259
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Derin öğrenmeli konvolüsyonel sinir ağları (deep learnıng convolutıonal neural network) kullanarak fotoğraftan trizomi 21(down sendromu) tespiti
Down sendromu kromozomal bir bozukluktur, kişinin fiziksel görünümü etkilemektedir. Down Sendromunun teşhisi, kesin sonuç veren pahalıgenetik testlerin uygulanması ile gerçekleştirilmektedir. Bu nedenle uzmanlar, daha basit ve ekonomik olan fenotipteki fiziksel görünüm değişimlerini kullanarak teşhis koymaktadırlar. Bu çalışmanın amacı, fenotip değişimlerini kullanarak, fotoğraftan down sendromlu kişileri tespit edecek, yapay zekaya dayalı bir sınıflandırma ve karar destek sistemi oluşturmaktır. Çalışmada downlu kişilerle normal kişilerin fotoğraflarının s ı n ı flandırılması, Matlab-Alexnet yazılımı ilederin ö ğ renme yöntemi (CNN) kullanılarak yapılmıştır. Fotoğraf verisetleri internetten açık kaynak lisanslama ile elde edilmiştir. Resimlere gürültü eklenerek de performans testleri gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar incelendiğinde, hem e ğ itim, hem de performans analizi süreçlerinde, tasarlanan sistemin büyük oranda(%85-90 oranında) başarılı oluğu görülmüştür.
Investigation of the performance of a pulsatile flow micromixer coupled with ICEO
In this study, the characteristics of two miscible liquids are investigated under pulsatile flow conditions along a microchannel with certain obstruction width numerically. The types of fluid are defined as Newtonian, power-law, and Carreau. Although micromixing capability can be enhanced using pulsation and obstruction, induced-charge electro-osmosis (ICEO) is needed for acceptable mixing efficiencies at desired time and length. The ICEO electrode is defined on the top side of obstructtion. Mixing indexes are plotted concerning the magnitude of external potential difference, width and length of the obstruction and frequency of pulsatile flow. Streamlines and concentration maps are presented for various magnitude of external potentials. Mixing performances during the last period of pulsatile flow are plotted according to the width and length of ICEO electrode for each external potential difference, as well. The effects of pulsation frequency on average mixing indexes are demonstrated for various obstruction widths. It is observed that mixing performance is increased with the external potential difference due to strong ICEO vortices. However, this situation is not evident, when an obstruction is present. The extended length of ICEO electrode significantly diminishes time-dependent variations in mixing indexes. Mixing index is increased using pulsation frequency until the frequency of f=1Hz and then decreased. When the obstruction width increases, higher mixing indexes are obtained for smaller frequency values compared to f=1Hz. As a result, mixing indexes of 99% and 94% are successfully obtained using correct parameter combinations for Newtonian and non-Newtonian fluids, respectively.
Development of text synthesis software utilizing EEG signals
The brain-computer interface is one of the critical values that brings opportunities to understand human-computer interaction within a more direct approach. In Human Brain, there are discovered, and undiscovered mysteries exist. An electroencephalogram (EEG) is a type of signal that shows the numerical values electrical activity of the brain. One of the essential EEG standards that discovered in BCI systems is the P300 signal. Wearable BCI headsets technologies are growing day by day. Many wearable EEG headset technologies provide to discover human brain mysteries. OpenBCI is one of the low-cost EEG headsets that allows measuring EEG signals. Day by day, artificial intelligence is taking place in human life. There are many new methods, and Technologies are developed to make people's life easier. Artificial intelligence methodologies play a vital role during the development of BCI applications. The aim of this thesis, predicting mouse cursor movements of the computer via artificial intelligence methods using electroencephalogram signals which are provided by OpenBCI wearable headset.
İleri zamanlı kan glikoz değeri tahmini
Diyabet alanında yeni bir teknoloji olan sürekli glikoz izleme (CGM) cihazının kullanılmaya başlanmasıyla artan glikoz düzeyi ölçüm verileri, ileri zamanlı kan glikoz değeri tahmininde yapay zeka yöntemlerinin uygulanmasını hızlandırmıştır. İleri zamanlı kan glikoz değeri tahmini yani kandaki glikoz değerlerinin, belirli bir süre öncesinden tahmin edilmesi; diyabet hastalarının kandaki glikoz düzeylerini daha iyi yönetebilmesini, uygulanan yanlış tedavilerle ve hipoglisemi hiperglisemi gibi istenmeyen durumlarla ilgili erken uyarılar alabilmesini sağlar. Yapılan çalışmada; insülin ve alınan karbonhidrat verilerinin glikoz değeri üzerindeki etkisini modelleyen yeni bir fizyolojik model tasarlanmıştır. Yeni tasarlanan fizyolojik modeldeki çeşitli parametrelerin optimizasyonu yapılarak elde edilen kişiselleştirilmiş parametre değerlerine bağlı olarak oluşturulan plazma insülin konsantrasyonu ve glikoz emilim oranı verileri, geçmiş CGM verileri ile birlikte yapay sinir ağı ve uzun kısa süreli bellek ağında kullanılarak 30 ve 60 dakikalık tahmin ufkunda kişiselleştirilmiş kan glikoz değeri tahmini yapılmıştır. CGM verisi üzerindeki filtreleme işlemlerine ve kullanılan yönteme göre 4 ayrı model oluşturulmuştur ve bu modellerin sonuçları karşılaştırılarak sunulmuştur. CGM verisi üzerindeki filtreleme işlemlerinin tahmin performansını düşürdüğü, kişiye özgü parametrelerle hesaplanan verilerin tahmin performansını arttırdığı, bu problem için; işlem süresi kısa ve karmaşıklığı az olan yapay sinir ağı yönteminin, uzun kısa süreli bellek yönteminden daha iyi sonuçlar verdiği açıkça gösterilmiştir.
Sporcunun kalp atım hızının ölçülmesi ve küresel konum belirleme (GPS) sistemi ile hız performansının gerçek zamanlı tespiti
Sporcularda, antrenman veya müsabaka (yarış) sırasında hareket kaynaklı anlık olarak çeşitli fizyolojik ve kinematik değişiklikler meydana gelmektedir. Bu değişikliklerin izlenmesi, sporcuların sağlığının korunması ve performans takiplerinin bilimsel verilere dayandırılması amacıyla çeşitli sporcu takip sistemleri geliştirilmektedir. Fizyolojik olarak kalp atım hızı sporcunun çalışma yoğunluğunu (iç yüklenme) tahmin etmeye yarayan en önemli parametredir. Performans ve dış yüklenme verilerinin takibi içinde çeşitli giyilebilir donanımlar geliştirilmektedir. Yapılan çalışmada hem fizyolojik hem kinematik verilerin elde edilmesi için bir göğüs kemeri ve GPS/GNSS sistemi kullanılmıştır. Diğer çalışmalardan farklı olarak, RTK yani "Gerçek Zamanlı Kinematik" yöntemi kullanılarak santimetre doğruluğunda GPS/GNSS verileri elde edilmiştir. Bu yöntem bir GPS/GNSS alıcısının düzeltme verilerini alacak şekilde yapılandırılması, diğer alıcının ise hem düzeltme verileri hem de uydulardan gelen bilgileri alacak şekilde yapılandırılması prensibine dayanmaktadır. Bu çalışmada oluşturulan sistemle doğruluk seviyesi 2.5 santimetre seviyelerine kadar ulaşmıştır. Bu çalışmanın yeniliklerinden birisi de yeni bir haberleşme protokolü olan ESP-NOW protokolünün kullanılmasıdır. Sporcunun üzerindeki ESP32 ile toplanan kalp atım hızı bilgisi ve hassas GPS/GNSS verileri, saha/oyun alanı dışında bulunacak antrenöre ESP-NOW kablosuz haberleşme protokolü ile aktarılmıştır.
Pnömatik yapay kasların rehabilitasyon amaçlı kullanımı için kontrol sistemi tasarımı
Pnömatik yapay kaslar (PYK), yüksek kuvvet/ağırlık oranı, bakım kolaylığı, düşük maliyet, esnek yapı gibi pek çok avantaja sahip aktüatörlerdir. Bunların yanı sıra insan kasına benzer çalışma yapısı sayesinde rehabilitasyon cihazları için özellikle uygun görülmektedir. Ancak pnömatik yapay kasların, sahip oldukları doğrusal olmayan özelliklerinden dolayı kontrol edilmesi oldukça zordur. Bu tez çalışmasında, pnömatik yapay kasın kullanımını kısıtlayan nonlineer kontrol problemini çözmek için kontrol sistemi incelemesi ve tasarımı yapılmıştır. PID, bulanık PID ve kayan kip kontrolü yöntemleri esas alınarak pnömatik yapay kasın rehabilitasyon amaçlı performansına göre tasarımlar yapılmıştır. Bu çalışmanın literatürden temel farkı, yaygın olarak kullanılan oransal valfler ve basınç regülatörler yerine, daha ekonomik olan ve pnömatik yapay kasın uyumlu çalışmasına imkân veren aç/kapa valfler için kontrol sistemleri tasarlanmasıdır. Tasarımlar PYK kontrol test düzeneğinde yer alan ve aç/kapa valfleri ile çalıştırılan pnömatik yapay kaslar üzerinde deneysel olarak değerlendirilmiştir. Deneysel sonuçlara göre, modelden bağımsız Sugeno tipi kombine bulanık PID kontrolörü, pnömatik yapay kasların (PYK) rehabilitasyon amaçlı kullanımı için basit ve etkili bir çözüm olarak en başarılı performansı vermiştir.
Prosopagnozi hastaları için yüz tanıma özellikli bir tedavi ve destek sistemi tasarımı
Prosopagnozi (yüz körlüğü) dünya üzerinde çok seyrek görülen bir hastalık olmasına rağmen hastaların yüzleri tanıyamaması sebebiyle dramatik sonuçlar doğurur. Hastalar doğuştan veya travma sonucu oluşan bir lezyon nedeniyle yüzleri ayırt edemezler. Bu çalışma beynin plastisite özelliğinden faydalanır. Plastisite beynin yeni uyaranlar aracılığıyla nöronal bağlantılarının yeniden yapılandırılması anlamına gelir. Beyin yeni uyaranlar aracılığıyla sahip olduğu nöronal bağlantıları yeniden yapılandırabilir. Bu yeni uyaran türü beyinde plastisiteye neden olur ve sinyaller yeni oluşan bağlantılar aracılığıyla çalışmayan beyin bölgelerine ulaşır. Bu çalışmada prosopagnozi hastalarının yüzleri tanıyabilmesi için tedavi ve destek amaçlı, yüz tanıma özelliğine sahip bir sistem tasarlanmış ve bu sistemin tedavi amacıyla kullanılabilmesi için iki ayrı yöntem önerilmiştir. Tasarlanan sistemin ürettiği sinyaller hastaya yüksek maliyetli stimülatörlerin yerine baskı devre üzerinde gerçeklenmiş bir stimülatör devresiyle ve anot katot vazifesini yerine getiren elektrotlar ile derileri üzerinden gönderilmiştir
Derin öğrenme yöntemi ile yüzeyel EMG işaretlerini sınıflandırarak dirsek eklemi için pozisyon kestirimi
Kasların hareket bilgisini barındıran yüzeyel elektromiyografi (sEMG) işaretlerinin sınıflandırılması, rehabilitasyon amaçlı sistemlerde doğala yakın bir çalışma düzeni elde etmede kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında, üst ekstremite biceps ve triceps kaslarının sEMG sinyalleri, bir Derin Öğrenme yöntemi olan Uzun Kısa Vadeli Bellek (LSTM) yapay sinir ağı ile sınıflandırılarak dirsek eklem açısı tahmini yapılmıştır. LSTM modeli sEMG işaretinin değişken ortalama değerini ve kılıf tepe değerini kullanarak iyi bir doğruluk elde etmiş, başarılı ve etkin bir şekilde dirsek eklemi açı tahmini yapmıştır. Sonuçlar, işaretin özniteliklerini kullanan Çok Katmanlı Algılayıcı'nın (MLP) dirsek eklem açı tahmini ile kıyaslanmıştır. Tasarlanan LSTM modeli, hesaplama açısından daha etkin bir şekilde, MLP kadar yüksek doğruluk elde ederek dirsek eklemi açı tahmini yapabileceğini göstermiştir.
TSMC 180nm CMOS teknolojisinde özgün bir düşük gerilim pıng-pong-pang enstrumantasyon yükselteci tasarımı
Biyomedikal uygulamalarda kullanılmak için tasarlanan estrumantasyon yükselteci tasarımlarında ön plana çıkan detaylar yükseltecin düşük giriş gürültüsüne ve düşük giriş ofset gerilimine sahip olmasıdır. Günümüzde bu gereksinimleri sağlamak için çeşitli gürültü ve ofset azaltıcı (kesme, sıfırlama) teknikler kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında, bu yöntemlerden bazılarını tek bir yükselteçte birleştirerek daha iyi bir performansta yükselteç tasarımı yapmak amaçlanmıştır. Tasarıma başlamadan önce simülasyon sonuçları ile teorik sonuçların birbirine yakın olması amacıyla ACM parametre çıkarım yöntemi kullanılarak Mosfetin önemli tasarım parametreleri çıkartılmıştır ve yükselteç tasarımında bu parametreler kullanılmıştır. Gürültü ve ofset azaltıcı yöntemler kullanılarak Ping-Pong-Pang akım geri dönüşlü yükselteç (CFIA) tasarımı yapılmış olup, simülasyon sonuçları ile tasarımın etkinliği ve doğruluğu kanıtlanmıştır.
