Search

Elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ile elektrot-elektrolit arayüzeyinin ve analizi yapılacak moleküllerin bağlanma kinetiklerinin ölçümü yapılmaktadır. Elektrokimyasal teknikler içinde EIS, moleküler etkileşimlerin elektrokimyasal analizlerinde, sensör ve biyosensör teknolojisinin geliştirilmesinde yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. EIS, özellikle afinite temelli biyosensör ve sensör uygulamalarında bağlanma bölgeleri ile sinyal iletim sistemlerinin birbirine bağlanmasında avantaj sağlayan bir yöntemdir. Ayrıca EIS yöntemi; kolay uygulanabilirlik, hassas ölçüm yapabilme kabiliyeti ve düşük maliyeti ile elektroanalitik analizlerde de sıklıkla tercih edilmektedir. EIS yöntemi kullanılarak yapılan analizlerde genellikle ikili ya da üçlü elektrot sistemi kullanılmaktadır. Bu çalışmada, elektrokimyasal analizde, çalışma elektrodu (kalem grafit elektrot (PGE)), yardımcı elektrot (platin tel) ve referans elektrottan (Ag/AgCl) oluşan üçlü elektrot sistemi kullanılmıştır. Çalışma elektrodu olarak kalem grafit elektrot kullanılması, yüksek elektrokimyasal aktivitesi, düşük maliyeti ve tekrar üretilebilir elektrot yüzeylerinin olması, kolay ulaşılabilmesi ve mekanik sertliğinin de iyi olması gibi avantajlarından dolayı diğer elektrotlara üstünlük sağlamaktadır. Bu avantajlar kalem grafit elektrotların birçok elektroanalitik çalışmada kullanımını yaygın hale getirmiştir. Bu çalışmada empedans bazlı ölçümlerin seçiciliğini ve spesifikliğini sağlamak amacıyla kalem grafit elektrodlar ve moleküler baskılama yöntemiyle düşük maliyetli, kolaylıkla kullanılabilen, kolin molekülünün hassas ve seçici olarak belirlenmesine yönelik elektrokimyasal biyosensör geliştirilmiştir. Kalem grafit elektrot üzerine moleküler baskılama yöntemiyle kolin baskılanmış olup, daha sonra kolin molekülleri elektrot yüzeyinden uzaklaştırılarak sadece kolin molekülünün bağlanabileceği kolin tanıma bölgeleri oluşturulmuştur. Yüzeyinde farklı miktarlarda kolin boşluğu olan çalışma elektrotlarının, farklı derişimlerde kolin içeren çözeltilerde dönüşümsel voltametri (CV) ve elektrokimyasal empedans ölçümlerinin (EIS) analizi yapılmış, çözeltinin değişen kolin derişimine karşı verdiği akım, gerilim ve empedans yanıtları incelenmiştir. CV ve EIS, elektrot yüzeyinde meydana gelen değişikliklerin ve etkileşimlerin tespit edilmesinde kullanılan, oldukça hassas ölçüm yöntemleridir. CV yöntemi kullanılarak -500/+500 mV arasında değişen gerilim değerine karşı değişen akım yanıtları incelenirken, EIS yöntemiyle empedansta meydana gelen değişimler incelenmektedir. Bu çalışmada asetik tampon çözeltisi (ABS) içerisinde optimizasyonu yapılan elektrotlar kullanılmıştır. Daha sonra elektrotlar negatif ve pozitif kontrol grubu da dahil olmak üzere toplam altı farklı elektrot grubuna ayrılarak, deneysel elektrodların üzerine dört farklı kolin derişiminde moleküler baskılama yapılmıştır. Elektrotların 5 mM [K3Fe(CN)6]-3/-4 redoks çifti içeren fosfat tampon çözeltisi (PBS) içindeki davranışı CV ve EIS yöntemleriyle altı farklı kolin derişiminde karakterize edilmiştir. PBS çözeltisinde yapılan ölçümlerin sonucunda, kolin derişimindeki artışla birlikte artan miktarda molekül elektrot yüzeyine tutunacağından, empedansta da beklendiği gibi bir artış görülmüştür. Dört farklı derişimde kolin baskılanan elektrotların tayin aralıkları altı farklı derişimde kolin içeren PBS çözeltisinde tespit edilerek yapılan regresyon analizine göre en optimum sonucu veren elektrotlar belirlenerek, bu elektrotların seçicilik ve spesifisitesi incelenmiştir. Elektrotların koline özgünlüğünü tespit etmek amacıyla, yakın yapıdaki TRIS molekülü kullanılarak spesifisite analizi gerçekleştirilmiştir. Altı farklı kolin derişiminde yapılan analizlerdeki derişimlerle aynı derişime sahip TRIS çözeltileri hazırlanarak PBS içinde elektrotların ölçümleri yapılmıştır. Yapılan spesifisite analizi sonucunda, kolin baskılanarak hazırlanan elektrotların koline özgü çalıştığı gösterilmiştir. Elektrotların kan serumunda bulunan kolin miktarının tespitinde kullanılabilirliği standart katma metodu yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Bu metotta amaç, örneğe eklenen, sabit hacimde ve derişimi bilinmeyen analite karşı değişen miktarlarda ve derişimi bilinen standardın eklenerek enstrüman yanıtında meydana gelen değişiminin saptanması ve bu değişim baz alınarak analitin derişiminin hesaplanmasıdır. Örneğe, sabit miktarda (0.5 mL) serum eklenmesine karşı değişen miktarda (5, 10, 15 ve 20 mL) ve derişimi bilinen standart eklenerek ve toplam hacim PBS ile 30 mL'ye tamamlanarak analiz yapılmıştır. EIS grafiğinden elde edilen empedans verilerine göre yapılan regresyon analizi ve hesaplamalara göre kandaki kolin miktarının 10.64 ± 0.546 µM olduğu tespit edilmiştir.Bu tez çalışmasının sonucu olarak kan serumunda kolin tespitinde en başarılı yanıtı 2E-1ChMPGE elektrodunun verdiği görülmüştür. 2E-1ChMPGE elektrodunun tayin aralığı 71.6 pM-7.16 µM, tayin sınırı da 71.6 pM olarak tespit edilmiştir. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) is used to measure the electrode-electrolyte interface and the binding kinetics of the molecules to be analyzed. In electrochemical techniques, EIS has been widely used in the electrochemical analysis of molecular interactions and in the development of sensor and biosensor technology. EIS is an advantageous method of connecting signal transduction systems with binding sites, especially in affinity-based biosensors and sensor applications. In addition, the EIS method is preferred in electroanalytical analyzes because of its easy applicability, precise measurement capability, and low cost. Analyzes, where the EIS method is utilized are usually carried out in two or three-electrode systems. In this study, in the EIS analysis, a three-electrode system consisting of a working electrode (pencil graphite electrode (PGE)), a counter electrode (platinum wire) and a reference electrode (Ag/AgCl) was used. The pencil graphite electrode as the working electrode is superior to other carbon-based electrodes due to its advantages such as high electrochemical activity, low cost and reproducibility of electrode surfaces, ease of accessibility and good mechanical rigidity. These advantages have made the use of pencil graphite electrodes widespread in many electroanalytical studies. In this study, electrochemical biosensor has been developed with low cost and easily usable for the determination of choline molecule by using pencil graphite electrodes and molecular imprinting (MIP) method in order to provide highly selective and specific impedance-based measurements. Choline was imprinted on the graphite electrode surface by molecular imprinting method. Then these choline molecules as a template molecule were removed from the electrode surface and choline recognition sites were formed which could only bind the choline molecule. Working electrodes with different amounts of choline recognition sites on the surface were analyzed in choline-containing solutions at different choline concentrations. Their current, voltage and impedance responses to the changing choline concentration of the solution were investigated on cyclic voltammetry (CV) and EIS methods. CV and EIS are highly sensitive and accurate methods which are used to detect changes and interactions on the electrode surface. In this study, the changes in impedance are examined by EIS method while changing current responses with varying voltage values between -500/+500 mV are examined by CV method. In this study, electrodes optimized in acetic buffer solution (ABS) were used. The electrodes were then divided into a total of six different electrode groups, including the negative and positive control groups, and molecular imprinting was applied on the experimental electrodes at four different choline concentrations which were named as 2E-1ChMPGE, 5E-1ChMPGE, 10E-1ChMPGE and 20E-1ChMPGE according to imprinted concentrations. The behavior of the electrodes in phosphate buffer solution (PBS) containing 5 mM [K3Fe(CN)6]-3/-4 redox pairs was characterized by CV and EIS methods at six different choline concentrations which were E-11 M, E-10 M, E-9 M, E-8 M, E-7 M and E-6 M. As a result of the measurements made in the PBS solution, an increase in the impedance was observed as expected due to the increasing amount of choline concentration attached to the electrode surface. When the choline sites on the electrode surface also increase with increasing imprinted choline concentration, more choline can be attached to these sites since choline-binding properties are affected. Thus, the diameter of the semicircle of the Nyquist diagram, Rct, increases due to choline adsorption to the electrodes. As a result of regression analysis based on impedance values, 2E-1ChMPGE, 5E-1ChMPGE, 