89
Arşivlenen Tez
0
DOI Atanmış
0%
DOI Oranı
Anabilim Dalı
Kendini iyileştirebilen hidrojel esaslı kontakt lens malzemesi geliştirilmesi
Görme bozukluklarının en yaygın sebeplerinden birisi kırma kusurlarıdır ve bu rahatsızlık küresel bir halk sağlığı sorunu olarak kabul edilmektedir. Bu kusurları düzeltmek için genellikle gözlük veya günümüzde kullanımı yaygınlaşan kontakt lensler kullanılmaktadır. Kontakt lenslerin gözlükle kıyaslandığında daha doğal bir görüş izlenimi verdiği ve kırma kusurlarını düzeltmeye yönelik olarak tasarlanan optik tıbbi cihazlar olduğu söylenebilir. Kontakt lenslerin kullanıcı rahatını korurken iyi dayanıklılık ve kullanım süresi gibi gelişmiş işlevlere sahip olması beklenir. Bu özellikleri sağlamak amacıyla çeşitli malzeme türleri geliştirilmiştir ve hala bu konu üzerinde çalışmalar devam etmektedir. Zayıf görmeye neden olması, göze rahatsızlık vermesi gibi sebeplerle insanlar kontakt lens kullanmayı bırakmaktadır. Bunun dışında insan vücudunda sıkça göz hastalıkları meydana gelmekte ve bu hastalıklar çoğunlukla ilaçlar vasıtasıyla tedavi edilmektedir. Ancak ilaçlar tedavi edici kullanımlarda, vücut üzerinde bazı yan etkiler gösterebilmekte ve yoğunlukları çok fazla olduğunda normal dokulara zarar verebilmektedir. Ayrıca göz damlası, toz ve merhem içeren ilaçların geleneksel uygulamalarının, düşük geçirgenlik, kısa kalma süresi, düşük biyoyararlanım gibi sınırlamaları olduğu görülmektedir. Oftalmik yolla ilaç dağıtımında ilacı gözde daha uzun süre tutmanın ve biyoyararlanımın arttırılmasının sağlanması ilaç salımlı kontakt lens kullanılmasıyla gerçekleştirilebilmektedir. Polivinil alkolden üretilen hidrojeller korneadeki ilaç dağıtım uygulamaları için sıkça tercih edilmektedir ve su tutma kapasitesi de oldukça iyidir. Yapılan çalışmada polivinil alkol bazlı hidrojel kontakt lens malzemeleri geliştirilmiştir. Polivinil alkol, dimetil sülfoksit ve gliserol ilave edilerek kontakt lens malzemesi olarak kullanılmak üzere hidrojel malzemeler geliştirilmiştir. Daha sonra katkı malzemesi kullanılarak bu malzemelerin hidrojeller üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Oluşturulan hidrojel malzemelerin kontakt lens olarak kullanılabilirliğini incelemek amacıyla kendini iyileştirme özellikleri, antibakteriyel aktiviteleri, şişme özellikleri, su tutma özellikleri, oksijen geçirgenlikleri, ilaç salım özellikleri, temas açısı özellikleri, FTIR ve SEM analizleri yapılmıştır. Yapılan testler sonucunda katkı malzemesi kullanılarak üretilen hidrojellerin, hidrojel yapısını bozmadığı ve özellikle katkı malzemesi kullanılarak üretilen hidrojel malzemenin katkı maddesi olmadan üretilen hidrojel malzemeden daha üstün özelliklere sahip olduğu düşünülmektedir. Borik asit ve ilaç ilave edilen hidrojel kontakt lens malzemesinin, kontakt lens kullanımı açısından kapsamlı araştırmalar için potansiyel göstereceği düşünülmektedir.
Kendini iyileştirebilen biyopolimer katkılı hidrojel esaslı yara örtüsü malzemesi geliştirilmesi
Yara örtüleri genel olarak yaradan kaynaklanan istenmeyen etkileri azaltmak ve yara iyileşmesini desteklemek için gereklidir. Etkili bir yara bakımının sağlanması açısından yara örtüsü malzemesi seçimi çok önemlidir. Yara örtüsü malzemesinin en iyi tasarımı, yara örtüsü malzemesinin yarayı hızlı iyileştirmesi, yara iyileşmesi için gerekli olan en iyi koşulları sağlaması, nemli ortamı koruması, şişme özelliklerinin iyi olması ve antibakteriyel özelliklerinin iyi olması ile gerçekleşebilir. Hidrojel malzemelerin elastik yapıya sahip olması ve yumuşak özellikte bulunması yaranın iyileşmesinden sonra herhangi bir zarar görmeden kolay bir şekilde uygulanmasına ve çıkarılabilmesine olanak sağlar. Ayrıca hidrojeller çok çeşitli yaraların tedavisinde kullanılabilecek yara örtüsü malzemesi geliştirilmesi için tercih edilebilir. Doku mühendisliği ve ilaç salım uygulamalarında da hidrojeller çok sık tercih edilmektedir. Polivinil alkol, suda çözünürlüğü, toksik olmaması, biyouyumlu olması ve çok iyi mekanik özelliklere sahip olması nedeni ile hidrojel hazırlamada çok sık kullanılan polimerlerden birisidir. Doğal polisakkaritlerden birisi olan kitosan ise sağlıklı yaşam formülasyonlarında sık olarak kullanılmaktadır. Kitosan, biyomedikalde en çok kullanılan polimerlerden birisi olarak karşımıza çıkar. Gliserol ise iyi bir plastikleştiricidir, geniş bir kullanım alanına sahiptir ve biyouyumluluk özelliğine sahiptir. Yapılan çalışmada polivinil alkol ve kitosan polimerleri kullanılarak hidrojel malzemeler hazırlanmıştır. Hazırlanan bu hidrojellerde ilaç, zeytin yaprağı ekstraktı ve borik asit katkı maddesine bağlı olarak yara iyileşmesinde önemli olabilecek bazı karakteristik özellikleri ile kendi kendini iyileştirme özelliklerindeki değişimler incelenmiştir. Polivinil alkol, kitosan ve gliserol ile oluşturulan hidrojellerle aynı formülasyona sahip olan ancak içerisine katkı maddesi ilave edilen hidrojellerin özellikleri birbirleri ile karşılaştırılmıştır. Üretilen hidrojellerin antibakteriyel özelliğe katkısı, şişme özellikleri, su tutma özellikleri, kendi kendini iyileştirme özellikleri, temas açısı özellikleri, ilaç salımı, FTIR analizleri ve SEM analizleri yapılmıştır. Üretilen bütün hidrojel malzemelerde katkı maddelerinin hidrojel yapısını bozmadığı düşünülmektedir. Ayrıca katkı maddesi ilave edilen hidrojel malzemelerin saf hidrojel malzemelerden daha üstün özelliklere sahip olduğu düşünülmektedir. Katkı maddesi ve ilaç ilave edilen hidrojel yara örtüsü malzemelerinin, yara örtüsü kullanımı açısından kapsamlı araştırmalar için potansiyel göstereceği düşünülmektedir.
Tek A'lı çekirdeklerin taban-durum manyetik momentlerinin sinirsel-bulanık sistemiyle belirlenmesi
Bu tez çalışması, yapay sinir ağları, bulanık mantık ve sinirsel-bulanık mantık gibi yaygın kullanılan yapay zekâ yöntemlerinin ayrıntılarını ele almakta ve henüz yeni uygulanmaya başlandığı nükleer fizik alanında bu yöntemlerin uygulamasını incelemektedir. Ayrıca, bu yöntemleri en yaygın olarak kullanıldığı sağlık alanında yapılan çalışmaları içeren bir literatür araştırması da sunmaktadır. Bu tez çalışmasının uygulamasında, proton sayısı (Z) 1 ile 88 arasındaki tek-A'lı deforme çekirdeklerin taban-durum manyetik momentleri hibrit bir yapay zekâ modeli olan Anfis kullanılarak çalışılmıştır. Bu bölgede yer alan 19-33Na çekirdekleri özel olarak incelenmiş ve bu çekirdekler için yapılan Anfis çıkarımları teorik bir yöntem olan Kuaziparçacık Fonon Nükleer Model (QPNM) ile de desteklenmiştir. Bu izotopların manyetik momentleri hem Anfis bazında hem de QPNM bazında ilk kez ele alınmıştır. Bu bölgedeki çekirdeklerin Anfis bazındaki çıkarımında, deforme çekirdeklerin proton ve nötron sayıları (Z ve N) ve taban-durum nükleer spin değerleri (I) sisteme girdi olarak, manyetik moment değerleri (µ) ise çıktı olarak verilmiştir. 1≤Z≤88 arasındaki tek A'lı deneysel değerleri bulunan çekirdeklerin %80'i eğitim ve %20'si test verisi olarak ayrılmıştır. Burada 1≤Z≤28 arasındaki deneysel momenti olmayan tek A'lı çekirdekler hakkında çıkarımlarda bulunulmuştur. Örnek olarak da tek-A'lı 19-33Na izotoplarının µ değerlerine ait çıkarımlar yapılmış ve QPNM sonuçlarıyla da teorik olarak desteklenmiştir. Ayrıca QPNM bazında yapılan hesaplamalarda, çalışılan sodyum izotoplarının taban durumlarına ait iç manyetik moment (gK), manyetik moment (μN) değerleri ve efektif spin jiromanyetik faktörler (gseff.) mevcut deneysel veriyle karşılaştırılmıştır. QPNM çerçevesinde yapılan hesaplamalar ayrıca Tek-Parçacık Model (SPM), Kuliev-Pyatov Metodu (KPM) ve Kuaziparçacık Tamm-Dancoff Yaklaşımı (QTDA) sonuçları ile de karşılaştırılmıştır.
Antibakteriyel özelliklere sahip ve kendi kendini iyileştirebilen yara örtüsü olarak kullanılabilecek polivilin alkol esaslı hidrojellerin geliştirilmesi
İstatiksel olarak bakıldığında her gün yüzlerce insanın başına gelme ihtimali oldukça yüksek olan yanık yaralanmaları gündelik yaşamı olumsuz yönde etkileyebilmektedir. Yanık yaraları kaynamış su veya sıvılar sebebiyle, ateş, kızartma yağı gibi yaşamsal fonksiyonların devam edebilmesi için kullandığımız etmenlerden kaynaklanabileceği gibi insan vücudunun dayanamayacağı soğukluk derecesindeki bir ortamdan yahut radyasyon, elektriksel olarak yüksek voltaj ile temas etmek gibi daha az karşılaşılan faktörlerden de kaynaklı olarak meydana gelebilmektedir. Bu gibi durumlarda deforme olmuş doku bölgesinde iyileşme mekanizması devreye girerek hasar tamiratı başlar. Bu mekanizma iç içe geçmiş hemostaz, inflamatuar, proliferasyon ve yeniden şekillenme evrelerini kapsayan oldukça kompleks bir süreç olmakla birlikte sürecin sonunda yaranın iyileşmesi sağlanır. Hemostaz evresi yaralanmış bölgelerdeki kanama ihtimalini durdurmak için trombositler yardımıyla pıhtı oluşumunu sağlayarak bölgede tampon oluşturur ardından bir iltihaplanma süreci yani inflamatuar evre gelmektedir ve bu süreçte dışarıdaki zararlı etmen ve mikroorganizmaları nötrofil ve makrofaj tarafından gerçekleştirilen fagositoz yoluyla yok ederek yara bölgesini korumayı hedeflemektedir. Bu evrenin devamında ise hücrelerin çoğalarak hasar almış dokuyu onarma cilt fonksiyonlarını eski formuna getirerek yeniden kazandırılmaya hedeflediği proliferasyon evresi gelmekte olup devamında ise iyileşmenin son aşaması olan hasarlı dokunun gerilim kuvvetini arttırarak yeniden şekillenmesini sağlayarak onarımının tamamlandığı olgunlaşma ve yeniden şekillenme evresi ile birlikte süreç tamamlanmaktadır. Bazı durumlarda ise deforme olmuş doku kendini yenileyemeyerek tıbbi müdahaleler ile birlikte tedavi edilmesi gerekmektedir. Tedavi edilmeyen dokular zamanla kaybedilerek hastanın yaşamı olumsuz yönde etkilenebilir. Bu gibi durumların yaşanmaması adına yanık derecesinin tespit edilerek buna uygun olan tedavilerin hızlı ve efektif bir şekilde yara lokasyonuna uygulanması gerekir. Yanık derecelerinin tespit edilebilmesi için ise deforme olmuş derideki lokasyonunun tam olarak bilinmesi önem arz etmektedir. Deri temel olarak epidermis, dermis ve hipodermis olarak adlandırılan 3 farklı katmana sahip bir yapı olması ile birlikte bütün vücudu kaplayarak en büyük yüzey alanı ünvanına sahip bir organdır. Epidermis tabakasında meydana gelen hasarlar birinci derece yanıklar olarak, dermise ulaşan hasar ikinci derece yanıklar, hipodermis tabakasına ulaşan yanıklara üçüncü derece yanıklar ve sadece deri değil kas ve kemiğin de etkilendiği büyük boyutta hasara neden olan yanıklar ise dördüncü derece yanıklar olarak tanımlanmaktadır. Bu tespit yapıldıktan sonra uygun yöntemler seçilerek yara bölgesinin tedavi edilmesi amaçlanır. Bu yöntemlerden bir tanesi ise yara bölgesini dış ortamdan ayırarak enfeksiyon riskini azaltmayı amaçlayan hidrojel yara örtüleridir. Hidrojel yara örtüleri çeşitli doğal veya sentetik polimerlerin ve katkı malzemelerin bir araya getirilerek oluşturulan yara örtüleri çeşitlerin biridir. Temel amaç olarak yaranın nemli kalmasını sağlayarak ihtiyaç duyduğu oksijeni giriş çıkışına imkan duyan ve zararlı mikroorganizmaların yara etrafında konumlanmasını engelleyerek koruma sağlamaktır. Bu tez çalışmasında Polivinil alkol (PVA), Polietilen glikol (PEG), Polivinil pirolidon (PVP), Polietilenimin (PEI) gibi sentetik polimerlerin farklı kombinasyonları tercih edilerek yeni bir antibakteriyel esaslı hidrojel yara örtüleri geliştirebilmek amaçlanmıştır. Çapraz bağlayıcı olarak tannik asit (TA) kullanılmış olup okaliptus ve karanfil gibi uçucu yağların antibakteriyel özelliklerinden yararlanılmak istenmiştir. Aynı zamanda gentamisin kullanılarak doku iyileştirmesine destekli antibakteriyel etkisi yüksek olan farklı hidrojel numuneleri de sentezlenmiştir. Geliştirilen hidrojel numunelerinin yapısal bağlarının anlaşılabilmesi için FTIR analizi uygulanmıştır. Escherichia coli (E. coli) ve Staphylococcus aureus'a (S. aureus) karşı antibakteriyel aktivitelerini test edebilmek için bakteri kültürlü ortam içeren petri kaplarında 37°C'de 24 saat inkübe edilmiştir. Hazırlanan hidrojellerin su emme, nem tutma kapasitesi ve hidrofilik özelliklerinin araştırılması amacıyla şişme testleri, nem tutma testleri ve temas açısı ölçümleri gibi karakterizasyonlar yapılmıştır. Ayrıca hidrojellerin kendi kendini iyileştirme ve donmama yeteneklerini tespit etmek için çizik testi yapılmıştır ve sonuçlar optik mikroskopta gözlemlenmiştir. Gözenek yapılarının incelenmesi için SEM analizi ve gentamisin salımının anlaşılması için ise UV-spektrofotometre kullanılarak ilaç salım yüzdeleri incelenmiştir. Mekanik dayanım için numunelere çekme testi yapılmış olup yapılan karakterizasyon testleri analiz edilmiştir. Test sonuçları incelendiğinde E. coli ve S. aureus bakterilerine karşı iyi antibakteriyel etkiye sahip, yüksek hidrofilik özelliklere sahip, yüksek şişme kapasiteli numuneler olduğu tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar kontrollü ilaç salımı yapar, kendi kendini iyileştirme ve donamama özelliklerini sahip hidrojellerin de aralarında bulunduğu umut verici numuneler yara örtüsü gelişimi için umut verici olduğunu göstermiştir. Mekanik dayanımı kuvvetli olan numuneler sık pansuman değişiminin önüne geçebilmek adına güven teşkil ettiği de tespitler arasında yer almaktdır.
Ultrasona duyarlı hidrojellerin sentezi ve ilaç salım davranışlarının incelenmesi
İlaç taşıyıcı sistemler, tıpta ve sağlık hizmetlerinde ilaçların vücuttaki etkilerini kontrol etmek için kullanılan bir teknolojidir, çünkü doksorubisin (DOX) gibi ilaçların normal dokular üzerindeki çoklu olumsuz yan etkileri vardır ve serbest ilaç tedavisinde kullanımını sınırlamaktadır. İlaç salımını kontrol etmek için tipik ilaç verme sistemleri, polimer bozunmasına ve pasif difüzyona dayanır ancak gerektiğinde ilaç salım hızını geçici olarak kontrol etme yeteneğine sahip değillerdir. Bu yüzden kontrollü salım sistemleri kullanılarak ilaç daha verimli ve güvenli hale getirilebilmektedir. Son yıllarda sağlık alanında kendinden kontrollü bir şekilde ve çevresel faktörlerin etkisi altında sıvıyı serbest bırakabilen hidrojeller büyük ilgi görmektedir. Hidrojellere yüklenen ilacın, ilaç salım hızını geçici olarak kontrol etmek için kullanılan fiziksel enerjilerden biri ultrasondur (US). Enkapsülasyon ile normal dokular üzerindeki olumsuz etkiler önlenebilir ve US kullanılarak ilaç hedefleme ile sorunlu bölgeye ilaç verilmesi sağlanabilir. Bu çalışmada, Polivinil alkol (PVA), Melamin (M) ve Tannik asit (TA) malzemeleri kullanılarak donma-çözülme yöntemiyle US'a duyarlı hidrojeller sentezlenmiş ve US etkisinin ilaç salım davranışlarını nasıl etkilediği araştırılmıştır. Hidrojel sentezlenirken farklı oranlarda (%5, %10, %15) TA ekleyerek enkapsülasyon verimi ve kontrollü ilaç salımı geliştirmek için yeni bir yaklaşım önerilmektedir. Ağırlıkça %35 PVA bazlı hidrojellere önce ağırlıkça %1,5 M ilave edilmiş daha sonra ağırlıkça TA ilave edilerek sentezlenmiştir. TA ilave edilerek hazırlanmış PVA/M hidrojelleri, donma-çözülme yöntemiyle oda sıcaklığında (22°C) en az 6 saat erime ve -20°C'de 30 dk donma işlemi yapılarak sentezlenmiş ve bu donma çözülme döngüsü dört defa tekrarlanmıştır. Dondurma-çözülme işlemi, iyi mukavemetli hidrojeller oluşturduğu ve uygulaması kolay bir yöntem olduğu için tercih edilmiştir. Hazırlanan hidrojeller şişme oranı, fourier transform infrared (FTIR) analizi, taramalı elektron mikroskobu-enerji dağılım spektroskopisi (SEM-EDS) analizi, x-ışını difraksiyon (XRD) analizi, temas açısı ve yüzey gerilimi(enerjisi) ile karakterize edilmiştir. XRD, SEM-EDS analizleriyle PVA'nın kristal yapısını değiştirmediği ve homojen bir morfolojiye sahip olduğu görülmüştür. TA oranı arttıkça FTIR analizinde beklendiği gibi hidrojellerin daha hidrofobik hale geldiği şişme testinde su absorplama kapasitesinin %73'ten %63'e düşmesi, yüzey enerjisinin azalması ve temas açısının ortalama değeri 10,15'ten 62,27'ye artması ile doğrulanmıştır. PVA/M/TA hidrojellerine doksorubisin-hidroklorür (DOX-HCI) yüklenmiştir. İlaç salım deneyleri 15,30,45 ve 60 dk sürelerle oda sıcaklığında (22 °C) US varlığında 40 kHz ultrasonik banyoda ve US olmadan gerçekleştirilmiştir. Salınan ilaç miktarı spektrofotometrik yöntem ile tayin edilmiştir. DOX yüklü hidrojellerin deiyonize su içerisinde bulunduğu ortamda salım gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen tüm hidrojellerde, US'la tetiklenen numunelerin, tetiklenmemiş numunelere göre yaklaşık 2 kat kadar fazla ilaç salımı gerçekleştirdiği görülmüştür. TA oranı arttıkça ilaç salımı yaklaşık 1.5 kata kadar düşmüş ve enkapsülasyon etkinliği ise %50 oranında artmıştır. US süresi arttıkça ilaç salımı ortalama 3,7 kat arttı. Kontrollü ilaç salım kinetiğinin belirlenmesi için Korsmeyer-Peppas, birinci derece ve sıfırıncı derece kinetik modellemeleri kullanılmıştır. PVA/M/TA hidrojellerin kinetik modelleme içinde Korsmeyer-Peppas kinetik modellemeyle daha uyumlu olduğu ve Fickian olmayan difüzyon gösterdiği belirlenmiştir. Ultrason etkisi ile süper durum II taşınım mekanizması gösterdiği görülmüştür. Çalışmada, elde edilen bulgulara göre TA 'nın ilaç salımını azalttığı halde US 'un ilaç salımı ve kinetiği üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu ve salımı belirgin derecede artırdığı tespit edilmiştir. Tüm analizler değerlendirildiğinde kontrollü ilaç salımında hidrojellerin yapısının ve US gibi fiziksel etkilerin etkili olduğu anlaşılmıştır.