Cilt kanseri teşhisi için fpga üzerinde destek vektör makinesi tabanlı sınıflayıcı gerçekleştirilmesi
Dünya çapında her sene görülen melanom cilt kanseri vakası yüz otuz binleri aşmaktadır. Özellikle beyaz ırkın yaşadığı bölgelerde bu rakam çok dramatik artış gösterebilmektedir. Dünya sağlık örgütüne göre cilt kanseri her sene altmış beş binden fazla insanın kaybına sebep olabilmektedir. Uzmanlar erken teşhis ve müdahalenin hayat kurtarıcı olabileceğinin altını çizmektedirler. Bu nedenle cilt kanserinin teşhisini hızlandıracak otomatik veya yarı otomatik, makine öğrenimi tabanlı donanım mimarisinin önem arz etmekte olduğu ileri sürülebilir. Bu tez çalışmasında patolojinin tanılanmasını hızlandırarak yaygınlaştırabilecek bağımsız bir donanımın geliştirilmesi amaçlanmıştır. Buna göre FPGA teknolojisi kullanılmış, makine öğrenimi teknikleri uygulanarak hedeflenen tanılama yeteneğinin donanıma kazandırılması sağlanmıştır. Sonuçlar geliştirilen platformun bilgisayardan bağımsız olarak yüksek isabet yüzdesi ile kötücül olabilecek cilt lezyonlarını tanılayabildiğini göstermektedir.
Taşınabilir potansiyostat tasarımı ve gerçekleştirilmesi
Bir biyolojik veya kimyasal madde veya olayın incelenmesinde ve onun üzerindeki değişimlerin algılanmasında sensörler kullanılmaktadır. Bir biyosensör, içerisinde bulunduğu ortamdaki analitin miktarını veya çeşidini bir elektrik sinyaline dönüştürür. Bunun sayesinde ortamdaki biyolojik malzeme kantitatif ve kalitatif olarak incelenebilir. Biyosensörler dönüştürücü yapısına göre, optik, ağırlık tabanlı ve elektrokimyasal olmak üzere 3 farklı sınıfa ayrılmaktadır. Bir elektrokimyasal biyosensör yapısı ise, elektrokimyasal hücre ve potansiyostattan oluşmaktadır. Bu tezde, elektrokimyasal ölçümlerde kullanılmak üzere, taşınabilir, kablosuz ve düşük maliyetli, voltametrik ve amperometrik ölçümler yapabilen bir potansiyostat tasarımı yapılmış ve bu tasarım gerçekleştirilmiştir. Bu potansiyostatta mikrodenetleyici olarak ESP32 kullanılmıştır. Diğer donanım elemanları ise mikrodenetleyici üzerinden beslenebilmesi sayesinde taşınabilirlik sağlanmıştır. Ayrıca kullanılan mikrodenetleyicide bulunan Bluetooth protokolüyle kablosuz haberleşme sağlanmıştır. Kullanıcı arayüzü ise Microsoft Visual Studio ile tasarlanmıştır. Daha sonra gerçekleştirilen bu potansiyostat bir dummy-cell devresiyle kalibre edilmiştir. Kalibre edilen potansiyostat kullanılarak, amperometrik ölçüm testi için glikoz ve voltametrik ölçüm testi için askorbik asit ölçüm deneyleri yapılmıştır. Yapılan bu deneyler sonucunda, glikoz ve askorbik asit kantitatif deneylerindeki regresyon oranı sırasıyla %88 ve %89 olarak bulunmuştur. Anahtar Kelimeler: Potansiyostat, ESP32, elektrokimyasal sensör, taşınabilir
Glukoz konsantrasyonu ölçümü için bir elektrokimyasal biyosensör tasarımı ve modellenmesi
Biyokimyasal olayların incelenmesinde ve oluşan değişimlerin algılanmasında biyosensörler yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Bir biyosensör biyoaktif tabaka, sinyal iletici sistem, kaydedici olmak üzere üç temel bileşenden oluşmaktadır. Biyosensörler yüksek duyarlılıklı, hızlı, basit ve ucuz cihazlardır. Biyosensörlerin tasarımında enzimler, biyomateryaller, dokular kullanılabilmektedir. Enzimler protein yapısında olup tepkimeleri belirli koşullarda gerçekleştiren biyokatalizörlerdir ve tepkimenin hızlanmasına sebep olurlar. Bu çalışmada glukozun enzim bağımlı oksidasyon ve redüksiyon tepkimelerini incelemiştir. Bu amaçla bir mikro kanal yüzeyine bir elektrot yerleştirilmiştir. Elektrot üzerinde oluşan redoks tepkimeleri sonucu akım değişimleri çevrimsel voltametri ile izlenmiştir. Mikrokanala entegre biyosensörün tasarımı ve sonlu elemanlar analizi için Comsol Multiphysics v3.5a kullanılmıştır. Matematiksel modelleme öncelikli olarak mikrokanal boyunca sıvı akışı olmadan gerçekleştirilmiştir. Sonrasında mikrokanal girişine laminer akış koşulları altında bir sıvı girişi tanımlanarak analizler yapılmıştır. Bu çalışmada laminer akış varlığında çevrimsel voltametriden elde edilen maksimum akımın yükseldiği gözlemlenmiştir. Simülasyonlar, sıvı akış hız şiddetinin arttırılmasının biyosensörün etkinliğinin arttırdığını göstermiştir.
Mikrodalga tabanlı meme kanseri tespiti için anten geliştirilmesi
Bu çalışmada, öncelikle meme kanseri teşhisi için gerçekleştirilen çalışmalar incelenmiş kullanılan anten modellerinin geliştirilmesi adına farklı anten modelleri tasarımı yapılmıştır. Mikrodalga görüntüleme uygulamaları için geliştirilen, farklı ölçü parametreleri, farklı şekil ve alt taban malzemeleri ile üretilmiş olan mikroşerit antenler laboratuvar ortamında, 3D yazıcı teknolojisi kullanılarak basılmış, meme fantom modelleri kullanılarak anten ve meme modelinin farklı düzlem ve uzaklıklarda ölçümler gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen ölçümler doğrultusunda her bir anten modeli için elde edilen veriler düzenlenerek hazır hale getirilmiştir. Farklı antenler kullanılarak elde edilen her bir veri seti karşılaştırılarak antenlerin meme kanseri teşhisinde ne kadar başarılı olduğu test edilmiş ve elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır.
Filtrasyon performansı arttırılmış bir hemodiyalizör tasarımı ve analizi
Hemodiyalizin böbrek hastaları için hayati öneme sahip olduğu ve diyaliz seansı süresinin uzunluğunun hastaların yaşamını kötü yönde etkilediği bilinmektedir. Bu nedenle, hemodiyaliz ünitesinin bir parçası olan hemodiyalizörün performansının geliştirilmesi, böbrek hastaları açısından kritik bir öneme sahiptir. Bu çalışma hemodiyalizör filtrasyon performansının arttırılmasını amaçlamaktadır. Bu sebeple, kanda temizlenen üre miktarının bir ölçüsü olan üre klirens değerindeki değişimler gözenekli bir yapıya sahip bir membran kullanılan hemodiyalizör için araştırılmıştır. Mikron boyutunda çapa sahip fiber membranlar boyunca oluşan lümen ve diyalizat akışlarının basınç tahrikli akış ile yönetilmesi ve membran yüzey pürüzlülüğünün arttırılması ile filtrasyon performansı arttırılmaya çalışılmıştır. Yüzey pürüzlülüğü için Gauss fonksiyonu şekline sahip mikro sütunlar membran yüzeyinin tek ve çift yüzeylerine uygulanmıştır. Diyalizat ve lümen tarafındaki akışkan için Newton tipi ve kanın viskozite modeline uygun Newton tipi olmayan olmak üzere iki farklı model kullanılmıştır. Simülasyon sonuçlarına göre, membran yüzey pürüzlülüğünün hemodiyalizörün filtrasyon performansını arttırdığı gözlemlenmiştir. Bu artışın membran yüzeyi etrafındaki akışta oluşan çalkantının madde taşınımını arttırması ile oluştuğu açıklanabilmektedir.
Okuma devreli yüksek hassasiyetli grafen tabanli ISFET pH sensörünün tasarimi ve simülasyonu
Electrochemical sensors are devices that use electrochemical reactions to detect and measure the concentration of analytes in a sample. As an electrochemical sensor, an ion-sensitive field-effect transistor, ISFET, is the basic structure of a biosensor. This thesis presents a high-sensitive pH sensor with a graphene-based dual-gate ISFET. Design and simulations of the proposed device are performed on SILVACO TCAD (Technology Computer Aided Design) software and Cadence Virtuoso environment. Graphene and aluminum oxide are used as channel and sensing film, respectively. The channel thickness is 10 nm, while the thickness of the device is 800 nm. The transfer and output characteristic curves of the device are obtained through simulations. Furthermore, Linearity, Stability and Temperature-dependency of the proposed device have been analyzed and discussed after designing a readout circuit using the 90nm Generic Process Design Kit (gpdk090) library. The effects of the back gate, channel material, and sensitive layer on device performance are evaluated by assessing the electrical characteristics, threshold voltage, and drain current. The sensitivity of the proposed device is achieved, approximately 18 times the Nernst limit, as 1066 mV/pH, which is the best performance score in the literature. The proposed device offers a novel ISFET structure with reliable and higher detection sensitivity.
Detection of abnormal skin tissues with impedance mapping approach using EIT techniques
The skin is an organ in the body that is in direct contact with the external environment and is most exposed to harmful external effects. Harmful effects cause abnormal tissue formation that can grow uncontrollably and undesirably on the skin. Early diagnosis and monitoring of these abnormal tissues, which exhibit different electrical properties than healthy skin tissue, are crucial. Electrical Impedance Tomography is one of the methods used for visualizing these abnormal tissues. This thesis presents an electrical impedance-based measurement and imaging system developed for the detection of abnormal tissues formed in the skin. Before experimental studies, the system was simulated on platforms such as COMSOL MULTIPHYSICS and EIDORS. A resistive phantom model representing healthy and abnormal tissue-containing skin models was created for the experimental study. A novel planar electrode array containing 32 electrodes in a circular arrangement was integrated with the electronic measurement system harware. The data obtained from the measurement was used in the image generation stage. It seeks to construct a high-resolution and precise image of the abnormal tissue from the data obtained from the proposed novel electrode design. Compatibility of simulation and experimental study results indicate that the proposed system could detect the location of abnormal tissue on the skin with high accuracy. The proposed system enables non-invasive, comfortable, and low-cost detection of abnormal tissues in the skin using an electrical impedance-based imaging technique.
Artificial intelligence utilized ballistocardiography and phonocardiography based blood clot detection system
Heart attacks and strokes are some of the leading causes of death in the world. Both of these diseases are usually the outcome of blocked arteries caused by blood clots. The presented innovation is about using a set of sensors and a trained artificial neural network (ANN) to detect and locate the blood clots across the body. The mentioned sensors will be placed under the patient's bed, then ballistocardiography (BCG) signals will be measured and transferred to the phonocardiography (PCG) system, where they will be converted into sound signals. BCG and PCG graphics will be seen on the output display of the system; the obtained BCG and PCG signals will be fed into a trained artificial neural network, which will locate the locations of blood clots in the body's vessels.
Sporcular için invaziv olmayan sürekli kan basıncı tahmini
Bu tezde farklı makine öğrenmesi modelleri kullanarak sporculara yönelik matşetsiz ve invaziv olmayan kan basıncı (KB) tahmini üzerine bir yöntem geliştirilmiştir. Geleneksel KB ölçüm yöntemleri İnvaziv ve invaziv olmayan olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Son yıllarda her iki yöntemin dezavantajlarını gidermek amacıyla vücut üzerinden kolay bir şekilde ölçülebilen elektrokardiyogram(ECG) ve fotoplatismogram(PPG) gibi biyosinyaller kullanarak dolaylı olarak KB ölçümü yapan sistemler büyük bir ilgi görmüştür. Bu çalışmada, ECG sinyalinden kalp atım hızı(HR),P-R süresi, R-R süresi, P genliği, R genliği ve T genliği özellikleri, PPG sinyalinden nabız aralığı(PPI), sistolik pik genliği(SPV), nabız dalga bitişi (PWE) ve Dikrotik çentiğin genliği (b) ile sistolik zirvenin genliği (a) arasındaki orandır. b/a oranı özellikleri ve her iki sinyali kullanarak hesaplanan nabız geçiş zamanı(PTT) özelliği hesaplanmıştır. Makine öğrenmesi modellerinin eğitimi ve test süreci için, hem hazır veri setleri hem de bu çalışma kapsamında geliştirilen özel donanım aracılığıyla toplanan özgün veriler kullanılmıştır. Tasarlanan sistem, gerçek zamanlı sinyal kaydı yapabilmekte olup, ölçümler koşu bandı üzerinde egzersiz yapan deneklerden alınmıştır. Bu yönüyle sistem, sporculara özel olarak değerlendirilmiş ve fiziksel aktivite sırasındaki KB değişimlerini yansıtabilecek nitelikte veri sağlamıştır. Elde edilen özellikler yardımıyla KB tahmini için farklı makine öğrenmesi modelleri denenmiştir. Test edilen makine öğrenmesi modelleri arasında diastolik KB için 2.3+0.7 sistolik KB için 5+1.3 MAE değeriyle en başarılı LASSO regresyon modeli görülmiştir. Çalışmada kullanılan ECG ve PPG sinyalleri, makine öğrenmesi modellerini eğitmek amacıyla belirli ön işleme adımlarına tabi tutulmuştur. Bu adımlar arasında sinyal filtreleme, özellik seçimi ve normalizasyon yer almaktadır. Test edilen makine öğrenmesi modellerinin performanslarını değerlendirmek üzere farklı veri setler kullanılmış ve modellerin doğruluğu değerlendirilmiştir. Bu çalışmada, literatürde dolaylı KB ölçümü için ECG ve PPG sinyallerini kullanan diğer çalışmalara kıyasla, daha az sayıda özellik kullanılarak yüksek doğruluğa sahip bir algoritma geliştirilmiştir. Sonuç olarak, geliştirilen sistem, non-invaziv ve sürekli kan basıncı tahmini için umut vadeden bir yaklaşım sunmaktadır. Anahtar Kelimeler: Kan Basıncı, ECG, PPG, Makine Öğrenmesi
Akciğer kanserinin CT görüntülerinden teşhisi için differansiyel konvolüsyonel yapay sinir ağı tabanlı görüntü tanıma yazılımı geliştirilmesi
Akciğer kanseri dünyada ölüm oranını artıran önemli nedenlerden biridir, çünkü her yıl diğer kanser türlerine kıyasla akciğer kanseri nedeniyle çok sayıda ölüm gerçekleştiği görülmektedir. Eğer ilk aşamada tespit edilir ve tanımlanırsa, çok sayıda hastanın hayatta kalma oranı artırılabilir. Bu nedenle, uygun ve anlık bir sonuç elde etmek için, tıbbi görüntü işleme alanında makine öğreniminin son tekniklerini kullanarak sınıflandırmanın doğruluğunu artırılabilir. Bu çalışmada, Diferansiyel Konvolüsyon olarak adlandırılan yeni bir konvolüsyon tekniği ve güncellenmiş hata geri yayılım algoritması kullanılmaktadır. DCNN yönsel aktivasyon farklılıklarını içeren özellik haritalarını bir sonraki katmana aktarmayı amaçlamaktadır. Bu uygulama, konvolüsyonlu özelliklerin özellik haritası üzerinde nasıl değiştiği fikrini dikkate almaktadır. Bu özellik, filtre sayısını değiştirmeden sınıflandırma performansını artırmaktadır. Anormal ve normal bilgisayar tomografi (BT) görüntüleri de dahil olmak üzere farklı akciğer kanseri türlerini sınıflandırmak için diferansiyel konvolüsyonel sinir ağı modeli önermektedir. Bu modelin performansını test etmek ve eğitmek için, anormal ve normal görüntüleri içeren 1.000 akciğer bilgisayarlı tomografi (BT) görüntüsünden oluşan bir veri kümesi kullanmıştır. Deneysel sonuçlar, önerilen modelin %96,25'lik bir doğruluğa ulaştığını göstermiştir. Bu çalışmada, önerilen diferansiyel CNN modelinin akciğer kanserinin otomatik sınıflandırılmasını kolaylaştırmak için kullanılabileceğini göstermektedir.