10E-1ChMPGE and 20E-1ChMPGE electrodes success choline detection in the rate of 97.96%, 97.98%, 96.88% and 91.99%, respectively. The detection range (DR) of four different concentrations of choline imprinted electrodes were determined in PBS solution containing six different concentrations of choline. The electrodes giving most optimum results were determined according to the regression analysis, and the selectivity and specificity of these electrodes were examined. In order to determine the specificity of the electrodes to choline, specificity analysis was performed using the TRIS molecule having a similar structure.In order to show that the responses of the electrodes were specific to choline, specificity analysis was performed to investigate the responses to the different molecule. The specificity of choline imprinted pencil graphite electrodes was conducted on TRIS (hydroxymethyl) aminomethane molecule to show that the electrodes made a choline specific detection. For analysis, the PBS solutions of TRIS were prepared. Then, the electrodes were analyzed in PBS containing TRIS solutions as the same concentrations with six different choline concentrations. As a result of the EIS responses, it is seen that impedance and Rct values decrease in the increasing number of moles of TRIS in PBS. This demonstrates that the added TRIS does not bind to the choline sites on the electrode surface and stands in the solution. In this way, the conductivity of the solution increased. It has been found that with increasing solution conductivity, the current flow increases and thus the impedance decreases as expected. In consequence, a successful specificity analysis was performed in 95.21% for 2E-1ChMPGE and 94.54% for 5E-1ChMPGE electrodes. The usability of the electrodes in determining the amount of choline in the blood serum was conducted by using the standard addition method. This method is preferred as the calibration method for the determination of an analyte whose concentration is unknown in complex matrices such as biological liquids, soil samples, etc. The signal obtained from the analyte may be blocked by other components present in the complex matrix and error can occur while the determination of analyte concentration. Standard addition method can overcome this problem to a great extent. The main purpose of this method is to insert analyte and standard to the sample and observe changes in instrument response which is impedance for this thesis. It is assumed that the variety in impedance response between the analyte sample and sample results only from the change in analyte concentration. The standard addition method was performed by adding a constant amount (0.5 mL) of serum versus a varying amount (5, 10, 15 and 20 mL) and the known concentration of the standard. And PBS was added until the total sample volume was 30 mL. The EIS results for the 2E-1ChMPGE and 5E-1ChMPGE electrodes show the correlation between increased choline concentration and impedance which indicate the binding of choline. In accordance with EIS graphs of 2E-1ChMPGE and 5E-1ChMPGE electrodes, it is seen that impedance and Rct values increase regularly. According to the regression analysis and calculations made based on the impedance data obtained from the EIS graph, the amount of choline in the blood was found to be 10.64 ± 0.546 µM. In the standard addition method, the analysis was completed 98,32% success rate for 2E-1ChMPGE and 94,12% success rate for 5E-1ChMPGE electrode.As a result of this study, it was seen that the most successful response in the detection of choline in blood serum was given by 2E-1ChMPGE electrode. The detection range of 2E-1ChMPGE electrode is 71.6 pM-7.16 µM and the limit of detection is 71.6 pM. Besides, the preferred molecular imprinting method for choline detection is superior to many electrochemical studies in the literature as it is particularly easy to apply and economical, and can measure in a short time and at a wide detection limit. The low cost of PGE production, the analysis time is between 4.5-5 minutes and the determination range is wide indicate that the biosensor developed in this study can be used effectively in choline detection. 121

Özellikle son yıllarda mikrodalgaya dayalı kanser teşhisi ve tedavisi en çok çalışma yapılan alanlardan olmaktadır. Bu araştırmalar normal ve kanserli dokuların dielektrik özelliklerin belirlenmesi prensibine dayanmaktadır. Bu amaçla dielektroforez, dalga kılavuzu, koaksiyel prob gibi çok farklı teknikler kullanılmaktadır. Dokuların mikrodalga teknikleriyle dielektrik özelliklerinin belirlenmesine yönelik çok fazla çalışma yapılmıştır. Buna rağmen hücre üzerinde yapılan çalışmalar kısıtlıdır. Hücrelerin dielektrik özelliklerinin belirlenmesine yönelik yapılmış çalışmalar daha ziyade düşük frekanslarda gerçekleştirilmiştir ve çoğunlukla besi yeri içerisinde bulunan hücre süspansiyonu üzerinde yapılmıştır. Hücre besi yerinin yalnızca hücrelerin dielektrik özelliklerini yansıtmasına engel olacağı sebebiyle hücre peleti de çalışma konusuna eklenmiştir. Bu çalışmada, insan sağlıklı ve kanserli kemik hücrelerinin pelet ve süspansiyon formları üzerinde açık uçlu koaksiyel prob kullanarak mikrodalga dielektrik özelliklerinin 500 MHz – 20 GHz frekans aralığında karakterizasyonu amaçlanmıştır.Kanserli doku içerdiği daha fazla su miktarı dolayısıyla normal dokudan daha yüksek dielektrik özellikler göstermesi beklenmektedir. Aynı prensiple kanserli hücrelerin de sağlıklı kemik hücrelerinden daha yüksek dielektrik değerlerine sahip olmasını beklemekteyiz. İnsan sağlıklı kemik hücresi olarak hFOB 1.19 hücre hattı, kanserli kemik hücresi olarak SaOS-2 hücre hattı seçilmiştir. Hücre kültürleri standart hücre kültürü protokolü ile hazırlandıktan sonra hücre sayıları belirlenmiş ve hücre peleti elde edilmiştir. Deneylerde kullanılan hücrelerin sayıları ilk deneyde SaOS için 12500000 hücre/ml, ikinci deneyde SaOS için 22500000 hücre/ml ve hFOB için 17700000 hücre/ml'dir. Hücre sayıları literatürdeki benzer çalışmalara nazaran oldukça yüksek tutulmuştur bu verinin çalışmanın doğruluğunu artırması hedeflenmektedir. Ölçümler öncelikle hücre peleti üzerinde başlanmış daha sonra üzerine besi yeri eklenerek süspansiyon formuna dönüştürülmüş ve ikinci ölçümler hücre süspansiyonu üzerinde yapılmıştır. En son besi yerinin dielektrik parametreleri hesaplanarak hücre süspansiyonu, besi yeri ve hücre peletinin dielektrik özellikleri karşılaştırılmıştır. Literatürde hücre süspansiyonu üzerinde yapılan çalışmalarda besi yeri ve hücre süspansiyonu ayrı ayrı ölçüldükten sonra Maxwell karışım denklemi kullanılarak yalnızca hücre parçacıklarının dielektrik değerleri hesaplanmıştır. Açık uçlu koaksiyel prob tekniğinin kullanılması için ağ analizörü gerekmektedir. Ağ analizörü belirlenen frekans aralığında sinyal üretir ve yansıyan sinyali algılar. Prob bu sinyali ölçülecek maddeye iletip almaya yarar. Ağ analizörü, kullandığı yazılım sayesinde maddenin S-parametrelerini, dielektrik kayıp ve dielektrik sabitlerini hesaplayıp kaydeder. Çalışmada frekans aralığı 500 MHz-20 GHz olarak belirlenmiş ve 250 MHz aralıklarla 79 noktada ölçüm yapması istenmiştir. Çalışmaya başlamadan önce ağ analizörünün yeterli bir süre boyunca ısınması gerektiği literatürde çeşitli kaynaklarda belirtilmiştir. Bu sebeple deneyden en az bir saat önce ağ analizörü başlatılmış ve deneye kadar hazır ve stabil olması sağlanmıştır. Deneylerde yarıçapları 0.5 ve 2.2 mm olmak üzere iki farklı prob kullanılmıştır. Her deneyde başlamadan önce probların kalibrasyonu hava, saf su ve üretici tarafından sağlanmış özel iletken bir madde ile tamamlanmıştır. Sırasıyla hücre peleti, hücre süspansiyonu ve besi yeri ölçümleri her iki prob kullanılarak her bir ölçümden on ayrı ölçüm alınarak tamamlanmıştır. Bu sırada hücrelerin oda sıcaklığında ve bir strese maruz kalarak yaşam sürelerinin düşeceği göz önüne alınarak deney oldukça hızlı bir biçimde, hücrelerin canlı kalabilecekleri süreye kadar gerçekleştirilmiştir. En az on kere alınan ölçümlerle hata payını en aza indirmek hedeflenmiştir. İki farklı hücre formu, bir besiyeri ve iki farklı hücre hattında, farklı konsantrasyonlarda 79 noktada alınan değerlerle oldukça fazla veri elde edilmiştir. Dielektrik sabitleri, dielektrik kayıpları ve kompleks permitivite değerleri kaydedilmiştir. Ardından bu değerleri Debye ve Cole-Cole denklemleri uygulanmış, her bir ölçüm için Debye için 3, Cole-Cole için 5 ayrı parametre (statik dielektrik, yüksek frekanslarda dielektrik, rahatlama frekansı, dağılım değişkeni ve statik elektriksel iletkenlik) elde edilmiştir. Bulunan parametreler denklemde tekrar yerleştirilerek dielektrik sabiti ve dielektrik kayıp hesaplanmış ve ölçülerek bulunan değerlerle kıyaslanmıştır. Sonuç olarak tutarlı ve uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Hücre