Triple negatif meme kanserinde fotodinamik tedavi ve kemoterapinin kombin etkisinin belirlenmesi
Dünyada en sık görülen kanser türlerinden biri olan meme kanserinin alt tipi olarak triple negatif meme kanseri (TNMK) östrojen ve progesteron reseptörlerinden ve insan epidermal büyüme faktörü reseptörü 2'den yoksun ve tüm meme kanseri vakalarının yaklaşık % 10-20'sini oluşturmaktadır. TNMK'nın tedavisinde cerrahi, radyoterapi ve immünoterapi gibi yöntemler kullanılmakla birlikte birincil tedavi basamağı kemoterapidir. Ancak, TNMK'nın heterojen ve agresif yapısı, yüksek rekürrens ve metastatik potansiyeli ve mevcut kanser tedavilerine dirençli olması yeni tedavi stratejilerine yönelik çalışmaların dikkat çekmesine neden olmaktadır. Kanser tedavisinde güncel yaklaşımlardan biri fotodinamik tedavidir. Fotodinamik tedavinin (FDT) temelinde ışığa duyarlı maddenin spesifik dalga boyundaki ışık ile uyarıldıktan sonra oksijen ile etkileşime girmesi sonucunda reaktif oksijen türlerini üretmesi ve fotokimyasal olayların indüklenmesi sonucunda oluşan reaktif oksijen türlerinin (ROS) kanser hücrelerinde apoptotik, nekrotik veya otofajik ölüme neden olması yer almaktadır. FDT'nin temelinde fotosensitizer (FS), ışık ve oksijen olmak üzere üç bileşen bulunmaktadır. Bu bileşenler tek başına etkin olmamasına rağmen, bir araya geldiklerinde kanser hücrelerinde sitotoksik etki göstermekte ve bu sayede hedef dokuya özgü daha yüksek seçicilik sağlamaktadır. Bu üç önemli unsurdan ilki olan FS, etkili FDT için ışık enerjisini soğuran ROS oluşumunu katalize eden bir fotoaktif moleküldür. FDT'de ışık kaynağı etkinliğinde ise hedef dokuda istenen etkinin sağlanabilmesi için doğru ışık dozu, yeterli FS konsantrasyonu ve oksijene ihtiyaç bulunmaktadır. Bu kapsamda, FDT uygulamalarında farklı lazer veya lazer olmayan ışık kaynağı kullanılmaktadır. FDT'de en önemli son parametre ise oksijendir. FDT'de ROS üretiminde oksijenin dokulardaki konsantrasyonu önemli rol aldığı için FDT'nin terapötik etkinliği hedef dokularda bulunan moleküler oksijen konsantrasyonuna bağlıdır. 5-aminolevülinik asit (5-ALA) protoporfirin IX (PpIX)'un öncüsü olarak FDT uygulamalarında kullanılan bir FS'dir. 5-ALA PpIX'e dönüştüğünde aktif bir FS haline gelmektedir. Tek başına FS olmayan 5-ALA Hem biyosentetik yolağıyla hızla Hem'in başka bir öncüsü olan PpIX'e metabolize olarak aktif bir FS haline gelmekte ve 635 nm dalga boylarındaki ışık ile uyarıldığı zaman ROS miktarındaki artışa bağlı olarak hücrelerin mitokondrilerine hasar vermektedir. Daha önce yapılmış olan çalışmalarda 5-ALA temelli FDT'nin hücrelerde intraselüler PpIX birikimine neden olduğu, buna bağlı olarak artan ROS üretimi ile farklı kanser hücrelerinde sitotoksik etkisi belirlenmiştir. Ancak, 5-ALA başta olmak üzere FS'lerin tek başına yeterli düzeyde etkin olmaması, ışığın hedef dokuya penetrasyonu, FS seçiciliğinden kaynaklı sorunlar ve oksijen hipoksisi gibi kısıtlamalar FDT'nin etkinliğini sınırlamaktadır. Bu çerçevede FDT ile diğer tedavi yöntemlerinin kombin uygulanmasına yönelik çalışmalar dikkat çekmektedir. Bu kapsamda, literatürde oral hücreli skuamöz karsinom, meme kanseri, melanom ve akciğer kanseri hücrelerinde 5-ALA temelli FDT ile dosetaksel, sisplatin, fluorourasil ve gefitinib kemoterapi ajanlarının kombin uygulamasının tek başına uygulamalara göre daha etkin olduğu belirlenmiştir. Ancak, TNMK hücrelerinde 5-ALA/FDT ile kemoterapi ajanlarının kombin etkisine dair bir çalışmaya rastlanılmamıştır. Çeşitli kanser türlerinin tedavisinde kullanılan güçlü bir kemoterapötik ajan olarak sisplatin hücrenin DNA'sında eklentiler oluşturmakta ve böylece DNA replikasyonunu ve zincir uzamasını engelleyerek antineoplastik aktivite göstermektedir Buna rağmen, sisplatinin neden olduğu yan etkiler ve zamanla sisplatine karşı gelişen direnç sisplatinin tedavide etkin kullanımını kısıtlamaktadır. Bu çerçevede tez çalışmasında sisplatinin neden olduğu yan etkilerini azaltmak ve 5-ALA temelli FDT uygulamalarında sınırlamaların üstesinden gelmek için ilk kez TNMK ve sağlıklı meme hücrelerinde sisplatin temelli kemoterapi ile 5-ALA/FDT'nin kombin tedavisinin in vitro etkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Sisplatin ile 5-ALA/FDT kombin tedavisinin MDA-MB-231 TNMK hücreleri ve MCF-10A sağlıklı meme epitel hücrelerinde etkisini incelemek için tek başına sisplatin ve 5-ALA/FDT ile karşılaştırmalı olarak eş zamanlı ve sıralı olmak üzere iki farklı sisplatin ve 5-ALA/FDT kombin tedavi seçeneklerinin anti-kanser etkisi belirlenmiştir. Bu kapsamda tek başına 1, 2.5 ve 5 µM sisplatin, tek başına 1 mM 5- ALA ile inkübe edilen hücrelere 1.5, 3, 6, 9 ve 12 J/cm2 enerji yoğunluklarındaki 635 nm diyot lazer uygulaması yapıldı ve 24 saat inkübasyon sonunda hücre canlılığı WST-1 analizi ile belirlendi. Eş zamanlı kombin tedavi uygulamasında hücrelere 1 mM 5-ALA ile birlikte 2.5 ve 5 µM sisplatin uygulanarak 4 saat inkübe edildikten sonra 1.5, 3, 6, 9 ve 12 J/cm2 enerji yoğunluklarında lazer ışıtması yapılmıştır. Sıralı kombin tedavide ise 1 mM 5-ALA ile 4 saat inkübe edilen hücreler belirtilen enerji yoğunluklarında lazer ışıması yapıldıktan sonra 2.5 ve 5 µM sisplatin eklendi ve 24 saat sonra sitotoksik etkisi WST-1 analizi ile belirlendi. Hücrelerde meydana gelen apoptotik ölüm miktarının tayini için Anneksin V analizi gerçekleştirildi. Ayrıca, tek başına sisplatin, 5-ALA/FDT uygulaması ile karşılaştırmalı olarak eş zamanlı 5-ALA/FDT ve sisplatin kombin uygulamasının hücre morfolojisinin yanı sıra mitokondri ve nükleusta neden olduğu hasarın görüntülenmesi için akridin oranj, Mitotracker ve DAPI boyaması yapıldı. Elde edilen WST-1 bulgularına göre, MDA-MB-231 hücrelerinde tek başına 2.5 µM sisplatin (% 73.96) ve 5-ALA/FDT'ye kıyasla (6 J/cm2: % 75.97 ve 9 J/cm2: % 59.55) 5-ALA/FDT ve sisplatin eş zamanlı kombin uygulamasının (1.5 J/cm2: % 121.89, 3 J/cm2: % 113.34, 6 J/cm2: % 55.77, 9 J/cm2: % 43.83, 12 J/cm2: % 58.02) daha etkin olduğu belirlendi. Ayrıca sıralı kombin tedavi uygulaması ile karşılaştırıldığında (1.5 J/cm2: % 128.05, 3 J/cm2: % 128.12, 6 J/cm2: % 90.99, 9 J/cm2: % 77.80, 12 J/cm2: % 76.51) eş zamanlı kombin tedavinin hücrelerde daha fazla anti-proliferatif etkiye sahip olduğu analiz edildi (p<0.05*). Diğer yandan, eş zamanlı 5 µM sisplatin ve 5-ALA/FDT uygulanan MDA-MB-231 hücrelerinde 2.5 µM sisplatin ve 5-ALA/FDT'ye göre antagonistik etki göstererek hücre canlılığında özelikle 6 ve 9 J/cm2 enerji yoğunluklarında daha az etkin olduğu tespit edildi (6 J/cm2: % 72.9 ve 9 J/cm2: % 65.50). Diğer yandan, MCF-10A hücrelerinde sisplatin ve 5-ALA/FDT kombin uygulamasının (6 J/cm2: % 48.10 ve 9 J/cm2: % 47.25) tek başına 5-ALA/FDT'ye (6 J/cm2: % 40.54 ve 9 J/cm2: % 42.22) göre daha az toksik etkisi olduğu analiz edildi. Anneksin V analizi sonuçlarına göre, MDA-MB-231 hücrelerindeki toplam apoptotik ölüm yüzdesi tek başına 2.5 µM sisplatin (% 37.88) ve 5-ALA/FDT'ye (6 J/cm2: % 31.48 ve 9 J/cm2: % 37.78) kıyasla eş zamanlı kombin tedavide (6 J/cm2: % 46.78 ve 9 J/cm2: % 53.6) anlamlı olarak arttığı analiz edildi (p<0.01**). Ayrıca, sisplatin ve 5-ALA/FDT eş zamanlı kombin uygulamasının MDA-MB-231 hücrelerinde daha fazla apoptotik ölüme, nükleer ve mitokondriyal hasara neden olduğu tespit edildi. Bu çalışma ile sisplatin ile 5-ALA/FDT kombin tedavisinin TNMK hücrelerinde anti-kanser etkisi ilk defa araştırılmıştır. Elde edilen bulgular, eş zamanlı 2.5 µM sisplatin ile 1 mM 5-ALA uygulaması sonrasında 6 J/cm2 ve 9 J/cm2 enerji yoğunluklarındaki lazer ışıması yapılan TNMK hücrelerinde tek başına 5-ALA/FDT ve sisplatin uygulamasına göre daha etkin olduğu ve sinerjistik etki gösterdiği (kombinasyon indeksi<1) belirlenmiştir. Ancak, sisplatin ile 5-ALA/FDT'nin kombin etkisinin TNMK hücrelerinde etkisinin moleküler düzeyde aydınlatılmasına yönelik ileri çalışmaların gerçekleştirilmesi gerekmektedir.
Bitki atıklarından hazırlanan ekstraktın kitosan nanopartikülleriyle enkapsülasyonu ve in vitro incelenmesi
Ceviz (Juglans regia L.) ağacı Juglandaceae familyasına ait bir ağaç türüdür. Cevizin meyvesi kadar diğer yapısal bileşenleri olan kabuk, yaprak, zar kısımları da içerdiği komplex bileşenler sayesinde sağlık için önemli bir yere sahiptir. Cevizin iç kısmında bulunan endokarp zarı, içeriğindeki zengin bileşenleri yapılan çalışmalarla ortaya koyulmasına rağmen yeterince faydalanılmayan atık olarak kalmaktadır. Doğal bileşik olarak ceviz zarı ekstresinin, antioksidan ve antiinflamatuar özelliklere sahip, fenolik asitler ve flavonoidler gibi yüksek konsantrasyonlarda biyoaktif bileşikler içerdiği bulunmuştur. Yapılan çalışmalarla bu biyoaktif bileşiklerin, nöroinflamasyonu, oksidatif stresi ve beta-amiloid agregasyonunu azaltmak gibi nörodejeneratif hastalıklarda potansiyel terapötik etkilere sahip olduğu gösterilmiştir. Nanoteknoloji son zamanların en gözde çalışma alanlarından birini oluşturmaktadır. Kullanım alanı gittikçe genişleyen bu teknoloji sağlık sektöründe, ilaç taşıyıcı sistemlerin geliştirilmesinde ve daha birçok teşhis-tedavi amaçlı yapılan çalışmalarda araştırılmaktadır. Kan-beyin bariyeri (KBB), beyin dokusunu kan kaynaklı toksinler, patojenler ve diğer zararlı maddelerden koruyan bir bariyer sistemidir. Nörodejeneratif hastalıkların tedavisi için ilaçların beyne ulaştırılması, KBB'nin işlevi nedeniyle zordur. Geleneksel ilaçlar, KBB'yi geçemezler veya sınırlı bir geçirgenlik gösterirler. Bu nedenle bilim insanları, KBB'nin geçilmesi için farklı teknikler geliştirmeye çalışmaktadır İlaç taşıyıcı sistemleri uygun taşıyıcı yapı malzemeleri kullanılarak etken maddelerin hedefe taşınmasında umut vadeden yaklaşımlar sunmaktadır. Kitosan, karides ve diğer kabuklu deniz hayvanlarının kabuklarının hidrolizi sonrasında elde edilir. Kitosan, insanlar için biyouyumlu, biyobozunur ve biyoaktif bir polimerdir. Kitosan, yüksek mekanik dayanıklılık ve esnekliğe sahiptir. Ayrıca düşük toksisiteye sahiptir ve biyolojik olarak parçalanabilir, bu nedenle çevre dostudur. Çeşitli endüstriyel uygulamalarda kullanılır. Biyomedikal uygulamalarda kullanılan kitosan, dokularla uyumlu ve biyouyumlu olması nedeniyle yaygın olarak kullanılır. Bu tez çalışması kapsamında, boyutları 150-300 nm arasında değişen, ceviz endokarp zarından elde edilen özütün enkapsüle edildiği kitosan nanopartikülleri (JP/CSNP) üretilmiş ve nanopartiküllerin karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. İyonik jelasyon tekniği ile üretilen nanoparçacıklara farklı konsantrasyonlarda (seri1: 10 mg/ml, seri2: 5 mg/ml, seri3: 2,5 mg/ml) ekstrakt yüklemesi yapılmıştır. Zeta potansiyel ölçümleri sonucunda +17 mV ve + 44 mV arasında değişen değerler bulunmuştur. Nanopartikül boyutları zetasizer ile ölçülmüş ve boş olan nanopartiküllere (CSNP) ait ortalama partikül boyutu 281 nm olarak bulunmuştur. Bu değerler seri1 nanopartiküller için 197 nm, seri2 nanopartiküller için 194 nm ve seri3 nanopartiküller için 237 nm olarak ölçülmüştür. En yüksek enkapsülasyon oranı % 89 değerle seri2 nanopartiküllerde hesaplanmıştır. Yapılan ilaç salım çalışmaları ile 10. saatin sonunda nanopartiküllere yüklenen ekstraktın % 33-% 12 oranlarında ortama salındığı görülmüştür. Antioksidan aktivitenin nanopartiküllere yüklenen ekstrakt konsantrasyonu ile doğrusal bir artış gösterdiği gözlemlenmiştir. Ayrıca FTIR ve SEM görüntülemeleri ile nanopartiküllerin daha detaylı incelenmeleri sağlanmıştır. Yapılan çalışma ile nörodejeneratif rahatsızlıklarda kullanılmak üzere doğal ilaç potansiyelinde ceviz endokarp özütü enkapsüle edilmiş kitosan nanopartikülleri sentezlenmiştir. Çalışmalar sonucunda üretilen nanopartiküllerin nörodejeneratif rahatsızlıklara karşı umut vadettiği görülmektedir.
Farklı malzemeler için yenilikçi diz implantı tasarımı ve sonlu elemanlar yöntemi ile optimizasyonu
Total diz artroplastisi (TDA) 50 yıldan daha uzun bir süredir dizin kronik dejeneratif hastalıklarını tedavi etmek için kullanılmaktadır. Bu uygulama ortopedik uygulamalarda tercih edilen, başarı oranı yüksek olan ve ekonomik bir yöntem olarak karşımıza çıkmaktadır. Total diz artroplastisi (TDA) yöntemi, diz eklemindeki hasarlı dokunun çoğunu protez bir implantla değiştirerek diz ağrısını hafifleten bir prosedürdür. Sadece ciddi diz eklemi yaralanmalarında, aşırı deformasyonların görülmesi durumunda veya osteoartrit gibi dejeneratif hastalıklarda bu implant kullanılmaktadır. Tüm bu hastalıklarda, hastalar az ya da çok, şiddetli ağrı, rahatsızlık ve uzuv hareketlerinin kısıtlanması gibi problemler görülmektedir. Bu tip implant uygulamasından sonra hasta, normal günlük aktivitelerine devam edebilmekte ve ağrı vb. problemleri önemli ölçüde hafiflemektedir. Hedefe yönelik refleks terapisi ve iyileşme egzersizleri sayesinde, eski hareket kabiliyeti yeniden sağlanabilmektedir. TKA uygulamasında, ağrının azalması ve genel yaşam kalitesinin artması gibi hedef çıktıların yanısıra hastalarda tekrarlanabilir, kalıcı ve etkili iyileşmeler sağladığı görülmektedir. Total diz replasmanının endikasyonlarını ve prosedürlerini gözden geçirdiğimizde, bu yöntem, özellikle diz kireçlenmesi olan hastalarda önemli katkılar sağlamaktadır. Bununla birlikte, ağrının azaltılması, fonksiyonel iyileşme sağlanması ve yaşam kalitesinin iyileştirilmesi konularında hastalardan alınan geri dönüşlerde olulmlu yönde artışların olduğu görülmüştür. Diz implantı uygulaması, osteoartrit (travmaya bağlı diz kireçlenmesi), sedanter yaşam tarzları, vücutta sağlığı bozacak şekilde yağ oranının artması, kıkırdak hasarının görülmesi, kıkırdak kaybına bağlı dizin aşınması ve eklemin başlıca görevlerinden olan eğilme hareketlerinin yapılamaması gibi yaşam kalitesini düşüren diz rahatsızlıklarının cerrahi olarak tedavisinde kullanılan seçeneklerinden biridir. İmplant ömrünü tahmin etmek ve olası sorunları öngörmek için, protez davranışı ve nitelikleri gerçeğine uygun olarak tasarlanan prototip modeller üzerinde test edilmelidir. İmplant üretiminde kullanılan malzemeler değişiklik göstermekle birlikte, tipik olarak plastik, seramik veya metal alaşımları gibi biyouyumlu olan malzemelerden yapılmaktadır. Kişiye bağlı olarak, implantın boyutları ve beklenen fonksiyonlar değişmektedir ve bu durum, implant tasarımını doğrudan etkileyen en önemli parametredir. Yanlış kemik rezeksiyonu, kusurlu implant bileşeni tasarımı ve implant bileşeninin zaman içinde aşınması gibi nedenlerden kaynaklanan problemlerle karşılaşılmaktadır. Buna benzer şekilde, hatalı cerrahi tekniklerin uygulanması, implant bileşenlerinin hatalı üretimi, uygun olmayan implant seçimi, eklem gevşemesi ve hastaların önceden var olan anatomik kusurları nedeniyle de problemler ortaya çıkmaktadır. Total diz protezi uygulamalarında, protez ile kemik arasındaki boşluğu doldurmak için kemik çimentosu kullanılmaktadır. Çimento uygulanırken, protez takılırken, turnike gevşetilirken veya eklem küçültülürken, çimento embolisi veya kemik çimentosu implantasyon sendromu olarak bilinen sorunlar ortaya çıkabilmektedir. Bu sorunun gerçek kaynağı bilinmemekte olup, uygulamanın sonucu ile ilgili belirsizlikler bulunmaktadır. Diz implantı ve protez gibi ekipmanlar, mühendislerin, ortopedi uzmanlarının ve cerrahların ortak çalışmaları sonucunda geliştirilen tasarımlardır. Disiplinlerarası gerçekleştirilen bu iş birlikleri, uygulamanın başarı oranını artırmaktadır. Bu alanda kullanılmak üzere yeni malzemelerin araştırılması ve yeni teknolojilerin geliştirilmesine bağlı olarak bu süreçler daha da hız kazanmaktadır. İmplant geliştirme süreçlerinde biyo-uyumlu malzemelerin kullanılması, alerjik etkilerinin olmaması, antibakteriyel olması ve dış etmenlere dayanıklı olmasını sağlamak amacıyla araştırmaların sürekli devam etmesi gerekmektedir. Son yıllarda, biyomalzemeler ve dokular arasındaki etkileşimler konusunda yapılan araştırmalar da önemli bir artış görülmektedir. Günümüzde, artrit (ağrıya neden olan eklem hastalığı), kazalar veya spor yaralanmaları nedeniyle meydana gelen problemlerin sayısındaki artış, artroplasti ameliyatı geçiren hasta sayısında da artışa neden olmuştur. Hastaların önemli bir kısmı implant uygulamasını tercih ederken, diğer bir kısmı cerrahi yöntemleri tercih etmektedir. Bu konuda doktor tavsiyesi önemli bir faktör iken, bazı durumlardan hastanın fikri alınarak seçim yapmasına imkân verilmektedir. Diz implantı uygulamalarında kullanılan malzemeler biyo-uyumlu olsa bile, vücut sıvısı ile temas etmesi, komplikasyonlar vb. nedenlerden dolayı bu özelliğini kaybedebilmektedir. Biyomalzemeler, çevrelerindeki dokular ve ortamla etkileşimleri nedeniyle, kanda serbest radikal iyonlarının oluşmasına neden olan mikroskobik partiküller üretir veya salmakta, bu da etkilenen bölgede iltihaplanmaya neden olmaktadır. Her implant malzemesi biyo-uyumlu olmakla birlikte, kendi içerisinde önemli farklılıklara sahiptir. İmplant uygulamaları, hastanın eklem yapısına ve uygulanacak cerrahi prosedüre göre özel gereksinimlere ihtiyaç duymaktadır. Diz protezi ameliyatı sırasında, hasarlı veya yıpranmış diz eklemi bileşenleri yapay olarak geliştirilmiş implantlar ile değiştirilmektedir. Yapay implantların üretiminde metal, seramik ve plastik malzemeler kullanılmaktadır. Bu işlemler dizin işlevselliğini artırmak, ağrıyı azaltmak ve hastaların yaşam kalitesini yükseltmek amacıyla uygulanmaktadır. İmplantın kullanım durumuna bağlı olarak birbiri ile temas halinde olan parçalarda aşınma meydana gelmekte ve aşınmanın belirli bir sınırı geçmesi durumunda implantın değiştirilmesi ihtiyacı ortaya çıkmaktadır. Diz replasmanlarının çoğunluğu 15 ila 20 yıl süre ile kullanılabilmektedir. Yaşam standartlarının artmasına bağlı olarak beklenen yaşam süresinin sürekli arttığı günümüz koşullarında, bunun yetersiz olduğu açıktır. Örneğin, 50 yaşında total kalça protezi olan bir hastanın yaşamı boyunca bir veya iki kez yeniden ameliyat olması gerekebilir. Dize yük bindiren hareketlerden kaçınmak, çok gerekli olmadıkça koşmamak ve sağlıklı kiloyu korumak protez sonrası diz sağlığını korumak için çok önemlidir. Yapılan tez çalışmasında, hastanın sağlık durumu, yaşı, cinsiyeti, kilosu vb. nedenlere bağlı olarak oluşan diz eklemi sorunlarını çözmek amacıyla, yapay diz implantı tasarımı yapılması planlanmıştır. Bu durumlarda, oluşturulan nihai model, herhangi bir üç bölmeli diz protezinin geometrik tasarımının karmaşıklığı ve bileşenlerin belirli boyutlarının özgünlüğü nedeniyle her hasta için özelleştirilmiş gerçeğe yakın bir model olmalıdır. İmplant tasarımı yapılırken, hastanın anatomik, fizyolojik ve kişisel özellikleri dikkate alınarak boyutlandırma yapılması implantın başarısını önemli ölçüde etkilemektedir. İmplant tasarımında yer alan en önemli adımlardan bir tanesi, hastanın anatomik ölçümlerine dayanan CAD tasarımının oluşturulmasıdır. Bu yöntemin en büyük avantajı, ilk modeli parametrik olarak oluşturduktan sonra, sadece tasarım boyutlarını değiştirerek modelin çok sayıda hastaya uygulanabilmesidir. Çalışmada bilgisayar destekli tasarım (CAD) ve bilgisayar destekli analiz (CAE) yöntemlerinin kullanılması hedeflenmektedir. Tasarımlar, SolidWorks yazılımında,analizler ise, ANSYS WorkBench yazılımında gerçekleştirilmiştir. CAD modeli oluşturulduktan sonra ANSYS WorkBench yazılımı kullanılarak analizler yapılmış ve ardından SE yaklaşımı ile optimizasyon gerçekleştirilmiştir. Tasarımlar sırasında 5 farklı et kalınlığında yapay diz implantı modeli oluşturulmuş ve 4 farklı malzeme (PE, UHMWPE, PEEK, PMMA) dikkate alınarak farklı basınç değerleri etkisi altında implant üzerinde oluşan değişimler SE yöntemi ile incelenmiştir. Sonuç olarak, tasarlanan yapay diz implantı modeli için optimum et kalınlığı, malzeme ve basınç değeri SE yöntemi ile optimize edilmiştir. Ayrıca maliyet yönünden karşılaştırma yapılarak en uygun diz implantı tespit edilmiştir. Diz implantı üretimi için kullanılması düşünülmüş biyomalzemelerin yanı sıra temel özellikleri, faydaları, dezavantajları, uygulama şartları ve bu gibi durumlara bağlı olarak ameliyat sonrası oluşabilen komplikasyonlar belirlenmiştir.