Benidipin molekülünün kuantum kimyasal olarak incelenmesi
Benidipin Hidroklorür, bir kalsiyum kanal bloker antihipertansif ilaçtır. Bu çalışmada Benidipin ve Benidipin Hidroklorürün gaz, n-oktanol, DMF (Dimetilformamid) ve su fazındaki temel durum geometrisi, moleküler özellikleri ve elektronik yapısı B3LYP düzeyinde rapor edildi. Benipidin için 6-311G(d,p), 6-311++G(d,p) ve 6-311++G (2d,2p) baz setleri kullanılırken Benidipin Hidroklorür için sadece 6-311G(d,p) baz seti kullanıldı. Benidipin ve Benidipin Hidroklorür bileşiklerinin aromatiklik, doğal bağ orbital (NBO) ve Doğrusal Olmayan Optik (NLO) parametrelerinin özellikleri, yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) elektronik yapı yöntemi kullanılarak teorik olarak araştırıldı. DMF, n-oktanol ve su gibi çözücülerin Benidipin ve Benidipin Hidroklorür moleküllerinin optimize edilmiş geometrisi ve molekül içi delokalizasyonu üzerindeki etkileri değerlendirildi. Farklı solventlerdeki solvasyon serbest enerji değerleri su > DMF > n-oktanol sırasına göre azalmakta ve BEN ve BENHCl molekülü için HOMO−LUMO enerji aralığı değerleri gaz > n-oktanol > DMF > su sırasını takip ettiği raporlandı. SEZPE, SETE, SETEmt ve SETFE değerleri, Dönme sabitleri, Entropi, Isıl Enerji ve Isıl Kapasite gibi termodinamik parametrelerin yanı sıra ısı kapasitesi, entropi, entalpi, Gibbs serbest enerjisi gibi termodinamik özelliklerin sıcaklıkla değişimi DFT ile elde edilen verilerden hesaplandı. BEN ve BENHCl bileşiğinin dipol momenti, polarizasyon ve birinci dereceden hiperpolarizasyon değerleri gibi NLO parametreleri de incelendi.
EKG sinyallerinden yapay zeka yöntemleri kullanılarak uyku apnesi teşhisinin yapılması
Uyku, canlıların dış uyaranlara karşı minimum seviyede tepki verdiği veya tepki vermediği tekrarlanan bir durumdur. Kronik uykusuzluk, yeme bozuklukları, huzursuz bacak sendromu ve uyku apnesi gibi rahatsızlıklar uyku kalitesini etkileyen ve ciddi sorunlara yol açan hastalıklar arasındadır. Üst solunum yollarının daralması veya tıkanması sonucunda solunumun 10 sn veya daha uzun süre boyunca tekrarlayan ataklarla durması sendromuna uyku apnesi denilmektedir ve en yaygın olanı Obstrüktif Uyku Apnesidir (OUA). Bu tez çalışması kapsamında EKG sinyalleri üzerinden makine öğrenmesi ve derin öğrenme algoritmaları kullanarak uyku apnesi tespiti yapılmıştır. İlk aşamada EKG sinyali bölütlere ayrılarak R tepe noktaları belirlenmiş ve her bir bölütün uyku apnesi olup olmadığı sınıflandırılmıştır. İkinci aşamada ise bölütlere dayalı sınıflandırma yapılan 35 EKG kaydının her birinin OUA hastası olup olmadığı sınıflandırılmıştır. Makine öğrenmesi algoritmaları olarak yedi farklı sınıflandırıcı, derin öğrenme algoritması olarak üç farklı sınıflandırıcı kullanılmıştır. Bölütlere dayalı sınıflandırmada Evrişimsel Sinir Ağı (CNN) algoritması % 89,11 doğruluk; % 94,31 hassasiyet; % 80,72 seçicilik; 0,89 F1 Puanı ve 0,87 AUC değerleri ile en yüksek sonucu veren algoritma olmuştur. Her bir kaydın Apne - Hipopne İndeksine göre yapılan OUA ve normal sınıflandırması sonuçlarında CNN mimarisi %97,14 doğruluk; %100 seçicilik; %95,65 hassasiyet; 0,97 F1 puanı ve 0,98 AUC değeri ile en yüksek başarıyı veren algoritma olmuştur.
Bulanık kümeleme yöntemi ile meme kanseri çekirdeği segmentasyonu
Bu tezde, histopatolojik görüntülerde çekirdek meme kanseri tespiti ve segmentasyonu için bir yaklaşım önerilmiştir. Bu yaklaşım, çok büyük etiketli görüntülere sahip bir yardımcı alan üzerinde önceden eğitilmiş ve tamamen bağlı katmanlardan oluşan ek bir ağ ile birleştirilmiş bir bulanık kümeleme yöntemine dayanır. Bu tezde, kümeleme ve segmentasyon için bulanık kümeleme ortalaması kullanılmıştır ve meme kanseri çekirdek tespiti için etkili yollar elde edilmiştir. Bu nedenle, meme kanseri çekirdeklerinin merkezlerini tespit etmek için bir bulanık kümeleme ortalaması kullanılmış, daha sonra çıkarılan merkezler, temel doğruluk örnekleri ile karşılaştırılmıştır. Bahsedilen yöntemler 810 histolojik görüntüden 489 görüntüye uygulandı. Bu çalışmada, tespit ve segmentasyon gibi birçok aşama kullanılarak gerçekleştirilmiştir. ANAHTAR KELİMELER:Görüntü segmentasyonu, Bulanık kümeleme ortalaması, Çekirdek görüntüsü
Derin ven trombozu oluşumunda risk azaltıcı değişken DVT pompa tasarımı
Derin ven trombozu (DVT), geniş venöz sinüslerde, özellikle bacak venlerinde kan akışının yavaşlaması ya da bozulması sonucu oluşan ve genellikle büyük cerrahi işlemler sonrasında sıklıkla görülen bir komplikasyondur. Geleneksel DVT pompaları, vücudu saran bir manşon aracılığıyla vücut dışından sıkıştırma ve gevşetme yaparak venöz kan akışını hızlandırıp kapakçıklar içinde kan birikmesini ve pıhtı oluşumunu engellemenin yanı sıra ağrılı semptomları da önlemeye odaklanırlar. Geleneksel tasarımlarda hastaya cihaz açıldığı anda üretici tarafından ayarlanan basınç değeri cihaz başlatıldığı zaman hastaya uygulanmaya başlanmakta ve uygulanan basıncın takibi yapılamamaktadır. Bu durum uygulanan tedavinin doğruluğu ve yeterli olması konusunda tam bir bilgi sağlamamaktaydı. Bu çalışmada, derin ven trombozu oluşumunu önlemek için yenilikçi ve daha gelişmiş bir DVT Pompa tasarımı yapılmış ve bir prototip sunulmuştur. Geliştirilen DVT Pompası ile basınç değerleri ve basınç uygulama süresi hastaya göre ayarlanabilmekte, uygulanan basınç değerleri ve uygulama süresi cihaz ekranı üzerinden izlenebilmekte ve dokunmatik ekranı sayesinde kolay kullanım sağlanmaktadır. Ayarlanan basınç değeri cihaz tarafından anlık olarak ölçülmekte ve herhangi bir anda sızıntı olması veya hortumlarda tıkanıklık olması durumunda kullanıcıyı uyarmaktadır. Basınç değerlerini belirli standartlar dahilinde değiştirme imkanının yanı sıra kullanıcıya basınçlı kalma süresini değiştirme imkanı da sağlamaktadır. Bu sayede komplikasyonların seyrine göre tedavi şeklini değiştirme olanağı sağlanmakta, bu da hastayı sürekli kontrol altında tutmanın zorluklarını büyük ölçüde azaltmaktadır.
Polikaprolakton ile kontrollü ilaç salımında bazı ısatin tiyosemikarbazon türevlerinin kullanımı
Polikaprolaktonun biyouyumluluğu ve biyolojik olarak bozunabilirliğinin karakteri, çoğu ilaca önemli ölçüde nüfuz etmesi ile ilaç dağıtım yaklaşımını yürütmek için uygun olmasına neden olur. Bu çalışmada önce tiyosemikarbazid etanolde çözüldü ve ardından karışıma 3-metoksifenil izotiyokainat damlatıldı. Geri yıkama yoluyla elde edilen katı süzüldü ve etanol ile kristallendirilmesi için hazırlandı. İkinci olarak, PCL çözeltisine 4-(3-metoksifenil)-3-tiyosemikarbazid (3MoPhTSC) eklenerek elektro eğirme cihazı ile 3MoPhTSC katkılı PCL nanolifleri elde edilmiş. Elde edilen bu nanolifler UV-VIS ve FT-IR spektroskopisi ile karakterize edilmiştir. Ağırlık kaybı yöntemi ile bu nanolifin 3MoPhTSC'yi salınım miktarı belirlenmiştir. Fosfat tamponlu tuz çözeltisinde ve yapay vücut sıvısı içerisinde korozyon davranışları incelenmiştir. Ayrıca 3MoPhTSC ve 4-(4-metoksifenil)-3-tiyosemikarbazid (4MoPhTSC)'nin PCL ile etkileşimi Gibbs serbest enerjisi, reaksiyon entalpisi, entropi, sıfır noktasının termodinamik özelliklerini elde etmek için teorik hesaplamalar yapılmıştır. Elektronik enerji, IR spektroskopisinin frekansı ve yoğunluğu, doğal bağ orbital teorisi (NBO) ile PCL, 3MoPhTSC, 4MoPhTSC bileşiklerinin ve PCL nanoliflerine katkılandırılmış komplekslerinin optimize edilmiş yapıları üzerinde yük transferi IR spektroskopisinin sonuçları, PCL'ye 3MoPhTSC ve 4MoPhTSC eklenmesiyle 3MoPhTSC ve 4MoPhTSC'nin sıklığının arttığını göstermiştir. 3MoPhTSC-5PCL, 3MoPhTSC-9PCL ve (3MoPhTSC)2-5PCL'nin frekansları sırasıyla 3840,6234; 3841,0571 ve 3839,7990 1/cm ile en yüksek miktarlarda elde edilmiştir. Ayrıca, 4MoPhTSC-5PCL ve (4MoPhTSC)2-5PCL kompleksleri için spektrum frekansının sırasıyla 3840,1116 ve 3840,6142 1/cm olduğu belirlenmiştir. Son olarak, 3MoPhTSC için 3MoPhTSC-5PCL, 3MoPHTSC-9PCL ve (3MoPhTSC)2-5PCL; 4MoPhTSC için 4MoPhTSC-5PCL ve (4MoPhTSC)2-5PCL için doğal bağ orbitali (NBO) hesaplamalarından kaynaklanan bağ uzunluğunun ve atomik yükün fiziksel ve elektronik özellikleri gösterilmiştir. 3MoPhTSC ve 4MoPhTSC katkılı PCL kompleksleri için C, H ve O'nun ana atomları, elektron yükü transferi için önemli bir işlev sağlayan moleküllerin aktif bölgeleri olarak araştırılmıştır
Development of a novel hybrid frost detection and defrost system for refrigeration systems and its applications
The repetitive collection of biological samples and their preservation for analyses at a later stage is a key aspect of biomedical research. Millions of samples collected every day around the world may degrade if proper storage conditions are not provided. Therefore, it is imperative to have a storage facility that is efficient enough to preserve the integrity of these samples over time. Refrigeration systems play a crucial role in delaying the degradation process of samples by maintaining suitable thermal conditions in storage facilities. However, the unremitting operation of the refrigeration system and the presence of moisture inside the storage facility may result in frosting on the surface of the evaporator. The frosting is a phenomenon most detrimental to the performance of refrigeration systems, as it directly affects the heat transfer process inside the refrigerator cabin. The workload on the compressor increases many folds under frosting conditions and the refrigerator struggles to maintain the desired temperature. Consequently, the energy consumption and the probability of stored samples degradation over time increases. The commercial refrigeration systems use a blind and periodic defrosting cycle without any quantification of frost, which leads to lower efficiencies. Therefore, there is a need for an intelligent system that not only detects the presence of frost but also takes countermeasures to defrost the evaporator on-demand, without affecting the quality of stored samples. In the first part of this research study, a hybrid frost detection – defrosting system (HFDDS) is developed that is comprised of a novel photo-capacitive sensing technique and a dual-purpose additively manufacturable sensor and defrosting heater. The HFDDS can detect the formation of frost, measures the thickness of frost from 1.3 to 8 mm with a 5% margin of error, and triggers a defrosting response once a critical frost thickness is attained. The HFDDS is targeted to provide a defrosting on-demand instead of the inefficient blind and periodic defrosting for the refrigeration systems. In the second part of this research study, a novel real-time thickness of the frost-based defrost-on demand technique is presented for refrigeration systems. The hybrid frost detection and defrost system developed in the first part, is employed to quantify the thickness of frost in real-time and to defrost the evaporator using a 12 W heater. The effect of the thickness of the frost-based defrost threshold on the energy consumption of the refrigerator is evaluated. The defrost threshold of 6 mm yields the maximum energy conservation of 10% as compared to the default blind and periodic defrost strategy of the test refrigerator. In the third part of this research study, a novel, frost feedback-based distributed defrosting approach to minimize the defrost desynchronization is proposed. The evaporator is divided into three regions based on the frost distribution pattern. Each of these regions was equipped with an additively manufactured low-powered defrost heater controlled by an optical frost feedback sensor. The frost feedback-based distributed approach proved to be effective in eliminating the defrosting desynchronization. The frost feedback enables the system to terminate defrosting as soon as the frost in the discretized region melts, which reduced the defrost energy significantly. The distributed approach minimizes the rise in the cabin temperature during defrosting and therefore, leads to the reduction of energy spent in the subsequent recovery cycle. The results of the frost feedback-based distributed approach were compared to the default temperature-based strategy using a single defrost heater. The frost feedback-based operation of the three distributed defrost heaters at 6 W each demonstrated maximum overall energy conservation of 18.9% as compared to the default temperature-based strategy.