süspansiyonu üzerinde yapılan ölçümler besi yerinin dielektrik özelliklerine yakın değerler vermişken, hücre peleti bariz bir şekilde onlardan ayrılmış ve beklendiği gibi içerdiği su oranı daha az olduğu için her ikisinden de düşük dielektrik değerler sergilemiştir. İlk deneyde hücre peleti üzerinde çalışma yapmanın hücrelerin gerçek dielektrik özelliklerini belirlemek için daha doğru bir yöntem olduğu belirlenmiş ancak deneylerin doğruluklarını artırmak amacıyla, ikinci deneyde de farklı konsantrasyon yoğunluklarında hücre peleti ve hücre süspansiyonu üzerinde deney yapılmaya devam edilmiştir. Elde edilen onar adet ölçüm önce kendi aralarında ANOVA testi uygulanarak p değeri hesaplanmıştır. Buradaki amaç ölçümlerin kendi içinde tutarlı olup olmadıklarının belirlenmesidir. ANOVA testi sonucuna göre yapılan 10'lu ölçümlerin tutarlı ve birbirine yakın değerler olduğu ortaya konmuştur. Ölçümlerin medyanı alınarak daha sonra t-test uygulanmıştır. T-test hem farklı hücre formlarını (pelet, süspansiyon), hem de kanserli ve sağlıklı hücre gruplarının dielektrik değerlerini karşılaştırma amaçlı yapılmıştır. Beklenildiği gibi p değeri alfa değerinden (0.05) çok küçük sonuçlar vermiştir. hFOB pelet ve hFOB süspansiyonunun 2.2 mmlik probla yapılan ölçümlerine t-test uygulandığında 1x10-33 gibi çok küçük bir değer elde edilmiştir. SaOS pelet ve SaOS süspansiyonunun 0.5 mmlik prob ölçümlerinden 3,65x10-23, 2.2 mmlik probla yapılan ölçümlerinden 2,5x10-7 p değerleri bulunmuştur. SaOS hücre süspansiyonu ile hücre besi yerinin 2.2 mmlik probla yapılan ölçümleri kıyaslandığında p değeri 1 olarak elde edilmiştir. SaOS hücre peleti ile hücre besi yerinin 2.2 mmlik prob kullanılarak elde edilen ölçümleri karşılaştırıldığında ise çok küçük (3,06x10-7) p değeri gözlemlenmiştir. Bu sonuçlara göre hücre peleti ile hücre süspansiyonu arasında bariz ve istatiksel olarak anlamlı bir fark olduğu ortaya konarken yine hücre peleti ile besi yeri arasında da istatiksel olarak anlamlı bir fark olduğu, ancak hücre süspansiyonu ile besi yeri arasında anlamlı bir farklılık olmadığı, sonucuna varılmıştır. Kanserli hücre ve sağlıklı hücrelerin 0.5 mm'lik prob için hücre peletlerinin permitivite değerlerinin istatistiksel olarak karşılaştırıldığında, p değeri 0.034 olarak, hücre süspansiyonlarının değerleri karşılaştırıldığında p değeri 1,42x10-7 olarak bulunmuştur. Bu değerlere bakılarak kanserli kemik hücresi ile sağlıklı kemik hücresi arasında anlamlı farklılık olduğu ve farklı dielektrik değerler açığa çıkardıkları gözlemlenebilmektedir. Sonuç olarak her iki hücre formu, besiyeri, farklı konsantrasyon ve kanserli ve kansersiz olmak üzere iki farklı hücre hattı için tüm analizler yapılmış detaylı bir şekilde çalışmanın sonuç bölümünde sunulmuştur. Especially in recent years, microwave-based diagnosis and treatment of cancer studies are the most frequently studied areas. These studies are based on the principle of determination of dielectric properties of normal and cancerous tissues. For this purpose, different techniques such as dielectrophoresis, waveguide, coaxial probe are used. Studies generally have been done to determine the dielectric properties of tissues by microwave techniques. However, studies performed on cells are limited. These studies have been carried out mostly at low frequencies and made on cells suspended in a growth medium. In this study, it is aimed to characterize the microwave dielectric properties of human healthy and cancerous bone cells in the frequency range of 500 MHz to 20 GHz using an open-ended coaxial probe on the pellet and suspension forms of cells.As the amount of water contained in the cancerous tissues is higher than normal tissue, their dielectric properties are expected to be higher than dielectric properties of normal tissues. With the same principle, we expect that cancer cells have higher dielectric values than healthy cells. The cell line of hFOB 1.19 was selected as human healthy bone cell, and the SaOS-2 cell line was selected as the cancerous bone cell. After cell cultures were prepared by standard cell culture protocol, cell numbers were determined, and cell pellet was obtained. The numbers of cells used in the experiments were 12500000 cells/ml for SaOS and 22500000 cells/ml for SaOS in the second experiment and 17700000 cells/ml for hFOB. The number of cells is very high compared to similar studies in the literature, and it is aimed to increase the accuracy of the study.A network analyzer is used in the open-ended coaxial probe technique. The network analyzer calculates and records the S-parameters, dielectric losses and dielectric constants of the substance through the software it uses. In the study, the frequency range was determined as 500 MHz-20 GHz and it was requested to measure at 79 points at 250 MHz intervals. Two different probes with diameters 0.5 and 2.2 mm were used in the experiments. Ten measurements have been performed for each sample. Using ANOVA test, their p-values were calculated, and very small p-values have been obtained between cancerous and healthy cells. According to the results, it is observed that there is statistically significant difference between cancerous bone cell and healthy bone cell and they have different dielectric values. In addition, it is revealed that repeated ten measurements are also consistent with ANOVA test. In this research, cell pellet and cell suspension were compared to determine which one gives more accurate result. It is seen that cell pellet was more convenient to measure dielectric properties of cell particles. 81

Biyolojik malzemelerin elektriksel özellikleri ve elektromanyetik dalgalar ile etkileşimi, tıp ve elektromanyetik alanında çalışan araştırmacıların dikkatini çekmektedir. Çalışmalar, mikrodalgaların özellikle teşhis ve tedavi amaçlı tıbbi uygulamalarda çok büyük potansiyele sahip olduğunu göstermektedir. Radyo dalgaları ve mikrodalgalar kullanan bir dizi yenilikçi teknoloji, kanser gibi birçok hastalığın tespiti, teşhisi ve tedavisini geliştirmek için yeni teknikler geliştirmek amacıyla araştırılmaktadır. Elektromanyetik alanların dokulardaki etkileşimini anlamak için öncelikle karmaşık dielektirik sabitini anlamak gerekmektedir. Dielektirik sabitinin anlaşılabilmesi için ölçümünün düzgün bir şekilde yapılması gerekmektedir. Mikrodalga frekanslarında biyolojik numunelerin dielektirik ölçümü zorlu bir iştir. Literatürde yüksek kayıplı numunelerin doğru ölçümü için farklı yöntemler rapor edilmiştir. Ancak yöntemlerin çoğu yalnızca belirli bir frekans aralığı için uygundur. Bu çalışmada, tek bir prob ile geniş bir frekans aralığında kullanılabilen açık uçlu koaksiyel prob yöntemi kullanılmıştır. Son yıllarda, biyolojik dokuların mikrodalga frekanslarındaki dielektrik özellikleri, birçok farklı hastalığın teşhisinde bir doku dielektrik özellik veri tabanı oluşturularak kapsamlı bir şekilde araştırılmaktadır. Makine öğrenme algoritmaları, meme kanseri teşhisi, Parkinson, üriner sistem bozukluğu, vb. gibi birçok farklı tıbbi alanda bu veri setlerini teşhis amaçlı kullanmaktadır. Farklı biyolojik dokuların elektromanyetik özellikleri sağlık durumlarına bağlı olarak farklılık göstermektedir. Bu da bu özelliklerin yukarıda bahsi geçen teşhis amacıyla kullanımına olanak sağlamaktadır.Mikrodalga ile dielektirik özelliklere bakılarak yapılan teşhis çalışmalarında genel prensip çalışılan bölgedeki dokuya elektromanyetik dalga gönderilmesi ve bu bölgeden yansıyan dalganın algılanması şeklindedir. Aynı dokunun dielektirik özelliklerinin hasta ve sağlıklı olma durumunda farklılık göstermesi yansıyan dalganın farklı olmasından kaynaklıdır. Literatürde bu farklılıktan yararlanarak kanser gibi başlıca hastalıkların teşhisinin kolaylaştırılması hedeflenen birçok çalışma bulunmaktadır. Bu tez çalışmasında, sirozlu, kanserli ve sağlıklı karaciğer dokularının sınıflandırılması ve kullanılan farklı sınıflandırıcıların sirozlu, kanserli ve sağlıklı karaciğer dokularının sınıflandırılmasındaki hassasiyetlerine göre karşılaştırılması amaçlanmaktadır. Sıçan karaciğer doku örnekleri için çoklu sınıflandırıcı algoritmalarının gösterdiği başarı, doku tiplerini belirlemek için dielektrik özelliklerin kullanılabileceğini göstermektedir.Karaciğer kolorektal ve hepatoselüler (HCC) kanserleri dünya çapında üçüncü ve beşinci en yaygın görülen kanserlerdir. Bu iki kanserin yılda yaklaşık bir milyon ölüme neden olduğu düşünüldüğünde bu kanser tipinin teşhis aşamasında yapılabilecek en ufak bir iyileştirme büyük önem arz etmektedir. Aynı şekilde uzmanlar tarafından sirotik hastalıkların bir yıl içinde yüzde 1-4 oranında karaciğer kanserine dönüştüğü belirtilmektedir. Bu duruma siroz kaynaklı ölümlerde eklendiğinde yine sirotik dokunun erkenden teşhis edilmesi büyük önem taşımaktadır. Bu tezde, literatürde yapılmış mevcut ikili sınıflandırma çalışmalarına ek olarak çoklu sınıflandırma amaçlanmış ve sirozlu, kanserli dokunun tespiti için makine öğrenmesi metotları kullanılmıştır.