Birinci metatarsofalanks ekleminin birleştirilmesinde (füzyonunda) stapler ve açı oluşumlarının deneysel ve sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi
Hallux rigidus, birinci metatarsofalanks (MTP) ekleminde görülen dejeneratif bir hastalıktır. Hareket esnasında ağrı ve hareket kısıtlılığı şeklinde kendini göstermektedir. Ayakta en sık rastlanılan ikinci patolojik durum olarak bilinmektedir. Kadınlarda daha sık rastlanılan bir hastalık olmakla birlikte, 50 yaş ve üstü insanların % 2-2,5'inde görülmektedir. Hastalığın kesin sebebi bilinmemekle birlikte, hastaların çoğunluğunda, pozitif aile geçmişi olduğu görülmektedir. Hallux rigidus 4 evreye ayrılmaktadır. İlk evrelerde semptomlar fazla olmamasına karşın, son evrelerde ağrı ve hareket kısıtlılığı artmaktadır. Hallux rigidus rahatsızlığında birkaç farklı tedavi yöntemi bulunmaktadır. Hastaneye başvuran hastalarda tedavi yöntemini, hastalığın evresi belirlemektedir. Hastalığın tanısında uygulanan palpasyonla osteofitler hissedilebilmekte ve dorsal eklemde hassasiyet bulunmaktadır. Hasta yere basar pozisyondayken, ayağın ön-arka, oblik ve yan grafilerine bakılarak hastalığın evresi tespit edilmektedir. Oblik grafide metatarsal kemikte düzleşme ve genişleme ve ön-arka, yan grafide metatarsal kemiğin düzleşmesi ve genişlemesi sonucu eklem aralığında azalma görülebilmektedir. Yandan bakıldığında metatarsal kemiğin başı ve proksimal falanksın tabanında osteofitlere rastlanabilmektedir. Hallux rigidus deformasyonunda iki tür tedavi yöntemi bulunmaktadır. İlk evrelerde hastalığın ilerlemesini durdurmak ve ağrıyı azaltmak amacıyla konservatif tedavi yöntemi önerilmektedir. Konservatif tedavide ortezler, aktivite modifikasyonları, analjezikler ve kortikosteroidler hastanın klinik evresine göre tercih edilebilmektedir. Konservatif tedavinin cevap vermediği veya ileri evre hallux rigidus rahatsızlıklarında ise cerrahi tedavi yöntemleri önerilmektedir. Cerrahi tedavi yöntemlerinde öncelikli amaç, ağrıyı azaltmak ve hastaya konforlu bir yürüme sağlamaktır. Bu uygulama estetik amaçlı olarak tercih edilmemektedir. Cerrahi tedavide cheilektomi, rezeksiyon artroplastisi, implant artroplastisi ve artrodez gibi birçok cerrahi tedavi yöntemi mevcuttur. Birinci MTP eklemi füzyonu (yani artrodez) sık kullanılan cerrahi yöntemler arasındadır. Bu yöntem, başparmak fonksiyonu kaybı ve kaynamama gibi nedenlerden dolayı genellikle, ileri evrelerde tercih edilmektedir. Birinci MTP eklemi füzyonunda implant olarak kirschner telleri (K- telleri), staplerler, plaklar ve vidalar tercih edilmektedir. Staplerlerin, boyutlarının küçük olması, diğer implantlara oranla uygulamasının kolay olması ve düşük yoğunluktaki kemiklerde kullanılabilme imkanına sahip olması gibi avantajları bulunmaktadır. Staplerler, son yıllarda birinci MTP eklemi füzyonunda sıklıkla tercih edilen bir yöntem haline gelmeye başlamıştır. Bu çalışmada, sonlu elemanlar yöntemi ile hallux rigidus rahatsızlığında birinci metatarsal ve proksimal falanks kemiklerinin füzyonunda, stapler kullanımı deneysel ve nümerik yöntemlerle incelenmiştir. Bu amaçla uygulamada, tek stapler ve iki stapler birlikte kullanılması durumları ve staplerlerin yerleştirme açılarının etkileri araştırılmıştır. Tek stapler kullanılması durumunda stapler, dorsal eksende, ikili stapler kullanım durumundaki kombinasyonlarda ise birinci staplere 30°, 60° ve 90° açı yapacak şekilde farklı kombinasyonlarda yerleştirilmiştir. Deneysel çalışmada, üç farklı malzemeden üretilmiş olan staplerler test edilmiştir. Bunlar süper elastik özellikte ve şekil hafızalı malzemeden üretilmiş olan NiTi stapler ve paslanmaz çelikten üretilmiş TLX33 ve TLX44 stapler'leridir. Deneysel çalışmada, staplerlerin kemikleri bir arada tutmak için dairesel kanal içerisine uyguladığı kuvveti ölçmek amacıyla bir kuvvet ölçüm cihazı ve staplerlerin kemik yerleşiminde kemiğe uyguladığı kuvveti belirlemek amacıyla bir deney düzeneği tasarlanmıştır. Bir çenesi sabit diğer çenesi hareketli olan deney düzeneği, staplerlerin bacaklarını açık hale (paralel hale) getirerek kuvvet sensörü yardımı ile kanal içerisinde 3 farklı bölgede oluşan kuvvet değerlerini ölçülmek amacıyla kullanılmıştır. Sıcaklığa duyarlı olan ve şekil hafızalı malzemeden üretilmiş olan NiTi staplerin uyguladığı sıkıştırma kuvvetini belirlemek amacıyla, oda sıcaklığında (25°C) ve vücut sıcaklığında (37°C) kuvvet ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Oda sıcaklığında ölçüm alındığında, en fazla sıkıştırma kuvveti TLX44 staplerde ölçülürken en az sıkıştırma kuvveti NiTi staplerde ölçülmüştür. Ortam sıcaklığı vücut sıcaklığına (37°C) getirildiğinde en fazla sıkıştırma kuvveti NiTi staplerde oluşurken en düşük sıkıştırma kuvveti TLX33 staplerde görülmüştür. Süper elastik özelliğe sahip olan NiTi staplerde sıcaklığın artması ile kanal içerisine uygulanan kuvvetin arttığı görülmüştür. TLX33 ve TLX44 staplerlerin sıcaklığa bağlı sıkıştırma kuvvetinde herhangi bir değişiklik görülmemiştir. Kemik modelleri tasarlanırken literatür verileri dikkate alınarak, birinci metatarsal kemik ve proksimal falanks kemik uzunlukları sırası ile 60 mm ve 35 mm, kalınlıkları ise 10 mm olarak belirlenmiştir. Tek stapler kullanımı ve ikili stapler kombinasyonlarında stapler yerleşim mesafeleri belirlenirken, dorsal eksene 0° ile yerleştirilen staplerler birinci metatarsal kemiği ve proksimal falanks kemiğinden eklem birleşim noktasına olan uzaklıkları 10 mm olacak şekilde tasarlanmıştır. İkili stapler kombinasyonlarında stapler yerleşim mesafeleri belirlenirken 30°, 60° ve 90° stapler yerleştirme açılarında, proksimal falanks kemiğinden eklem birleşim noktasına 7 mm uzaklıkta ve metatarsal kemikten eklem birleşim noktasına13 mm uzaklıkta olacak şekilde tasarlanmıştır. Ayrıca, kemik modelleri oluşturulurken anatomik açılanmaya uygun olsun diye metatarsal kemik ile proksimal falanks kemik arasındaki hallux açısı (HA), 13° ve dorsifleksiyon açısı (DFA), 25°, 30° ve 35° olacak şekilde 3 farklı kemik modeli oluşturulmuştur. Bu 3 farklı kemik modeli kendi içinde stapler yerleşim açısına göre dorsal eksende 0° tek stapler kombinasyonu ve dorsal eksene 30°, 60° ve 90° açı yapacak şekilde iki stapler yerleşim kombinasyonu olmak üzere 4 farklı şekilde tasarlanmıştır. Toplamda 12 farklı kemik modeli tasarlanmış ve stapler yerleşim kombinasyonlarının mekanik dayanıma etkileri incelenmiştir. Kemik modelleri, FDM tipi 3D yazıcıda PLA malzeme kullanılarak % 20 doluluk oranında üretilmiştir. Dolgu deseni olarak kemik içyapısına benzerliğinden dolayı Gyroid deseni seçilmiştir. Farklı stapler yerleştirme açıları öngürülerek üretilen kemik modelleri, laboratuvar ortamında test edilmiş ve tasarlanan kemik modellerinin sonlu elemanlar yöntemi ile analizi (ANSYS Workbench yazılımında) yapılmıştır. Kemiklerin Young Modulu (E) 20000 Mpa ve Poisson oranı 0,3 olarak tanımlanmıştır. Gerçek durumda stapler ayakları boyunca değişken bir kuvvet etki etmektedir. En büyük kuvvet staplerin ayaklarının uç noktasında etki etmektedir. Analizlerde de bu gerçek durumu simüle edebilmek için stapler ayaklarına doğrusal olarak değişecek şekilde kuvvet tanımlanmıştır. Yapılan testler ve analizler sonucunda en yüksek sıkıştırma kuvveti NiTi staplerde ölçülmüştür. İkili stapler kombinasyonlarının tekli staplerlere göre daha yüksek sıkıştırma kuvveti uyguladığı görülmüştür. İkili stapler kombinasyonlarında en yüksek sıkıştırma kuvveti 0°-30° stapler kombinasyonunda, en düşük sıkıştırma kuvveti ise 0°-90° stapler kombinasyonunda görülmüştür. Sonuç olarak, stapler yerleşim açılarının azalması durumunda deformasyonun arttığı tespit edilmiştir. Fakat, çalışmada kullanılan en düşük stapler kombinasyon açıları 0°-30°'dir ve bu kombinasyonun kemik yapısına zarar verecek büyüklükte olmadığı görülmüştür. Stapler yerleşim açıları arttıkça maksimum gerilmenin ve buna bağlı olarak sıkıştırma kuvvetinin azaldığı tespit edilmiştir. Stapler yerleşim açılarının azalması durumunda ise, gerilmenin arttığı ve buna bağlı olarak birleştirme bölgesinde oluşan sıkıştırma kuvvetinin arttırdığı ve daha fazla sabitleme sağladığı sonucuna varılmıştır.
Üç boyutlu yazıcı ile jelatin bazlı yara örtüsü geliştirilmesi
Kollajen türevi olan jelatin, yüksek biyouyumluluğa, hemostatik özelliklere, azaltılmış sitotoksisiteye ve antijeniteye sahiptir. Aynı zamanda hücre yapışmasını ve çoğalmasını destekler. Ancak zayıf mekanik özelliklere ve antimikrobiyal aktiviteye sahiptir. Ayrıca jelatin bazlı yara örtülerine antimikrobiyal ajanların eklenmesi, yara örtülerinin in vitro ve in vivo antimikrobiyal aktivitesini arttırır. Bu çalışmada ilk olarak jelatin/ ksantan sakızı hidrojeller farklı oranlarda hazırlanarak 3B yazıcıda basılabilirlikleri değerlendirildi. En iyi basılabilir çözelti oranı belirlenerek içerisine 2000 yılı aşkın süredir birçok farklı cilt durumunu tedavi etmek için topikal bir ajan olarak kullanılan salisilik asit (SA) üç farklı miktarda (5, 7, 10 mg) eklenerek AXO A1 (Axolotl Biosystems, Türkiye) 3B yazıcı ile uygun parametrelerde basımı gerçekleştirildi. Basımı gerçekleştirilen ve kurutulan doku iskelelerinin çapraz bağlama işlemi glutaraldehit çözeltisiyle gerçekleştirildi. Çapraz bağlanan iskeleler etiketli petri kaplarına yerleştirilerek daha ileri analizler için saklandı. Üretilen iskelelerin termal, mekanik, morfolojik, kimyasal özellikleri ve biyouyumluluk özellikleri ayrıntılı olarak değerlendirildi. İskelelerin ilaç salım özellikleri, in vitro ortamı taklit eden fosfat tamponunda farklı zaman aralıklarında bir ultraviyole spektrofotometre kullanılarak analiz edildi. Mekanik test sonuçları %4JEL/%1,2KSN/7MG_SA çözeltisinden üretilen yara örtüsünün yaklaşık 2,39 MPa ile en yüksek gerilme mukavemetini gösterdi. Morfolojik analiz sonucu en düşük gözenek yapısının 1014,5 μm ile %4JEL/%1.2KSN/5MG_SA çözeltisinden üretilen iskeleye ait olduğu gözlenmiştir. Antimikrobiyal özellikleri sırasıyla S.aureus ve E. coli kullanılarak karakterize edilmiş ve iskelelerin antibakteriyel etki göstermediği ve inhibasyon çapı oluşmadığı gözlemlenmiştir. Bu sonuç yara örtülerindeki SA içeriğinin yetersiz kaldığını ve çözeltideki ilaç miktarını arttırarak antibakteriyel aktivitenin ortaya çıkarılabileceğini düşündürmektedir. Termal karakterizasyon sonuçlarına göre, tüm yara örtülerinde 50°C civarlarında Tg noktası gözlemlendi. Yara örtülerinin biyouyumluluğu ve sitotoksisitesi MTT tahlili ile belirlendi ve in vitro çalışmalar %4JEL/%1.2KSN iskelesinin fibroblast hücre hattında, diğer yapılara göre daha fazla hücre canlılığına neden olduğunu gösterdi. Bu çalışmanın, jelatin bazlı hidrojelden 3B baskılı yara örtüsü iskelelerinin üretimi için doğru boyut ve parametrelerin bulunmasında faydalı olması beklenmektedir.
Beşinci metakarpal kırıklarının tedavisi için yeni bir yaklaşım geliştirilmesi
Üst ekstremite fonksiyonlarının yerine getirilmesinde kilit rol oynayan eller, gelişmiş fonksiyonlarını merkezi sinir sistemi ve kas sistemi ile koordineli olarak gerçekleştirir. Elin arkasında, avuç içi boyunca parmak tabanlarına kadar uzanan 5 adet metakarpal kemik bulunur. Metakarpal kemikler birden beşe kadar rakamlarla ifade edilir. Birinci metakarpal başparmak metakarpı olmak üzere serçe parmak metakarpı beşinci metakarpaldır. Metakarpal kemikler elin yapısını oluşturan en uzun kemiklerdir. Metakarp kırıkları tüm üst ekstremite kırıklarının %40'ını oluşturur. Bu kırıklar içerisinde en sık rastlanılanı ise %10'luk dilimle 5. metakarp boyun kırıklarıdır. Metakarp kemik kırıklarının sınıflandırılması uzun kemik kırıkları sınıflandırılmasına benzerlik gösterir. Metakarp kırıkları genellikle kapalı kırıklardır ve kapalı redüksiyonla tedavi edilebilmektedirler. Metakarp kemik kırıkları kırığın anatomik yerine göre baş, boyun, shaft ve taban kırıkları olarak sınıflandırılabilir. Metakarp kırıkları arasında en sık rastlanılan kırık türü boyun kırıklarıdır. Birinci metakarpal kemik eklem stabilitesinin daha az olması sebebiyle daha fazla hareket kabiliyetine sahiptir ve birinci metakarp kırıkların tedavisi genellikle açık redüksiyon gerektirir. Birinci ve beşinci metakarpal dışndaki metakarplar yanlarındaki metakarplarla eklem oluşturmalarından dolayı çift taraflı stabildir. Beşinci metakarpal kemikler, birinci metakarplar gibi elin kenar kısmında yer almasından ve dördüncü metakarp ile tek taraftan sabitlenmesinden dolayı kırılma ihtimali daha yüksek metakarplardır. Elin kapalı yumruk şeklinde sert bir yere çarpması sonucu kuvvet metakarp başından metakarp boynuna aktarılır ve kırılma genellikle boyunda veya shaftta (gövdede) gerçekleşir. Kırığın gerçekleşme şeklinden dolayı 4. ve 5. metakarp boyun kırıkları genellikle "Boksör kırığı" olarak adlandırılmaktadır. Metakarpal kemik kırıklarının gerçekleşmesinin ardından ağrı, şişlik, morarma, eli hareket ettirmede ve kullanmada zorlanma gibi şikayetlerle acile başvuran hastalarda doğru teşhisin konulabilmesi için klinik ve radyolojik muayenelerin yapılması gereklidir. Yapılan muayenelerin ardından tedavi süreci planlanmaktadır. Kırığın doğru şekilde kaynaması için kırık kemik parçalarının eski konumuna yakın şekilde hizalanması ve bu hizanın kaynama sürecince korunması gereklidir. Ayrıca seçilen tedavi yönteminin bölgedeki diğer yapılara zarar vermemesi gerekmektedir. Tedavinin amacı kabul edilebilir kemik dizilimi, kaynaşmış kemik yapısı ve el fonksiyonlarının optimal düzeyde geri kazanımıdır. Kemik kırıldıktan sonra kendini yenileyebilecek yeteneğe sahiptir. Kırık iyileşmesi iç içe geçmiş 3 evreden oluşur. Bu evreler; inflamasyon(yangı) evresi, onarım(reperasyon) evresi ve yeniden şekillenme (remodeling) evresidir. Evreler arasında en kısa süren inflamasyon evresi iken en uzun süren evre yeniden şekillenme evresidir. Kırık kemik parçaları arasındaki mesafe istenilen yakınlıktaysa ve gerekli biyolojik ve biyomekanik şartlar sağlanmışsa, kırık hattında öncelikle bir hematom oluşumu görülür. Bölgedeki hematomun olgunlaşmasıyla kolajen bir matriks ve xxiv damarlanma oluşur. Farklılaşma yeteneğine sahip mezenkimal kök hücreler bölgeye gelerek kondrositlere dönüşür ve kıkırdak yapıda bir onarım dokusu oluşturur. Süreç yeterli mekanik özelliklere sahip olmayan kıkırdak yapıdaki kallusun kemik dokuya dönüşmesi ile sonlanır. Kemik iyileşmesinin doğru şekilde gerçekleşebilmesi için tedavi süreci gözlemlenmelidir. Kırık, oluşum şekline ve anatomik yerine bağlı olarak kapalı veya açık şekilde redükte edilebilir. Malrotasyonun görülmediği, minimal düzeyde yer değiştirmenin saptandığı basit kırıklarda tercih edilen tedavi yöntemi alçı, atel ve splintlemedir. Kapalı redüksiyon ile kırık kemik parçaları olması gerektiği pozisyona alınır ve kırık kemiklerin kaynaşması için bu pozisyonda sabit kalması sağlanır. Hastanın yaşına, cinsiyetine ve diğer fizyolojik özelliklerine bağlı olmakla birlikte genel olarak 3-6 hafta sonunda kemik iyileşmesi görülmektedir. Bu süreç istenmeyen durumlarla karşılaşmamak için radyolojik muayenelerle takip edilmeli, gerekirse cerrahi olarak müdahale edilmelidir. Açık kırık söz konusuysa kırığın durumundan ve açık yaranın enfekte olma riskinden ötürü genellikle ameliyat gereklidir. Kemiklerin hizalanması ve yeterli redüksiyonun sağlanması için operatif yöntemler gerektiren kırıklar genellikle çoklu, parçalı, malrotasyona sahip, kapalı olarak redükte edilemeyen veya yer değiştirmenin gözlendiği kırıklardır. Dahili fiksasyon adı verilen yöntemle kemiğe iyileşebileceği pozisyonda kalması için çeşitli yöntemlerle metal parçalar yerleştirilir. Bu yöntemler; Kirschner teli (K teli) ile tespit tekniği, intraosseöz tel, interfragmanter vida, plak ve vidalar, intramedüller tespit ve eksternal fiksatör olarak sınıflandırılabilir. Yapılan literatür çalışmalarında kallus üretiminin gerçekleştiği kırık iyileşmesinin erken onarım safhasında, mekanik ortamın hedeflenen şekilde ayarlanmasının ve kemiğe harici olarak belli aralıklarla uygulanan eksenel yüklemenin iyileşme tepkisini arttırdığı, kaynama sürecini hızlandırdığı ve iyileşme komplikasyonlarını azalttığı sonucuna varılan çalışmalar görülmüştür. Çalışma, açık redüksiyon gerektirmeyen beşinci metakarp kırıklarının tedavisi için 3 nokta fiksasyonunu temel alan bir splint tasarımını içermektedir. 3 nokta fiksasyonu metodu, iki parçayı katı bir şekilde birleştirmek için yapılan statik bir metotdur. Bu yöntemde, iki baskı noktası rotasyon ekseni üzerinden uygulanırken, üçüncü baskı bu iki noktaya uygulanan baskı kuvvetini dengeleyecek şekilde rotasyon ekseni altından zıt yönde uygulanmaktadır. Amaç iki parçayı kaymalara müsaade etmeden denge şartına sahip üç tane kuvvetle bir arada tutmaktır. Baskı uygulanacak noktalar ve uygulanacak baskı kuvveti doğru seçilmelidir. Literatürde insan dokularına zarar verecek basınç kuvvetinin 25 MPa ve üzerindeki kuvvetler olduğu tanımlanmaktadır. Bu doğrultuda, beşinci metakarpal kemik kırıklarını sabitleyecek ve kemik iyileşmesine katkıda bulunacak uygun büyüklükteki kuvvetlerin uygulanmasına imkân tanıyacak 3D bir splint tasarımı CAD modelleme metodu ile gerçekleştirildi. Gerekli büyüklükteki kuvveti uygulayabilmek için, istenilen boyutta ve sertlikte üretilebilmesi avantajlarından ötürü yay kullanımına karar verilmiştir. Vidalara entegre şekilde kullanılması yayların istenilen baskıyı uygulayacak şekilde sıkıştırılmasını ve planlanan noktada sabit kalmasını sağlayacaktır. Tasarlanan splint modelinde kırık bölgesine yaylar aracılığıyla kuvvet uygulanabilmesi için elin iç ve dış kısmında ele temas edecek şekilde kanallar oluşturulmuştur. Modellemesi tamamlanan splint, termoplastik esaslı ve biyouyumlu bir flament olan PLA ile FDM tipi bir 3D yazıcı kullanılarak üretilmiştir. Uygulanacak kuvvetlerin test edilebilmesi için CAD modelleme yöntemi ile kalibrasyon mekanizması (ölçüm sistemi) tasarlanmıştır. Kalibrasyonmekanizmasında, uygulanan kuvvetlerin kuvvet sensörü ile ölçülebilmesi için mevcut splint tasarımını destekleyecek bir yapı eklenmiştir. Kalibrayon mekanizmasının üretimi 3D yazıcı kullanılarak yapılmıştır. Kalibrasyon testi ise, vida ve yay ile oluşturulan baskı kuvvetinin hassas bir sensör yardımıyla tespit edilmesini sağlamaktadır. Bu sistemde Arduino kiti sayesinde LCD ekran üzerinde sensörden elde edilen kuvvet değerleri Newton cinsinden görüntülenmektedir. Vida ve yay aracılığıyla uygulanan kuvvetlerin kemikte meydana getireceği mekanik etkilerin incelenebilmesi için SOLIDWORKS paket programı ile 5 farklı metakarp kırık yapısı oluşturulmuştur. Oluşturulan bu modellerin sonlu elemanlar analizleri ANSYS yazılımı kullanılarak yapılmıştır. Kırıklar açılı ve açısız olmak üzere iki farklı şekilde modellenmiş ve boyun ve shaft kırığı olmak üzere iki farklı kırık tipine göre tasarlanmıştır. Kuvvet uygulanırken açılı ve açısız kırık tiplerinde farklı mesafeler dikkate alınmıştır. Açısız shaft kırığında, açılı shaft kırığında ve boyun kırığında, 6 mm ve 9 mm olmak üzere iki farklı mesafeden kuvvet uygulanmıştır. 3 nokta fiksasyonu prensibine bağlı olarak uygulanan bu kuvvetleri dengeleyecek şekilde uygulanan tepki kuvvetlerinin büyüklüğü belirlenirken cilt dokusuna zarar vermeyecek şekilde 2-20 N aralığında seçilmiştir. Değişen kuvvet etkisiyle oluşan deformasyon ve Von Mises gerilme değerleri grafiksel olarak incelenmiştir. Kuvvete bağlı olarak değişen, maksimum deformasyon ve gerilme değerleri tablo ve grafikler yardımıyla karşılaştırılmıştır. Bu tablo ve grafikler incelendiğinde, kuvvetin artmasına bağlı olarak deformasyon ve gerilme değerlerinin de arttığı gözlemlenmiştir.
