalar kullanmaktadır. Bu nedenle biyomedikal amaçlı olarak kişi başı kullanımlarında herhangi bir sınır yoktur. Bunun yanında, mikrodalga cihaz ve donanımları; taşınabilir, kurulumu kolay ve mobilite özelliklerine sahiptir. Böylece, yakın alan MG sistemi iyonize ışıma yapmayan, düşük güçlü, düşük maliyetli ve pratik görüntüleme sistemlerinin kurulmasına olanak sağlar. Günümüzde yakın alan MG, endüstriyel ve tıbbi amaçlar için kullanılmaktadır. Son yıllarda, vücut bölümlerinin ve dokularının görüntülenmesi büyük ilgi çekmiş ve dünya çapında yapılan araştırmaların odak noktası haline gelmiştir. MG, meme tümörü lokalizasyonu, cilt hastalıkları, beyin felci, doku lezyon tespiti, dolaşım sistemi hastalıkları ve deri kanseri tespiti gibi konular başta olmak üzere araştırmacılar arasında büyük ilgi görmektedir. Biyomedikal MG'de teşhis, sağlıklı ve kötü huylu dokuların farklı elektriksel özelliklerinden faydalanılarak yapılmaktadır. Farklı elektriksel özellikler farklı elektriksel saçılma olaylarına sebebiyet vermektedir. Yani, hedef nesneden saçılan işaret nesneye ait elektriksel özellikleri taşımaktadır. Çeşitli ters saçılma algoritmaları kullanılarak hedefe özgü elektriksel özellikler belirlenebilmektedir. Görüntünün yeniden elde edilmesi ise bir ters saçılma probleminin çözümüdür ve araştırmacılar tarafından farklı ters saçılma algoritmaları kullanılmaktadır. MG ile elde edilen görüntülerin kalitesi benzer olmasına rağmen, literatürde yapılan çalışmalarda veri toplama adımı, ölçüm kumpanyası, kalibrasyon süreci ve görüntü yeniden oluşturma algoritmaları birbirlerinden farklılık göstermektedir. Literatürdeki çoğu çalışmada matematiksel hesaplamaları yoğun olan ters saçılma algoritmaları kullanılmıştır. Bu algoritmalar uygulaması zor, yinelemeli ve zaman alıcı adımlar içermektedir. Bu çalışmada kullanılan ters saçılma algoritması ise lineer analiz modelleri yerine dairesel analiz modellerini kullanmaktadır. Bu yöntem ham verilere doğru, güvenilir ve hızlı şekilde uygulanmaktadır. Farklı doku türlerinin kendilerine özgü elektriksel özellikleri olduğundan, birbirlerinden ayırt edilmeleri mümkündür. Elektriksel özellikleri kullanarak görüntüleme tekniği; ham veri elde etme, görüntü yeniden oluşturma (rekonstrüksiyon) ve görüntü işleme adımlarından oluşmaktadır. Bu çalışmada, öncelikle, yakın alan MG sisteminin test ve doğrulaması için silindirik şekilli metalik, dielektrik ve polivinil klorür (PVC) malzemeler görüntülenmiştir. Bu çalışmada esas görüntülenen biyolojik doku ise etinden sıyrılmış kemik dokusudur. Bu tez çalışmasının iki ana amacı bulunmaktadır. Birinci amaç düşük güçlü ve herhangi bir iyonize etkisi olmayan elektromanyetik işaretler kullanılarak mikrodalga görüntülerin elde edilmesidir. İkinci amaç ise, MG sistemi ile elde edilen kemik dokusunun görüntüsü üzerinden yönelim açısının otomatik olarak belirlenmesidir. Çünkü halihazırda ortopedik görüntülerdeki var olan kemik eğriliği operatör tarafından elle hesaplanmakta ve kişiden kişiye değişmektedir. Bu ölçümlerde hatalı hesaplamalar olasılık dahilindedir ve sonuç operatör bağımlıdır. Skolyoz, kırık sonrası kemik iyileşmesi ve implante edilen vücut platinlerinin izlenmesi gibi sürekli gözlem gerektiren durumların takip ve tedavi sürecinde ise hasta sürekli olarak geleneksel cihazlarda bulunan iyonize ışımaya maruz kalmaktadır. Bu sebeple sunulan görüntüleme sisteminin kaynama sonrası kemik iyileşmesinin ve implantların takibinde ve özellikle skolyoz hastalığının teşhis ve tedavisinde kullanılabileceği öngörülmektedir. Bu kapsamda, gömülü ve gömülü olmayan hayvan kemik dokusu yakın alan MG sistemi ile görüntülenmiştir. Önerilen görüntüleme tekniği ile hedefin tam konumu ve arka planı dışındaki orijinal şekli elde edilmiştir. Hedef kemik dokusunun konumu ve boyutu, gerçek ölçümlere göre x ve y eksenlerinde sırasıyla %1 ve %3 hata dahilinde belirlenmiştir. Son olarak ise C şeklinde eğimli kemik parçasının yönelim açısı görüntü üzerinde çalışan algoritma ile otomatik olarak hesaplanmıştır. Yönelim açısı gerçek ölçümlere göre yaklaşık %3.5 hata oranında belirlenmiştir. Önerilen görüntüleme tekniği ve yönelim açısı hesabı hızlı, doğru ve güvenilir sonuçlar vermekte olup kullanıcıya bağlı değildir. Yöntem, yinelemeli yaklaşım ve yoğun matematiksel hesaplamalar içermemektedir.