İstanbul Üniversitesi Aziz Sancar Deneysel Tıp Araştırma Enstitüsü'nden 30 adet dişi yetişkin Wistar albino cinsi sıçan kullanılarak dielektirik ölçümleri yapılmıştır. Hayvanlar rastgele iki gruba ayrılmıştır. Bunlardan 6'sı kontrol ve 24'ü deney grubundadır. Deney grubundaki hayvanlarda hepatik kanserli doku oluşumu süreci tamamlandıktan sonra dielektirik ölçümlerini almak için hazır hale gelmişlerdir. Açık uçlu koaksiyel prob tekniği kullanılarak sıçan karaciğer dokularının in vivo dielektirik ölçümleri alınmıştır. Ağ analizöründen elde edilen S11 değerlerinden dielektirik sabiti ve dielektirik kaybını hesaplayan bir yazılım kullanılmıştır. Bu sayede makine öğrenme algoritmaları için veri setleri, 500 MHz aralıklarla 500 MHz ve 6 GHz arasında malign, normal ve siroz sıçan karaciğer dokularının in vivo dielektrik özelliklerinin ölçülmesiyle toplanmıştır. Oluşturulan datasette örnek sayıları şu şekildedir:•Sağlıklı (-1) örnek sayısı 391•Sirozlu (0) örnek sayısı 196•Kanserli (1) örnek sayısı 380Karaciğer dokularını sınıflandırmak için, makine öğrenme algoritması olarak Destek Vektör Makinesi (DVM) ve Rastgele Orman (RO) kullanılmıştır. Bu algoritmalar çeşitli nitelik kümeleri kullanılarak eğitilmiştir. Öncelikle epsilon nitelikleri kullanılmıştır. Bu nitelikler hem ham halde hem de normalize edilerek denenmiştir. Aynı zamanda S11 değerleri de algoritmalar tarafından aynı şekilde kullanılmıştır. Daha sonra Temel Bileşenler Analizi kullanılarak elde edilen temel bileşenler ile algoritmalar eğitilmiştir. Ayrıca Parçacık Sürü Optimizasyonu yardımıyla üretilen Cole-Cole parametreleri de algoritmalara girdi olarak verilmiştir. Algoritmalara girdiler verilmeden önce, veri seti train ve test olmak üzere iki gruba ayrılmıştır. İlk denemelerde bu ayrım yüzde 70 train yüzde 30 test olmak üzere yapılmıştır. Makine öğrenmesi modelleri yüzde 70'lik train verileriyle eğitilmiştir. Modele tanıtılmayan yüzde 30'luk test verileri ile de model performansı ölçülmüştür. İlerleyen denemelerde daha emin sonuçlar elde etmek ve sonuçların şanstan gelme riskini azaltmak amacıyla k katlamalı çapraz doğrulama tekniği kullanılmıştır. Bu teknikte k değeri 10 olarak seçilmiştir ve veriler sınıf sayıları dikkate alınarak 10 eşit parçaya bölünmüştür. Her döngüde bu bölmelerin 9'u ile algoritmalar eğitildi. Kalan bölümdeki veriler eğitilen algoritma modelini test etmek için kullanıldı. Böylece döngüler tamamlandığında veri kümesinin her parçası test olarak kullanılmış oldu. Bu sayede eğitilen modelin performansı eğitim kümesinin tamamı kullanılarak test edilmiş oldu.Destek Vektör Makinesi doğrusal bir yöntem olduğundan doğrusal olmayan verileri sınıflandırmak için kernel yöntemleri kullanılmalıdır. Bu çalışmada Radyal Temel Fonksiyon (RTF) kullanılmıştır. Radyal Temel Fonksiyonunun cost ve gamma şeklinde iki parametresi vardır. Parametre optimizasyonu, DVM'nin R programlama dilinde mevcut olan ayar fonksiyonu (tuning) kullanılarak yapıldı. Yapılan her test başında bu işlem tekrar edilmiş ve en iyi cost ve gamma değerleri cross validation tekniğiyle elde edilmiştir. Sonuç olarak DVM- RTF yöntemiyle epsilon değerleri , S11 değerleri, hem epsilon hem S11 değerleri ortak ve son olarak Cole-Cole değerlerinden oluşan datasetler kullanılarak sonuçlar elde edilmiştir.Rastgele orman metodunda 100, 500 ve 1000 ağaç ile eğitim yapılmıştır. Her ağaç, eğitim kümesi ve öz niteliklerin rastgele bir alt kümesi kullanılarak büyütülür. Sınıfların örnek sayısındaki dengesizliğin sonucu olumsuz etkilememesi için her bir ağaca tanıtılan her sınıftan örneklerin sayısı eşit olarak belirlenmiştir. Rastgele orman metodunda her karar düğümünde bölme işlemi için kullanılacak niteliğin seçilmesi için k(m-try) adet rastgele aday nitelik denenmek üzere seçilir ve bu nitelikler içerisinden bölme sonucu en iyi olan niteliğe göre bölme işlemi gerçekleştirilir. Bu değer k = 1, /, 2, /, ..., /, 8 için test edildi. En iyi sonuç $k = 1$ olduğunda elde edildi. k=1 olarak belirlenmesi, karar ağaçlarında bölme işlemi yapılırken denenecek nitelik kümesi için sadece bir aday değişkenin rastgele biçimde seçilmesi anlamına gelir. Yani her bölme işlemi rastgele seçilecek bir niteliğe göre gerçekleştirilir. Böylece daha çeşitli ve rastgeleliği yüksek karar ağaçları oluşur. Öznitelikler arasındaki korelasyonun fazla olması ve/veya bazı niteliklerin diğerlerine baskın olması sebebiyle bu şekilde bir sonuç elde edilmiş olabilir.Çok sınıflı sınıflandırmada, makine öğrenmesi algoritmalarının performans ölçüleri n-by-n karışıklık matrisi ile hesaplanır. Tahmin edilenlere karşı gerçek sınıf etiketleri, karışıklık matrisini oluşturmak için kullanılır. Veri seti etiketleri sağlıklı (-1), sirozlu (0), kanserli (1) olmak üzere üç sınıftan oluşmaktadır. Başlıca performans ölçütleri Doğruluk, Kesinlik, Geri Çağırma ve F1 ölçütleri R studio programında karışıklık matrisi kullanılarak pratik bir şekilde hesaplanmıştır. DVM metodunda en iyi sonuçlar Doğruluk, Kesinlik, Geri Çağırma ve F1 ölçütleri için ortalama %96 olarak bulunmuştur. RO metodunda en iyi sonuçlar bu değerler için ortalama %94 olarak hesaplanmıştır. The time-varying electric fields lead to the movement of electric charges in live tissues (current flow), polarization of loads (electrical dipole formation) and change of the existing dipoles. Their severity depends on the electrical parameters of the tissues. The conductivity determines the electric current and the dielectric constant determines the polarity. Conductivity and dielectric constants vary from tissue to tissue, but also by frequency. The electromagnetic properties of different biological tissues also differ depending on their health status. In most of the studies, due to the difference dielectric properties of the tissues, data sets consisting of dielectric properties of the related region are used for diagnostic purposes. Furthermore, when these studies in the literature are examined, it is seen that the focus is especially on the diagnosis of cancer types and successful results are obtained. The aim of this study is to classify cirrhosis, cancerous and healthy liver tissues and to compare the different classifiers according to their performance in the classification of cirrhosis, malignant and healthy liver tissues based on accuracy, precision, recall and F1 measurements. Usage of the dielectric properties of the tissues are very important for calculation of internal electric fields within the body in the case of exposure to electromagnetic waves, in the development of medical applications such as diagnostics and therapy with electromagnetic energy, and understanding the probable damages of these electromagnetic fields. The success of multinomial classifier algorithms for rat liver tissue samples indicates that dielectric properties can be used to determine tissue health statues. Dielectric measurements were performed using 30 adult female Wistar albino rats from Aziz Sancar Institute of Experimental Medicine, Istanbul University (IU). The animals were randomly divided into two groups. Six of these were in the control group and 24 in the experimental group. After the observation of hepatic cancer tissue formation in the animals in the experimental group, they were ready to take dielectric measurements. In vivo dielectric measurements of rat liver tissues were taken using the open-ended coaxial probe technique. A software calculating the dielectric constant and dielectric loss from the S11 values obtained from the network analyzer was used. Thus, data sets for machine learning algorithms were collected by measuring in vivo dielectric properties of malignant, normal and cirrhosis rat liver tissues between 500 MHz and 6 GHz at 500 MHz intervals. The sample numbers in the generated dataset are as follows:•Number of Healthy Samples (-1) 391•Number of Cirrhosis Samples (0) 196•Number of Malignant Samples (1) 380To classify liver tissues, Support Vector Machine (SVM) and Random Forest (RF) were used as the machine learning algorithm. These algorithms were trained using various sets of attributes. First, epsilon properties were used. These features were tested both in raw and normalized form. At the same time, S11 values were used by the algorithms. Then, the principal components obtained using Principal Components Analysis (PCA) were used to train the algorithms. In addition, Cole-Cole parameters produced with the help of Particle Swarm Optimization were given as input to the algorithms. Before introducing input to the algorithms, the data set was divided into two groups: train and test. In the first trials, this distinction was made with 70 percent train and 30 percent test. Machine learning models were trained