Dondurarak kurutma ve çözücü döküm-parçacık uzaklaştırma tekniği ile PCL bazlı doku iskelesinin karakterizasyonu
Doku hasarı ve doku kaybı milyonlarca insanın yaşadığı sorunlardan biridir. Yaşanılan doku hasarını ve doku kaybını onarma ve yenileme potansiyeline sahip iki farklı yöntem kullanılarak bir doku iskelesinde olması gereken optimum özelliklere sahip iki farklı doku iskelesi geliştirilmesi öngörülmüştür. İlk yöntem olan dondurarak kurutma ile üretilen doku iskelelerinin istenilen iskele özellikleri sağlaması ve çift katmanlı olması amaçlanmıştır. İkinci yöntem olan çözücü döküm ve parçacık uzaklaştırma yöntemi ile üretilen doku iskelelerinin ise istenilen iskele özellikleri sağlaması ve ilaç salınımı yapılması amaçlanmıştır. Doku hasarını ve doku kaybını iyileştirmek için biyolojik olarak parçalanabilen doku iskeleleri üretilmesi amaçlanmıştır. İskelelerin üretiminde ana malzeme olarak polikaprolakton (PCL) tercih edilmiştir. PCL doku oluşumu için biyouyumlu ve biyobozunur bir polimerdir. Dondurarak kurutma yönteminde PCL'nin yapısına destek olabilmesi için Kitosan (CHI) yardımcı polimer olarak tercih edilmiştir. Oluşan bu yapıya destek sağlamak ve çift katmanlı bir yapı oluşturması için farklı oranlarda karbon nanotüp (CNT) eklenmiştir. Çözücü olarak asetik asit (AA) tercih edilmiştir. Bu biyomalzemeler kullanılarak dört farklı çözelti hazırlanmıştır. Çözeltilere dondurarak kurutma (liyofilizasyon) yöntemi uygulanmıştır. Hazırlanan çözeltiler -20°C'de dondurulmuştur. Donmuş çözeltiler daha sonra liyofilizasyon işlemi için basıncın vakum pompasıyla düşürüldüğü liyofilizatöre yerleştirilmiştir ve -60°C'de on gün bekletilmiştir. Liyofilizatörden çıkan numuneler iki gün kurumaya bırakılmış ve kuruduktan sonra çift katmanlı doku iskelelerinin üretimi tamamlanmıştır. Üretilen çift katmanlı doku iskelelerinin gözenek yapılarını incelemek için SEM, organik ve inorganik bileşikleri karakterize etmek için FTIR, iskelelerin kimyasal yapılarını doğrulamak için XRD, iskele yüzeylerinin ıslanabilirliğinin kontrolü için temas açısı ve serbest yüzey enerjisi analizleri incelenmiştir. SEM ile yüzeylerin gözenekliliği belirlenmiştir. FTIR analizi ile malzemeler için karakteristik pikler görülmüştür. XRD ile PCL karakterize edilmiştir, temas açısı ve serbest yüzey enerjisi analizi ile iskelenin ıslanabilirliği ölçülmüştür. Temas açısı ölçümü ile iskelenin hidrofilik olduğu tespit edilmiştir. Literatür taramalarında doku iskeleleri dokuya yapışması için en az 40 mN/m yüzey enerjisine sahip olması gerektiği tespit edilmiştir. Serbest yüzey enerjileri 40 mN/m'nin üzerindedir. Analiz sonucunda başarılı bir şekilde çift katmanlı bir doku üretildiği tespit edilmiştir. İkinci çalışmada ise PCL'ye ek olarak Polietilen Glikol (PEG) kullanılmıştır ve çözeltiye farklı oranlarda Polilaktik Asit (PLA) eklenmiştir. Çözücü olarak bu polimerlerin ortak çözücüsü olan kloroform tercih edilmiştir. Farklı oranlarda polimerler ile dört farklı çözelti hazırlanmıştır. Hazırlanan bu çözeltilere çözücü döküm ve partikül uzaklaştırma yöntemi uygulanmıştır. Çözeltilere toplam 24 g tuz (NaCl) eklenmiş ve manyetik karıştırıcıda 15 dakika karıştırılmıştır. Çözeltiler, 24 saat boyunca bir çeker ocak içinde serbest bırakılmıştır. Daha sonra çözeltilere distile su ilave edilerek 60 saat suda bekletilmiştir. Çözeltilerin suda bekletilmesi NaCl ve PEG'i çözmek için tasarlanmıştır. Daha sonra sudan alınan numuneler iki gün boyunca havada kurutulmuştur ve dört farklı doku iskelesi üretimi tamamlanmıştır. Üretilen doku iskelelerinin gözenek yapılarını incelemek için SEM, organik ve inorganik bileşikleri karakterize etmek için FTIR, su tutma kapasiteleri için şişme analizi, iskele yüzeylerinin ıslanabilirliğinin kontrolü için temas açısı ve serbest yüzey enerjisi ve ilaç taşınmasını gözlemlemek için ilaç salınım analizi yapılmıştır. SEM analizinde iskelenin gözenekleri nanometre ve mikrometre boyutlarındadır. İskelelerdeki gözeneklilik NaCl porojenleri ve PEG ile sağlanmıştır ancak SEM görüntüleri incelendiğinde porojenlerin tamamının iskelelerden uzaklaştırılamadığı görülmüştür. FTIR spektrumunda bileşenlerin tüm karakteristik pikler görüldüğü gözlemlenmiştir. PCL oranı en yüksek doku iskelesinde en az su emme gözlenmiştir. Yapılan ölçümlerde 60. dakikadan sonra şişme oranında azalma meydana geldiği tespit edilmiştir. En iyi temas açısına sahip doku iskelesi ise %14PCL/PEG içeren doku iskelesidir. Literatür taramalarında doku iskeleleri dokuya yapışması için en az 40 mN/m yüzey enerjisine sahip olması gerektiği tespit edilmiştir. Dört doku iskelesi içinde ölçülen değer 40 mN/m'ye yakın değerler elde edilmiştir. Yapılan ilaç salınımı analizi sonucu çizilen doku iskelelerinin %DOX salınımı grafiğine bakıldığı zaman ilacın 1. saatten itibaren dört numune içinde salınım yaptığını 720. saatte %100'e ulaştığı gözlemlenmiştir. Doku iskelesinde kullanılan iki farklı yönteme bakıldığında dondurarak kurutma yöntemi ile üretilen iskele yapısının istenilen iskele yapısına daha yakın olduğu tespit edilmiştir. Çözücü döküm ve parçacık uzaklaştırma yönteminde PCL'nin yanında PLA'nın kullanılması üretilecek iskelenin hidrofobik özelliğini arttırmıştır. Bu tez çalışmasında hem malzeme açısından hem de yöntem açısından dondurarak kurutma yöntemi ile istenilen amaca en uygun doku iskelesi üretimi sağlanmıştır.
Total diz implantı kaval bileşenin latis gözenekli yapıda tasarımı ve analizi
İnsana hareket imkânı tanıyan vücudumuza ait yapılar, eklemlerdir. Vücudumuzun farklı bölgelerinde birçok eklem bulunmaktadır. Bunlardan birisi olan diz eklemi insan vücudunun tüm yükünü taşımaktadır. Bu yönü diz ekleminin hasara uğrama ihtimaline sebebiyet vermektedir. Yıpranmış eklemin görevini tekrardan yerine getirebilmesi için çözümler aranmış ve diz implantları keşfedilmiştir. Bunlardan birisi de total diz implantıdır. Üzerinde birçok çalışma yapılarak vücut yapımıza uygunluğu yani eklemin orijinalliğine yakın, hareket kısıtlamasını gidermeye yardımcı olması açısından implant teknolojisi kendini her daim yenilemektedir. Son yıllarda öne çıkan gelişmeler için implantların gözenekli yapıda olması ve üç boyutlu baskı ile üretilmesi söylenebilmektedir. Bu teknolojide, implantlar vücuda yerleştiğinde kemik ile temasta bulunduğundan kemiğe temas eden bölgeleri tıpkı kemik gibi gözenekli yapıda tasarlanmaktadır. İmplant tasarımının kemiğin gözenekli yapısına benzetilme amacından yola çıkılması, implantı vücudumuza yerleştirdiğimizde vücudumuzla uyum sağlamasını kolaylaştırmaktır. Burada biyouyumluluk kavramı kullanılmaktadır. Gözenekli yapının bir artısı da kullanıldığı modelin mekanik özelliklerini geliştirmesidir. Modele hafiflik ve dayanıklılık kazandırmaktadır. Biyomekanik açıdan en doğru gözenek tasarımını elde etmede latis yapıların özelliği dahil edilmiştir. Latis yapılar günümüzde implant teknolojisinde ve birçok alanda kullanılmaktadır. Farklı sektörlere olumlu katkılarının olmasıyla güncelliğini kaybetmemektedir. Bu durum farklı bakış açılarıyla durmaksızın gelişen bir çalışma alanını oluşturmaktadır. Birçok çeşit latis yapıların bulunması da çalışma çeşitliliğini artırmaktadır. Farklı latis yapıda implant tasarımları yapılmış ve halen yapılmaktadır. İmplant tasarımına latis yapıların dahil edilmesiyle implant sertliği kemiğe yakın olacak şekilde azaltmaktadır. Latis yapı tasarımlarında önemli noktalar; latis yapının hücre boyutu ve gözenekliliği (hacimsel boşluk) olmuştur. Hücre boyutunda azalma ve gözeneklilik artışı implantı istenilen mekanik özelliğe kavuşturmaktadır. Tasarımın en doğrusu olacak şekilde elde edilmesi için latis yapıda tasarlanan ve üretilen implant modeller biyomekanik testlere, analizlere tabi tutulmuş, sonuçları incelenmiş ve değerlendirilmiştir. Güncelliğini koruyan çalışma alanına katkı sağlanması amacıyla bu tez çalışmasında total diz implantı ve latis yapılar üzerine çalışma gerçekleştirilmiştir. Total diz implantı üç bileşenden meydana gelmektedir. Bunlar kaval bileşen, uyluk bileşeni ve plastik ara parçadır. Sadece kaval bileşen ile çalışılmıştır. Kaval bileşen latis yapıda tasarlanmış ve biyomekanik yükler etki ettirilerek sonlu elemanlar metoduyla statik analizi gerçekleştirilmiştir. Analiz sonuçları biyomekanik yönden değerlendirilmiştir. İlk olarak kaval bileşen ve kaval kortikal kemik, bilgisayar destekli tasarım programlarından birisi olan SolıdWorks programında üç boyutlu tasarlanmıştır. Çalışmanın hedefi olan implantların latis yapıda tasarlanması göz önünde bulundurularak kaval bileşen latis yapı ile Creo Parametric programı vasıtasıyla tasarlanmıştır. Bileşenin sadece kaval kemik ile temas eden yüzeyleri latis yapıda tasarlanabilmektedir. Bu nedenle kaval bileşenin latis yapı ile doldurma işleminde tercih edilen kısım bileşen tablasının alt kısmı olmuştur. BCC, rhombic dodecahedron ve truncated octahedron olmak üzere üç farklı latis yapısı tercih edilmiştir. Sonuç olarak üç farklı latis yapıda kaval bileşen modeli elde edilmiştir. Bu modellerde kullanılan latis yapıların hücre boyutu 10 mm, strut çapı 2 mm olup, gözeneklilikleri %59 ila %67 arasında değişmektedir. Latis yapı ile doldurulmamış katı model olan kaval bileşen ve bu üç latis yapıda kaval bileşenin analizleri gerçekleştirmek için önce Hypermesh programına aktarılmıştır. Bu programda model geometri hatalarını giderme işlemi, mesh yapısının oluşturulması, malzeme ve sınır şartlarının tanımlaması yapılmış, analiz adımına geçilmeden önce buna yönelik hazırlanmış modeller elde edilmiştir. Bu kaval bileşen modeller Abaqus/CAE programına aktarılarak sonlu eleman analizleri gerçekleştirilmiştir. Analiz sonuçlandığında maksimum von mises gerilme, logaritmik gerinim ve yer değiştirme bilgilerine ulaşılmıştır. En düşük değerde von mises gerilme değerini göstermiş model olan rhombic dodecahedron latis yapılı kaval bileşen olduğu belirlenmiştir. Bu latis yapı kullanılarak farklı gözeneklilik değerlerinde kaval bileşen analiz sonuçları gözlemlenmek istenmiştir. %60 gözenekliliğe sahip rhombic dodecahedron latis yapılı kaval bileşen modelinin analizi mevcuttur. Gözeneklilikleri yüzde olarak 48 ve 80 olan yeni iki model tasarlanmış ve aynı adımlar kullanılarak analizi gerçekleştirilmiştir. Gözenekliliğin artışı ile maksimum von mises gerilme, logaritmik gerinim ve yer değiştirme değerlerinde artış göstermiştir. Literatürde %50-90 arası gözeneklilik kemik gözenekliliği değer aralığını ifade etmektedir. %70 üzeri gözenekliliğe sahip latis yapının, kortikal kemik elastik modülü değer aralığında olduğu da belirtilmiştir. %80 gözeneklilik ise latis yapılı model için istenilen mekanik özelliği sunmaktadır. Bu bilgiye destekle %80 gözenekliliğe sahip latis yapılı kaval bileşenin, üç boyutlu tasarımı yapılan kaval kortikal kemikle montajı gerçekleştirilmiştir. İmplantların cerrahi işlem ile vücudumuza yerleştirilmesinin simülasyonu analiz programları ile yapılabilmektedir. Diz implantlarından beklenilenler; kabul gören mekanik özellikleri göstermesi, dizde oluşabilecek komplikasyonları gidermesi, yaşanılan ağrıyı azaltması, insanın günlük aktivitelerinde kısıtlılığa sebep olmayarak diz işlevselliğini artırması ve insanın yaşam kalitesini yükseltmesidir. Bu beklentiler analiz sonuçlarına göre yorumlanabilmektedir. Çalışma kapsamında oluşturulan latis gözenekli yapıda total diz implantı kaval bileşenin insan vücudunda kullanıma mekanik bakımdan uygunluğunun değerlendirilmesi için kaval kortikal kemik ile bileşen arasında general contact tanımlaması yapılarak sürtünme simüle edilmiştir. Elde edilen bu yeni modele analizden önce, diğer modellere uygulanan adımlar uygulanarak analizi yapılmıştır. Analizde yer alan bazı parametrelerde farklı değerlere yer verilerek değişen parametrelere göre analiz sonuçları yorumlanmak istenmiştir. Bu bağlamda kemik-implant arasında tanımlanan sürtünme kuvvet değeri, kaval bileşen üst yüzeyine uygulanan kuvvet değeri ve malzeme türü parametrelerinde farklı değerlere yer verilmiştir. Üç farklı sürtünme kuvveti, dört farklı kuvvet ve üç çeşit malzeme için analizler yapılmıştır. Her parametrenin değişimini incelemek için diğer iki parametre sabit tutulmuştur. Örneğin; sürtünme kuvveti değişiminin maksimum von mises gerilme, logaritmik gerinim ve yer değiştirme değerlerindeki etkisinin incelenebilmesi için kaval bileşen yüzeyine uygulanacak kuvvet ve malzeme bilgisi sabit kalacaktır. Böylece toplamda sekiz farklı analizin verileri elde edilmiş olup, bu veriler yorumlanmıştır. Çalışmadan elde edilmiş olan bilgilere göre, kuvvet değeri arttıkça gerilme, gerinim ve yer değiştirmeni her biri artmıştır. Diz implantının insan ağırlığının üç katı kadar biyomekanik yüke dayanabilmesi beklenmektedir. İmplantın uygulanan bu üç kuvvet değerine karşı son derece sağlam olduğu görülmüştür. Bu değer altında uygulanan kuvvetin gerinim sonucuna bakıldığında ise olması gereken aralıkta bir değer göstermediği belirlenmiştir. Gerilim kalkanı nedeniyle kemik atforbisine neden olacağı söylenebilmektedir. Sürtünme katsayısı olarak belirlenmiş değerler ile analiz gerçekleştirilmiş ve sonuçları karşılaştırılmıştır. Gerilme değeri düştükçe ve sürtünme katsayısı arttıkça kemik ve implantın temas yüzeyinde mikro hareketlilik azalmaktadır. Üç sürtünme katsayısında da gerinim değerleri belirtilen aralıkta olup kemik kırığına sebep olmayacak değerde olduğu elde edilmiştir. Malzeme olarak Ti6Al4V, CoCrMo ve paslanmaz çelik malzeme bilgileri tanımlandığında oluşmuş olan sonuçlar karşılaştırılmıştır. Yer değiştirme değeri için en yüksek sonucu Ti6Al4V malzeme göstermiştir. Diğer malzemelere oranla daha kolay deforme olacağı ifade edilmektedir. Üç sürtünme katsayısı değerinde de gerinim değerleri belirtilen aralıkta olup kemik kırığına sebep olmayacak düzeydedir. Sonuç olarak, latis gözenekli yapıda tasarlanmış kaval bileşen modellerinin tamamı malzeme özelliğinin kazandırdığı sınırı aşmamıştır. Buna malzemelerin akma mukavemeti değerleri incelenmesi sonucu karar verilmektedir. Bu çalışmada kullanılan latis yapılar kaval bileşeni hafifletmiştir. Bu hafifliğin yanı sıra implantın biyouyumluluğunu artıcı mekanik özellik katkısı görmezden gelinemez. Bu katkı, implantın kaval kemik ile teması halinde latis yapısının meydana getirdiği hacimsel boşlukların kemiğin içe doğru büyümesine olanak sağlamasıdır. Kemik erimesi de azaltmaktadır. Özetle, gözeneklilik arttıkça kaval bileşen hacmi azalmış olup kemik büyümesini desteklemektedir.
İmplant malzemelerinin mekanik özelliklerinin geliştirilmesi
Sağlıklı bir bireyin gün içerisinde yürüme, koşma, eğilme, merdiven inip-çıkma gibi rutin ve aktif hareketlerinde kullandığı uzuv eklemlerdir. Günümüzde hasara uğrayan bu uzuvlar için protez ve ortopedik implant uygulamaları yaş aralığı farketmeksizin sıklıkla gerçekleştirilmektedir. Eklemlerin birbirine girintili ve bağımlı (kompleks) yapısının yanında karşılıklı yüzleri temas halinde iki yüzeyi arasında aşınmayı azaltan yumuşak ve elastik yapıda kıkırdak mevcuttur. İmplantlar için bu doğal yapıya benzetilerek malzeme seçimi yapılmaktadır. İmplant ömrü ve sağlığı açısından kullanılan biyomalzemeler çok önemli rol oynamaktadır. Biyomalzemeler, canlının vücudunda görevini yerine getiremeyen, eksik olan uzuv ve parçalarının yenilenebilir şekilde doğal veya yapay hammaddelerle laboratuvar ortamında hazırlanan malzemelerdir. İmplantlarda karşılaşılan malzeme seçimi, aşınma, gevşeme gibi medikal problemlere karşı implant malzemelerinin özelliklerinin iyileştirilmesi ve geliştirilmesi amaçlanmıştır. Ortopedik implantlarda sıklıkla kullanılan metalik malzemelerinden Ti6Al4V alaşımı ve 316L Paslanmaz Çelik altlıklara biyopolimer olan Ultra Yüksek Moleküler Ağırlıklı Polietilen (UHMWPE) ve biyoseramik olan Al2O3 (Alümina) içeren polimer matrisli kaplamalar yapılmıştır. UHMWPE, UHMWPE-ağ.%0,2 Al2O3 ve UHMWPE-ağ.%2 Al2O3 polimer matrisli kaplamalar 316L paslanmaz çelik ve Ti6Al4V alaşım altlığa daldırma yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Elde edilen kompozit kaplamalar sonucu numuneler üzerine triboloji testi, biyokorozyon testi, biyoyumluluk testleri ve yüzey pürüzlülük ölçümü gerçekleştirilmiştir. Kaplamaların mikroyapı ve organik yapı incelemeleri için (Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi) FTIR, (Taramalı Elektron Mikroskop) SEM ve ( Enerji Dağılım X-Spektroskopisi) EDS analizleri yapılmıştır. Polimer matrisli kaplamalar her iki altlık için de sürtünme katsayısını belirli oranlarda azaltırken UHMWPE-ağ.%2 Al2O3 kaplama ile daha düşük sürtünme katsayısı değeri elde edilmiştir. Ayrıca UHMWPE kaplama yüzey pürüzlülüğünü düşürürken alümina artışına bağlı olarak sırasıyla UHMWPE-ağ.%0,2 Al2O3 ve UHMWPE-ağ.%2 Al2O3 kaplamaları yüzey pürüzlülüğünde artış ölçülmüştür. Biyokorozyon testinde ise her iki altlık için UHMWPE kaplama ile en yüksek korozyon direnci elde edilmiştir. Biyouyumluluk incelemesinde L929 (fare fibroblast) hücreleri üzerinde gerçekleşen test sonucu her bir numune için oldukça iyi oranlarda hücre canlılığı vererek vücut içerisinde kullanılabilir olduğu gözlemlenmiştir. Bu çalışmada biyomedikal alanda sıklıkla kullanılan 316L paslanmaz çelik ve Ti6Al4V üzerine UHMWPE- Al2O3 kompozit kaplamaların verdiği sonuçlar incelenerek litearatüre katkıda bulunulmuştur.
Röntgen görüntülerinden derin öğrenme ile omurga deformitesinin tespiti
Omurga, günlük hareketler ve duruş sırasında baş ve gövdeyi destekleyen, yerçekiminin stresine uyum sağlamak için mekanik olarak dengede kalma görevini yürüten, omuriliği, sinirleri ve vertebral arterleri çevreleyen kaslar tarafından kontrol edilen çok eklemli bir sistemdir. Sağlıklı bir bireyin omurgası sagital düzlemden bakıldığında S formunda, koronal düzlemden bakıldığında ise düz bir formda olmalıdır. Omurganın tanımlanmış hizalamasının normal sınırları dışında olduğu durumlar ve omurganın olması gereken anatomik duruşunun bozulması sonucunda meydana gelen anormal değişimler omurga deformiteleri olarak adlandırılmaktadır. Sagital planda meydana gelen anormal değişimler spondilolistezis, kifoz ve lordoz olarak ayrılırken koronal plandaki anormal eğrilikler skolyoz olarak adlandırılmaktadır. Skolyoz, koronal düzlemde omurganın sola, sağa ya da hem sola hem sağa en az 10° Cobb açısı yapması olarak, spondilolistezis ise omurgayı oluşturan omurların komşu omur üzerinden sagital planda kayması olarak tanımlanır. Deformiteler sonucunda omurgada meydana gelen denge kaybı kişinin, biyomekanik açıdan dezavantajlı bir duruma düşmesine neden olur. Ayakta dik dururken, yürürken, günlük yaşam faaliyetleri sırasında hastanın fazladan enerji harcaması, sırt kaslarının aşırı gerilmesi, solunum fonksiyonlarında azalma ve yaşam kalitesinin düşmesi deformitelerin neden olduğu biyomekanik dengesizliğin sonuçlarındandır. Omurga deformitelerinin erken teşhisi, hastalığın kontrol altına alınması, doğru tedaviye zamanında başlanması ve hastanın yaşam kalitesi açısından önemlidir. Omurga deformiteleri, günümüzde uzman doktorların tıbbi görüntüler üzerinden yaptığı manuel ölçümlerle tespit edilmektedir. Manuel ölçümler subjektif olmakla birlikte hatalara açık ve zaman alıcıdır. Bu çalışmada, omurga deformitelerinin daha hızlı ve doğru tespit edilmesi için derin öğrenme tabanlı otomatik bir teşhis yöntemi sunulmaktadır. Gelişen teknoloji ile hayatımıza giren yapay zeka, ilk olarak 1950 yılında tanıtılmış olmasına rağmen tıp dünyasında, 2000'li yılların başlarında derin öğrenme tekniklerinin geliştirilmesiyle yer edinmiştir. Yapay zeka, tıpta hastalıkların teşhisi, tıbbi görüntülerin analizi, tedavi süreçlerinin planlanması ve sonuçların tahmini, hasta verilerinin analizi alanlarında kullanılmakta ve her geçen gün kapsamını genişletmektedir. X-ışını görüntü işleme, özellik çıkarımı ve deformite tespiti gibi işlemler için derin öğrenmeye dayalı evrişimli sinir ağları mimarileri yaygın olarak kullanılmakta ve olumlu sonuçlar vermektedir. Bu çalışmada, transfer öğrenimi yaklaşımıyla GoogleNet ve ResNet mimarilerinin X-ışını röntgen görüntülerini sınıflandırma performansları doğruluk, kesinlik, F1 skoru, özgüllük ve hassasiyet açısından karşılaştırılmıştır. Eğitim için gerekli kütüphane ve modüller içe aktarıldıktan sonra veri setindeki görüntüler kendi sınıf etiketleriyle yüklenmiştir ve yeniden boyutlandırılmıştır. Veri setindeki görüntüler %80 eğitim ve %20 test olmak üzere iki gruba ayrılmış ve GoogleNet modeli InceptionV3, ResNet modeli de ResNet50 mimarisi kullanılarak oluşturulmuştur. ImageNet veri kümesindeki önceden eğitilmiş ağırlıklarla başlayan model, eğitim ve doğrulama için gerekli katmanlar eklenerek derlenmiş ve eğitilmiştir. Eğitim sırasında doğruluk ve kayıp değerleri takip edilerek model kaydedilmiş ve eğitim sürecinin grafiği çizilerek ve sınıflandırma raporu oluşturularak modellerin performansı değerlendirilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda ResNet mimarisi doğruluk, duyarlılık, özgüllük, F1 skoru ve kesinlik metrikleri açısından GoogleNet'e karşı üstünlük kurmuş olup yüksek başarı göstermiştir. GoogleNet ise eğitim ve test süreleriyle ResNet'ten daha hızlı işlem yaptığını ve işlem hızı açısından ResNet'e göre daha üstün performansa sahip olduğunu gösterdiği görülmüştür.