Development of a non-invasive evaluation methodology using a smartphone attachment on the diagnosis and follow-up of anemia
Anemia, which has multiple causes, such as iron deficiency, chronic blood loss, and hemolysis, is a prevalent health problem affecting an estimated two billion people or 30% of the world's population. The ability to measure hemoglobin concentration in anemic patients noninvasively and continuously has significant potential to facilitate hemoglobin monitoring, improve the detection of acute anemia, and avoid complications, expenses, and pain associated with invasive blood draws. Although some non-invasive approaches have been developed, they are less accurate than invasive methods as a clinical purpose, resulting in an unmet need for more accurate non-invasive methods. In the present study, we conducted a feasibility study for a group of subjects who were admitted to Koc University Hospital, Hematology clinics and Lokman Hekim University Hematology and Internal Diseases clinics. Patients with the symptoms of anemia and healthy subjects who were scheduled to have their complete blood count (CBC) parameters measured with hematology blood analyzers as part of their clinical care were recruited for this study. After the patient's blood was collected to conduct their CBCs, high-resolution images were taken of those patients' palm finger areas with a smartphone camera via dermatoscope attachments. By examining the color characteristics of the images, we developed an image processing methodology to correlate color characteristics in smartphone images of palm to hemoglobin concentration measured with the gold standard hemoglobin measurement system which is CBC the test. According to the results, our method gives significant predicted Hgb values. We observed that our results indicate a correlation between erythema index values and CBC hemoglobin levels. The main contribution of this thesis is proving the linear relationship between color characteristics of digital images and hemoglobin concentration measured in the laboratory. Without any reflectance measurement, this non-invasive calculation methodology is useful for objective assessment of erythema index and therefore hemoglobin levels. With the proposed methodology, in future cost-effective non- invasive point-of-care system that enables users to make self-care anemia evaluation and screening, which would replace the conventional method of anemia detection by visual observation of palm pallor colors Furthermore, with the developments in cloud technology, the study results can be improved by increasing the number of samples. This can be done with a system that will allow people who have already had blood counts to add photos to the cloud. Sensitivity can be optimized with a deep learning algorithm, which will be developed based on the correlation found, and values that are much closer to the real hemoglobin results can be obtained. The outcomes of this project can improve health services offered to patients with related diseases / disorders by supporting diagnosis, and early identification of critical situations related to disease severity and therefore decrease the percentage of severe complications of the diseases. These, in turn, are expected to yield significant economic benefits to patients by better planning treatment and avoiding unnecessary treatment schemas. Apart from savings on patient expenses, these savings also encourage health care providers to deliver high- quality, coordinated care at lower costs.
Exploring and manipulating cardiovascular material properties at an embryonic level
The embryonic system is the precursor for the mature cardiovascular system. This thesis focuses on studying the material properties at the embryonic level and then devising a method to manipulate these properties such that physiological changes caused by congenital heart diseases (CHD's) can be eliminated prior to birth. The main focus is compiling the cardiovascular embryonic material properties and their relation to specific mechanosensitive and mechanoresponsive genes through an extensive review of all available literature. The compilation of embryonic mechanical properties will also contribute to our understanding of the mature cardiovascular system and possibly lead to new microstructural and genetic interventions to correct abnormal development. Using this data, a comparison and manipulation of genes was enabled which in turn controlled the physiology of the aortic arch region in chick embryos. The targeted material properties were elasticity and stiffness which were controlled by TGFb3 and MMP2 respectively. Our results showed that localized genetic modification of the aortic arch region governs the physiology of the embryo and hence will reduce the risk of CHD (congenital heart disease) development at later stages of growth and prevent the need for surgical interventions after birth. This approach can be combined with mechanical intervention models including conotruncal banding and left atrial ligation models of chick embryo.
Ai-enabled optimization of 3D-printed microneedles for simultaneous epidermal and dermal delivery
Conventional needle technologies are being revolutionized by nano- and micro-fabrication methods to create microneedles, organization of microscale needles on an array, which aim to reduce penetration pain and tissue damage while providing precise channels for administering bioagents and collecting body fluids. This thesis explores the advancements in 3D printing methods for microneedle fabrication and particularly focusing on their applications in biomedical engineering and healthcare. For the case of sampling body fluids, a finger-actuated microneedle array integrated with a microfluidic chip was visualized for simple and efficient self-collection of blood and interstitial fluid, eliminating the need for healthcare workers. The processes of fluid extraction and flow within the device were simulated to optimize efficiency. The thesis also explores the integration of artificial intelligence in 3D printing of microneedles, using machine learning and deep learning algorithms to optimize manufacturing processes and predict fabrication outcomes. This multidisciplinary approach enhances the quality control and precision of biodegradable microneedles fabricated through fused deposition modeling 3D printing and chemical etching. In the context of biomedical applications, for the case of Basal Cell Carcinoma skin cancer treatment, microneedles loaded with Marshmallow root extract and Imiquimod are explored, offering controlled release and targeted delivery with minimal side effects. This approach enhances therapeutic efficacy while minimizing patient discomfort and infection risks. Another significant focus is on the customization of microneedle arrays for treating various skin diseases, such as skin cancers and infections, which occur at different skin depths. By engineering the design of the microneedles in nonlinear ways with diverse needle heights on the array, the thesis introduces concurrent drug delivery to various skin layers. Additionally, varying the base diameter of the needles in the array facilitates prolonged or intermittent drug release, depending on the biodegradation kinetics of these needles. This approach enabled long-lasting simultaneous epidermal and dermal drug delivery. The thesis concludes that microneedle arrays hold significant potential in drug delivery due to their ability to administer treatments in a painless and minimally invasive manner, paving the way for more personalized and advanced healthcare solutions.
Değiştirilmiş U-Net modeli ile biyomedikal görüntü segmentasyonu
Görüntü segmentasyonu, görüntü işleme ve bilgisayarlı görmede önemli bir alandır. Görüntü segmentasyonu alanında derin öğrenme yöntemlerinin kullanılması ise özellikle Biyomedikal ve tıbbi alanlardaki uzmanlara yardımcı olacak yöntemlerin geliştirilmesinde, var olan yöntemlerdeki zamandan ve maliyetten tasarruf sağlama konusunda hayati bir rol oynar. Derin öğrenmeyi kullanan görüntü segmentasyonu modelleri arasında yer alan önemli yöntemlerden biri U-Net modelidir. U-Net modeli birçok çalışmaya ilham kaynağı olmuş ve evrişimsel sinir ağlarının gelişmesinde faydalı bir model olmuştur. Zaman içerisinde U-Net modelinde farklılıklar oluşturularak U-Net modelinden daha başarılı yöntemler geliştirilmiştir. Bu çalışmada 11 evrişimli katman kullanan ve segmentasyon performansını artırmak için bazı değişiklikler getiren yeni bir U-Net varyantı olan U-Net11'i öneriyoruz. Klasik U-Net modeli geliştirilmiş ve üç farklı veri kümesi üzerinde test edilerek klasik U-Net modelinden daha iyi performans göstermiştir. Önerilen yöntem: Hücre dokularından elde edilen meme kanserli hücre segmentasyonu, bilgisayarlı tomografi görüntülerinden elde edilen akciğer segmentasyonu ve Data Science Bowl 2018 yarışmasından elde edilen hücre çekirdeği segmentasyonu veri kümeleri için değerlendirilmiştir. Bu veri kümeleri, değişen görüntü miktarları ve segmentasyon görevlerindeki değişen zorluk seviyeleri nedeniyle önem içermektedir. Katman farkını gözlemleyebilmek için Klasik U-Net'e katman ekleme-çıkarma işlemi yapılarak U-Net-7, U-Net-13 modelleri geliştirilmiş ve önerilen model ile olan farkı kıyaslanmıştır. Değiştirilmiş U-Net modeli: Hücre dokularından elde edilen meme kanserli hücre segmentasyonu veri kümesinde %69,09, bilgisayarlı tomografi görüntülerinden elde edilen akciğer segmentasyonu veri kümesinde %95,02 ve doku görüntüsünden hücre çekirdeği segmentasyonu veri kümesinde %81,10 DSC puanları elde ederek klasik U-Net modelinden sırasıyla %5, %2 ve %4 oranında daha yüksek bir başarı göstermiştir. Başarı oranlarındaki bu fark özellikle biyomedikal mühendisliği ve tıp alanlarındaki kritik segmentasyon veri kümeleri için büyük öneme sahiptir ve model geliştirilerek daha başarılı sonuçlar elde ederek bu alanlarda büyük tasarruflar sağlayabilir. Anahtar Kelimeler: Biyomedikal görüntü segmentasyonu, derin öğrenme, U-Net
YOLOv7 algoritması ile diş röntgenlerinde lezyon ve çürük tespiti
Sağlık sektörü, derin öğrenme algoritmalarının kullanımı sayesinde teşhislerin daha tutarlı hale getirilmesi ve başarılı sonuçların elde edilmesi konusunda büyük ilerlemeler kaydetmektedir. Diş sağlığı açısından, diş iltihapları zaman içinde dişlerde çürüklere neden olmaktadır. Diş bakımına özen gösterilmediğinde, zamanla kişinin ağzında bakteriler oluşur. Bu bakteriler gıdalarla birleşerek diş minesine zarar verir ve diş çürükleri meydana gelir. Diş çürükleri yaşamımızı olumsuz yönde etkileyen önemli bir sağlık problemi olarak karşımıza çıkmaktadır. Yakın zamana kadar iltihaplı dişler, diğer bölgelere zarar vermesini önlemek amacıyla hemen çekilirdi. Günümüzde görüntüleme yöntemlerinin gelişmesiyle birlikte diş kayıplarını engellemek için çeşitli tedavi yöntemleri uygulanıp, başarı oranı artmıştır. Çürüklerin ve lezyonların teşhisi genellikle diş röntgen görüntüleri çekilerek yapılır. Ancak bu tür teşhisler, uzman kişiler tarafından gerçekleştirildiğinde dahi farklılık gösterebilmektedir. Bu nedenle, derin öğrenme temelli yaklaşımlardan yararlanma ihtiyacı doğmaktadır. Bu çalışmada, diş röntgenlerinde YOLOv7 tabanlı bir derin öğrenme algoritması kullanılarak lezyon ve çürüklerin otomatik olarak tespiti amaçlanmıştır. Uzman bir diş hekimi tarafından işaretlenmiş 400 adet panoramik diş röntgen görüntüsü kullanılmıştır. Bu işaretleme, lezyon ve çürük bölgelerinin hassas bir şekilde tanımlanmasını sağlamıştır. Daha sonra, bu görüntüler Roboflow platformunda YOLOv7 formatına dönüştürülmüş ve modelin eğitimi için kullanılmıştır. YOLOv7 algoritması, bu veriler üzerinde eğitilmiş ve diş röntgenlerindeki lezyonları ve çürükleri yüksek bir doğrulukla tanıma yeteneği sergilemiştir. Modelin performansı kesinlik, hatırlama, mAP gibi performans metrikleri kullanılarak değerlendirilmiş ve %38 ortalama kesinlik (mAP) değeri elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, sağlık kurumları arasında teşhis tutarlılığını artırabilir, kişisel yorumlama hatalarını en aza indirebilir ve tedavi planlarını daha etkili hale getirebilir.
Film kaplama kalınlığının akort çatalı frekansına etkisi: Deneysel ölçüm ve dinamik hesaplamalar
İnce film düzeyinde malzemelerin kuantumsal düzeydeki özellikleri ortaya çıkmakta ve ince film kalınlığına bağlı olarak malzemelerin yapısal, optik ve elektriksel özellikleri değişmektedir. Bu kapsamda ince film kaplama kalınlığı yeni ve benzersiz özelliklere sahip malzemelerin geliştirilmesinde önemli bir rol oynamaktadır. Bu tez çalışmasında kuvars akort çatalı (QTF) ile film kalınlığının ölçümünün yapılabilmesi için yeni bir yöntem önerilmiş ve bu konu ile ilgili patent başvurusu yapılmıştır (Patent başvuru no:2022/018799 ). Sebebi ise QTF' in en yaygın kullanılan film kalınlık ölçüm yöntemi olan kuvars kristal mikroterazi (QCM)' ye göre bile daha karalı bir tavır sergilemesi ve bu sayede diğer ince film kalınlık ölçüm yöntemlerinden daha hassas algılama ve ölçme işlemlerini yapabilmesidir. Bu tez çalışmasında büyük ölçekli akort çatalı (TF) ve küçük ölçekli kuvars akort çatalı (QTF) ile frekans kaymalarına matematiksel yaklaşımlar getirilmiş, kaplanan filmin elastisite modülünün frekansa katkıları detaylandırılmış, QTF ile yapılan kaplamalar sonucu film kalınlığı deneysel olarak ölçülmüş ve hesaplanmıştır. Ek olarak TF ve QTF yüzeylerinde aşındırma çalışmaları yapılarak aşındırmanın frekansa etkileri deneysel ve teorik olarak incelenmiş ve aşındırma durumunda QCM sensörlerinde meydana gelen frekans durumuyla karşılaştırılmıştır.