with 70 percent train data. Model performance was also measured with 30 percent test data not introduced to the model. In further trials, k-fold cross-validation technique was used to obtain more confident results and to reduce the risk of results from chance. In this technique, the k value was chosen as 10 and the data was divided into 10 equal subsets (fold) considering the number of classes. Algorithms were trained with 9 of these subsets in each cycle. The data in the remaining section was used to test the algorithm model. Thus, when the loops were completed, each part of the data set was used as a test. In this way, the performance of the trained model was tested using the whole training set.Since the Support Vector Machine is a linear method, kernel methods should be used to classify nonlinear data. In this study Radial Basis Function was used. The Radial Basis Function has two parameters, cost and gamma. Parameter optimization was performed using the tuning function available in the R programming language of the SVM. At the beginning of each test, this process was repeated and the best cost and gamma values were obtained by cross validation technique. As a result, the results were obtained by using SVM-RBF method with datasets consisting of epsilon values, S11 values, both epsilon and S11 values, and Cole-Cole values.Training was carried out with 100, 500 and 1000 trees in random forest method. Each tree was grown using random subset of training set and features. The number of samples from each class introduced to each tree was determined equally so that the imbalance in the number of samples did not adversely affect the result. At each decision node, k (m-try) candidate attributes are selected randomly for split process and the best attribute, i.e. the attribute which decreases the impurity of its leaf nodes most when used for split, is chosen among them. The default $k=4$ when Epsilon features are used. This value was tested for k = 1, /, 2, /, ..., /, 8. The best performance was obtained when the k parameter is set to 1. k=1 means that only one candidate variable is randomly selected for the set of attributes to be tried at each decision node. As a result, decision trees of which diversity and randomness are high are formed. Such a result might have been caused by the high correlation between the attributes and/or by the dominance of some attributes over others.In multi-class classification, the performance measures of the machine learning algorithms are calculated by the n-by-n confusion matrix. True class labels versus predictions are used to generate the confusion matrix. Data set labels consist of three classes: healthy (-1), cirrhosis (0), cancerous (1). The main performance criteria, Accuracy, Precision, Recall and F1 criteria were calculated practically by using the confusion matrix in the R studio program. The best results in SVM method were found to be 96% on average for Accuracy, Precision, Recall and F1 criteria. The best results in the RF method were calculated as the average 94% for these values. 93

Kapsül endoskopide vücut dışında yer alan kaynaktan vücut içindeki kapsüle kablosuz güç transferi Güç aktarımında kullanılacak alıcı ve verici antenin tasarlanmasıKayıplı insan vücudu ortamının antenin çalışma frekansına etkisinin incelenmesiSAR sınırları çerçevesinde gerçekleştirilebilecek güç transferinin hesaplanmasıFarklı doku oranlarına sahip vücut modellerinde sistem davranışının incelenmesiAlıcı-verici anten konumlandırmasının iletim verimliliğine etkisinin incelenmesi Wireless power transfer from external source to capsule in capsule endoscopyDesign of the transmitter and receiver antenna to be used in power transmissionInvestigation of the effect of lossy human body environment on the working frequency of the antennaCalculation of power transfer within SAR limitsExamination of system behavior in body models with different tissue ratiosInvestigation of the effect of transceiver antenna positioning on transmission efficiency 101

Teknolojideki ilerlemeler her alanda olduğu gibi ülkemizde sağlık sektöründe de ilerlemeler kaydedilmesine ve sağlık hizmetlerinin kalitesinin artmasına imkan sağlamıştır. Sağlık sektöründe yaşanan bu önemli gelişmeler, öncelikle uluslararası standartların sağlanmasına daha sonra ülkemiz genelinde tanı, tedavi ve bakım alanlarında ileri bir seviyeye ulaşmamızı sağlamıştır. Sağlık sektöründe yaşanan bu ilerlemeler, beraberinde sağlık sektöründe rekabetin yoğunlaşmasına ve maliyet odaklı yönetim anlayışının etkili olması sağlamıştır. Hızla gelişen tıbbi cihazlar bu alanda uzmanlık gerektirmektedir. Tıbbi ve teknik cihazların kontrol ve sorumluğu sağlık tesisi bünyesinde çalışan klinik mühendislerine aittir.Tıbbi cihazlar sağlık tesisi işleyişinin vazgeçilmez unsurlarıdır. Klinik Mühendislik Hizmetleri, Tıbbi cihazların doğru ve verimli kullanılması/yönetilmesi için gerekli bir birimdir. Bu birimin temel hedeflerinden biri sağlık tesisi bünyesinde bulunan tıbbi cihaz ve ekipmanlarının maliyet kontrolü sağlayarak sağlık tesisi hizmet kalitesine maksimum katkıda bulunmasını sağlamasıdır.Bu çalışmada, Hatay ilinde bulunan Sağlık Bakanlığı'na bağlı on farklı Hastane ve dört farklı Ağız ve Diş Sağlığı Merkezi'nde bulunan tıbbi cihazlar için yedek parça, bakım-onarım hizmeti giderlerinin maliyet analizi çalışması yapılmıştır. Maliyet analizi yöntemi kullanılarak yapılan incelemede, sağlık tesislerinin tıbbi cihaz harcamaları detaylı olarak kontrol edilmiştir. Yapılan analizler sonucu elde edilen veriler ile çalışmaya konu olan sağlık tesisi parametreleri arasındaki ilişkiler değerlendirilmiştir. Bu tezin temel amacı, sağlık tesislerinde kullanılan tıbbi cihazlar için yapılacak harcamalarda tıbbi cihaz harcama yönetimi karar destek sistemi oluşturulmasıdır. Ayrıca sağlık tesisi parametreleri ile tıbbi cihaz harcamaları ile ilişkinin tespiti yapılmasıdır. Araştırma evrenini Hatay ilinde bulunan Sağlık Bakanlığı'na bağlı on farklı Hastane ve dört farklı Ağız ve Diş Sağlığı Merkezi oluşturmaktadır. Veri toplama aracı olarak Sağlık Bakanlığı tek düzen muhasebe yönetim sistemi, malzeme kaynakları yönetim sistemi ve temel sağlık istatistikleri modülü kullanılmıştır.Sağlık Bakanlığı muhasebe sisteminde 2500 civarı muhasebe kodu bulunmaktadır. Sistemden tıbbi cihazlarla ilgili olan/olabilecek 12 adet kod üzerinden tıbbi cihaz bakımı için yapılan harcamalar tespit edilmiştir. Malzeme kaynakları yönetim sisteminden envanterde bulunan tıbbi cihazların tespiti yapılmıştır. Temel sağlık istatistikleri modülünden ise sağlık tesisleriyle ilgili bilgiler tespit edilmiştir. Çalışmadan elde edilen veriler sonucunda Hatay iline ciddi bedellere tıbbi cihazlar alındığı ve dolayısıyla envanterde bulunan tıbbi cihazlara yapılan bakım ve onarımların yükseldiği görülmektedir. Bu harcamaların kontrol altına alınması kısıtlı bütçe kaynaklarının daha iyi değerlendirilmesini sağlayacaktır. Harcamaların kontrol altına alınabilmesi için hangi biyomedikal türe hangi oranda harcama yapıldığının bilinmesi gereklidir. Harcaması yüksek olan biyomedikal türler tespit edilebilirse gelecek yıllarda yapılacak bakım sözleşmeleri ile, kullanımdan kaynaklı hatalar oluşuyor ise eğitim verilerek, tıbbi cihaz tedarikçilerinden kaynaklı problemler oluşuyor ise tedarikçileri değiştirerek ve benzeri uygulamalar ile yüksek harcamaların önüne geçilebilir. Bu çalışma geliştirildiği taktirde veya örneklem sayısı arttırıldığında Türkiye'de bulunan sağlık tesisleri kendi hizmet rolünde olan diğer sağlık tesisleriyle yatak başı maliyetlerini karşılaştırma imkanı oluşacaktır. Sağlık tesisleri tıbbi cihazlar için oluşan harcamalarının yüksek olup olmadığını tespit edebileceklerdir. Aynı şekilde sağlık tesisi yatırımcıları veya yöneticileri sağlık tesisinin hizmete açılma yılını ve dolayısıyla sağlık tesisinin fiziki şartlarının değişiminde tıbbi cihaz teknolojisi kullanımında maliyete neden olup olmadığını tespit edebilecek, hangi süreden sonra sağlık tesisinin yenilenmesi gerektiğine dair karar alabilecektir. Sağlık tesisi yatırımcıları veya yöneticileri sağlık tesisinin hizmet rolünün değişmesinde yatak başına düşen tıbbi cihaz harcamalarının artacağına veya azalacağına dair göstergeleri takip edebilecektir. Sağlık tesisinin ortalama tıbbi cihaz yaşının hangi aralıklarında daha çok bakım, onarım ve yedek parça giderleri oluştuğunu tespit edebilecektir.Bu çalışma özetle sağlık tesislerinin tıbbi cihaz harcamalarını değerlendirilmesi, tıbbi cihaz harcamalarını diğer tesislerle karşılaştırması, maliyetlerinin effektif olup olmadığını tespit edilebilmesi, yeni yatırımlara karar verebilmesi gibi konularda yol gösterici olacaktır. Progress in technology has become possible in every country as well as in the health sector, allowing progress and increasing the quality of health services. These important