Yüksek şişme kapasitesine sahip hidrojel ve nanolif yara örtülerinin geliştirilmesi
Vücudun toplam kütlesinin yaklaşık %20'sini oluşturan ve organizmayı sararak dış çevreden koruyan deri, vücudun homeostazını korumakla görevli organımızdır. Deri dıştan içeriye doğru stratum korneum, stratum lusidum, stratum granülozum, stratum spinozum, stratum bazal; dermis ve hipodermis tabaklarından oluşmaktadır. Kazalar, cerrahi operasyonlar, travmalar, elektrik, kimyasal maddeler, radyasyon gibi sebeplerden dolayı deri üzerinde yara ve yanıklar oluşabilir. Yara oluşumundan itibaren yaranın ilk üç ay içerisinde iyileşmesi durumunda yara akut olarak nitelendirilirken, daha uzun sürmesi durumunda kronik yara olarak adlandırılmaktadır. Yara iyileşme fizyoloji birbirine geçen dört aşamadan oluşur. Bu aşamalar hemostaz, enflamasyon, proliferasyon ve yeniden şekillenmedir. Hemostaz aşamasında trombositler yaralı dokuya hücum ederek kanamayı durdururlar. Enflamasyon aşamasında nötrofiller, yaralı dokuyu mikroorganizmalara karşı korur. Proliferasyon ve yeniden şekillenme aşamalarında ise büyüme faktörleri etkilidir ve hücre dışı matriks yeniden bir bütünlüğe sahip olur. Yaranın sebebine ve türüne bağlı olarak özelleştirilmiş yara örtüleri bulunmaktadır. Aljinat yara örtüleri yüksek emme kapasiteleri ile eksüdayı emerek hastayı rahatlatır. Hidrokolloid yara örtüleri yara ve yanıklar için uygun biyobozunur özellikleri bulunmaktadır. Hidrojel yara örtüleri gözenekli yapısı sayesinde gaz giriş çıkışına izin verir. Köpük yara örtüleri esnek yapıları ile yaralı dokuyu kolayca kavrar. Nanolif yara örtüleri hücre dışı matriks görevi görerek doku onarımını hızlandırırlar. Ayrıca doku mühendisliği uygulamalarından olan üç boyutlu doku onarımını hızlandıran hücre iskeleleri, doğal ve sentetik malzemelerin bir arada kullanılmasıyla hücre çoğalmasını hızlandırarak yaralı dokunun iyileşmesini destekler. Bu tez çalışmasında polivinil alkol ve karboksimetil selüloz bazlı hidrojeller farklı çapraz bağlanma oranlarıyla bir araya getirilmiştir. Sentetik polimer ve polisakkarit gruplarının bir arada kullanıldığı bu hidrojeller derinin epidermis ve dermis tabakalarına eşlenik olarak tasarlanmıştır. Epidermis eşleniği olarak seçilen hidrojelin gözeneklilik oranı %42,529 ve jelleşme oranı %45,33 olarak tespit edilmiştir. Dermis eşleniği hidrojelin gözeneklilik oranı %63,722'dir ve hidrojel kuru ağırlığının yaklaşık 15 katı kadar şişme kapasitesi sergilemiştir. Polivinil alkol, karboksimetil selüloz, polivinil pirolidon, polietilenimin ve polimetil metakrilat polimerlerinin çeşitli kombinasyonlarından oluşan nanolif matlar elektroçekim tekniği ile üretilmiştir. Polivinilalkol matının minimum nanolif çapı 43 nm ve maksimum nanolif çapı 318 nm'dir ve boncuklu nanolifler içermektedir. Polivinilalkol/karboksimetil selüloz kompozit matının nanolif çapları 93 nm ile 249 nm aralığındadır. Polivinilpirolidon nanolif matı, nano ve mikro boyutlarda lifler içermektedir. Polivinilpirolidon polimer çözeltisine polietilenimin ilavesi, literatüre benzer şekilde ıslak nanolifler ile sonuçlanmıştır. Polimetilmetakrilat nanolif matı ise mikro seviyelerde liflere sahiptir ve lifler gözenekli yapıya sahiptir. Ayrıca polivinil pirolidon nanolifi, hidrojel solüsyonu içerisinde ilave edilmiş ve dondurma kurutma tekniği ile hücre iskelesi hazırlanmıştır. Hücre iskelesinin kimyasal yapısı FT-IR karakterizasyonu ile incelenmiş ve nanolif matın hücre iskelesine entegre olduğu sonucuna varılmıştır.
Lazer tabanlı fotodinamik terapi cihazlarının sıcaklık kontrolü için sistem tasarımı
Teknolojinin gelişmesiyle birlikte birçok elektronik devre özel çalışma alanlarına hizmet etmek üzere geliştirilip küçültülmektedir. Bu payda da karşılaşılan en temel problem ısınma problemidir. Bunun sebebi elektronik devrelerde kullanılan elemanların güç harcamaları üzerine oluşturdukları ısı yüküdür. Tasarlanan sistemlerin kararlı ve doğru çalışabilmesi için, belli sıcaklıklar arasında çalışması sağlanmalıdır. Cihaz sistemlerinin kararlı ve doğru çalışabilmesi için ihtiyaç duydukları sıcaklık aralıkları çalışma disiplinlerine göre değişiklik gösterebilmektedir. Bu çalışmanın temel amacı özel sıcaklık değerlerinde hassas çalışma özelliklerine sahip olan cihazların ihtiyaç duydukları dar sıcaklık aralığında çalışabilmesini sağlamaktır. Bu çalışmada uygulama olarak fotodinamik terapide kullanılmak üzere Intense M5215 lazer diyotu ısıl yük seçilerek istenilen sıcaklık aralığında uzun süreli çalışma durumunda sabit tutulması sağlanmıştır. Lazer diyotun belli bir sıcaklık değerine sabitlenmesi için dört farklı prototip gerçekleştirilmiştir. Her prototip bir önceki prototipin problemlerinin giderilmesiyle tasarlanmış olup, dördüncü prototipte nihai analog sıcaklık kontrol devre tasarımı gerçekleştirilmiştir. Analog devre ısıl yükteki sıcaklık değerini sıcaklık sensörü aracılıyla algılar ve sıcaklık bilgisini mikroişlemciye aktarır. Sistemin çalışma süresi boyunca istenilen sıcaklık değeri ile mevcut sıcaklık, PID kontrolör tarafından karşılaştırılarak hata oranı hesaplanır. PID kontrolör, bu hata oranı bilgisi ile PWM sinyali üreterek termoelektrik malzemenin kademeli bir şekilde sürülmesini sağlamıştır. Sıcaklık kontrolörünün 24 ℃ 'lik oda sıcaklığında 5,3 A ve 8,1 V' luk maksimum değerlerde maksimum 27,5 W termal yüke kadar kontrol edebildiği gösterilmiştir. Sıcaklık kararlılığıyla, lazer diyotun ürettiği ışık kalitesi uzun süreli deneyler sonucunda kaydedilmiş ve literatür de kullanılan lazer sistemlerinin gereksinimleriyle karşılaştırılıp çok daha kısa oturma zamanına sahip olduğu gösterilmiştir. D sınıfı yükseltici filtrelerinden yararlanılmış, DC-DC dönüştürücü kullanımı ile muadili sıcaklık kontrolörlerine göre çok daha ucuza mal edilmiştir.
Akıllı görsel gözetleme sistemine sahip otomatik yönlendirmeli hastane aracı
Otomatik yönlendirmeli araçlar (OYA); hasta ihtiyaçlarını daha hızlı gidermek, hasta bakım ve verimliliğini arttırmak, akıllı hastaneler oluşturmak gibi amaçlarla hastaneler içinde kullanılmaktadır. Çalışmada, OYA'ların hastane ortamındaki kişilere ve nesnelere zarar vermeden yol alması sağlanmaktır. Çevresinde bulunan kişilerin davranış bilgisi gerçek zamanlı olarak yapay zeka ve görüntü işleme yöntemleriyle merkeze bildirilmektedir. Sorun oluşturma ihtimali olan; çok kişinin aynı anda koşması, herhangi birinin düşmesi, kişilerin kavga etmesi gibi durumlara göre OYA'nın hareket edebilmesi sağlanmaktadır. Davranış tespitinde, matematiksel yöntem ve gönüllü deneklerin yıldız iskelet modellerinden elde edilen datalara göre eğitilmiş bir derin öğrenme yöntemi kullanılmaktadır. Tüm çalışmalar öncelikle belirlenen deneysel ortamın haritasının alınmasının ardından robot işletim sistemi (RİS) içerisinde simüle edilmiştir. Daha sonrasında deneysel bir OYA ile gerçek ortamda test edilmiştir. Yapılan çalışmalar sonunda, derin öğrenme yönteminin matematiksel yönteme kıyasla davranış tespiti için daha iyi sonuçlar verdiği görülmektedir. Ayrıca, tez çalışması hastane ortamında malzeme taşıma işlemi yapan OYA'lar için yeni bir alan önerisi sunarak, görsel gözetleme sistemlerinde kullanılabileciğini göstermiştir. Görsel gözetleme, hastane ortamı gibi insanların toplu halde bulunduğu ortamlarda önem kazanmaktadır. Bu anlamda kullanılan hibrit OYA'lar görsel gözetleme sistemleri içinde çalışan operatörler için iş kolaylaştırıcı olmaktadır. Anahtar kelimeler: Robot işletim sistemi, derin öğrenme, otomatik yönlendiirmeli araç, davranış tespiti
LED tabanlı fotodinamik tedavide ışık dozu etkisinin kolorektal kanser hücreleri için in vitro olarak belirlenmesi
Fotodinamik tedavi (FDT) halihazırda malign hastalıkların kontrolü için alternatif bir tedavi olarak kullanılmaktadır. Fotosensitizer (FS) adı verilen ışığa duyarlı ajanın belirli bir dalga boyunda ışıkla uyarıldıktan sonra oksijen ile reaksiyona giren ve hedef dokularda reaktif oksijen türleri (ROS) üreterek hücre ölümüne yol açan bir tedavi prosedürüdür.Amerikan Gıda ve İlaç Dairesi (FDA) tarafından klinik olarak onaylanmıştır. FDT'de kullanılan ışık, belirli lazer türlerinden veya ışık yayan diyotlardan (LED'ler) sağlanır. Kullanılan ışık türü, kanserin türüne ve vücutta nerede bulunduğuna bağlıdır. FDT genellikle ayaktan tedavi olarak yapılır (hastanede kalmak zorunda kalmayacağınız anlamına gelir), ancak bazen cerrahi, kemoterapi veya diğer antikanser ilaçları veya radyasyon tedavisi ile birleştirilir. Bu çalışmada ışığa duyarlı ajan olarak 5-Aminolevulinik asid (5-ALA) kullanılmıştır. Klinikte en sık saptanan HT-29 kolon kanseri hücre hattı üzerinde en uygun 5-ALA güdümlü fotodinamik terapi uygulaması için 5-ALA inkübasyon süresi, en uygun 5-ALA konsantrasyonu, LED enerji yoğunluğu ve dalgaboyu parametreleri araştırılmıştır. Kontrol olarak WI-38 normal akciğer hücre hattı kullanılmıştır. 5-ALA suda çözünebilen ikinci kuşak fotosensitizerdir. 650-800 nm dalga boyu aralığında maksimum emilimleri göstermektedir. 5-ALA'nın HT-29 kolon kanseri hücrelerindeki protoporfirin IX (PpIX) birikimi ölçülerek hücre içinde en fazla PpIX'in biriktiği zaman bulunmuş ve inkübasyon süresi 5 saat olarak belirlenmiştir. 5-ALA'nın HT-29 kolon kanseri hücreleri üzerinde konsantrasyona bağımlı etkisi araştırılarak terapi sırasında kullanılacak 5-ALA'nın konsantrasyonu optimize edilmiştir. 5-ALA konsantrasyonu 0,5 mM ve 1 mM'a sabitlenmiştir. Seçilen bu konsantrasyonların hücre canlılığını tek başına inhibe ve prolifere etmediği belirlenmiştir. Optimizasyon çalışması sonucunda 5 saat 5-ALA inkübasyonu ve 5 J/cm2 lazer enerji yoğunluğu en iyi sonuç alınan parametre olarak belirlenmiştir. Bu parametrelerle ana çalışmaya geçilmiş 3 farklı tip dalga boyunda (405, 635 ve 405+635 nm) LED ile fotodinamik tedavi uygulanmıştır. Sonuç olarak 5-ALA güdümlü fotodinamik tedavi belirlenen parametrelerde hücreler üzerinde 405 nm'de % 17'e, 635 nm'de %35'e ve iki dalga boyunun kombine olduğu 405+635 nm'de %15'e düştüğü gösterilmiştir.
ALA-5 aracılı fotodinamik terapinin kolon kanseri hücre hattı üzerindeki etkisinin lazer ve LED ışık kaynaklı sistemler aracılığıyla in vitro olarak incelenmesi
Fotodinamik terapi (FDT), kanser ve bazı malign olmayan hastalıkların tedavisi için klinik olarak onaylanmış bir tedavi türüdür. Fotoduyarlı madde (FDM) adı verilen ışığa duyarlı bir maddenin seçici olarak hedef dokudaki tümörde birikmesi ve bu maddeye uygun dalga boyundaki ışık ile uyarılmasıyla dokuda reaktif oksijen türleri (ROS) üreterek kanserli hücrenin ölümüne neden olan bir dizi olayları başlatır. Böylelikle sağlıklı dokuda herhangi bir zarar vermeden sadece tümörlü dokuyu tahrip eden bir tedavi türüdür. FDT etkinliğini fotoduyarlı madde, ışık kaynağı, dalga modu, tümör tipi, tümör boyutu ve yeri gibi parametreler etkilemektedir. FDT'de yaygın olarak lazer ve LED (light emitting diode- ışık yayan diyotlar) kullanılmaktadır. Son yıllarda fotodinamik tedavi sırasında oluşan termal hasarı engellemeye yönelik çeşitli dalga atım modları kullanılmaktadır: devamlı, puls ve süper atım modu. Bu çalışmada HT-29 kolon kanseri hücre hattında ABD Gıda ve İlaç İdaresi (FDA) tarfından onaylı 5-aminolevulinik asit (ALA-5) fotoduyarlı maddesi kullanılmıştır. ALA-5 aracılı fotodinamik terapinin HT-29 kolon kanseri hücre hattında etkisi lazer ve LED kaynaklı sistemlerde iki farklı dalga modu kullanılarak incelenmiştir. 635 nm dalga boyunda lazer ve LED kaynakları ile devamlı dalga modu (CW) ve puls dalga modu (PM) kullanılmıştır. HT-29 kolon kanseri hücre hattında uygun ALA-5 dozu ve ışık dozu parametreleri MTT ve XTT analizleri ile belirlenmiştir. 1 mM ALA-5 konsantrasyonu ve 10 〖J/cm〗^2, 15 〖J/cm〗^2 and 20 〖J/cm〗^2 enerji yoğunlukları ile fotodinamik terapi gerçekleştirilmiştir. Kontrol olarak WI-38 akciğer fibroblastı hücre hattında çalışılmıştır. Bu doğrultuda belirlenen etkin ALA-5 konsantrasyonu ve ışık dozu tek başına hücre poliferasyonunu inhibe etmediği görülmüştür. Belirlenen dozlar kullanılarak devamlı ve pulse dalga modları kullanılarak lazer ve LED tabanlı sistemlerde fotodinamik terapi yapılmıştır. Tedaviden 24 saat sonra XTT analizleri yapılarak hücre sitotoksisitesi incelenmiştir. Sonuç olarak her iki sistem ile yapılan fotodinamik terapi sonucu hücre poliferasyonu azalmış ve devamlı dalga modunun daha çok hücre sitotoksistesine neden olduğu görülmüştür. Anahtar kelimeler: Fotodinamik terapi, kolon kanseri, lazer ışık kaynağı, LED ışık kaynağı, ALA-5
Glioblastoma hücrelerinde darbeli elektromanyetik alan maruziyeti ve resveratrolün apoptotik yolakta sinerjik etkisinin incelenmesi
Glioblastoma multiforme (GBM) erişkinlerde en sık görülen malign astrositik beyin tümörü olup modern tedavilerin çeşitliliğine rağmen hala son derece kötü prognozu olan ölümcül bir hastalıktır. Darbeli manyetik alan (PEMF), iyonlaştırıcı veya termal etkiye sahip olmayan düşük frekanslı elektromanyetik alan olup çok sayıda terapötik etkileri raporlamıştır. Resveratrol (RES), güçlü antioksidan özelliğiyle çok sayıda terapötik etkiye sahip stilben yapılı doğal olarak oluşan polifenolik bir bileşiktir. Literatürde PEMF maruziyeti ve resveratrolün beyin kanseri hücrelerinde etkilerinin birlikte değerlendirildiği in vitro ve in vivo çalışmalar sınırlıdır. Özellikle, PEMF maruziyetinin RES ile birlikte glioblastomada apoptotik yolağa olası etkilerinin incelendiği çalışmalar yok denecek kadar azdır. Bu nedenle, tez çalışmasındada insan glioblastoma U87MG hücre hattında resveratrol-PEMF maruziyeti kombinasyonunun hücre canlılığına, hücreleri hangi yolla ölüme sürüklendiğine (apoptoz/nekroz), hem proapoptotik hem de P13K/AKT/mTOR hücre içi sinyal yolağında yer alan kilit genlerin ve bu genlerin kodladığı proteinlerin ekspresyonlarının düzeylerine etkileri sırasıyla Alamar Mavisi, Flow Sitometri, qRT-PCR, ve Western-Blot teknikleriyle incelenmiştir. Elde edilen veriler topluca değerlendirildiğinde RES uygulamasını takiben 6 saat PEMF maruziyetinin U87-MG hücre hattında hücre canlılığını azaltarak, kaspaz-9, kaspaz-3, bax/BcL-2, TP53 ve P53 ekspresyonlarını arttırarak apoptozu tetiklediği raporlanmıştır. P13K, AKT ve mTOR ekspresyonları artmış olmasına rağmen, apoptozda kilit rol oynayan gen ve proteinlere göre daha az artış göstermesi bu yolakların apoptoz yanıtını baskılama yönündeki etkilerini sürdürebildiğini göstermiştir. Pozitif kontrol olarak kullanılan temozolomid (TMZ) ile yapılan karşılaştırmalarda, RES-PEMF kombinasyonunun, TMZ-PEMF kombinasyonuna göre daha güçlü bir hücresel yanıt oluşturduğunu göstermektedir. Elde edilen bilimsel bulgular, stilben yapılı doğal bir polifenol olan resveratrolün PEMF ile birlikte glioblastoma hücrelerinde apoptoz mekanizmaları üzerindeki olası etkilerini ortaya koymuş ve bu kombinasyonun glioblastoma kanseri gibi birçok kanser türünde diğer konvansiyonel olarak uygulanan tedavilere karşı alternatif bir tedavi yönteminin geliştirilmesine potansiyel terapötik bir araç olarak kullanılabileceğini öne sürmüştür. Bu çalışmanın, özellikle RES ve PEMF'nin sinerjik etkilerinin daha geniş bir yelpazede değerlendirileceği gelecekteki klinik ve biyomedikal araştırmalar için önemli bir temel oluşturacağına inanmaktayız.
Derin öğrenme uygulaması destekli pekiştirmeli öğrenme algoritması ile beyin kanserileri tanı ve sınıflandırılmasında arayüz oluşturulması
Beyin kanseri, beyin dokusunda kontrolsüz büyüyen tümörlerin neden olduğu ciddi bir hastalıktır. Bu hastalık baş ağrısı, mide bulantısı, kusma, denge kaybı ve nörolojik bozukluklar gibi çeşitli belirtilerle kendini göstermektedir. Tedavi süreci, tümörün türüne ve hastanın genel sağlık durumuna bağlı olarak cerrahi müdahale, radyoterapi, kemoterapi ve hedefe yönelik ilaç tedavilerini içerebilir. Beyin tümörlerinin tanısında Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRI) önemli bir rol oynamaktadır. MRI, yüksek çözünürlüklü görüntüler sağlayarak tümörlerin tespit edilmesini ve değerlendirilmesini mümkün kılmaktadır. Medikal görüntü işleme, tıbbi görüntülerin analiz edilmesi ve yorumlanması için kullanılan dijital teknikler bütünüdür. Son yıllarda ise yapay zeka, derin öğrenme ve pekiştirmeli öğrenme gibi yöntemler bu süreçlerde büyük ilerleme sağlamıştır. Fakat literatürde derin öğrenme mimarileri ve pekiştirmeli öğrenme algoritmasının birlikte kullanıldığı çalışmalara rastlanılmamaktadır. Bu nedenle bu çalışmanın temel amacı derin öğrenme ve pekiştirmeli öğrenme yöntemlerini kullanarak MRI verilerinden primer beyin tümörlerini sınıflandırmak için otomatik bir tanı sistemi geliştirmektir. Bu amaç doğrultusunda, çalışmada, beyin kanserleri sınıflandırılması için derin öğrenme mimarileri destekli Q-öğrenme algoritmasıyla bir sistem geliştirilmiş ve Matlab ortamında, üç farklı veri seti kullanılarak primer beyin tümörleri MR görüntüleri sınıflandırılmıştır. Q-öğrenme algoritması ile çalışan bu model ile VGG16 mimarisinde %97.45 doğruluk, Resnet50 mimarisinde %96.06 doğruluk, DenseNet201 mimarisinde ise %96.93 doğruluk oranı elde edilmiştir. Sonuçlar geliştirilen modelin beyin tümörü sınıflandırmasında umut vadettiğini göstermektedir. Ayrıca tanıda hekimlere daha hızlı ve güvenilir bir teşhis süreci için sistem arayüz ile desteklenmiştir. Bu çalışmanın temel amacı, beyin tümörü teşhis sürecinde otomatik bir tanı sistemi geliştirmek ve bu sistemi hekimlere teşhis ve tedavi planlama süreçlerinde yardımcı olacak bir karar destek aracı haline getirmektir. Çalışma sonunda elde edilen sonuçlar, geliştirilen modelin teşhis doğruluğunu önemli ölçüde artırdığını ve klinik uygulamalarda geniş bir kullanım potansiyeline sahip olduğunu göstermektedir.