Diyabetik yara iyileşmesinde kullanılmak üzere geliştirilen çok katmanlı akıllı yara örtüsü
Önümüzdeki on yıl içerisinde sayıları yarım milyarı aşacak olan diyabet hastaları, bu hastalık nedeniyle oluşan kronik yaralardan büyük zarar görmekte ve gelecekte uygun tedavi sağlanmazsa, yaranın bulunduğu uzvun bir kısmının veya tamamının ampüte edilmesi söz konusu olmaktadır. Bahsedilen amputasyondan sonra hastaların kaybedilme olasılığı da artmaktadır. Bu nedenle bu tür yaraların iyileşmesinde tedavinin etkinliğini artırmak için yeni nesil akıllı yara örtü malzemelerine ihtiyaç duyulmaktadır. Sunulan tezin temel amacı; diyabetik ayak yaralarının tedavisinde etkinliği artırmak, uzvun işlevini geri getirmek, geliştirmek ve korumak için gerekli olan terapötik ajanları bünyesinde barındıran ve doğal polimerin ihtiyaç duyulduğunda terapötik ajanı istenen bölgeye kontrollü salmasını sağlayan yeni nesil/akıllı yara örtüsünün geliştirilmesidir. Çok katmanlı ve her katmanın farklı fonksiyona sahip olduğu yapılar yara iyileşmesine katkıda bulunmaktadır. Yeni nesil diyabetik yara örtüsü malzemesinin çok katmanlı akıllı örtüler olarak hazırlanmasında iki farklı yöntem kullanılmıştır. Burada, ilk olarak yara bölgesine temas edecek olan alt katman ve kararlı bir yapı sağlanması için koruyucu üst katman, ipek proteini olan fibroin kullanılarak elektroeğirme yöntemi ile üretilmiştir. İpek proteinlerinin yara örtüsü oluşturulmasında kullanılması için ipek kozaları piyasadan temin edilmiş ve kimyasal çözücüler kullanılarak ekstrakte edilmiştir. Etkili tedavi sunabilmek adına yara kısmına temas edecek katmanda kontrollü salım yapabilen ilaç taşıyıcı sistemler oluşturarak (Polidopamin, Sığır Serum Albümini) antibiyotiklerin (Gentamisin, Siprofloksasin) lokal olarak salımı gerçekleştirilmiştir. İlaç taşıyıcı sistemlerin farklı enfeksiyon seviyelerindeki farklı pH değerlerine duyarlı etken madde salımı sağlanmıştır. Orta katmanı oluşturmak için ise kriyojenik jel matris hazırlama yöntemi kullanılmıştır. Aljinat ve kondroitin sülfat katkılı antienflamatuar etken madde (Metformin) yüklü orta katman için kullanılacak yapı dondurarak kurutma yöntemi ile elde edilmiştir. Değişen sıcaklığa bağlı olarak ilaç salımı gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak hem sıcaklık hem de pH duyarlı çok katmanlı akıllı, yeni nesil bir yara örtüsü malzemesi geliştirilmiştir. Diyabetik yara örtü malzemesi için elde edilen katmanlar, morfolojik olarak (Taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak) karakterize edilmiştir, orta katmanın hidrojel yapısından dolayı su alma kapasitesi ve biyolojik uyumluluk (sitotoksisite) testi gerçekleştirilmiştir. İlaç taşıyıcı sistemlere yüklenmiş ilaçların salım deneyleri yapılmıştır.
Kanser tedavisinde kullanılmak üzere ultrason destekli kontrollü salımlı ilaç taşıyıcı sistemlerin geliştirilmesi
Tıp teknolojisindeki son olumlu gelişmelere paralel olarak ultrason, farklı kanser hastalıklarının (örn. Prostat, meme ve karaciğer kanseri ablasyonu), göz hastalıklarının (, rahim fibroid ablasyonu, cerrahi doku kesimi ve diğer birçok cerrahi uygulamalarda ve tedavilerde kullanılmaktadır. Ayrıca, ilaç taşıyıcı sistemlerde ilaç salımını kontrol etmek, ayrıca uygulama yerindeki hedef hücrelere sağlanması gereken hücresel alım hızını artırmak (veya kontrol etmek) ve hedef ilaçlar için ultrason etkisi ile ilgili araştırmalar da kullanılabilmekte olduğu ilgili literatürde bulunmuştur. Bu araştırma kapsamında, ilaç taşıyıcı sistemlerin etkinliğinin arttırılması, yan etkilerinin azaltılması ve özellikle ilaç taşıyıcılarının fizyolojik bariyerlerden (örneğin kan damarlarının endotel hücre dizilimi, ilaç taşınması için hedeflenen dokuların endotel tabakası, epitel hücre sık sıralanan tabakalar, hücrelerin plazma zarları ve kan beyin bariyeri vb.) daha kolay geçişinin sağlanması en temel amaç ve hedefler olarak kabul edilmektedir. Sunulan bu çalışma kapsamında; kanser tedavi edici aktif madde taşıyıcı sistemi üzerinde ultrason etkisi ile kontrollü ilaç salınımı sağlayan sığır serum albümini (BSA) ile yapılan Cisplatin yüklü biyopolimerik nanopartiküler sistem geliştirmek mümkün olmuştur. Albümin nanoparçacıkları desolvasyon yöntemiyle hazırlanmış, partikül boyutuyla ilişkili parametreler optimize edilmiş daha sonra da farklı miktarlarda Cisplatin yüklenerek en uygun verimde ilaç ve BSA oranına sahip partikül belirlenmiştir. Hazırlanan albümin nanopartikülleri taramalı elektron mikroskobu, morfoloji için SEM ve boyut ve boyut dağılımları için DLS tabanlı cihaz ile karakterize edilmiştir. İlaç yüklü nanopartiküller daha sonra farklı genliklerde ultrason etkisine maruz bırakılmış ve ultrason etkisine bağlı ilaç dağılım profilleri çıkarılmıştır. Burada belli bir ultrason etkisine kadar ilaç dağılım hızının artığı tespit edilmiştir. Çalışmanın son aşamasında ilaç yüklü nanoparçacıklara ISO 10993-5 doğrultusunda Sitotoksisite testi bağımsız laboratuvar tarafından yapılmış olup hücre üzerindeki toksisite etkisine bakılmıştır.
Hidrojel biyomürekkepler ile 3 boyutlu yapıların oluşturulması ve civciv koryoallantoik membran modelinde anjiyogeneze etkilerinin araştırılması
Yapılmış olan literatür araştırmalarından yola çıkıldığında, koryoallantoik zar ve anjiyogenez gelişimi deneyinde hidrojel ile etkileşimlerinde, biyo yazıcıdan çıkarılan hidrojel baskısının sayede koryoallantoik zar modeli (CAM) ile çalışıp, entegresi gerçekleştiğindeki anjiyogenez sürecinin izlenmediği görülmüştür. Bahsi geçen model, yeni damar oluşumunda kantitatif ölçüme imkan sağlamalıdır bu sayede koryoallantoik zar modeli (C AM) ile biyo yazıcı aracılığıyla baskısı alınan hidrojel ile arasındaki fiziksel oluşum izlenebilecektir. Kan damarı oluşumu değerlendirildiğinde birden fazla hücre tipinin ve sayıca fazla molekülün katıldığı kompleks çok basamaklı bir süreçtir. Anjiyogenez süreci izlenildiğinde, süreci pozitif ve negatif etkileyen moleküller arasındaki dengeye bağlı kontrol edilir. Buna "anjiyojenik anahtar" adı verilir. Yapılan literatür araştırmalarından yola çıkarak hidrojeller, yüksek oranda suyu bünyesine alıp "şişme" özelliği oluşturabilen çapraz bağlı homo ya da kopolimerik sistemler ağıdır. Suda çözünemeyip şişebilen yani suyun büyük kısmını yapı içerisine alabilen, üç boyutlu polimerik şebekelerdir. Jelatin, agar ve aljinatlar hem doğal hem de sentetik polimerler grubundadır. Proje kapsamında üretilen aljinat içerikli hidrojellerin 3 Boyutlu Yazıcıdan alınan baskılar, püskürtme yöntemi ile çapraz bağlanarak oluşturulmuştur. Literatür araştırmalarına bakıldığında, çapraz bağ oluşturulurken genelde UV ışın yolu ile yapıldığı gözlemlenirken; CaCl2 ile buhar püskürtme yöntemi denenip, gözlemlenmiştir. Hidrojellerin modellemesi yapılırken Cura programı kullanılmıştır. Bu program sayesinde, istenilen geometri ve boyutlarda 3 boyutlu hidrojel üretimi gerçekleşmiştir. Bu ara yüz, aynı zamanda solüsyonların şırınga ucuna aktarımını sağlayan mekanizmanın konumlandırmasına izin vermektedir. Anjiyogenez araştırmalarında sıkça kullanılan, yoğun vaskülarize yapıda olan civciv embriyo koriyoallantoik membran modeli (KAM), faydalı bir in vivo sistemdir. Anjiyogenez Araştırma Laboratuvarımızda deney hayvanlarına alternatif olarak kullanılır. Bu model, embriyolu yumurta kullanımına dayanan CAM modeli olarak bilinir. CAM modeli anjiyogenez çalışmalarında sıklıkla kullanılan uygun bir çalışma modelidir. Laboratuvar ortamında, kimyasal reçeteler, düzenleyerek oluşturulacak hidrojelin biyo baskılanabilir özelliğinden yararlanılarak anjiyogenez süreci fizyolojik olarak cam modelinde gözlemlenmiştir. Proje kapsamında, deneme yöntemleriyle geliştirilen hidrojelin, cam modelindeki damar yapılarının değişimi ve etkisi incelenmiştir. Proje kapsamında; damar oluşumunda önemli bir parametresi olan anjiyogenezin doku iskelesi yapımında sık kullanılan progesterondan nasıl etkilendiği civciv yumurtalarındaki koryoallantoik zar modeli aracılığıyla anjiyogenez gelişimi deneyi ile araştırılmıştır.3 farklı gruba ayrılan yumurtalar üzerindeki farklı kombinasyonlardaki progesteronun etkisine bakılmıştır. Her grup, kontrol grubu ve diğer gruplar ile karşılaştırıp genel bir sonuç elde edilmiştir.
Intrakraniyal anevrizmaların endovasküler embolizasyonunda kullanılmak üzere polimerik dolgu malzemesinin geliştirilmesi
İntrakraniyal anevrizma, beyindeki arteriyel kan damarlarının fokal genişlemesi ve zayıflamasıdır. Anevrizmalar öngörülemeyen bir şekilde büyüyebilir ve küçük anevrizmalar (<15 mm) bile yırtılma riski taşır, bu da hayatı tehdit eden kanamaya ve beyin hasarına neden olabilir. Anevrizmaların tedavisinde cerrahi ve endovasküler yöntemler bulunmakla birlikte, klinikte en yaygın olarak endovasküler yöntemler kullanılmaktadır. Endovasküler yöntemlerin amacı anevrizmaya giden kan akışını engellemektir ve klinikte en sık kullanılan endovasküler tedavi polimer veya metal bazlı dolgu maddeleri, koiller ve fiberler kullanılarak endovasküler dolgu yapılmasıdır. Bu çalışmanın amacı anevrizma tedavisinde kullanılmak üzere biyouyumlu dolgu maddeleri geliştirmek ve karakterize etmektir. Klinikte kullanılan yapıların gerçek boyutları dikkate alınarak kateterden geçebilecek çapa sahip mikro-nanofiberlerden oluşan biyouyumlu polimerik yapılar elektroeğirme yöntemiyle hazırlanmıştır. En uygun mikro-nanofiber yapıyı üretmek için toplayıcı tipleri (demir, pirinç vb.), elektroeğirme sistemi parametreleri (uygulanan voltaj, iğne-elektrot mesafesi, spiral oluşturma teknikleri) ve polimer malzeme parametreleri (polimer ve çözücü tipi, konsantrasyonu vb.) optimize edildi. Parametre optimizasyonları sonucunda kullanılacak polimer türü PCL (Polycaprolactone) olarak değerlendirilmiş ve PCL mikro nanolif yapısında farklı çaplarda (0,8 mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm vb.) tübüler yapılar üretilmiştir. PCL mikro-nanofiberler daha sonra PCL ile hazırlanan hidrojellerin içine yerleştirilmiştir. Mikrofiber yapılara şişme özelliği kazandırmak için farklı viskozitelerde ve konsantrasyonlarda aljinat. hidrojel hazırlanmasında, farklı konsantrasyonlarda hazırlanan %3, w/v aljinat çözeltileri, farklı miktarlarda CaCl2. Daha sonra hidrojeller kurutuldu ve şişme davranışları pH 7.4 PBS (Fosfat tamponlu tuzlu su) içinde incelendi. Polimerik dolgu maddelerinin mikroyapılarının morfolojik özellikleri SEM ile değerlendirilmiş ve şişme davranışı dolgu maddesi gravimetrik ve hacimsel olarak belirlenmiştir. Elde edilen mikrofiberlerin ortalama çapları ölçülmüştür 2-5 μm aralığında olduğu görülmüştür. Gözlenen şişme davranışının sonuçları, tüm örneklerin artan bir şişme eğilimi gösterdiğini ortaya koymuştur. şişme eğilimi. Şişme oranı gravimetrik olarak 5 ila 10 kat ve hacimsel olarak en az 3 kat artmıştır. Su alımıyla hacim olarak şişen örnekler, bir anevrizmayı doldurma ve tıkama yeteneğini de göstermiştir.