developments in the health sector have enabled us to achieve international standards first and then to reach an advanced level in the fields of diagnosis, treatment and care throughout our country. These advances in the health sector have led to the intensification of competition in the health sector and the cost-oriented management approach. Rapidly developing medical devices require expertise in this area. The control and responsibility of medical and technical equipment belongs to the clinical engineers working in the healthcare facility.Medical devices are indispensable elements of the health facility operation. Clinical Engineering Services is a unit required for accurate and efficient use / management of medical devices. One of the main objectives of this unit is to ensure that medical equipment and equipment within the healthcare facility are cost-effective and make the maximum contribution to the quality of healthcare service.In this study, cost analysis of spare parts, maintenance-repair service expenses for medical devices in ten different hospitals and four different Oral and Dental Health Centers in Hatay province were carried out. In the examination using cost analysis method, medical device expenditures of health facilities were checked in detail. Analyzes made have evaluated the relationships between the data obtained and the parameters of the health facility subject to the study.The main purpose of this thesis is to establish a medical device expenditure management decision support system for expenditures for medical devices used in health facilities. It is also necessary to determine the relationship between health facility parameters and medical device expenditures. There are ten different hospitals affiliated to the Ministry of Health in Hatay and four different Oral and Dental Health Centers. The Ministry of Health uniform accounting management system, material resources management system and basic health statistics module were used as data collection tool.The Ministry of Health accounting system has about 2500 accounting codes. Expenditures for medical device maintenance have been identified through 12 codes which may be / are related to medical devices. The medical devices in the inventory have been identified from the material resources management system. In the basic health statistics module, information about health facilities was determined.As a result of the study, it was determined that the ratio of total medical device expenditure to medical device cost of the health facilities surveyed was 4.51% for 2015 and 4.01% for 2016. The ratio of the total budget of the health facilities examined to medical device expenditures is determined as 0.89% for the year 2015 and 0.82% for the year 2016. The total number of medical devices in health facilities is determined as 10133 for 2015 and 11344 for 2016. The total price of these devices is 72.710.256,71 TL for the year 2015 and 91.626.169,68 TL for the year 2016. The average age of the medical devices health facilities surveyed was 5.6 for the year 2015 and 5.0 for the year 2016.The highest volume of biomedical species in the review is the radiographic imaging group in 2015 and 2016. The most commonly spent biomedical species is the endoscopy system for the years 2015 and 2016. The biomedical species with the highest spending rate by total biomedical species is the purification / distillation / softening for the year 2015, the tooth scaler device for the year 2016.In the health facilities examined, the largest health facility in terms of the cost of the medical device was determined as Antakya State Hospital for 2015 and Hatay State Hospital for 2016. Antakya State Hospital's total medical device cost for 2015 is 20.626.977,95 TL. The total medical device cost of Hatay State Hospital for the year 2016 is 39.265.302,15 TL. Antakya State Hospital for the year 2015 and Hatay State Hospital for the year 2016 are the health facilities that make the most expenditure on medical devices. When expenditures and cost of the medical device is proportioned, the hospital which has the highest rate is Altınözü State Hospital with 5.66% for 2015 and Dörtyol State Hospital with 5.93% for 2016. The expenditures made are the highest rate when compared to the medical device, and the center of dental health is the Dortyol Oral and Dental Health Center for the years 2015 and 2016. The expenditure rate of the plant is 18.64% in 2015 and 24.25% in 2016.The hospital with the highest average medical device age is Hatay Maternity and Child Diseases Hospital in 2015 and Hassa State Hospital in 2016. The median age of medical device Hatay Maternity and Child Diseases Hospital for the year 2015 is 8.8 years. The median age of medical device Hassa State Hospital for the year 2016 is 6.7 years.In this thesis, the number of beds, the year of service and the role of services are examined in health facilities. The service role is defined as the level of development of the health care facility. The highest level of development was named as A1 and the lowest as E2. Among the facilities under investigation are the Kırıkhan State Hospital, which was opened in 1957 as the oldest health facility in year 2015. Dörtyol State Hospital, which was opened in 1983, is the oldest health facility for the year 2016. The hospital with the highest number of beds is the Iskenderun State Hospital with 600 beds in the A2 service role for the year 2015. For 2016, Hatay State Hospital with 627 beds in A2 service role.The hospital with the highest expenditure on medical devices per bed is Kırıkhan State Hospital with a cost of 3.937,38 TL for the year 2015. Dortyol State Hospital with 2.706.84 TL for the year 2016.Oral and dental health center with the highest expenditure on medical equipment per tooth unit is Hatay Dental Health Center with a cost of 4.383,67 TL for the year 2015. For the year 2016, Dörtyol Oral and Dental Health Center is 6.064,76 TL.In the analyzes made, it was seen that the expenditures increased with the increase of the number of beds of the health facility. When examined in terms of hospital service role, it was observed that group B and C hospital generally had higher bedhead costs than group D and A. It is also observed that bedside costs generally fall in 2015 as the healthcare facility's turnaround year approaches day-to-day. The relationship between the average age of the medical devices in the health facility and the cost per bed of the health facility was also evaluated. However, since the number of samples was small, no evaluation was made.As a result of the data obtained without working, it is seen that medical devices are taken seriously in Hatay and therefore the maintenance and repairs done to the medical devices in the inventory are increased. Controlling these expenditures will allow for better assessment of limited budgetary resources. In order to control spending, it is necessary to know which biomedical species is being spended and where. If biomedical species with high expenditure can be detected, maintenance contracts to be made in the coming years, education if they are caused by usage mistakes, and high costs by changing suppliers and similar applications can be prevented if problems arise from medical device suppliers.If these studies are developed and if the sample size is increased, health facilities in Turkey have the opportunity to compare costs with other healthcare facilities with a bedside role will consist in their service. Health facilities will be able to determine if the expenditure incurred for medical devices is high. Likewise, health facility investors or managers will be able to determine whether the health care facility is causing the year of service and therefore the physical condition of the health care facility to be affected by the use of medical device technology, and then decide which health care facility needs to be renewed. Health facility investors or managers will be able to follow indicators that the expenditure of medical devices per bed will increase or decrease at the change of service role of the health care facility. It will be able to determine at which interval of the average medical device age of the health care facility there are more maintenance, repair and spare parts expenses.In summary, this study will guide health facilities to assess medical device expenditures, compare medical device expenditures with other facilities, determine if their costs are effective, and decide on new investments. 91