Aktif termogramlar üzerinden meme lezyonlarında derin öğrenme yardımıyla malinite tespiti
Gelişen bilgisayar donanımları ile paralel artış gösteren yapay zekâ uygulamaları, hızlı ve yüksek doğrulukta sonuç vererek erken tanıya olanak sağlamaları ve olası metastazların önlenebilmesi gibi avantajlarından dolayı biyomedikal alanında kanserli dokuların tespitinde sıklıkla tercih edilmektedir. Bu tez çalışmasında termal meme görüntüleri üzerinden meme bölgelerinin bölütlenmesi ve sınıflandırılması işlemleri çalışılmıştır. Açık veri setinden alınan termal görüntüler derin öğrenme modellerine verilmeden önce bazı ön işlemlerden geçirilmiştir. Ön işlemlerin ardından meme bölgeleri bölütlenerek eğitim işlemleri için meme bölgesi dışında kalan alanlar otomatik olarak kırpılmıştır. Daha sonra sınıflandırma için iki farklı yöntem denenmiştir. İlk yöntemde meme bölgelerinin el yordamıyla bölütlenmesi ve transfer öğrenme uygulanarak sınıflandırılması yapılmıştır. İkinci yöntemde ise meme bölgelerinin otomatik bölütlenmesinin ardından transfer öğrenme uygulanarak lezyon sınıflandırılması çalışılmıştır. İkinci yöntemde kullanılan otomatik bölütleme işlemi için U-Net ve Mask R-CNN teknikleri denenmiş ve Mask R-CNN metodunun daha yüksek başarım göstermesi nedeniyle çalışmaya bu metot ile devam edilmiştir. Çalışmada kullanılan iki farklı yöntemin de eğitim işlemlerinde önceden eğitilmiş InceptionV3, MobileNet, MobileNetV2, ResNet50, VGG16, VGG19 ve Xception mimarileri ile transfer öğrenme uygulanmıştır. Çalışmanın bulguları incelendiğinde en yüksek eğitim doğruluğu, kesinliği ve duyarlılığını Xception (%100) mimarisi vermiştir. Eğitilen mimarilerin test başarımları incelendiğinde InceptionV3 ve MobileNet mimarilerinde %100 doğruluk, kesinlik ve duyarlılık elde edilmiştir. Kullanılan mimariler arasında en uzun sürede eğitilen ve en geç test sonucu veren mimariler Xception ve VGG mimarileri olurken en hızlı test sonucu veren mimari ise MobileNet mimarisi olmuştur.
İntörn hekimlerinin solunum ve kalp sesleri becerisinin kazandırılmasında mobil aplikasyonlu (smartsteo) kablosuz ses iletim sisteminin etkinliğinin değerlendirilmesi
Tıp eğitiminin amacı, hasta ve toplum için yetenekli, yeterli hekimler yetiştirmektir. Faydalı ve etkin olarak yapılabilmesi için hastalarla klinik muayene ve tanı konulmasıyla ilgili süreçlerin iyi yürütülmesi gerekmektedir. Fakat bu durum hasta hakları, hastanede kalış süresinin kısalığı, hastaların öğrenci grupları ile çalışmak istememesi gibi nedenlerden mümkün olmamaktadır. Hasta üzerinde yapılması mümkün olmayan eğitimler tıp eğitiminde kullanılması standart hale gelen fantom yani simülatörler eşliğinde yapılmaktadır. Bu sebepler hasta rızası olmaması, hastaların her an olmayışı, öğrenci sayısı fazla olması, uzman çalışma zamanlarından dolayı uygulanabilir olmayışı sayılabilir. Bu yüzden simülatörlerin kullanılması büyük önem taşımaktadır. Bu simülatör araçlarından biri de stetoskop ve stetoskop içeren, organlara ait normal veya anormal seslerin dinletildiği fantom maketlerdir. Tıp alanında simülasyonlar fantomlar üzerinde ve simülatörler ile yapılmaktadır. Örneğin kalbi durmuş birinin kan dolaşımını tekrar kazanabilmesi için kalp masajı yapılması işlemini kalbi durmuş birinde ilk defa öğrenecek olan kişinin uygulaması mümkün değildir. Bu sebeple temel tıp beceri eğitimi için fantom kullanımı önem taşımaktadır. Simülatör ve simülasyon kullanımı sayesinde öğrenciler hasta ile ilk karşılaşmasından önce deneyim kazanma şansı bulmaktadır. Uzmanların da eğitime dahil edilmesi ile simülasyon eğitiminin önemi tecrübe aktarımı açısından önem kazandırmaktadır. Eğitim aşamasında öğrencilere verilen eğitimde görsel ve işitsel duyularına hitap edildiği ve pratik eğitim seviyesi arttırdığı için normal eğitimin yanında simülatör ile eğitim daha verimli öğrenme sağlanmıştır. Simülatör kullanımı sayesinde mezunların niteliklerinde artış olduğu bilinmektedir. İşitsel öğrenme ve görsel öğrenme yöntemi birleştirilerek kalıcı ve sürekli hafızaya bilgilerin aktarılması çok önemlidir. Simülatör ile eğitim şekli kalıcı hafızanın oluşturulması bakımından çok önemlidir. Eğitim sırasında ne kadar çok duyu organı kullanılırsa kalıcı hafızada oluşturulacak tıbbi beceriler ileride hasta üzerinde yapılacak teşhislerde, teşhisin doğruluğunun sağlanması ve teşhis hızı bakımından önemli kazanımlardır. Bu becerilerden birisi de organlarımızın çalışırken ürettiği seslerin ne anlama geldiklerinin yorumlanabilmesi becerisidir. Organların çıkarttığı seslerin dinlenmesi işlemine oskültasyon denmektedir. Oskültasyon hasta başında yapılabildiği gibi simülatör eşliğinde de yapılabilmektedir. Eğitim bakımından incelendiğinde en ideal yöntem öğrencinin, eğitmen eşliğinde hastanın ilgili organlarından gelen seslerdeki farklılıklar ve anormallikleri ayırt edebilmesini sağlayacak yetilerinin kazandırılmasıdır. Ne kadar çok ses duyar ve kulak aşinalığı kazanırsa o sesler ile karşılaştığında doğru ve hızlı teşhis ihtimali yükseltmektedir. Tıp fakültelerindeki öğrenci sayıları da göz önüne alındığında öğrencinin simülatörlere sürekli erişimi mümkün değildir. Öğrencilerin eğitim materyali olarak stetoskopa erişimi simülatörlere göre daha kolaydır. Literatürde simülasyon ve tıp eğitimi konusunda çok sayıda yayına ulaşılmakla birlikte, steteskobu simülasyonda kullanan yurtdışı menşeili donanımsal benzerlik gösteren bir cihaz bulunmasına rağmen senaryo eğitimi destekli ulusal çerçevede bir cihaza rastlanmamıştır. Stetoskop eğitiminin önemli olduğunu ve seslerin iyi tanınması için kulak aşinalığının tecrübeye göre arttığı bilinmektedir. Stetoskobun doğru kullanımı ve doğru bölgelerin dinlenmesi ile hastalıkların doğru teşhisine katkı sağlayacağı ve hekim eğitiminin kalitesi iyileştireceği çalışmanın amaçları arasında yer almaktadır. Stetoskop kullanımı ve ses dinleme eğitimi intörn hekimlerin oskültasyon tecrübelerini arttıracağı hedeflenmiştir. Bu tez de oskültasyon (ses dinleme) eğitimi verebilmek için kablosuz ses iletebilen elektronik bir stetoskop ve seslerin eğitimde kullanılması için senaryolar ile desteklenmiş "SmartSteo" mobil uygulaması geliştirilmiştir. Geliştirilen sistem ile eğitilen 61 intörn hekimin solunum ve kalp seslerini tanımalarındaki becerilere etkisini değerlendirilmiştir. Mobil uygulama içerisindeki kütüphaneye eklenen farklı hastalıklara ait sesler elektronik stetoskop içerisinde bulunan kulaklıklar yardımı ile öğrencilere dinletilerek eğitim verilmiştir. Eğitim öğretim üyesi ve senaryolar ile eğitim olmak üzere 2 bölümden oluşmaktadır. Öğretim üyesi ile birlikte alınan eğitim mobil uygulamada yer alan seslerin öğrenciye bir uzman eşliğinde dinletilerek yapılmıştır. Uzman doktor örnek vakalara ait sesleri farklı senaryolar ile öğrenciye anlatarak öğrencinin sesleri tanıma tecrübesinin artmasını ve doğru stetoskop kullanımı konusunda eğitim almasını sağlamaktadır. Senaryolar eğitiminde ise öğrenci kendi başına mobil uygulamada veya simulehasta.com adresinde bulunan vakalara ait senaryolaştırılmış sesleri elektronik stetoskop ile dinleyerek eğitim almaktadır. Eğitim sesli soru ve işaretlenebilir cevaplardan oluşmaktadır. Soru içerisinde bulunan sesi dinleyerek soruya ait doğru cevabın işaretlenmesi ile sonraki soruya ilerlemektedir. Sistem yazılım ve donanım olmak üzere 2 ana bölümden oluşmaktadır. Yazılım bölümü flutter platformunda kodlanmış Android ve IOS destekli bir mobil uygulama "SmartSteo" ve senaryo eğitimi ile çevrim içi sınav sistemini içeren "moodle" altyapısında simulehasta.com adresindeki web sitesinden oluşmaktadır. Donanım ise normal bir stetoskop, şarj edilebilir pil ve kablosuz ses iletebilen bir elektronik kart (vhm-314-v2) ile elde edilen elektronik stetoskoptan oluşmaktadır. Eğitimler geliştirilen bu sistem ile tıp uzmanı tarafından hazırlanan senaryolar haline getirilmiş 8 vakadan elde edilmiş 10 sorudan oluşmuştur. Vaka ve senaryolar mobil uygulamanın (SmarSteo) yanı sırası simulehasta.com adresine de yüklenmiştir. Böylece her iki platformdan eğitim almak mümkün hale getirilmiştir. Akdeniz Üniversitesi Tıp Fakültesi Acil Tıp Anabilim Dalında normal eğitimine devam eden 61 intörn hekime bu tezde geliştirilen sistem ile oskültasyon eğitimi verilmiştir. Eğitime başlamadan önce tüm öğrencilere simulehasta.com adresinde her soru oskültasyon eğitimi ile ilişkili ses kayıtları içeren 10 soruluk ön test çevrim içi sınavı uygulanmıştır. Sınavın soruları ve cevapları her öğrenci için farklı sırada çıkması sağlanmıştır. İntörn hekimler rastgele oluşturulan 30 ve 31 kişiden oluşan iki gruba ayrılmıştır. İlk grup öğretim üyesi eğitimine dahil edilerek uzman hekim eşliğinde mobil uygulama ve elektronik stetoskop ile ses dinleme eğitimlerini uzman doktor ile birlikte alması sağlanmıştır. İkinci gruba ise mobil uygulama ve web sitesini kullanarak kendi kendine senaryolar ile eğitim alması sağlanmıştır. Eğitimi tamamlayan her iki grup son teste tabi tutulmuştur. Ön test ve son test verileri ile yapılan 3 analiz intörn öğrencilere verilen simülasyon eğitiminin öğrencilere % 20 (senaryo eğitimi) ve % 33 (öğretim üyesi eğitimi) puan artışları ile olumlu katkı sağladığı yönde olmuştur. P<0.05 anlamlı fark olarak kabul edilmiştir. İlk test ve son test arasında p=0.001 ve p=0.002 değerlerine göre anlamlı ve olumlu bir fark olduğu görülmüştür. Ön test ortanca değeri 50 olan senaryo eğitimi verilen eğitimler sonucunda ortanca değeri 60' a yükselmiştir. Benzer şekilde öğretim üyesi eğitimi öncesinde uygulanan ön test ortanca değeri 60 eğitim sonunda 80' e yükselmiştir. İki grup arasında ön teste göre farklarının bakıldığı analizde ise iki grup arasında anlamlı bir sonuç bulunamamıştır. Bunun her iki grubunda olumlu yönde ilerlemesi aralarında fark olmaması anlamı taşıdığı gibi ifade etmek mümkündür. Son yapılan analize göre ise ayrı ayrı ön test ve son test arasındaki ilişkiye bakıldığında ve gruplar arası fark olup olmadığına bakılmış ve öğretim üyesi ile yapılan eğitimin farkı ortaya çıkmıştır. Öğretim üyesi ile yapılan eğitim öğrencinin kendi başına aldığı eğitimden daha iyi olduğu ve tüm bu eğitimlerin normal eğitime katkı sağladığı yapılan çalışmada elde edilen veriler ile gösterilmiştir. Sonuç olarak çalışma kapsamında geliştirilen mobil uygulama ve elektronik bir stetoskop ile verilen eğitim öğrencilerin beceri seviyesinde olumlu sonuçlar oluşturulmuştur. Öğrencilerin duyduğunu anlama ve yorumlama becerisi yani oskültasyon yetisine katkısı olduğu anlaşılmıştır. Simülasyon alanında yapılacak ulusal çalışmalar için yazılım ve donanım destekli öncü çalışma olma niteliği taşıyabileceği ön görülmektedir. Geliştirilen yazılımsal ve donanımsal materyal klinik alanda öğrenci ile yapılması güçleşen uygulamalar için hasta haklarını da önemseyen bir yaklaşım göstermektedir. Ayrıca öğrencilerin hasta ile karşılaşmadan önce çok sayıda pratik yapmasına, uzaktan eğitimde her ortamda ve zamanda uygulama yapmasına fırsat sağlayacak bir araç geliştirilmiştir.
Kolajen temelli doku iskeleti üretimi için elektrik alan etkisinin araştırılması
Gelişen bilim ve artan ihtiyaçlar doğrultusunda sağlık alanındaki beklentiler giderek artmış ve günümüzde yapay doku ve organların geliştirilmesi seviyesine ulaşmıştır. Çeşitli endüstriler ile ortak altyapıyı kullanan biyoteknoloji ürünleri için başlangıçta metaller, seramikler ve plastikler sıklıkla kullanılmıştır. Bu materyaller ile hassas şekilde boyutlandırılmış, mekanik ve biyolojik açıdan dayanıklı ameliyat aletleri ve implantlar hızla üretilebilmiştir. Fakat günümüzde eğilim, biyolojik aktivite sergileyen doku ve organların üretimi için doğal doku materyallerinin kullanılması yönündedir. Bu materyallerin elde edilme şekilleri, ürüne dönüştürülme prosesleri, mekanik özellikleri, standartları ve ilgili yönetmelikleri diğer endüstriyel materyallerden oldukça farklıdır. Biyolojik materyallerin, doğal dokularda sağladıkları gibi biyobenzetim ürünlerinde de yeterli mekanik dayanım sağlamaları beklenebilir. Fakat mevcut üretim teknikleri doğal yapılardaki ağ yapısı ve çapraz bağ oluşumunu sağlayamadığı için doğal dokular kadar kuvvetli yapılar oluşturulamamaktadır. Bununla birlikte, mekanik dayanım sağlamak için kullanılan çapraz bağlama kimyasallarının da doza bağlı olarak toksik etkilerinin olabilmesi kullanımlarını sınırlandırmaktadır. Literatürdeki biyobenzetim çalışmaları ağırlıklı olarak hücrelere iki ya da üç boyutlu adezyon ortamı sağlanmasına ve hücrelerin doğal davranışlarını sergileyip sağlanan doku iskelesini fonksiyonel bir dokuya dönüştürmelerine odaklanmıştır. Bu amaçla doğal fiber yapısı, sinyal molekülleri ve fiziksel uyaranlar ile doğal ortam benzetimi yapılmaya çalışılmaktadır. Bu tez çalışmasında özgün bir yaklaşımla elektrik alan etkisinin doku iskelesi üretim metodu olarak kullanım potansiyeli araştırılmıştır. Uygulamanın ekonomik ve yaygın olmasına katkı sunabileceği için elektrotlar, çözelti haznesi ve kontrol devresi modüler şekilde tasarlanmıştır. Çalışmada, canlılardaki yaygın bulunurluğu ve yapısal rolü sebebi ile literatürde sıklıkla kullanılan fakat dielektroforez etkisi ile hareket ettirildiği paylaşılmamış olan kolajen tip-1 proteini kullanılmıştır. İnşa süresi partiküllerin büyüklüğüne bağlı olduğu için büyük partiküllerin de hareket ettirilebileceği yüksek elektrik alan şiddetini sağlayacak bir düzenek tasarlanmıştır. İmal edilen elektrotlar üzerinde, asetik asit çözelti haznesindeki ~30, 70, 80, ve 1150 µm uzunluktaki kolajen partiküllerinin dielektroforez etkisi ile lineer, rotasyonel ve değişken doğrultulu hareketler sergiledikleri gözlenmiştir. Dielektroforezin hücreleri ve yapı materyallerini temas etmeksizin organize edebilme özelliğine dayanarak gelişmiş sterilizasyon altyapısına ihtiyaç duyulmadan sahada doku iskelesi üretimi için kullanılabileceği düşünülmüştür. Bu tez çalışması kapsamında geliştirilen cihaz ile "Biyolojik Materyal Yönlendirme Cihazı" başlığı ve 2021/019014 başvuru numarasıyla Türk Patent Enstitüsüne faydalı model başvurusu yapılmıştır.
Alzheimer hastalığının derin öğrenme tekniği ile PET görüntüleri üzerinden teşhisi
Beyin hücrelerinde zamanla gelişen ölüme bağlı olarak hafıza kaybı, bunama (demans) ve bilişsel fonksiyonların azalması şeklinde gelişen tıbbi durum Alzheimer hastalığı (AH) olarak adlandırılır. Henüz tedavisi için herhangi bir ilaç bulunmuş olmasa da Alzheimer hastalığının nedeni, gelişim şeklinin anlaşılması ve çözüm yollarının geliştirilmesine yol açabilecek başarılı sonuçlar ortaya konulabilmektedir. AH'nin varlığı ve ilerleme düzeyine dair bilgilerin, beyin görüntüleri üzerinden geliştirilecek bir derin öğrenme mimarisi yardımıyla irdelenmesi teşhisteki doğruluğu artırabilir. AH'nin, hafif bilişsel bozukluğun veya beynin Floro-deoksi-glukoz (FDG)-PET'in nihai teşhisini öngören bir derin öğrenme algoritması geliştirmek, doğrulamak ve performansını radyolojik okuyucularla karşılaştırmak amacıyla bazı çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmada ise derin öğrenme yardımıyla AH'nin FDG-PET görüntüleri üzerinden DenseNet121, InceptionV3, MobileNet, MobileNetV2, ResNet50, ResNet101, VGG16 ve Xception mimarileri ile transfer öğrenme tekniği uyarlanarak teşhisine çalışılmış ve beyin dokusunun hastalıktan etkilenme durumu irdelenmiştir. Çalışmanın bulguları incelendiğinde en yüksek eğitim doğruluğu, kesinliği, duyarlılığı ve F skorunu Xception (%99) ve DenseNet121 (%99) mimarileri vermiştir. Eğitimler sonucunda elde edilen test doğruluğu, kesinliği, duyarlılığı ve F1 skoruna bakıldığında Xception (%100) ve DenseNet121 (%100) mimarileri ön plana çıkmıştır. Kullanılan modeller arasında Xception, VGG16 ve ResNet101 modelleri en uzun eğitim ve testlerini vermiş, en kısa süreler ise MobileNet ve MobileNetV2 modelleri ile elde edilmiştir. Farklı veri setlerinin eğitimi sonucunda veri sayısı arttıkça model başarısının da arttığı görülmüştür. Çalışma, beyin PET görüntüleri üzerinden AH teşhisi konusunda transfer öğrenme mimarilerinin başarımını göstermiş ve eğitim sonuçlarına göre yüksek başarı gösteren mimarilerle MR görüntüleri üzerinde daha büyük veri setleri kullanılarak çalışılabileceğini düşündürmüştür.