Askıda hidrojellerin serbest biçimli tersinir gömülmesi metodu ile karmaşık yapıların 3 boyutlu biyobaskılanması
Hem rejeneratif tıpta hem de ilaç taramasında kullanılmak üzere biyo-mühendislikte kan damarlarına yönelik artan bir talep olmuştur. Bununla birlikte, gerçek bir biyo-mühendislikte vasküler greftin mevcudiyeti sınırlı kalmaktadır. Üç boyutlu (3B) biyo-baskı, transplantasyon ve rejenerasyon için çeşitli mimaride ve boyutlarda kan damarları veya vaskülarize doku yapıları üretmek için potansiyel bir yaklaşım sunmaktadır. Bazı araştırmalar, insan vücudundaki büyük boyutlu kan damarlarının 3B baskısının elde edildiğini bildirmiş olsa da, hala tamamlanmamış mikrovasküler simülasyon ve iskele malzemelerinin düşük biyouyumluluğu ve mekanik mukavemeti gibi acil olarak çözülmesi gereken bazı problemler mevcuttur. Geleneksel dikey istifleme yöntemi, düzgün olmayan boru çapı ve basılan katman sayısı(uzunluğu) gibi bazı dezavantajlara sahiptir. Bu sorunları çözmek için alternatif bir çözüme ihtiyaç vardır. Çalışmamızda alternatif çözüm olarak ekstrüde edilmiş bir 3B yazıcı kullanılarak jelatin destek banyosu içerisine içi boş damar benzeri yapı iskelelerini uygun destek banyosu formülasyonunu kullanarak basılabilirliğini test etmiştir. Aljinat, vasküler doku yapılarının ekstrüzyon biyobaskısında yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin; aljinat, biyolojik olarak basılmış içi boş yapıların yapısal aslına uygunluğunu sağlamak için aynı anda verilen kalsiyum klorür (CaCl2) çözeltisi ile fiziksel olarak çapraz bağlanabilir. Çalışmamızda biyomürekkep olarak %1'lik aljinat çözeltisi hazırlanmıştır. Bu çalışmanın amacı; ekstrüde edilmiş bir 3B yazıcı kullanarak hidrojel yardımıyla damar benzeri yapı iskelelerinin basılmasını sağlamaktır. Ekstrüde edilmiş bir 3B yazıcı kullanarak FRESH method ile damar benzeri yapı iskelelerinin aljinat biyomürekkep ile biyobasımı gerçekleştirildi. Çalışmamızda iki farklı destek banyosu formülasyonu kullanıldı ve basılabilirlikleri değerlendirildi. Jelatin destek banyosu V0'da baskı sırasında şişme gözlemlendi. Bu yüzden v1 in basılabilirlik için daha uygun olduğuna kara verildi. Jelatin destek banyosu V1 ile elde edilen içi boş damar benzeri yapı iskelesinin akış testi ve çekme testi sonuçları gözlemlendi. İçi boş damar benzeri yapı iskelesinin akış testine 6 saatten daha fazla dayanıklılık gösterdiği gözlemlendi.
Meme kanseri tedavisinde kullanılmak üzere kemoterapötik ajan ve uygun siRNA yüklü polimerik nanopartiküllerin hazırlanması ve etkinliklerinin belirlenmesi
Günümüzde kanser hastalığının görülme sıklığı giderek artmaktadır. Meme kanseri ise tüm dünyada kadınlarda en sık karşılaşılan kanser türüdür. Kanser tedavilerinde uygulanan kemoterapi ajanları tümörün direnç kazanması durumunda yetersiz kalmaktadır. Bu nedenle kanser terapilerinde yenilikçi ve daha etkili terapötik ajanların geliştirilmesi hız kazanmış ve farklı ajanların birlikte kullanıldığı kompleks tedaviler öne çıkmaya başlamıştır. Meme kanseri tedavilerinde çoğunlukla ilaç direnci gelişmekte ve bu nedenle de metastaz oluşma olasılığı yüksek olmaktadır. Sunulan tez çalışmalarında RNAi temelli gen susturma stratejileri kullanılarak meme kanserinde ilaç direncine sebep olan genin susturulması hedeflenmiş, genetik materyalin ve antikanser ilacın taşınımı için özel bir taşıyıcı sistem tasarlanmıştır. Tez kapsamında ilaç direncine sebep olan MDR1 geninin ifadelenmesi baskılanmaya çalışılmış, bu bağlamda MDR1 genini hedef alan siRNA yüklü dekstran kaplı biyouyumlu demir-oksit manyetik nanopartikül taşıyıcılar hazırlanmıştır. Bu taşıyıcıların optimizasyonu için gerekli deneyler yapılmış ve doksorubisin yüklü dekstran kaplı demir nanopartiküller FTIR, SEM, DLS ve EDX kullanılarak karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. Doksorubisin ve MDR1-siRNA taşıyıcısı olarak üretilen demir nanopartiküllerin MCF-7 hücrelerindeki P-gp ifadelenmesini baskılama durumunu değerlendirmek için ise MTT ve mRNA analizleri yapılmıştır. Sonuç olarak dekstran kaplı demir oksit nanopartiküllere başarı ile doksorubisin ve MDR-1 siRNA yüklenmiş ve MCF-7 hücre hattında geliştirilen nanopartikülün etkinliği değerlendirilmiştir.
Tıkayıcı uyku apnesinin konuşma seslerinin doğrusal olmayan zaman serisi analizleri ve akıllı karar verme yöntemleri ile tespiti
Tıkayıcı uyku apnesi (TUA) yaygın görülen uyku bozukluklarından biridir. TUA'nın altın standart tanı yöntemi olan polisomnografi (PSG) tetkikinin uygulanmasında karşılaşılan zorluklar nedeniyle bu alandaki çalışmalar, PSG'ye alternatif olarak kullanılabilecek çeşitli yaklaşımların geliştirilmesi üzerine yoğunlaşmıştır. TUA'nın kişiler uyanık durumdayken kaydedilen konuşma/ses sinyalleri kullanılarak tespiti, son yıllarda önemli bir araştırma alanı haline gelmiştir. Yapılan çalışmalarda, genellikle ünlü sesler ve bazı geniz ünsüzleri klasik ses analizleri ile incelenmiş ancak sonuçlar klinik uygulamaya aktarılabilecek başarı seviyelerine ulaşamamıştır. Bu tez çalışması, sesin doğasında var olan kaotik davranışın doğrusal olmayan analiz yaklaşımlarıyla incelenmesi, klasik ses analizlerinin layıkıyla ortaya çıkaramadığı dinamiklerin eldesini sağlayarak TUA tespitinde etkili sonuçlar üretebilir düşüncesiyle planlanmıştır. Doğrusal olmayan zaman serisi analizi olarak bilinen ve temellerini kaos teorisinden alan yöntemler, çeşitli öznitelikler ve makine öğrenmesi kullanılarak, TUA'nın tespiti ve TUA derecesinin (hafif, orta, ağır apne) belirlenmesine yönelik çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Çalışmada, TUA'lı olan kişilerin sesinde değişiklik oluşturma potansiyeli olan 32 ses belirlenerek, 141 denekten kayıt alınmıştır. Analiz sonuçları ünlü, ünsüz ve tüm sesler için değerlendirilerek sınıflandırma çalışmaları yapılmış ve en iyi sonuç ünsüz seslerde elde edilmiştir. Ünsüz sesler için yapılan incelemede her bir denek için 336 öznitelik (28 ses × 12 öznitelik) hesaplanmış, ANOVA özellik seçme yöntemi ile sağlıklı/TUA sınıflandırması için 5, apne derecesi sınıflandırması için 14 öznitelik seçilmiştir. K-en yakın komşuluk (K-EYK) ve destek vektör makineleri (DVM) sınıflandırıcılarının çeşitli konfigürasyonları kullanılarak, sağlıklı/TUA tespitinde %95,1, TUA derecelerinin sınıflandırılmasında ise %82 doğruluk elde edilmiştir. Gerçekleştirilen çalışmalar, TUA'nın varlığının ve TUA derecesinin, birkaç farklı ses örneğinden hesaplanan az sayıdaki doğrusal olmayan özellikle, PSG sonuçlarıyla tutarlı olarak (basit horlama, hafif, orta ve ağır TUA) yaklaşık 15 dakika içinde belirlenebileceğini göstermiştir. Sonuç olarak literatürdeki en yüksek sağlıklı/TUA sınıflandırma doğruluk oranına ulaşılmıştır. Ayrıca, konuşma seslerinden TUA derecesinin belirlenmesi konusunda, literatürde bu alandaki ilk çalışma olup, oldukça yüksek bir doğruluk elde edilmiştir.
Biyolojik modül içerikli mini küp uydu laboratuvarı tasarım – imalat – kinetik testler
Bu tez çalışmasında, mikrogravite koşullarının Escherichia coli ATCC 25922 bakterisinin büyüme dinamikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. NASA CubeSat standartlarına uygun olarak tasarlanan bir küp uydu yaşam bilimi modülü ve mikrogravite simülasyonu için bir 3D klinostat sistemi geliştirilmiştir. Çalışma, biyolojik deneylerin uzay ortamında güvenilir şekilde gerçekleştirilmesini sağlamak amacıyla donanım ve mekanik tasarımlar üzerine yoğunlaşmıştır. Escherichia coli ATCC 25922 bakterisinin logaritmik büyüme fazındaki gelişimi, Baranyi büyüme modeli ile analiz edilmiştir. Deneyler, bakterilerin büyüme dinamiklerini etkileyen sıcaklık, başlangıç popülasyonu ve numune türü gibi faktörlerin detaylı bir şekilde değerlendirilmesine olanak sağlamıştır. Sonuçlar, mikrogravite simülasyonlarının bakteriyel büyüme sürecini yavaşlattığını ve stabil bir büyüme sağladığını ortaya koymuştur. Özellikle 21°C sıcaklık koşulunda ortama taze hazırlanmış kültürden 10 µL ve 1 koloni başlangıç konsantrasyonu eklenmesi durumunda bakteriyel gelişimin optimal düzeyde olabileceği tespit edilmiştir. Bu çalışma, uzay biyolojisi alanında yapılacak ileri araştırmalar için güçlü bir altyapı sunmakta ve mikrogravite koşullarının biyolojik sistemler üzerindeki etkilerini anlamaya yönelik önemli katkılar sağlamaktadır.
Alternatif elektrik alan kaynağı üretimi ve SH-SY5Y hücre yanıtlarının incelenmesi
Kanser tedavisinde uygulanan geleneksel yöntemlerin sınırlı etkinliği ve ciddi yan etkileri, tedaviye yönelik potansiyel yaklaşımların araştırılmasını ve tedavi protokollerine dahil edilmesini gerekli kılmaktadır. Bu yaklaşımlardan en dikkat çekici olanı, orta frekanslı (100– 500 kHz) alternatif elektrik alanların (AEA) kanser hücrelerinde anti-mitotik etkiler göstererek hücre bölünmesini engellemesi ve hücre ölümüne yol açmasıdır. Bu tez kapsamında, AEA kaynaklı bir in vitro maruziyet sisteminin tasarımı, üretimi ve hücre-alan etkileşiminin nöroblastoma hücrelerinde (SH-SY5Y) hücre kültürü ön testleri ile incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, 100–500 kHz frekans ve 1,5–11,63 Vpk/cm genlik aralığında sinyaller üretebilen in vitro maruziyet sisteminin üretimi gerçekleştirilmiştir. Sistemin üretim aşamaları; alternatif elektrik alan kaynağının oluşturulması, homojen elektrik alan üretim devrelerinin tasarlanması ve elektrik alan doğrultusunun seçimi için gerekli devrelerin geliştirilmesini içermektedir. Daha sonra hücre kültürü ön testleri gerçekleştirilmiş ve SH-SY5Y hücrelerine, iki farklı yönde polarize olabilen (Kuzey-Güney, K-G; Doğu-Batı, D-B) alternatif elektrik alan (200 kHz, 2,13 Vpk/cm genlikte, 48 saat) uygulanmıştır. Hücre canlılığı test sonuçlarına göre, kontrol grubuna kıyasla, K-G grubunda %60,8 (p≤0,001) ve D-B grubunda %34 (p≤0,0001) oranında istatistiksel olarak anlamlı azalmalar tespit edilmiştir. Bu sonuçlar, optik mikroskop görüntüleri ile de doğrulanmıştır. Ayrıca, D-B yönünde uygulanan AEA'nın, K-G yönüne kıyasla hücre canlılığını daha fazla azalttığı tespit edilmiştir (p≤0,01). Bu bulgular, hücre canlılığı üzerinde uygulanan yönelime bağlı farklı etkilerin olduğunu göstermektedir. Sonuç olarak, tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen alternatif elektrik alan sisteminin in vitro çalışmalarda etkin bir şekilde kullanılabileceği, hücre canlılık testleriyle doğrulanmıştır.