Kanser, vücudumuzda hücre düzeyinde meydana gelen kontrolsüz hücre bölünmesi olarak kısaca tarif edilebilir. Vücudumuzda bulunan yaklaşık 75 milyar hücrenin hepsi dönüşümlü olarak kendini yenilemektedir. Mesela; kan hücreleri 90 günde bir kendini yenilemektedir, deri hücrelerimiz ise 3-4 hafta içerisinde sürekli yenilenmektedir. Vücudumuzdaki bütün hücreler zamanla kendini yenilemekte ve yerine yeni hücreler geçmektedir. Bu hücreler kontrollü bir şekilde yenilenme kapasitesine sahiptirler. Sadece sinir sistemi hücreleri ve bazı kas hücreleri hariç olmak üzere tüm hücreler kendini yeniliyor. Bu yenilenmeye apoptosis denir. Genel olarak hücrelerin yenilenmesi ve eskiyen hücrelerin ölmesi olayıdır. Kanser hastalığında vücudumuzdaki hücrelerin kontrol dışı çoğalması geçekleşmektedir. Vücudumuzda hücrelerin içiresinde çekirdek yapıda bulunan DNA dediğimiz genetik şifreler saklı ve bu DNA'larda bir takım iplikçikler bulunmaktadır. Bu iplikçikler de birtakım mağduriyetler sonucunda parçalanıyor. Bu mağduriyetler ultraviyole ışınları, kimyasal gazlar, asbest, boya, sigara, alkol ve buna benzer bir çok şey bir takım yapıları bozmakta ve kontrolsüz çoğalmanın tetiğini çekmektedir. Böylelikle kanser dediğimiz kontrolsüz hücre bölünmesi gelişmektedir.Kanser, erkekler ve kadınlar arasındaki en önemli tıbbi hastalıklardan biridir ve kalp sorunlarından sonra ikinci ölümcül hastalık olarak görülmektedir. Amerikan Kanser Derneği'ne göre, 2018 yılında 1.7 milyon kanserli hastanın teşhis edilmesi ve bunlardan 609.640'ının başarısız tedavi nedeniyle hayatını kaybetmesi beklenmektedir.Diğer tiplere göre en yaygın olan kanser türlerine; prostat, akciğer, kolörektal (bağırsak ve kolon kanseri), meme kanseri örnek verilebilir. Kolörektal kanser, kalın bağırsağın parçalarını oluşturan kolondan anormal hücrelerin gelişimi ile tanımlanır. Prostat Kanseri, mesanenin altında ve rektumun önünde bulunan prostat bezini etkiler. Prostat bezinin görevi, semende bulunan sıvı kısımlarını üretmektir ve erkeklerde idrar kontrolünde kritik bir rol oynamaktadır.Kanser tedavisinde, doğru tanı araçlarını kullanarak hastalığın evresine göre uygun tedavinin seçilmesi ve tedavinin en uygun şekilde planlanması hastaların yaşamında çok önemli bir rol oynamaktadır. İki standart ve yaygın tedavi yöntemi girişimsel ve girişimsel olmayan kanser tedavisi yöntemi olarak kabul edilen Kemoterapi ve Radyoterapi'dir.Radyoterapi kanser tedavisinde, cerrahi tedaviler ve kemoterapi ile birlikte veya tek başına olarak sıklıkla uygulanmaktadır. Radyoterapide, X-ışını radyasyonu kanser hücrelerini yok etmek için kullanılır. X-ışınları hücrelerden geçerken enerji açığa çıkarabilen iyonlaştırıcı radyasyondur. Bu enerji, kanser hücrelerinde hücre ölümüne neden olan genetik değişikliklere neden olabilir; hücrelerin DNA'sı, yüksek enerjili radyasyon altında zarar görür ve böylelikle onların bölünme ve çoğalma yeteneklerini bloke eder. Bununla birlikte, bir radyoterapi seansı sırasında, sağlıklı hücreler kanserli hücrelerin yanı sıra öldürülebilir. Radyoterapinin yan etkileri uygulanan bölgeye göre değişir. Mesela; radyoterapi karın bölgesine uygulanıyorsa bu bölgede daha çok karın ağrısı, bulantı, kusma ve ishal gibi şikayetler ön plana çıkabilir. Akciğer bölgesine uygulanır ise öksürükte artışa ve nefes darlığı gibi bazı şikayetlere de neden olabilir. Deride ise özellikle soyulmalara, reaksiyonlara, kızarıklıklara neden olabilir. Dolayısıyla radyoterapi uygulandığı bölgeye göre, uygulanan radyoterapi metoduna göre farklı farklı yan etkiler yaratabilir. Bunlar arasında yanlış doz hesaplanması ve ya yanlış bölge ışınlanması gibi riskler taşımaktadır.Kemoterapide, anormal bir şekilde büyüyen hücreleri öldürme kabiliyetleri nedeniyle iyi bilinen kemoterapotik ilaçlar kullanılır. Bu ilaçlar kötü huylu hücreleri olduğu kadar sağlıklı hücreleri de öldürür ve bölünme özelliklerini sınırlandırır. Ayrıca, ilaca dirençli kanser hücreleri olarak adlandırılan bazı kanser hücrelerinde, kemoterapotik ilaçların hücrelere girmesini önleyen hücreler arası antioksidan akışa sahiptirler ve bu özellik onları kemoterapik ilaçlardan korur.Kemoterapi gibi girişimsel yöntemler ve radyoterapi gibi girişimsel olmayanlar, kanserli hücrelerin vücuttan çıkarılmasını tamamlayamadıkları için tam olarak etkili değildir. Ayrıca sağlıklı ve malign dokular arasında etkili bir şekilde ayırt edilemeyip, tümörlerin yerinin doğru olarak belirlenmesi tümörlerin kaçırılmasına veya kısmen çıkarılmasına yol açar. Vücudun çok fazla hasar görmesi nedeniyle kanserin tekrarlaması da görülebilir. Buna göre, bilim adamları ve araştırmacılar alternatif tedavilere yönelmektedir. Genel olarak tüm hastalar aynı şekilde tedavi edilir, ancak araştırmacılar bize her kanserin benzersiz olduğunu ve farklı genetik mutasyonların bir alt kümesi olarak gerçekleşebileceğini göstermektedir.Hipertermi, geleneksel tedavilere kıyasla çok küçük yan etkileri olan alternatif tedavilerden biridir. Ayrıca, az miktarda kollateral doku hasarı ile tümörlerin tamamen çıkarılmasına ve nekrozuna katkısı olan bir terapidir. Hipertermi bilinen en eski tedavilerden biridir.Vücut ısısı yükseltildiği zaman kanserli hücrelerin işlevlerinin bozulduğuna inanılıyor. Isıtma yapma için kullanılan yöntemler, yapılan cilt yanıkları kişi de ciddi hasarlar bırakma riskleri nedeniyle uzun yıllar emniyetli bir şekilde kullanılamadı. Fakat son yıllarda yapılan araştırmalar gösterdi ki; kanser hücreleri geleneksel radyoterapi ve kemoterapiye karşı kendi hasarlarını tamir etme yetenekleri geliştiriyorlar ve aldıkları hasarı ortadan kaldırabiliyorlar ve böylelikle tedaviyi etkisizleştirebiliyorlar. Özellikle 40-44 derece aralığında kanser dokusu ısıtıldığında ısı tedavisi yani hipertermi kullanılarak bu dokuların DNA işlevlerini de etkileyerek onların tamir mekanizmalarını bozuyor. Kanser kitleleri büyük veya küçük olmasına rağmen vücudun bağışıklık sistemi bunları görüp tanıyamıyor. Isı ile karşılaşan kanser hücreleri ısı şok proteini denilen bir madde salgılar, bu maddenin salgılanması da bağışıklık sistemi hücrelerini aktive eder ve kanserli hücrelere karşı reaksiyon vermesine ve onların ortadan kaldırılmasına yardımcı olur. Hipertermi lokal ileri meme kanseri, lokal ileri akciğer kanseri, rahim ağzı kanseri, rektum kanseri, çeşitli organ kanserlerinde tedavinin etkinliğini arttırmada yardımcı olabileceği çeşitli çalışmalarda gösterilmiştir.En gelişmiş ve yeni hipertermi yöntemlerinden biri ise `Manyetik Nanoparçacık` kullanılarak uygulanan kanser tedavisidir. Manyetik Nanopartiküller, çapı 100 nm'den küçük olan partiküllerdir. Bu çok katmanlı fonksiyonel MNP'ler, çekirdek ve metal kabuğu sayesinde süper paramanyetik özelliklere sahiptir. Kendine has özellikleri, onları teşhis ve tedavi önerileri için uygun kılar. Ayrıca, MNP'nin dielektrik kabukları topaklanmalarını engelleyebilir ve organik kabuklarının yüzeyleri biyouyumluluk ve inertlik gibi özelliklerle ortaya çıkar.Manyetik alan termal terapide uygulandığında manyetik MNP'lerin kullanımını belirleyen en önemli iki faktör şunlardır:a) Kanserli dokunun lokal ısınabilirliğini maksimuma çıkarmak.b) Isıtma işlemi yalnızca kanserli dokunun hacmi ile sınırlıdır.Bu iki faktör, MNP'lerin dokuda hedeflenen sıcaklığın az miktarda toplanması ile mükemmel manyetik yetenekleri sayesinde elde edilebileceğini göstermektedir.Bu tez çalışmasında, İstanbul Teknik Üniversitesi, Makine Fakültesi'ndeki akıllı nanoparçacıklar laboratuvarında sentezlenen özel akıllı nanoparçacıklar kullanılmıştır. Bilgisayarlı tomografi, tıbbi görüntüleme sistemleri sayesinde akıllı manyetik nanoparçacıkların jel platformundaki davranışları hakkında araştırma yapabilmemiz mümkün. Ayrıca, nanopartiküllerin konsantrasyonu ile CT piksel endeks numarası arasındaki modelleme, farklı türdeki nanopartiküllerin dağılımının terapi etkinliğini nasıl etkilediği hakkında bize değerli bilgiler verir. Bu çalışmada, malzemeleri farklı olan nanoparçacıklar (demir, manganez, stronsiyum, magnezyum) artan konsantrasyonlarda agarose gel fantomu içerisinde hazırlandı. Bu numunelerin CT görüntülerini kullanarak konsantrasyonları modellendi ve Hyperthermia tedavisinin tedavi protokolü iyileştirmeye çalışıldı. Bu vesile ile, terapiden elde edilen optimum sonuçlar, nanopartiküllerin kontrollü olarak enjeksiyonu ve hedeflenen bölgeye ısı iletimi ile elde edilebilir.Manyetik nanoparçacığın manyetik bir alanın altındaki ısıtma kabiliyeti, SAR veya Özgül Soğurma oranı değeri ile ilgilidir. SAR değeri, manyetik nanopartiküllerdeki sıcaklık yükselmeleri için anahtar bir değer olarak belirtilmiştir. Uygun bir terapi için, SAR değerini doğru bir şekilde belirtmek esastır. Çünkü düşük SAR değerleri, zayıf terapi ve eksik tümör çıkmasına neden olabilecekken yüksek SAR değerleri, kaçınılması planlanan sağlıklı dokulara zarar verebilir. Bu nedenle nanoparçacıkların konsantrasyonu çok önemlidir. Ağarose jel içerisindeki tek madde nanoparçacıklar olduğundan, MNP'lerin CT görüntüsündeki yarattığı kontrast iyileştirmesi direkt olarak onların jel içerisindeki konsantrasyonuna bağlıdır. Bu ilişkiyi kurmak tedavinin etkili olmasında hayati rol taşır.Tez katkıları