Darbeli elektromanyetik alana kısa ve uzun süreli maruziyetin oleik asit ile muamele edilen beyin hücrelerinde nöronal apoptoz mekanizmaları üzerine moleküler etkileri
Darbeli elektromanyetik alan (PEMF), düşük frekanslı bir elektromanyetik alan olup, çalışmalar PEMF uygulamasının parkinson hastalığı, ameliyat sonrası ağrı ve ödem, kronik yaraların tedavisi, nörodejeneratif ve oküler hastalıkların tedavisi, kanser hücrelerinin tedavisi gibi alanlarda kullanıldığını göstermiştir. Apoptoz, genel olarak hücrelerin kendi kendilerini yok ettikleri, proapoptotik ve antiapoptatik proteinler arasındaki denge ile düzenlenen, RNA, protein sentezi ve enerjiye gereksinim duyan programlanmış hücre ölümüdür. Membran fosfolipitlerinin ana bileşeni olan oleik asitin, kanser tedavisinde otofajik veya apoptotik hücre ölümlerini tetiklediği nöronal hücrelerde dahil olmak üzere çeşitli hücre kültürü çalışmalarında gösterilmiştir. Literatürde, erken çocukluk çağında görülen, sempatik sinir sisteminin öncül hücrelerinden köken alan kötü huylu bir beyin tümörü olan nöroblastomanın hücre hattında oleik asit ile birlikte PEMF maruziyetinin apoptotik mekanizmalarda rol oynayan önemli proteinler üzerine moleküler etkilerinin birlikte araştırıldığı çalışmalar kısıtlıdır. Özellikle, 75 Hz frekansında, 1 mT yoğunluğunda PEMF'ye kısa (15 dk) ve uzun süreli (12 saat) maruziyetin, oleik asit ile muamele edilen insan nöroblastoma hücre hattında nöronlar dahil olmak üzere birçok hücre tipinde apoptozun düzenlenmesinde anahtar rol oynayan genlerden TP53, bcl-2, bax, ve kaspaz-3'ün mRNA düzeylerinin incelendiği çalışmalar yok denecek kadar azdır. Bu bilgiler ışığında sunulan çalışmanın amacı, oleik asit ile muamele edilen insan nöroblastoma hücre hattını 75 Hz, 1 mT PEMF'ye hem kısa (15 dk) hem de uzun süre (12 saat) maruz bırakarak, oleik asit ile birlikte PEMF maruziyetinin maruziyet süresine bağlı olarak apoptoz mekanizmasındaki etkilerini moleküler tekniklerle araştırmaktır. SH-SY5Y nöroblastoma hücreleri 6 gruba ayrılmıştır: 1. Grup: kontrol grubu, 2.Grup: Oleik asit maruziyetine bırakılan grup, 3. Grup: Oleik asit muamelesinin ardından 15 dk, 75 Hz-1±0.2 mT PEMF maruziyetine bırakılan grup, 4. Grup: Oleik asit muamelesinin ardından 12 saat, 75 Hz-1±0.2 mT PEMF maruziyetine bırakılan grup, 5. Grup: 15 dk, 75 Hz-1±0.2 mT PEMF maruziyetine bırakılan grup, 6. Grup: 12 saat, 75 Hz-1±0.2 mT PEMF maruziyetine bırakılan gruptur. Hücre canlılığı Alamar Mavisi (Alamar Blue) tekniği ile apoptozun indüklenip/indüklenmediği Akış Sitometrisi (Flow Cytometry) yöntemi ile, TP53, Bcl-2, bax, ve kaspaz-3'ün mRNA seviyeleri ise Real Time PCR tekniği ile belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar toplu olarak değerlendirildiğinde, oleik asit muamelesinin ardından 12 saat 75 Hz frekans 1±0.2 mT yoğunlukta PEMF'ye maruziyetin SH-SY5Y hücre hattında kontrol HaCaT hücre hattına kıyasla hücre canlılığını azaltıcı, TP53, kaspaz-3, bax ekspresyonunu arttırıcı, Bcl-2 ekspresyonunda ise azaltıcı etki göstererek hücreleri apoptoza sürüklediği bulunmuştur. Elde ettiğimiz bilimsel verilerle PEMF uygulamasının insan beyin hücrelerinde oleik asit ile birlikte apoptoz mekanizması üzerine etkileri incelenmiş, klinik ve biyomedikal uygulama alanlarının genişletilmesine katkı sağlanılmıştır. ANAHTAR KELİMELER: Darbeli Elektromanyetik Alan, oleik asit, apoptoz, nöroblastoma, kanser, SH-SY5Y hücre hattı
Gürültü azaltma tekniklerinin dermatoskop görüntüleri üzerindeki etkisinin araştırılması
OCAK 2023; 32 sayfa Cilt hastalıkları erken safhada doğru teşhis ve tedavi edilmesi gereken hastalıklardır. Erken teshiş ve tedavinin sağlanması için de dermatoloji alanında bilgisayar destekli otomatik yöntemlere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu doğrultuda yapılmış olan çalışmalarda genellikle dermatoskop görüntülerinin analizi, sınıflandırılması veya görüntülerden lezyon bölütlemenin gerçekleştirilmesi üzerinde durulmuş olup, bu işlemlerden elde edilen sonuçlar incelenip değerlendirilmiştir. Fakat ön işlem aşaması olarak uygulanan gürültü azaltma tekniklerinin ne kadar başarılı olduğu üzerinde durulmamıştır. Bunun yanı sıra, literatürdeki çalışmalarda dermatoskop görüntüleri ile geliştirilen otomatik yöntemlerde, farklı sınıflandırma veya lezyon bölütleme yaklaşımları, farklı gürültü azaltma teknikleri ile birlikte kullanılmıştır. Bu nedenle, hangi gürültü azaltma tekniğinin daha etkili olduğu net olmayıp, bu tekniklerin sonuçlar üzerindeki etkisi belirsizdir. Bu sorunun çözümü için, bu tez çalışması kapsamında, dermatoskop görüntüleri üzerinde uygulanmış olan gürültü azaltma tekniklerinin performansları incelenip karşılaştırılmış ve en uygun tekniğin belirlenmesi sağlanmıştır. Ayrıca, bu tez çalışmasında dermatoskop görüntülerinden gürültü azaltmak için daha önce kullanılmamış olan bir yöntem de önerilmiştir. Çalışmalarımızda üç farklı değerlendirme ölçütü ile elde edilen bulgular, önerilen yöntem ile gürültü azaltma işleminin literatürde uygulanmış olan yöntemlere göre daha yüksek bir performans ile gerçekleştirilebildiğini göstermiştir. Önerilen yöntem kullanılarak geliştirilecek olan cilt lezyonlarının otomatik tespit edilmesi, bölütlenmesi veya sınıflandırılması yaklaşımlarından daha başarılı sonuçların elde edilmesi, bu sayede bu hastalıkların teşhisi ve tedavi süreçlerinde daha doğru değerlendirmelerin yapılması için dermatologlara yardımcı olunması sağlanacaktır.
Derin öğrenme yönteminin koroner arter hastalığında iskemi değerlendirilmesi için spect görüntülerine uygulanması
Hayati organlardan biri olan kalbin anormal çalışmasının sebeplerinden biri koroner arter hastalığıdır (KAH). Kalbin yeteri kadar beslenmesini ve oksijenlenmesini sağlayan koroner arter damarların daralması-tıkanması sonucu kardiyovasküler sistemde iskemi gerçekleşmesi durumuna KAH denir. Kardiyovasküler sistemin fonksiyonel olarak değerlendirilmesine imkan sunan Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) görüntüleme tekniği KAH tanısında sık tercih edilen nükleer tıp uygulamalarından biridir. Stres-dinlenme çekimli SPECT görüntülerinin karşılaştırılması ile kalbin fonksiyonu ve risk durumu, koroner arter damarlardaki daralmanın-tıkanmanın konumu hakkında bilgi toplamayı sağlar. Mevcut durumda SPECT görüntülerinden elde edilen bilgiler uzmanlar tarafından yorumlanarak hastalık teşhisi konulur. Bu çalışmada, her geçen gün artış gösteren bilgi birikimin işlenebilmesini karşılayabilecek nitelikte olan bir sistem önerilmiştir. Evrişimli Sinir Ağı (ESA) algoritmaları ve güçlü donanım teknolojilerine yer verilerek tasarlanan derin öğrenme (DÖ) modeli KAH tanısını koymada uzmanlara yardımcı olabilir. SPECT MPI (Myocardial Perfusion Imaging) görüntü veri setinin eğitim ve test işlemleri çeşitli transfer öğrenme (TÖ) mimarileri üzerinden yürütülerek iskemi/canlı doku değerlendirilmesi yapılmıştır. Çalışmanın sonucunda, önceden eğitilmiş DenseNet121, InceptionResNetV2, InceptionV3, MobileNet, MobileNetV2, ResNet50, VGG16, VGG19, Xception mimarilerinin performans ölçütleri incelendiğinde en yüksek eğitim doğruluğunu %98.2 ile InceptionV3, en yüksek kesinliği %98, duyarlılığı %98, F1- skoru %98 ve AUC değeri 0.977 olarak Xception modelinde analiz edilmiştir. Test veri setinde ise VGG16 %98.3, VGG19 %85 ve MobileNetV2 %77.2 en düşük doğruluk değeri hesaplanırken geriye kalan modellerde doğruluk %100 başarıya ulaşmıştır. Literatürde yapılan diğer çalışmalara kıyasla SPECT MPI görüntülerinden yola çıkarak analiz yeteneği kazandırılan DÖ yöntemi ile iskemi/canlı doku değerlendirilmesi amaçlanmıştır.
Cilt lezyonlarının dermatoskop görüntüleri üzerinden derin öğrenmeye dayalı yöntemle tespiti ve sınıflandırılması
Cilt hastalıklarının dünya nüfusunun yaklaşık üçte birini etkileyen en yaygın dördüncü hastalık olduğu bilinmektedir. Cilt hastalıklarında genellikle belirtiler, deri üzerindeki normal deri rengi ve deseninden farklı görülen ve lezyon olarak adlandırılan bölgelerdir. Cilt hastalıkları erken evrede teşhis edildiğinde tedavi edilebilen hastalıklardır. Bu nedenle, hastanın hayatını koruyabilmek için erken ve doğru teşhis kritik role sahiptir. Günümüzde, cilt hastalıklarının teşhis edilmesi işlemi, dermatoloğun deriyi eli ile incelemesi ve görebildiklerine göre karar vermesine dayalı olarak yapılmaktadır. Cilt hastalıklarının bu şekilde teşhis edilmesi dermatologların deneyimlerine göre değişiklik gösterebilmektedir. Otomatik yöntemler erken teşhis ve müdahalelerin yapılmasını sağlamaktadır. Literatürde otomatik yöntemler önerilmekte ve bilgisayar destekli teşhis sistemlerinde artan bir şekilde derin öğrenmeye dayalı yöntemler kullanılmaktadır. Bu nedenle, bu tez çalışması kapsamında da derin sinir ağ mimarisine dayalı olarak cilt lezyonlarının sınıflandırılması üzerinde durulmuş, dermatoskop görüntüsünden yüksek doğruluk ile lezyonların yedi sınıfa otomatik olarak sınıflandırılmasını sağlayan, evrişimsel derin sinir ağ mimarisi ve kapsül ağın birlikte kullanıldığı bir yöntem önerilmiştir. Sonuçların değerlendirilmesi için doğruluk, hassaslık, özgüllük, F1-skor ve Mathew ilişkilendirme katsayısı olmak üzere beş farklı değerlendirme ölçütü kullanılmış ve sırasıyla %88.10, %89.18, %98,11, %87.25, %86.20 değerleri elde edilmiştir. Ulaşılan bu bulgular cilt lezyonlarının otomatik olarak sınıflandırılmasında önerilen bütünleşik ağ mimarisinin başarılı olduğunu göstermiştir.
Karaciğer hastalığının bilgisayarlı tomografi görüntülerinden derin ağ mimarisi ile teşhisini iyileştirmek için en uygun veri artırma tekniğinin araştırılması
Karaciğer hastalığının otomatik olarak teşhis edilmesi için son zamanlarda derin öğrenmeye dayalı yöntemler geliştirilmektedir. Derin öğrenme teknikleri ile yapılan görüntü sınıflandırma yaklaşımlarında ağ mimarilerinin eğitilmesi ve test edilmesi için çok sayıda veriye ihtiyaç duyulmaktadır. Fakat tıbbi alanda tedarik edilen görüntüler yetersiz sayıdadır. Bu nedenle çeşitli veri artırma yöntemleri uygulanmakta ve artırılmış sayıdaki veriler ile ağ mimarilerinin eğitilmesi sağlanmaktadır. Fakat, literatürdeki çalışmalarda farklı türden görüntülerin kullanılmış olması, farklı ağ mimarilerinin kullanılması, bu mimarilerin farklı sayılardaki eğitim ve test veri setleri ile eğitilip test edilmesi nedeniyle hangi veri artırma tekniğinin hangi görüntü türü için daha başarılı sonucun elde edilmesini sağladığı net değildir. Bu nedenle, bu tez çalışmasında literatürdeki karaciğer görüntüleri ile yaygın olarak uygulanmış olan veri artırma teknikleri incelendikten sonra görüntülerin sınıflandırılması üzerindeki etkileri karşılaştırılıp en etkili olan veri artırma yaklaşımı belirlenmiştir. Bu tez kapsamında yapılan çalışmalarda, on adet veri artırma tekniği uygulanmış, her teknikten elde edilen artırılmış sayıdaki görüntüler ile eğitim ve test veri setleri oluşturulmuştur. Tasarlanan evrişimsel ve artık bağlantıların olduğu bir derin sinir ağ mimarisi oluşturulan on eğitim seti ile eğitildikten sonra test setleri ile test edilmiştir. Dolayısı ile uygulanan veri artırma tekniklerinin sayısı kadar sınıflandırma işlemi gerçekleştirilmiş olup her sınıflandırma işleminin sonuçları beş farklı sayısal değerlendirme ölçütü kullanılarak değerlendirilmiştir. Bütünleşik olarak uygulanan geometrik dönüşümlere dayalı veri artırma tekniğinin bilgisayarlı tomografi ile çekilen karaciğer görüntülerinin yüksek performans ile sınıflandırılmasında en uygun teknik olduğu belirlenmiştir. Bununla birlikte, tuz-biber tipi gürültüsü ve kayma ile veri artırımının sağlanması görüntülerin sınıflandırma performansını en az artıran yaklaşım olduğu da tespit edilmiştir.
Beyin tümörlerinin MR görüntüleri üzerinden derin öğrenme yöntemiyle tespiti ve sınıflandırması
Biyomedikal görüntüler üzerinden beyin tümörlerinin hızlı ve doğru tespit edilebilmesi, hastalara erken ve etkili tedavi olanağının yanı sıra iyi bir yaşam kalitesi sağlar. Son yıllarda bilgisayar donanımlarının gelişmesi ve çok sayıda ilgili veriye kolaylıkla ulaşılabilmesi yapay zekâ yöntemlerinin birçok alana uygulanmasına imkân sağlamıştır. Buna paralel olarak yapay zekânın uygulamaları olan makine öğrenmesi ve derin öğrenme teknolojileri de gelişim göstererek yaygınlaşmıştır. Derin öğrenme teknikleri günümüzde uzman doktorların biyomedikal görüntülerdeki anomalileri tespitine yardımcı olmakta ve böylece hastalıkların veya vücut içi anomalilerin daha erken, hızlı ve yüksek doğrulukla teşhisini mümkün kılmaktadır. Bu tez çalışmasında, üç tip beyin tümörünün (meninjiyom, gliom veya hipofiz) hacimlerini komşu doku ve yapılardan doğru bir şekilde bölütlemek ve bu tümörlerin doğru sınıflandırılmasını sağlamak için transfer öğrenme modelleriyle birlikte Faster R-CNN mimarisine maske (bölütleme) dalının eklenmesiyle oluşturulmuş Mask R-CNN (Maskeli B-ESA) tekniği uygulanmıştır. Mask R-CNN ile tespit, bölütleme ve sınıflandırma işlemleri tek bir çatı altında ve ilgili veri seti üzerinde görüntü işleme tekniklerine gerek duyulmadan gerçekleştirilmiştir. Çalışmamızda Mask R-CNN mimarisinin temel ağı için daha önce hem COCO hem de ImageNet veri setleri ile eğitilmiş ResNet-50 ve ResNet-101 mimarileri kullanılmıştır. Önerilen model eğitimleri COCO veya Imagenet başlangıç ağırlıkları ile başlatılmıştır. Test süreci sonunda COCO görüntüleri üzerinde önceden eğitilmiş ResNet-101 omurgasının sınıflandırma başarısının (%75) aynı veri setiyle eğitilmiş ResNet-50 omurgasının sınıflandırma başarısından (%55) daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir. ResNet-50 omurgası ile ise ImageNet veri seti üzerindeki sınıflandırma doğruluğu (%87) aynı veri setiyle eğitilmiş ResNet-101 omurgasının sınıflandırma doğruluğuna (%37) kıyasla daha yüksek elde edilmiştir. Modellerin tümör türlerindeki bölütleme başarısını gösteren kesişim (IoU) ortalamaları meninjiyom tümörü için %83, gliom tümörü için %58, hipofiz tümörü için %75 olarak bulunmuştur. Mask R-CNN mimarisinin sağlık sektöründeki sistemlere aktarılabilir olması uzmanların beyin tümörlerini erken teşhisine yardımcı olacaktır.
Özgün mekanik bir aort kapakçığı tasarımı, mekanik analizi ve prototip üretimi
Günümüzde, mekanik veya biyolojik olmak üzere birçok aort kapakçığı protezi çeşidi bulunmasına rağmen ideal kabul edilebilecek ve her hastaya uyabilecek bir model bulunmaması bu tez çalışmasının ana motivasyon kaynağıdır. Bununla birlikte, mekanik tasarım sistemlerinin analizi için yapılan hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri yalnızca bir kardiyak döngüyü ele alabilmektedir. Dolayısıyla, tasarım sistemlerinin yorulma bilgisi ancak tezgah üstü fiziki testlerle mümkün olmaktadır. Bu konuyla ilgili bilgi birikimi ve mevcut teknolojinin farklı bir bakış açısıyla yeniden değerlendirilerek bu alana katkı sunulabileceği düşünülmüştür. Çalışmanın motivasyonu doğrultusunda öncelikle mevcut aortik protez çeşitleri incelenerek, günümüz teknolojisi ile hastaya özel ve pratik bir şekilde geliştirilebilecek yeni bir tasarım yapılması amaçlanmıştır. Özgün olduğu düşünülen bu tasarım, iki alt sistemden oluşturulmuştur. İlki, tek mil ekseninde dönerek açıklık sağlayabilecek bir mekanizmaya sahip olan Alt Sistem-1'dir. Alt Sistem-2 (aort kökü modeli) ise sağlıklı bir kişiye ait görüntülerden yola çıkılarak aort daralması görülen veya doğuştan bi-küspit aort kapakçığı bulunan hastalara da uyarlanabilecek şekilde geliştirilmiş bir metot ile tasarlanmıştır. Dolayısı ile tüm tasarım ve tasarım yöntemi bir bütün halinde, Akdeniz Üniversitesi Teknoloji Transfer Ofisi, Patent Ofisi'ne "Özgün Aortik Protez Tasarımı ve Hastaya Özel Tasarım Metodu" başlığı altında güncel buluş bildirim formu ile sunulmuştur. Çalışmanın Mekanik Analiz bölümünde ise, protez problemi olabildiğince lineer aralıklarda ele alındığında, tasarlanan sistemin analizinin ANSYS Workbench programında tam bir kardiyak döngü için mümkün olabildiği gösterilmiştir. Analiz için gerekli olan sınır koşullarından sabit destek Modal Analizde tanımlanmış, ardından annulüs ve aorta kesitlerinden proteze etkiyen yük vektörleri Transiyent Analizde uygulanmıştır. Özellikle yük koşulları hesaplanırken türetilen denklemler için genişletilmiş Bernoulli iş-enerji denkleminden yola çıkarken problem koşulları ortaya konularak adım adım ilerlenmiştir. Günümüzde kan akışının özellikle sistol fazında türbülant olduğu bilinmektedir. Bu sebeple, dinamik basınç farkını hesaplayabilmek için fark katsayısının Reynolds sayısı ile doğru, Womersley sayısı ile ters orantılı olması gerektiği düşünülmüştür. Dolayısıyla, bu çalışmada kayıp basınç farkı denklemi, dinamik basınç farkı denklemi olarak ve sürtünme katsayısı, 𝑓, fark katsayısı olarak ele alınmıştır. İlaveten, annulüs ve aorta kesitleri için ayrı ayrı elde edilen dinamik basınç değerlerine, modifiye Bernoulli denklemi yardımıyla statik basınç değerleri hesaplatılarak eklenmiştir. Bu çalışmada, tasarımın üç boyutlu baskı yöntemi ile üretilebilir olması amaçlandığı için prototip üretimi mevcut teknoloji ve analizi yapılabilen malzemeler seçilerek gerçekleştirilmiştir. Bu sebeple, protez tasarımının malzemelerinde öngörülen malzemeler; Alt sistem-1 (ring, mil ve kanat parçaları) için titanyum alaşım (Ti6Al4V, annealed) ve Alt sistem-2 (aort kökü modeli) için rubber, silicone'dur. Transiyent analiz sonuçlarında açılışın gerçekleşeceği doğrultuda, y ekseninde beklenen yönlü yer değiştirme (directional deformation) değerlerinin gösterilmesi istenmiştir. Sonuçlara göre sistol fazında 9 mm yarıçaplı kanatlarda maksimum yer değişikliği beklendiği gibi -y yönünde 7.46 mm ve +y yönünde ise 2.95 mm değerlerindedir. Diyastol fazında ise kanatlar aort kökü modelinin iç yüzeyi ile temas halinde kapalı vaziyettedir. Yorulma analizinde 1 kardiyak döngü 1 s yani 1 Hz olmak üzere Equivalent von-Mises gerilim değerlerine göre hesaplatılan ömür analizinin 10^8 kardiyak döngü olarak sonuç vermesi çalışmanın olumlu sonuçlandığı kanaatini oluşturmuştur. Dolayısıyla, gelecek çalışmalar için tasarımın sıvı-katı etkileşimli simülasyonu ve in-vitro testlerinin gerçekleştirilerek akış performansı ve mekanik analiz sonuçlarının karşılaştırılması düşünülmektedir. Çalışmanın devamında, hastaya özel tasarım ve analiz metodolojisini takiben in-vivo testlerin yapılması öngörülebilir.
Diz için fiziksel egzersizlerin verimliliğinin bıofedbackkullanılmasının artırılması
Impairments occurred in the knee result in the decline of the quality of daily activities such as walking, running, sitting, and standing. Depending on the level of impairment, physical exercises are subscripted to regain strength, flexibility, and range of motion. The efficiency of the exercises can be improved by supplying a feedback mechanism during the exercises. Meanwhile, some improvements can be obtained when the knee joint range of motion is assessed during the exercises. The development of automated systems having feedbacks and motion assessments is gaining increased demand. This thesis work aims to improve the efficiency of physical exercises for the knee by quantifying the knee joint range of motion with the use of two micro-electro-mechanical orientation sensors, and by giving audio feedback by playing predetermined dialogues with the use of an audio player module. Fifteen volunteers are enrolled to analyze the effectiveness of the audio feedback on three physical exercises namely sit-to-stand, squat, and seated leg flexion-extension. The Wilcoxon rank-sum test results for seated leg flexion-extension exercise, sit-to-stand, and squat exercise shows that the addition of audio feedback shows a statistically significant difference in sit-to-stand (p=.01) and squat exercises (p<.001) but not in seated leg flexion-extension exercise (p=.15). The System Usability Scale (SUS) results show that exercise with audio feedback (SUS score=83.0) has a higher score than exercise without audio feedback (SUS score=72.2), but this increase is not statistically significant (p=0.14). The addition of audio feedback in closed chained exercises may increase the efficiency of the physical exercises. This improvement may be seen more drastic in the exercises that do not end with the movement of locking the knee in full flexion or extension. Future studies are planned to compare the designed system with video-based feedback systems used in physical therapy and to examine the effects of audio feedback on knee-based physical therapy with volunteers requiring physical rehabilitation rather than healthy volunteers.
Suçlu koroner arterlerin modellenmesi ve tanımlanması
Cardiovascular diseases are the leading causes of death in the world. Acute coronary syndromes are the categories of the cardiovascular disease group. In recent years, researches using non-invasive methods have been performed to prevent the increase in the mortality rate with early diagnosis. Cardiovascular system modeling with Lumped parameters comes first among these methods. In the lumped parameter model, coronary vessels are designed as an electrical circuit. In this study, patient-specific values were used and the patient-specific coronary artery tree model was developed using an electrical circuit model. The stenosis effect observed in acute coronary syndromes was applied on Lumped parameters and the change in blood pressure and blood flow was observed with graphics. The stenosis percentages were determined as 30, 60 and 90 and they were applied on only one point of the patient-specific coronary tree. When the graphics were examined, the change caused by the stenosis effect arteries could be observed more clearer on the right coronary compared to the left coronary arteries. In addition, it was aimed the identification of culprit coronary arteries according to the changes in the graphs.
Günlük fiziksel aktivitelerde yüz maskesi kullanımının solunumla ilgili fizyolojik parametrelere etkisi
Coronavirus outbreak causes every individual to wear a face mask to prevent the spread of the epidemic. Face masks filtrate air from organic or inorganic particles both in inhale and in exhale operations during the normal respiration cycle. There exists a variety of different face masks with different fabrication materials and their use may lead to obstructions in breathing under some circumstances. This thesis work aims to figure out the impact of face mask use on physiological parameters related to respiration during sitting and walking activities. A total of 15 volunteers are directed to perform two different tests; sitting indoors, and walking outdoor in ten-minute durations while their blood oxygen saturation (SPO2 percent), heart rate (bpm), carbon dioxide level (CO2), temperature (°C), and humidity (percent) parameters are being monitored. Two different wearable signal acquisition setups are developed for the acquisition and storage of the parameters. Tests are performed for no mask, surgical face mask, and FFP2 respirator. In no mask test, ambient carbon dioxide, humidity, and temperature parameters are recorded while in mask tests, these parameters are recorded at the inner dead space of the mask. For the sitting activity, very similar overall SPO2 and heart rate measurements are of concern regardless of the mask use (P= 0.58-0.36, and P= 0.82-0.85). Very similar overall SPO2 and heart rate measurements are also detected for the walking activity (P= 0.98-0.10, and P= 0.65-0.69), however, the heart rates are larger as expected for that activity. Overall CO2, temperature and humidity measurements are significantly smaller with no mask use but larger with mask use regardless of the activity (P< 0.05). Among the measurements, strong positive correlations exist for SPO2 and heart rate (r> 0.80). The rest of the measurements are with moderate or poor correlations (r= -0.39-0.96).