Dinamik hareket sırasında ön kol bükme hareketinin benzetimiyle biceps brachii kasında oluşan kuvvetin değerlendirilmesi
Kavrama, günlük yaşam aktivitelerinin başarılı bir şekilde olabilmesi için gerekli olan önemli el fonksiyonudur. Kavrama kuvveti ölçümleri bölgesel kuvvet değerlendirme yöntemlerinden biridir ve kol fonksiyonunun değerlendirilmesinde temel öge olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmanın kapsamı, bireylerden noninvaziv olarak alınan kas kuvveti ölçümlerininin yapılarak biceps brachii kas kuvveti düzeylerinin analizinin yapılmasıdır. Biceps brachii kası, üst vücut hareketleri için önemli rol oynar. Literatürde Biceps Brachii kasının bilek güreşi hareketi sırasında elektromiyografi (EMG) sinyalinin ve kas kuvvetinin ölçülmesine dair çeşitli çalışmalar bulunmaktadır ancak el dinomometresi ile bilek güreşi hareketine benzer bir hareket esnasında diğer bir deyişle dinamik hareket sırasında biceps kas kuvvetinin ölçülmesine dair herhangi bir çalışmaya rastlanmamıştır. Bu yüksek lisans tezinin amacı, dinamik hareket sırasında Biceps kasının kasılması sırasında üretilen elektrik akımlarını Elektromiyografi (EMG) cihazıyla ölçmek ve kas kuvveti ile orantılı bir ilişki bulmaktır. Çalışmanın sonunda yapılan analizler doğrultusunda EMG sinyalinden elde edilen söz konusu kuvvet değerleri dikkate alınarak, bireylerin kümülatif travma bozukluklarını (CTD) ve çeşitli kas hastalıklarını (felç, multiple skleroz, vs.) biceps brachii kası açısından riskli bir durum olup olmadığının belirlenmesi mümkün kılınmıştır. Bu çerçeve, protez ve ortez tasarımında, rehabilitasyon süreçlerinin değerlendirilmesinde, çalışılan kas üzerinde hareket ve koordinasyon bozukluklarıyla mücadele eden bireylerin yaşam kalitesinin iyileştirilmesinde umut verici bir potansiyel ortaya koymaktadır.
Zincirleme polimeraz reaksiyonu için mikro sıcaklık döngüleyici tasarımı ve gerçekleştirilmesi
Biyolojik ve kimyasal analitik cihazların mikroelektromekanik sistemler (MEMS) teknolojisi ile minyatürleştirilmesi, tıbbi ve mikrobiyolojik teşhis ve diğer biyolojik analizler için önemli olmuştur. Mevcut veya ortaya çıkmakta olan bulaşıcı hastalıklar, zamanında teşhisi iyileştirmek için hasta başında (POC) test ihtiyacını arttırmaktadır. Nükleik asit tespiti için geleneksel yöntemler birçok adım gerektirmektedir. Bu teknolojilerin bazıları yüksek hassasiyette olabilir. Ancak, düşük algılama limitleri, zaman ve enstrümantasyon gereksinimleri nedeniyle POC cihazlarını geliştirmede geride kalmaktadır. Bu zorlukların üstesinden gelmek için, örnek ön işleme, reaksiyonlar, ayırmalar ve teşhis dahil tüm analitik adımların küçük bir çip üzerindeki mikro kanallarda verimli ve otomatik olarak gerçekleştirilmesine izin veren mikroakışkan teknolojiler kullanılmaktadır. Nükleik asit amplifikasyon yöntemlerinden biri olan polimeraz zincir reaksiyonu veya zincirleme polimeraz reaksiyonu (PCR), basitliği nedeniyle en çok kullanılan yöntem olmuştur. Mikroakışkan teknolojiler, PCR işlemlerinin hız, maliyet, taşınabilirlik, verim ve otomasyon gibi potansiyel faydaları olan bir çipte minyatürleştirilmesini sağlamaktadır. Tez çalışması ile PCR gerçekleştirebilmek için gerekli olan mikroçip ve mikro sıcaklık döngüleyici tasarımı ve üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla yapılan mikroçip tasarımında Bilgisayar Destekli Tasarım (CAD) programı kullanılmış, üretiminde ise CAD yöntemlerinden biri olan lazer kesici kullanılmış ve tek odacıklı bir çip üretilmiştir. Mikroçip üretiminde kullanılan malzemeler lamel, çift taraflı bant (DSA) ve polimetilmetakrilat (PMMA) polimeri olmuştur. Mikro sıcaklık döngüleyici üretiminde kullanılmak üzere ısıtıcı eleman olarak Peltier modülü seçilmiştir. Sıcaklık kontrollerinin gerçekleştirilmesinde mikrodenetleyici ve H-Köprü modülleri kullanılmıştır. Sıcaklık döngüleyici devre analizi öncelikle bir simülasyon programında yapılmış ve PCR döngüsü gerçekleştirilebilmiştir. Daha sonra bu devreyi gerçekleyebilmek için uygun elemanlar temin edilmiştir. H köprü tipi sürücülerin modları, mikrodenetleyici ile nasıl sürüldüğüne ilişkin devre düzeneklerinin çalışması yapılmıştır. Motor sürme tekniklerinden biri olan darbe genişlik modülasyonu (PWM) tekniği ile H köprü sürme (bir mikrodenetleyici yardımı ile) denenmiştir. Temin edilen elemanlar ile öncelikle peltier modül sıcaklık testleri gerçekleştirilmiştir. Uygunlukları test edilen devre elemanları ile sıcaklık döngüsü kontrolü için geliştirilen PID kontrol algoritması birleştirilerek PCR döngüsü gerçekleştirilmiştir. Isı transferi ve akışkan akışını simüle etmek için farklı bir CAD programı daha kullanılmıştır. Bu yazılım sonlu-eleman yöntemine dayanmaktadır. Fiziğin farklı alanlarından kısmi diferansiyel denklemleri birleştirmek ve çözmek için kolaylık sağlamaktadır. Akışkan akış modülü kullanılarak mikroçip içerisinde laminar akış simüle edilmiştir. Ayrıca ısı transfer modülü kullanılarak çip malzemelerindeki ısı transferi simüle edilmeye çalışılmıştır. Tasarlanan mikro sıcaklık döngüleyici ile DNA örneği, Kırıkkale Üniversitesi Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalında amplifiye edilmiştir. Yapılan tasarımın PCR gerçekleştirdiğini test edebilmek için, sıcaklık döngüleyici üzerinde kullanılan örnek ticari bir sıcaklık döngüleyici kullanılarak da amplifiye edilmiş ve sonrasında uygun bir analiz yöntemiyle sonuçlar belirlenmiştir.
Atmosferik koşullarda plazma ışımasının yara iyileşmesinde ve skar üzerinde kullanımının araştırılması
Yara iyileşmesi, hasar gören dokuların onarımı ve yeniden yapılanmasını içeren karmaşık bir biyolojik süreçtir. İyileşme sırasında oluşan skar dokusu, yaranın kapanmasını sağlarken orijinal dokunun mekanik ve fonksiyonel özelliklerini tam olarak geri kazanamayabilir. Günümüzde, yara iyileşmesini optimize etmek ve skar oluşumunu en aza indirmek amacıyla çeşitli tedavi yaklaşımları geliştirilmiştir. Bu bağlamda, soğuk atmosferik plazma gibi yenilikçi teknolojiler, yara iyileşme sürecini düzenlemede ve skar dokusunu azaltmada potansiyel bir alternatif olarak ön plana çıkmaktadır. Bu çalışma, soğuk atmosferik plazmanın yara oluşumu ve skar doku düzenlemedeki etkinliğini literatürde ilk kez dikişli ve dikişsiz yaralar üzerinde değişen güç, süre ve uygulama günü parametreleri altında plazma uygulamalarının etkilerine odaklanmaktadır. Plazma ışıması iki güç seviyesi (35 W ve 55 W), iki maruz kalma süresi (2 dakika ve 5 dakika) ve iki uygulama zamanlaması (cerrahi işlem anında ve cerrahi işlemden 24 saat sonra) kullanılarak uygulandı. Etkiler immünohistokimyasal testler, yara kontraksiyon analizleri rutin hematoksilin boyama ve TAS/TOS analizlerindeki parametreler kullanılarak değerlendirildi.
Üretim süreçleri için dinamik ve temassız optik çap ölçüm sistemi
Bu tez çalışmasında, üretim süreçlerinde hareket halindeki silindirik nesnelerin çap ölçümünü temassız ve yüksek hassasiyetle gerçekleştirebilen dört farklı optik sistem tasarlandı ve uygulamaya alındı. Geliştirilen sistemler; 360° yüzey görüntüleme, lenssiz gölge görüntüleme yöntemi, telesentrik görüntüleme, ve telesentrik gölge görüntüleme sistemi olarak sınıflandırıldı. Sistemlerin doğruluk, tekrarlanabilirlik ve gerçek zamanlı ölçüm performanslarını değerlendirmek amacıyla çeşitli çaplara sahip referans çubuklar ve endüstriyel vidalar üzerinde deneysel ölçümler gerçekleştirildi. Ölçümler, kaliper ile elde edilen referans verilerle karşılaştırıldı ve literatürdeki sistemlerle kıyaslandı. Bu süreçte, görüntülerin işlenmesi, kenarların hassas tespiti ve çap hesaplamalarının otomatik şekilde yapılabilmesi amacıyla bir görüntü işleme yazılımı geliştirildi ve bütün analiz adımlarını içeren bir ölçüm doğrulama altyapısı oluşturuldu. Özellikle telesentrik gölge görüntüleme sisteminde, farklı açılardan alınan görüntülerde ±0,02 mm sapma ile yüksek doğruluk elde edildi. Geliştirilen yazılım sayesinde, tıbbi vidaların iç ve dış çapları otomatik olarak hesaplandı ve sistemin dişli yapıların analizinde de güvenilir ölçüm sağladığı gösterildi. Sonuçlar, geliştirilen sistemlerin otomotiv, tıbbi cihaz üretimi ve genel endüstriyel kalite kontrol gibi alanlarda kullanılan tolerans sınırlarını başarıyla karşıladığını ortaya koydu. Ancak havacılık ve savunma sanayi gibi daha yüksek hassasiyet gerektiren uygulamalar için, sistemin optik bileşenlerinde iyileştirmeler yapılması ve daha ileri kalibrasyon teknikleriyle desteklenmesi gerektiği sonucuna varıldı.
Kanda hemoliz ölçümü yapan yeni bir sistem geliştirilmesi
Hemoliz eritrositlerin zarlarının mekanik, kimyasal veya immünolojik sebepler ile bozulması ve bu sebeple içindeki hemoglobin ve diğer fonksiyonel proteinlerin plazmaya karışması durumudur. Bu durum kan gazı ölçümlerinin hepsinde hatalara yol açar. Biz çalışmamızda bunun önlenmesi için hastadan alınan tam tüp kanın kullanılması yerine çok daha az bir miktarın mobil bir cihazla ölçülmesi ile tüm örneklerin çöpe gitmesinin engellenebileceğini öngördük.
Derin öğrenme yöntemleri ile akciğer grafilerinde patoloji sınıflandırılması
Akciğerler, solunum sisteminin temel organları olup yapısal bozukluklar, enfeksiyonlar veya çevresel etkenler nedeniyle işlev kaybına uğrayabilmektedir. COVID-19, tüberküloz, pnömoni, pulmoner fibröz, atelektazi, kardiyomegali ve pnömotoraks gibi akciğer hastalıkları erken evrede teşhis edilmediğinde ölümcül sonuçlara yol açabilmektedir. Bu nedenle akciğer hastalıklarının erken ve doğru şekilde teşhis edilmesi büyük önem taşımaktadır. Akciğer grafileri, düşük maliyet ve hızlı uygulanabilirlik gibi avantajlarıyla bu amaçla yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak örtüşen anatomik yapılar, sınırlı uzman sayısı ve yüksek görüntü hacmi gibi etkenler, bu görüntülerin yorumlanmasını zorlaştırmakta, günlük yaklaşık %3-5 oranında hata yapılmasına yol açmaktadır. Bu doğrultuda akciğer grafilerinin yorumlanabilmesi için radyologlara yardımcı olacak otomatik ve güvenilir teşhis sistemlerine duyulan ihtiyaç gün geçtikçe artmaktadır. Bu tez çalışmasında akciğer grafilerinin yüksek performansla sınıflandırılması amacıyla uçtan uca bir derin öğrenme modeli geliştirilmiş ve bu modelin başarısını artıracak özgün kayıp fonksiyonlarını önerilmiştir. Modelin omurgası olarak önceden eğitilmiş DenseNet201 mimarisi kullanılmıştır. DenseNet201'den çıkarılan öznitelik haritalarından daha zengin uzamsal bilgiler elde etmek amacıyla evrişimsel uzun kısa süreli bellek (Convolutional Long Short-Term Memory (ConvLSTM)) katmanı, kanal bazında özniteliklerin vurgulanması için sıkma-bırakma bloğu (Squeeze and Excitation (SE)) ve uzun menzilli bağımlılıkları yakalayan görü dönüştürücüler (Vision Transformer (ViT)) modele entegre edilmiştir. Ayrıca, küresel ortalama havuzlama (Global Average Pooling (GAP)) katmanı ile sınıflandırma için önemli uzamsal bilgilerin korunması sağlanmıştır. Bu bileşenlerin kombinasyonu ile önerilen model, yüksek sınıflandırma performansı sunmuştur. Çalışmada ayrıca, sınıflandırma başarısında önemli etkisi olan kayıp fonksiyonları derinlemesine incelenmiştir. Standart fonksiyonlara ek olarak hibrit ve dinamik yapılarda fonksiyonlar tasarlanmış, sınıflandırma eğilimlerine karşı ceza terimi içeren özgün bir fonksiyon önerilmiştir. Önerilen kayıp fonksiyonlarının avantajlarını bir araya getirerek sınıflandırma performansını artıracak farklı topluluk yaklaşımları uygulanmıştır. Bu fonksiyonların performansları sistematik olarak analiz edilmiş ve farklı modellerle de test edilerek modelden bağımsız başarı sağladığı gösterilmiştir. Başkent Üniversitesi Ankara Hastanesi Radyoloji Bölümü'nden elde edilen klinik veriler ile açık erişimli veri kümeleri birleştirilerek 7, 8, 9, 10, 12, 14 ve 15 sınıflı alt veri kümeleri oluşturulmuş ve her bir alt kümede önerilen model ve kayıp fonksiyonları detaylı şekilde test edilmiştir. Böylece hem veri kümesinden hem de sınıf sayısından bağımsız olarak modelin ve kayıp fonksiyonunun başarısı ortaya konmuştur. Elde edilen deneysel sonuçlar, önerilen yöntemin literatürdeki yaklaşımların çoğunu geride bıraktığını ve doğruluk, F1-skoru, AUC gibi performans metriklerinde yüksek başarı sergilediğini ortaya koymaktadır. Ayrıca modelin farklı senaryolarda tutarlı ve yüksek performans sergilemesi, güçlü bir genelleme yeteneğine sahip olduğunu kanıtlamaktadır. Sonuç olarak, bu tez kapsamında, akciğer grafilerinin otomatik olarak sınıflandırılmasını sağlayan yüksek performanslı ve tekrarlanabilir sonuçlar üreten yenilikçi bir model ve özgün kayıp fonksiyonları geliştirilmiştir.