PCR testlerindeki hataların değerlendirilmesi
PCR tests are the diagnostic method that is accepted as the gold standard in the diagnosis of COVID-19 disease. There are many different kits with differences such as targeted gene regions and kit content used in performing these tests around the world. There are many factors that affect the accuracy of PCR test results. In general, some of these may be caused by the suspected patient, the laboratory environment, the specialist, or the diagnostic kit used. These factors cause false positive and false negative results to occur. In this study, data from thirty-one articles related to the polymerase chain reaction (PCR) method used in the diagnosis of SARS-COV-2 were used. In total, approximately 188,201 disease test data were obtained. Of these tests, 1472 were identified as discordant test results (false positive/false negative). Of these results, 1025 were accepted as false negative and 447 as false positive. The approximate false positive rate (FPR) calculated according to these data is 0.56%, and the false negative rate (FNR) is 0.95%. This study was carried out by making calculations and researches on approximate data in order to obtain a general result. As a result of the research, it is thought that false positive results are caused by pipetting errors, contamination and false negative results are caused by improper sampling and sampling in the early stages of the disease.
Elektrokimyasal analiz için moleküler baskılı polimer bazlı valine biyosensörünün geliştirilmesi
Molecule imprinting technique (MIP) is an important tool in the preparation of intelligent three-dimensional polymeric materials, which are highly selective and are able to recognize the structure of the analyte with a unique recognition feature. In this study, a sensitive and stable electrochemical valine MIP biosensor was developed on gold disc electrodes and tested for selectivity and specificity. A hydrogel with molecule imprinted valine was formulated and polymerized on gold electrode; followed by the removal of valine molecules from the electrode surface, creating valine recognition sites. The electrodes with different amounts of valine recognition sites were tested using cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy in solutions containing different concentrations of valine. The current, voltage and impedance response of the electrode to varying valine concentration was investigated. In this study, ten different concentrations of valine receptors were imprinted on gold electrodes with the removal of the template molecule to form molecule-recognizing regions (Au-MIP) and template molecule not removed (Au-UMIP) and control electrodes without any imprinted template molecules (Au-NIP). A total of twenty one gold electrodes were analyzed in phosphate buffer solution (pH=5). Au-MIP electrodes imprinted at 0.3M displayed a linearly regressed increase in impedance in the 10-18 to 10-6 M dynamic range, with a LOD of 9.76E-17 M and LOQ of 7.18E-15 M. Valine imprinted electrode selectivity factor (α) was 3.96, 4.19, and 92.76 times higher for Valine than glycine, alanine and methionine, respectively. The imprinting factor (β) values indicated that the valine imprinted biosensor (MIP) was more selective for valine than the control electrode (NIP), in presence of the interfering molecules glycine, alanine and methionine, at a ratio of 4.13, 4.41 and 96.63 respectively. RSD percent for intra- and inter-day precision were obtained as 2.3 percent and 8 percent respectively. The valine imprinted electrodes had 98.69±9.32 percent stability on day-45 with a RSD percent of 9.44. Our results indicate that the MIP biosensor developed for electrochemical analysis has displayed higher specificity than the conventional electrochemical analysis methods.
Design of infant incubator analyzer
Approximately 80% of newborn babies are placed in incubators in Turkey. In the incubator, the mother's belly is simulated and the vital parameters of the newborns are maintained. The incubator provides a noiseless environment for babies with suitable temperature and humidity. The complete functioning of the incubator is possible only if the incubators are kept under control by preventive maintenance. The purpose of this work is to design and develop a reliable incubator analyzer that ensures the sustainability of incubators. This work presents a detailed design of an analyzer that can be used to monitor the functional parameters of the incubator by means of four different sensors controlled by an AVR Atmega32 microcontroller unit and interfaced with an LCD display. In the analyzer, temperature, humidity and noise measurements have been targeted. The proposed design is a preliminary prototype that needs further optimization and testing. It is believed that design recommendations generated from this study will form the basis of future similar designs.
Q-yönlendirme metodu kulllanrak fiber yolakların belirnlenmesi
In this study, it is suggested to use the Q-routing method to the diffusion MR fiber tractography problem. Within that way, it is expected to achieve the robustness of global methods while still utilizing the advantages of local streamline methods by taking into account the whole cost of the path rather just local orientations. The suggested Q-routing based approach is assessed using the FiberCup and ISMRM 2015 dataset, a diffusion phantom that simulates the fiber connections of the human cerebral white matter. It showed slightly better results in ismrm 2015 dataset. The outcomes demonstrate the method's potential to the diffusion MR fiber tractography issue.
Kolon kanseri için pH bağımlılığı yoluyla seryum oksit nanopartiküllerinin farmakolojik potansiyeli
Nanoparticle-based cancer treatments have become attractive recently as an alternative to conventional treatments for colon cancer such as chemotherapy, biological agents, alkylating agents and antimetabolites. However, the major problem in traditional therapies is the side effects that arise in distinguishing normal and cancerous cells and resulting from complications that produce systemic toxicity. Therefore, the application of nanoparticles in cancer treatment emerges as a method aiming for controlled drug delivery and minimizing side effects. Unlike other nanoparticles such as silver, zinc, polymeric and gold nanoparticles etc., used to treat colon cancer, nanoceria is one of the most promising nanoparticles due to its excellent catalytic activities, which is derived from rapid oxidation state between Ce4+ and Ce3+. The hypothesis regarding the action mechanism of nanoceria is that cancerous cells are predicted to be acidic and nanoceria can increase the oxidative stress of these acidic cells and apoptosis leading to the destruction of cancer cells. In this study, after detailed characterization (UV-Vis, DLS, FTIR, Raman, XRD, XPS, TGA) of two synthesized Dex-CeNPs (SD1, SD2), their cytotoxicity, reactive species (ROS) scavenging properties and cell health status were evaluated in colon cancer cell lines. Cells were tested in cell culture at concentrations of 100, 250, 500 and 1000 ug/mL. The IC50 values of all cell lines were determined and SD2 synthesis was determined to be effective at lower doses between the two syntheses. However, flow cytometry experiments were continued over SD2 synthesis. With the high cytotoxicity observed in SD1 synthesis, UV-Vis and DLS characterization of the synthesis at pH 6 and pH 7 was performed. Two cell lines with relatively high ROS production (DLD-1 and COLO 201) compared to other three line was chosen for cytotoxicity assay at different pH values of tumors and healthy cells (6 and pH 7). In line with the results, it was observed that both syntheses were synthesized successfully. As a result of the high concentration requirement for SD1 synthesis, the concentration required for the IC50 value for DLD-1 at pH 6 decreased from the two tested cell lines. As a result of these sets of experiments, the concentration required for the IC50 of the SW48 line was greater than 5 mg/mL for both syntheses, so it was not used in the rest of the experiments. SD2 synthesis was promising for future experiments.
Gürültü giderici difüzyon olasılık modelleri ile iç boyamayoluyla beyin fraksiyonel anizotropi haritalarındadenetimsiz anormallik tespiti
Anomaly detection constitutes a critical area of investigation across various research domains. Recent advancements in deep learning have facilitated the application of neural networks for anomaly detection. However, the high costs and time-intensive nature of data collection and annotation have driven the emergence of unsupervised learning techniques. Within the realm of unsupervised learning, generative models have gained prominence, enabling the generation of diverse data for training purposes. In the context of medical imaging, specifically brain MRIs, generative models have been utilized to detect anomalies in 2D slices of 3D volumes, typically employing structural modalities like T1-weighted or T2-weighted images. This study employs a generative Denoising Diffusion Probabilistic Model (DDPM ) to produce 3D partial volumes of brain Fractional Anisotropy (FA) maps by applying inpainting in inference, which are subsequently masked with inpainting masks to generate the full 3D volume. Anomalies are identified by assessing the disparity between the model's input and output. The performance of the generative model is evaluated using metrics such as Structural Similarity Index (SSIM), Peak Signal-to-Noise Ratio (PSNR), Maximum Absolute Difference, and Average Percentage Error. Anomaly detection accuracy is assessed using Intersection over Union (IoU) and F1 score. The proposed model achieved 0.05 IoU and 0.095 F1 score. The methodology also compared with prior work and it has been shown that while prior works achieved %50 DICE score, while inpainting in inference achieved %39.01 DICE score.
Türkiye'deki sağlık eğitimi için simülasyon tesislerinin net alan gerekliliklerinin yaklaşık gösterimi
Although, simulation in healthcare practice dates back to ancient times, emerging of practical education with simulation has gained its popularity in modern era. In modern approach, education in healthcare is a hybrid model where theoretical and practical trainings are executed together. By the increasing popularity of simulation in healthcare globally, simulation centers and labs around the world became the key facilities for practical sessions to be held. However, no design template or design algorithm is published as a regulation to standardize healthcare education worldwide or locally. Therefore, designing simulation facilities are still challenging for institutions. Despite the fact that the governmental bodies in Turkiye have issued regulations mandating minimum area requirements for the commencement of simulations, the practice of simulation remains a challenging endeavor for institutions within the country. This study aims to establish a CAD (Computer Aided Design) model based on the governmental regulations of Turkiye, possible student capacities and search for quantitative upscaling methods of area needs for the model that can be adapted to any student capacity by using step function methods. Before calculations, CAD drawings are realized and area dimensions are recorded for the data processing. Afterwards, heterogeneity of increments are homogenized to output a floor function. After outputting functions, area needs for such design versus student capacities more than 240 are extrapolated. According to the findings, using step function approach for upscaling such model is possible and useful for needs recognition, yet it is not definitive for every occasion due to other concerns of simulation center design such as budgeting, establishment of laboratories in already constructed buildings which pose restrictions on space at design and need of more definitive regulations.
Hidroksiapatit kaplanmış ortodontik şekil hafızalı Ni-Ti alaşımlar ve biyouyumluluk
Bu tez çalışmasında şekil hafızalı alaşımlar içerisinde bulunan Ni-Ti (Nitinol) alaşımının hidroksiapatit (HA) ile kaplanarak ortodontik uygulamalarda kullanımı için biyouyumluluğu değerlendirilmiştir. Seramik malzemelerle kaplama yapabilmek için birçok ince film kaplama yöntemi geliştirilmiştir. Bu çalışmada RF Sputtering yöntemi ile Sol-jel yöntemlerinden daldırma ve döndürme yöntemleri kullanılmıştır. Yapılan kaplamalarla Ni-Ti alaşımının HA ile biyouyumluluğunun arttırılması hedeflenmiştir. RF Sputtering yöntemiyle yapılan kaplamalarda kaplama kalınlığı kaplama süresiyle doğru orantılı olarak arttırılmış ve 3, 6 ve 10 saat kaplamalı örnekler elde edilmiştir. Sol-jel daldırma yönteminde kaplamalar 4 farklı kalınlıkta üretilmiştir. Kaplamaların kalınlığı daldırma sayısıyla doğru orantılı olarak arttırılmış ve her kaplamanın ardından örnekler kurutma için 100 oC'de 1 saat ve sinterleme için 500 oC'de 1 saat fırınlanmıştır. Döndürme yönteminde de daldırma yöntemine benzer şekilde kaplamaların kalınlığı döndürmeli kaplayıcının (spin coater) dakikadaki devir sayısıyla belirlenmiştir. 1350 rpm döndürme hızında 3, 6 ve 9 katmanlı, 300 rpm döndürme hızında 1, 2 ve 3 katmanlı kaplamalar elde edilmiştir. Kaplaması tamamlanan örnekler 100 oC'de 1 saat ve ardından 500 oC'de 1 saat fırınlanmıştır. Kaplama için kullanılan HA solüsyonu kalsiyum nitrat tetra hidrat (Ca(NO3)2.4H2O) ve amonyum dihidrojen fosfat (NH4H2PO4) öncülleri kullanılarak hazırlanmıştır. Ni-Ti alaşımının vücut sıcaklığı bölgesinde şekil hafıza etkisi gösterdiği optimum koşullar (martensit-östenit faz dönüşüm sıcaklığı) DSC ölçümleriyle belirlenmiştir. Kaplama yüzeylerinin morfolojik özellikleri SEM-EDX analizleriyle, HA'nın kristalografik yapısı XRD ve FTIR karakterizasyonlarıyla belirlenmiştir. Çalışmada kullanılan yöntemlerden daldırma kaplama yönteminde kaplama kalınlığının arttıkça yüzeyde çatlaklar oluşturduğu ve bu çatlaklardan vücuda zararlı Ni iyonu salınımının olabileceğinden dolayı biyouyumluluk üzerinde olumsuz etki yaratacağı gözlemlenmiştir. Fakat döndürme ile elde edilen kaplamalarda bu yüzey deformasyonlarına rastlanmamış ve daldırma yöntemine göre daha homojen kaplamalar ortaya çıkmıştır.
Doğrusal ve doğrusal olmayan yöntemler ile epileptik aktivite tespiti
In this study, it was aimed to detect the seizures of epileptic patients whose seizures could not be prevented despite the use of high-dose medication. For this purpose, electroencephalography (EEG) recordings used in the diagnosis and treatment of epilepsy were analyzed. Linear and nonlinear analysis methods were investigated for EEG analysis. In the University of Bonn data for the time domain, the number of peaks crossing the threshold, and the power spectral density were investigated. However, the fact that healthy and epileptic data are in different files made the analysis insufficient. In CHB-MIT data, the mean of the signal and root mean square of the signal (RMS) from linear analysis methods and Shannon entropy, sample entropy, permutation entropy, approximate entropy, and spectral entropy from nonlinear signal analysis methods were calculated. In these calculations, the signal mean and RMS properties through the seizure period were determined with %58.4, %75 accuracies, respectively. In entropy methods, when considered respectively, the seizure period was determined with %75, %66.6, %66.6, %79.2 and %62.5 accuracy. In the detection of seizures in EEG signals, the accuracy has increased to %79.2, based on the increase in the sample entropy value or the decrease in the permutation entropy value. In addition, the accuracy value increased to %83.3 based on the decrease in the approximate entropy value or the decrease in the spectral entropy value. This is an indication that when the onset of a seizure cannot be detected with one entropy method, it can be detected with another entropy method. In addition, there are some changes detected before the seizure in the EEG signal analysis. It has been predicted that epileptic seizures can be detected beforehand if these changes are examined and detected by different analysis methods. Keywords: Epilepsy, Signal analysis, Signal mean value, Signal mean square root, Shannon entropy, Sample entropy, Permutation entropy, Approximate entropy, Spectral entropy.
Manyetik alana duyarlı hidrojellerin sentezlenmesi ve ilaç salım davranışlarının incelenmesi
Tez çalışması kapsamında, yapısında farklı miktarlarda indirgenmiş grafen oksit (rGO) içeren manyetik alana duyarlı poli (NIPAAm-ko-VSA)-rGO/Fe3O4 IPN hidrojel kompozitleri (Ferrojelleri) sentezlenmiştir. Bunun için önce sıcaklığa bağlı olarak büzülebilen poli (NIPAAm-ko-VSA)-rGO IPN hidrojelleri sentezlenmiştir. Daha sonra, hidrojellerin alternatif manyetik alan (AMF) altında ısınma davranışı gösterebilmesi için Fe2+/3+ iyonlarının emdirilip yerinde indirgeme metodu ile Fe3O4 nanopartkülleri içeren ferrojeller sentezlenmiştir. Sentezlenen rGO' nun yapısal karakterizasyonu XRD, EDX ve haritalama 'Mapping' analiz teknikleri kullanılarak yapılmıştır. Poli (NIPAAm-ko-VSA)-rGO/Fe3O4 ferrojellerin yapısal karakterizasyonları FT-IR, XRD, SEM, EDX, haritalama ve VSM analiz teknikleri kullanılarak yapılmıştır. Sentezlenen ferrojellere doksorubisin (DOX) ilacı çözeltide emdirme metodu ile tutturulmuş ve bunların 1.37, 1.64 ve 1.91 militesla (mT) şiddetlerdeki manyetik alanlar altında zamanla ısınma ve ilaç salım davranışları incelenmiştir. Bunun için ilaç yüklenme kapasiteleri Qkap, herhangi bir zamanda kuru polimer kütlesi başına salınan ilaç miktarı qt (mg DOX/ g polimer), dengede ilaç salım miktarı qd, ilaç salım hızı qv (mg DOX /dk.) ve dengede yüzde ilaç salım değeri Qd karakteristikleri hesaplanmıştır. Ferrojellerin kullanılmasıyla yapılan tüm ilaç salım çalışmaları, sentezlenen manyetik alan ve sıcaklığa duyarlı ferrojellerin, AMF altında ilaç salım davranışlarının, yapıda bulunan rGO ve dolayısıyla Fe3O4 miktarı ile doğrudan ilişkili olduğu saptanmıştır. Anahtar Kelimeler: Ferrojeller, Manyetik alanda duyarlı hidrojeller, Kontrollü ilaç salımı, İndüksiyon ısıtma
Güç spektral yoğunluğu yöntemi ile epileptik nöbet tespiti
Detection of pre-seizure signs in epileptic signals may help patients to survive the seizure with minimal damage. This thesis aims to detect the pre-seizure and the seizure patterns using different two databases. The first EEG dataset was provided by the Department of Epileptology, the University of Bonn, Germany (A, C, and E sets were used). The database collected at Boston Children's Hospital was used as the second data set. The power, frequency, and amplitude values of all EEG signals in this data set were examined and compared. The power spectral densities (PSD) of each signal were analyzed graphically. The maximum PSD of the signals and high-frequency oscillations (HFOs) in the signals are investigated. The frequency subbands of the maximum PSD are examined. It was determined that the maximum power at the time of seizure was in the delta and theta subbands (these subbands are pathologic). The maximum power of F4 and T3 channels for all patients included only delta and theta subbands and HFOs are detected in these channels. Furthermore, frequency increase rates of pre-ictal and ictal signals are investigated, and increasing PSDs of HFOs are then calculated. In addition, the frequency of signals is observed to be 80 Hz and above in the Fp2, C4, P4, O2, and Pz channels, which are common to all patients. Also, when the subbands with the maximum power before seizure were examined, it was determined that the T8-P8 and P7-T7 channels had alpha and beta subbands in most of the patients.Consequently, determined the differences between healthy, pre-seizure, and epileptic patterns.
Uzamsal transkriptomiks analizleri için tek hücre RNA sekanslama verilerinden hareketle işaretçi gen seçimi yapan yeni bir yöntemin geliştirilmesi
Son birkaç yılda geliştirilen teknolojiler ile birlikte artık herhangi bir anda hücre içerisindeki transkriptomun uzamsal olarak analiz edilebilmesi mümkün hale gelmiştir. Hücrelerin gen ifadesine ilişkin konum bilgisinin artık elde edilebiliyor olması hücrelerin uzamsal olarak birbirleriyle olan ilişkilerini ve dolayısıyla hücresel düzeyde vücutta meydana gelen birçok biyolojik süreci daha iyi anlamamıza imkân tanımaktadır. Ancak gelişmekte olan uzamsal teknolojilerin deneysel maliyetleri hala yüksektir ve bu teknolojilerin bazıları deney öncesinde hücre tiplerini birbirlerinden ayırt edebilen kısıtlı sayıdaki işaretçi genin önceden belirlenmesine ihtiyaç duymaktadır. Bu tez kapsamında literatürde in situ uzamsal transkriptomik deneyleri için gen seçimi işlemini gerçekleştiren yöntemler incelenmiş, eksiklikleri belirlenmiş ve eksiklikleri gidermek için bir yöntem geliştirilmiştir. Geliştirilen yöntem literatürde önerilen diğer yöntemler ile birçok açıdan karşılaştırılmış, üstünlükleri ve eksiklikleri tartışılmıştır. Sonuçlar, önerilen yöntemin değerlendirilen birçok parametre için mevcut yöntemlerden üstün olduğunu açıkça göstermektedir. Ayrıca önerilen yöntem açık erişimli bir yazılım paketi haline getirilerek araştırmacıların kullanımına sunulmuştur.
İletken hidrojel kompozitlerin sentezlenmesi ve karakterizasyonu
Tez çalışması kapsamında, yapısında farklı miktarlarda indirgenmiş grafen oksit (rGO) içeren elektriksel iletkenliğe sahip poli(Akrilamid)/aljinat/Kristalin nano selüloz/rGO (PAAm/Alj/KNS/rGO) hidrojelleri sentezlenmiştir. Bu hidrojel kompozit sistemde kullanılan poliakrilamid, hidrojelin ana destek malzemesini oluşturmaktadır. Sodyum aljinat (Alj) ve kristalin nano selüloz (KNS) hidrojele esneklik ve gerilebilirlik özellikler kazandırması amacıyla kullanılmıştır. Polianilin (PANİ) hidrojele elektriksel iletkenlik, rGO ise elektriksel iletkenlik, mekanik dayanım ve anilin için destek malzemesi olması amacıyla kullanılmıştır. Hidrojel kompozit sistemlerin sentezlenmesi iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Önce yapısında farklı oranlarda rGO bulunan sekiz adet PAAm/Alj/KNS/rGO hidrojelleri çözeltide radikal polimerizasyonu yöntemi ile sentezlenmiştir. Daha sonra bu hidrojeller anilin monomeri çözeltisine daldırılıp anilin emdirilerek, anilinin polimerleşmesi ile PAAm/Alj/KNS/rGO/PANİ kompozitleri üretilmiştir. Sentezlenen rGO'nun yapısal karakterizasyonu XRD, EDX ve haritalama (Mapping) analiz teknikleri, PAAm/Alj/KNS/rGO/PANİ kompozit sistemin yapısal karakterizasyonu ise FT-IR ve SEM analiz teknikleri kullanılarak yapılmıştır. Sentezlenen tüm hidrojel kompozit sistemlere şişme ve mekanik testler uygulanarak dengede şişme değerleri ve mekanik dayanımları saptanmıştır. PAAm/Alj/KNS/rGO ve PAAm/Alj/KNS/rGO/PANİ hidrojel kompozilerinin elektriksel iletkenliklerini ölçmek içim farklı frekanslardaki elektriksel dirençleri ölçülmüştür. Hidrojel yapısına PANİ girmesiyle hidrojel kompozitlerin elektriksel iletkenliklerinde önemli derecede artış olmasından dolayı PAAm/Alj/KNS/rGO/PANİ hidrojel kompozilerinin %25, %50, %75 ve %100 şişme değerindeki elektriksel iletkenlikleri incelenmiştir. Yapılan elektriksel iletkenlik testleri sonucunda hidrojel bileşiminin ve hidrojel şişme değerinin elektriksel iletkenlik üzerine etkisinin yüksek olduğu saptanmıştır. Sentezlenen hidrojel kompozitlerin gerinim sensörü ve EKG elektrotu olarak uygulanabilme potansiyeline sahip olduğu saptanmıştır.
Azasiyaninlerin üçlü sarmal yapıya sahip nükleik asitler ile etkileşimlerinin incelenmesi
Triple helical nucleic acid structures have gained substantial attention with the emergence of anti-sense and anti-gene strategies. In anti-gene strategies, the idea is to form a triple helical structure in the gene by binding a third nucleic acid sequence into the major groove of that gene. Therefore, the binding of transcription proteins, polymerases, etc. to that gene could be prevented to ultimately result in the inhibition of the transcription. One of the challenges in anti-gene strategies is the fact that the third strand's binding is weak for most triplex forming sequences and it dissociates from the stable duplex easily. One solution to get over this problem is to increase the stability of triplex structures by using small molecules. The design and synthesis of such triplex stabilizing small molecules have drawn considerable in the last decades due to the use of these molecules as therapeutic agents. Within this context, the importance of alkyl chain length and structure on the benzimidazole derivaties of Azacyanine molecules which tigtly and selectively bind to specific triple helix structures have been revealed by the UV-vis, CD and Fluorescence spectroscopies via the thermal denaturation and titration studies. Furthermore, the effect of pH and salt concentration on polyd(A)·polyd(T)·polyd(T)-Azacyanine interactions have also been studied by CD spectroscopy. With viscosity measurements, the binding mode of the Azacyanines to polyd(A)·polyd(T)·polyd(T)- triplex have been determined.