Derin öğrenme yaklaşımları ile meme kanseri tespiti ve sınıflandırması
Meme kanseri, dünya çapında kadınlar arasında kanserle ilişkili ölümlerin başlıca nedenlerinden biridir. Erken teşhis ve doğru tanı, sağkalım oranlarını artırmak ve etkili bir tedavi planlamak açısından çok önemlidir. Mamografi, meme kanseri taramasında anormallikleri erken evrede tespit edebilen temel görüntüleme yöntemidir. Mamografik bulgular arasında kitleler, en yaygın ve tanı açısından en kritik lezyonlardır. Mamografi görüntüleri genellikle radyologlar tarafından manuel olarak değerlendirilmekte, ancak lezyon çeşitliliği, yoğun meme dokusu ve yüksek görüntü sayısı süreci zorlaştırmakta; değerlendirmeyi zaman alıcı ve yorucu hâle getirmektedir. Ayrıca, deneyim farklılıkları ve uzun incelemelere bağlı dikkat dağınıklığı tanı doğruluğunu olumsuz etkileyebilmektedir. Son yıllarda, özellikle derin öğrenmeye dayalı yapay zekâ uygulamaları, tıbbi görüntüleme tanı süreçlerinde önemli ilerlemeler sağlamıştır. Bu alanda öne çıkan You Only Look Once (YOLO) algoritması, gerçek zamanlı nesne tespiti ve sınıflandırma yeteneğiyle öne çıkmaktadır. Bu sayede, mamografi görüntülerinde anormalliklerin hızlı ve doğru şekilde belirlenmesine olanak sağlayarak klinik tanı süreçlerine destek olma potansiyeli taşımaktadır. Bu tez çalışmasında, mamografi görüntülerinde meme kitlelerini tespit ve sınıflandırmak amacıyla YOLO tabanlı bir derin öğrenme modeli geliştirilmiştir. Bu kapsamda, YOLOv5, YOLOv8 ve YOLOv9 (GELAN) mimarileri temel alınmış; bu modellere çeşitli dikkat modülleri ve evrişimsel bloklar entegre edilerek farklı model varyantları oluşturulmuştur. Modeller, CBIS-DDSM, VinDr-Mammo ve bu iki kümenin birleşimiyle oluşturulan veri setleri kullanılarak sıfırdan eğitilmiş, ardından INBreast veri kümesi üzerinde beş katlı çapraz doğrulama yöntemiyle ince ayar uygulanmıştır. Ayrıca, farklı veri artırma stratejilerinin model performansına etkisi değerlendirilmiştir. INBreast üzerinde en yüksek başarıyı gösteren model varyantları, klinik uygulanabilirliği test etmek amacıyla Başkent Üniversitesi Ankara Hastanesi'ne ait veri kümesiyle de ince ayara tabi tutulmuştur. CBIS-DDSM + VinDr-Mammo -> INBreast senaryosunda GELAN-c mimarisine derinlemesine evrişim (DWConv) ve Evrişimli Blok Dikkat Modülü (CBAM) entegre edilerek geliştirilen model varyantı (GELAN-c + DWConv + CBAM), varsayılan veri artırma konfigürasyonu ile 0.878 mAP@0.5 skoruna ulaşmış ve çalışmadaki en yüksek performansı göstermiştir. CBIS-DDSM + VinDr-Mammo -> Başkent senaryosunda ise, YOLOv5s mimarisine Verimli Çok-Ölçekli Dikkat (EMA) modülü entegre edilerek oluşturulan model varyantı (YOLOv5s + EMA), varsayılan + mixup veri artırma kombinasyonu ile 0.848 mAP@0.5 skoruna ulaşmıştır. Bu sonuçlar, geliştirilen YOLO tabanlı model varyantları hem literatür veri kümelerinde hem de gerçek klinik görüntülerde yüksek başarı sağladığını ve klinik karar destek sistemlerine entegre edilebilecek potansiyele sahip olduğunu göstermektedir.
Yenidoğan yoğun bakım kuvözlerinde görünür ışığa duyarlı antibakteriyel kaplamaların geliştirilmesi: Enfeksiyon kontrolünde yenilikçi bir yaklaşım
Dünya Sağlık Örgütü (DSÖ) verilerine göre her yıl 550.000'den fazla yenidoğanın ölümüne neden olan yenidoğan enfeksiyonlarının önemli bir kısmı, anne rahminde veya doğum sırasında değil, yenidoğan yoğun bakım ünitelerinde (YYBÜ) gelişmektedir. Bu durumun kesin nedeni bilinmemekle birlikte, kuvözlerde termal homeostazı sağlamak amacıyla oluşturulan yüksek nem ve sıcaklık koşullarının, mikrobiyal kontaminasyon ve biyofilm oluşumu için uygun mikroçevre oluşturduğu bilinmektedir. Özellikle Gram pozitif bakterilerin nemli ortamlarda hızlı çoğalma kapasitesi, uzun süreli yüzey kolonizasyonu ve dezenfektanlara karşı direnç gelişimi, enfeksiyon insidansını belirgin ölçüde artırmaktadır. Literatürdeki önceki çalışmalar, standart hastane dezenfeksiyon protokollerinin uygulanmasına rağmen, kuvözlerin yüzeylerinde bakteriyel biyofilm formasyonunun gelişebildiğini ortaya koymuştur. Bu biyofilmler, ekstrasellüler polimerik matriks (EPS) yapıları sayesinde dezenfektanlara karşı belirgin direnç sergileyerek mikrobiyal persistanlığa zemin hazırlar. Biyofilme bağlı bu direnç mekanizmaları, patojenlerin uzun süreli kolonizasyonunu kolaylaştırmakta ve hastane kaynaklı enfeksiyon insidansında artışa neden olmaktadır. Bu çalışmada, kuvöz kanopi yüzeylerindeki mikrobiyal yükü azaltmak amacıyla, görünür ışık (450 nm) ile aktive edilebilen gümüş nanopartikül (AgNP) içeren kaplamalar geliştirilmiştir. Üç farklı biyouyumlu polimer matris formülasyonu sentezlenmiştir: (i) AgNP taşıyıcılı PVP/ODA-MMT, (ii) AgNP taşıyıcılı PVP/MA/ODA-MMT ve (iii) AgNP taşıyıcılı CMC/MA/ODA-MMT. Kaplamalar, PMMA yüzeylerine drop-casting yöntemiyle uygulanmış ve SEM-EDS, UV-Vis ve XRD analizleri ile morfolojik, elementel ve yapısal özellikleri doğrulanmıştır. UV-Vis analizlerinde 391, 409, 441 nm aralığında gözlenen LSPR pikleri AgNP immobilizasyonunu kanıtlarken, XRD sonuçları 38,27° ve 44,42°'deki karakteristik fcc faz paternleri ile nanometrik kristalin AgNP oluşumunu ortaya koymuştur. Biyouyumluluk testlerinde, HaCaT hücre hattı kullanılarak yapılan MTT analizi tüm kaplamaların ISO 10993-5 standardına göre sitotoksik olmadığını göstermiştir. Antibakteriyel değerlendirmeler, yenidoğan yoğun bakım ünitelerinde yaygın görülen S. aureus, S. epidermidis ve E. faecalis biyofilmleri üzerinde konfokal mikroskopi ve canlı/ölü boyama yöntemleriyle gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, kaplama konsantrasyonu arttıkça inhibisyon oranlarının yükseldiğini, S. epidermidis'in düşük dozlarda dahi yüksek inhibisyon gösterdiğini, yoğun EPS matriksine sahip E. faecalis'in ise en dirençli tür olduğunu ortaya koymuştur. Test edilen aralıkta en uygun doz olarak belirlenen 1,5 mg/ml, tüm nanokompozitlerde maksimum antibakteriyel inhibisyonu sağlamış ve kolloidal formlara kıyasla daha yüksek biyouyumluluk sunmuştur. Görünür ışıkla aktive edilebilen AgNP taşıyıcılı biyouyumlu nanokompozit kaplamalar, YYBÜ yüzeylerinde yüksek antibakteriyel etkinlik, biyofilm inhibisyonu ve kabul edilebilir biyouyumluluk profili sunmaktadır. Bu teknoloji, geleneksel dezenfeksiyon protokollerine kıyasla daha yüksek mikrobiyal kontrol kapasitesi sağlayarak hastane kaynaklı enfeksiyon riskini azaltma potansiyeline sahiptir. Gelecekte yapılacak uzun dönem dayanıklılık testleri, klinik etkinlik doğrulamaları ve maliyet analizleri, klinik uygulamalara entegrasyon sürecini destekleyecektir.
Taşınabilir torasik biyoempedans monitör tasarımı
Empedans kardiyografi (ICG), elektriksel biyoempedans (EBI) ölçümlerini kullanarak kardiyak dinamiklerin izlenmesi için girişimsel olmayan bir yöntemdir. Fizyolojik empedans kardiyografi, geleneksel girişimsel yöntemlerle ilişkili riskler olmaksızın hemodinamik parametreleri ölçmektedir. Dolaşım sistemi hastalıkları, akut ve kronik kalp yetmezliği, akut miyokard enfarktüsü, hipertansiyon, şiddetli anemi gibi çeşitli kardiyovasküler hastalıklarda ve pacemaker hastalarında ICG kullanımına dayanan araştırmalar vardır. Tek bir frekansta sürekli olarak kullanılan ICG dalga formunun analizi; kardiyak çıktı (CO), stroke hacim (SV), sistolik zaman aralıkları ve oksijen sunum ve tüketim dengesinin izlenmesi gibi kalbin mekanik fonksiyonunu gösteren bazı hemodinamik parametrelerin değerlendirilmesi için kullanılmaktadır. ICG ölçümü yapılırken toraks akışkanındaki direnç değişim seviyesini tespit etmek için, iki adet elektrot toraks bölgesi boyunca düşük genlikli bir elektrik akımı gönderir ve farklı iki elektrot voltaj değişimini algılar. Ohm kanunu kullanılarak empedans elde edilir. Ölçülen empedansla göğüs, kalp ve diğer ana damarlardaki kandan gelen değişiklikler ΔΖ olarak kaydedilir. ICG kaydı ayrıca, ∆Z sinyalinin ilk türevinden elde edilen dZ / dt dalga formunu da üretir. Kaydedilen EKG ile birlikte ICG dalga formları, hemodinamik parametreleri hesaplamak ve değerlendirmek için kullanılır. Bu çalışma çerçevesinde hemodinamik parametrelerin incelenmesi için evde bakım uygulamalarında kullanılabilecek, portatif, ucuz, küçük boyutlu, modüler ve dijital bir biyoempedans ölçüm sistemi tasarlanmıştır. Tasarlanan sistem sayesinde evde bakım hastalarının yaşam kalitesini yükseltmek, sağlık personeli eksiğini kapatmak, sağlık harcamalarını azaltmak gibi çeşitli sorunlara çözümler bulmak amaçlanmıştır. Bu çalışma kapsamında bir ADAS1000 ölçüm kiti kullanılarak dört elektrotlu bir ICG sistemi tasarlanmış ve oluşturulmuştur. Tasarlanan sistemle 50 kHz frekans değerinde torasik empedans ve EKG ölçümleri alınmıştır. Geliştirilen yazılım ile torasik empedans değerlerinden ICG sinyali oluşturulmuş ve hemodinamik parametreler hakkında çıkarım yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar, ölçülen torasik empedans değerinin referans değerlerden daha yüksek olduğu, fakat empedans değişiminin referans değerler içerisinde olduğunu göstermiştir. Geliştiren sistemin klinik kullanım için uygun olmadığı iyileştirilmeye tabi tutulması gerektiği sonucuna varılmıştır.
Elektromiyografi sinyallerinden miyopati, nöropati ve sağlıklı grupların sınıflandırılması
Elektromiyografi(EMG) kasların elektriksel aktivitelerini incelemek amacıyla kullanılan bir tekniktir. Özellikle vücutta bulunun çizgili kas veya iskelet kası olarak isimlendirilmiş kas dokusunun fizyolojik durumunu incelemekte kullanılmaktadır. EMG sinyali elde edilirken temelde 2 farklı elektrot kullanılır. Bunlardan biri yüzey elektrotlar iken diğer ise iğne elektrot diye adlandırılan invaziv uygulanan bir elektrot çeşididir. Tıbbi olarak en sık kullanılanı iğne elektrottur. EMG sinyali kasların her bir iğciğinde oluşan sinirsel aksiyon potansiyellerinin toplanmasıyla oluşmaktadır. Bu sinyal miyopati(kas hastalığı) ve nöropati(sinir hastalığı) bulguları olan hastalarda sağlıklı bir bireye göre değişiklik göstermektedir. Bu çalışmada EMGLAB adlı veri tabanından alınan skorlanmış klinik EMG verilerinin zaman ve Frekans düzlemindeki analizleri ile miyopati ve nöropati skorlaması yapabilen bir karar destek sistemi oluşturulmaya çalışılmıştır. Zaman düzleminde ortalama mutlak değer, sıfır geçiş oranı ve willison genliği analizleri yapılmıştır. Frekans düzleminde güç spektral yoğunluğu için analizler yapılmıştır. Bunun yanı sıra ayrık dalgacık dönüşümü yöntemi ile EMG sinyali alt bantlarına ayrılmış ve 2. yaklaşık alt bantın frekans analizi welch yöntemiyle güç spektral yoğunluğu hesaplamak olmuş ve bu güç spektral yoğunluğunda çeşitli öznitelikler çıkarılmıştır. Bu öznitelikler kullanılarak eğitilen farklı makine öğrenme yöntemleri ile başarılı sınıflandırma sonuçları elde edilmiştir.