iki ana kategoride sıralanabilir:1.Konsantrasyon deneyi için MNP'lerin sentezlenmesi ve görüntüleme testi için her bir çekirdekten farklı miktarlarda MNP'lerin örneklerinin hazırlanması.2.MATLAB ortamında görüntüleri modelleyerek manyetik nano partikül konsantrasyonu ile CT görüntülerinden gelen piksel indeks sayıları arasında korelasyon yapmanın fizibilitesinin araştırılması. Cancer is one of the most critical medical diseases among men and women and placed as the second deadly disease after heart problems with regards to the reports. Several therapies are applied to cure patients of cancer. They consist of invasive therapy methods such as surgery and chemotherapy as well as non-invasive techniques such as radiotherapy. Nevertheless, these therapies do not provide a guaranteed recovery from cancer and still may be a chance of metastasis and process in the disease if the tumors were not thoroughly cleaned up from the body. Accordingly, a non-invasive method which has superiority over the conventional treatment methods is desired. One of the most advanced and modern ways of therapy to cancer which is under research by the scientists is the utensil of the magnetic nanoparticles (MNPs) by integration of one of the ancient ways of therapy, hyperthermia. It is possible for us to utilize the heat making capability of MNPs in tumor necrosis.In this thesis, tailored smart MNPs which are synthesized in the laboratory of smart MNPs in the mechanical faculty of Istanbul Technical University are used to investigate the behavior of these particles in the tissue equivalent phantoms called agarose gel.With thanks to the medical imaging systems, it is possible for us to investigate the behavior of the smart MNPs in the gel platform. Furthermore, the modeling between the concentration of MNPs and CT pixel index value (PIV) gives us valuable information about how the distribution of different kind of MNPs affects the therapy efficiency.In this thesis, the materials and methods needed to fabricate MNPs are first provided. Then, the effect of different MNPs cores on CT images contrast is investigated. Finally, the relation between the concentration of MNPs and associated PIV is modeled for the purpose of the hyperthermia treatment protocols. 103

Spektroskopi elektromanyetik dalgaların madde ile etkileşimini kullanarak ölçüm yapma işlemi olup, günümüde biyomedikalden inşaate (çimento karışımlarının yoğunluk ölçümü) bir çok sektörde sıkça kullanılmaltadır. Elektromanyetik radyasyonun madde ile etkileşimi sonrası dalgaboyunda meydana gelen değişiklikler bir spektrometre ile incelenerek madde hakkında bilgi sahibi olunur ve bu sayede hızlı ve kesin sonuçlar elde edilir. Spektrometreler çalışma prensiplerine göre gruplandırılabilir.Prizma spektrometreleri ışığın kırılmasını kullanarak gelen elektromanyetik dalgayı dalga boylarına göre ayırır. Elektromanyetik dalgalar yayılma sırasında ortam değiştirdiğinde kırılmaya uğrar ve yön değiştirir. Bu kırılma açışı ortamların kırılma indisleri oranına, dolayısıyla da prizmayapımında da kullanılan malzemeye ve gelen elektromanyetik dalganın dalga boyuna bağlıdır. Geniş dalga boyuna sahip elektromanyetik dalgalar daha fazla kırılırken küçük dalga boyuna sahip olanlar daha kırılmaya uğrar. Bu sayede farklı açılarda yayılmaya devam ederler ve ayrılmış olurlar.Kırılma açısı dalga boyları arasındaki farka bağlı olduğu için küçük dalga boyu farkı küçük kırılma açısı farkı yaratacaktır. Bu da prizma spektrometrelerinin çözünürlüğünü kullanılan prizmanın malzemesine ve boyutuna bağlı bir hale getirmekte ve dolayısıyla çok yüksek çözünürlüklü prizma spektrometrelerin gerçekleştirilmesini zorlaştırmaktadır.Kırınım ızgarası spektrometreleri ise elektromanyetik dalgaları kırınımı kullanarak dalga boylarına ayırırlar. Kırınım ızgarasında her bir delik farklı bir ışık kaynağı gibi davranacağı için bu kaynaklardan çıkan ışıklar ekran üzerinde girişim deseni oluşturmaktadır. Bu girişim desenleri dalgaboyu aralığı arttıkça üst üste bineceklerinden dolayı kırınım ızgaralarının kullanılabileceği dalga boyu aralığı genellikle sınırlıdır.Üçüncü ve diğer iki metoda kıyasla daha yeni sayılabilecek bir başka spektrometre dizaynı da benek (speckle) desenlerini kullanarak elektromanyetik dalganın dalga boyu değişimlerini inceler. Koherent elektromanyetik dalga koherensini kaybetmesi sonucunda kendi içinde girişime uğraması sonucunda benek desenleri oluşur.Elektromanyetik dalganın koherensini kaybetmesine yol açan birden fazla yöntem vardır. Bunlardan bir tanesi elektromanyetik dalganın çok kipli bir fiber optik kablodan geçmesi ve farklı kiplerin birbiriyle girişip kablo çıkışında benek desenleri oluşmasıdır.Bir diğer yöntem de elektromanyetik dalganın dağıtıcı bir yüzeyden geçerken dalga boyuna bağlı olarak pseudorandom bir şekilde saçılması ve bunun sonucunda saçılan farklı dalga boyu elemanlarının girişime uğramasıyla benek desenlerinin oluşmasıdır.Her iki durumda da oluşan benek desenleri koherensi bozan fiziksel ortamın özelliklerininyanı sıra kullanılan elektromanetik dalganın dalga boyuna bağlıdır ve bu sebeple oluşan benek desenleri bir CMOS veya CCD kamera ile kaydedilip incelenerek dalga boyu hakkında bilgi vermektedir ve bu sayede benek desenleri de bir spektrometre olarak kullanılabilmektedir.Benek desenleri kullanılarak gerçeklenen bir spektrometrenin hem prizma hem de kırınım ızgarası spektrometrelerine kıyazla avantajları vardır. Prizma spektrometreleri geniş bir serbest spektral alana sahipken düşük çözünürlük sağlamaktadırlar ve kırınım ızgarası spektrometreleride yüksek çözünürlüğe sahip olmalarına karşın serbest spektral alanları dardır.Benek deseni spektrometreleri ise her iki spektrometreden daha yüksek bir çözünürlüğe sahiptirler. Bunun sebebi benek spektrometrelerinin bir boyutlu dalga boyu uzayını diğer spektrometrelerin aksine iki boyutlu uzamsal uzaya haritalamalarıdır.Bu tezde bir prizma ile saçıcı beraber kullanılarak benek ile geliştirilmiş bir prizma spektrometresi (SEPS) tasarlanmış ve gerçeklenmiştir. Saçıcının prizma ile beraber kullanılması prizmanın geniş – teorik olarak sonsuz – serbest spektral alanını benek desenlerinin yüksek çözünürlüğü ile birleştirmektedir.Sistem elektromanyetik dalgayı önce silindirik lens yardımıyla bir saçıcıya odaklayıp daha sonra yine bir silindirik lens yardımıyla paralelleştirip prizmadan geçirmekedir. Prizmadan sonra da tekrar bir silindirik lens ile CCD kameraya odaklamaktadır. Bu sayede saçının çıkışında oluşan farklı dalga boylarına bağlı farklı benek desenleri prizmadan geçerken farklı bir kırılma açısıyla kırılacakları için kamera üzerinde farklı bir alana düşmektedirler. Bu gerçeklenen spektrometrenin teorik olarak sonsuz olan serbest spektral alanını kullanılan kameranın sensör alanının genişliği ile sınırlandırmaktadır.Oluşan benek desenleri kullanılan saçıcının kalınlığı, konsantrasyonu ve homojenitesi gibi fiziksel özelliklerine bağlıdır. Bu özelliklerin yüksek bir hassasiyet ile bilinmesi mümkün olmamakla birlikte bilinse dahi oluşacak benek desenlerinin önceden hesaplanması oldukça zordur. Ayrıca sistemin tamamında oluşacak en ufak bir değişiklik (sıcaklık değişimi veya mekanik bir değişiklik) tüm hesaplamalrı değiştirecektir. Bu sebeble SEPS'in çalışma prensibi öncelikle sistemin kalibrasyonuna dayanmaktadır.Kalibrasyon aşamasında dalga boyu ayarlanabilir bir lazer ışık kaynağı kullanılarak sistemin farklı dalga boylarında oluşturduğu benek desenleri kamera ile kaydedilmektedir. Bu aşamada kaydedilen benek desenleri daha sonra sisteme girdilerin geri çatımında kullanılmaktadır. Sistem girdi olarak kalibrasyon aşamasında kullanılan dalga boylarının herhangi bir lineer kombinasyonunu geri çatabilir.Bu çalışmada kullanılan dalga boyu ayarlanabilir lazer kaynağının dalga boyu aralığı 830-850 nm arasındadır ve 10 pm adımlarla bu aralığı taramak mümkündür. Böylece sistemin çözünürlük sınırı 10 pm, serbest spektral alan sınırı ise 50 nm'dir.Sistem birden fazla saçıcı ile kalibre edilmiş ve her birininin farklı bir çözünürlük değerine sahip olduğu gözlenmiştir. Saçıcı olarak fırın kağıdı, eskiz kağıdı gibi kolay ulaşılabilir malzemelerin yanı sıra TiO2 (Titanyum Dioksit) nanoparçacıklarının epoksi içinde kurutulmasıyla üretilen saçıcılar da kullanılmıştır. Bu saçıcıların farklı kalınlık ve konsantrasyon kombinasyonları da denenmiştir. Bunun sonucunda beklendiği üzere en kalın ve en çok TiO2 yoğunluğu bulunduran saçıcılar en yüksek çözünürlük değerlerini vermişlerdir fakat bunun yanında geçirgenlikleri de fazlasıyla düştüğü için geçirgenlik ve çözünürlüğü optimize eden saçıcıyla spektrometrenin yapımına devam edilmiştir.Kullanılan saçıcı 750 um kalınlığında olup içindeki TiO2 epoksi oranı 1/12'dir. Kullanılan bu saçıcı ile 17 pm çözünürlüğe ulaşılmıştır.Spektrometrenin dinamik aralığı oluşan benek desenlerinin CCD kamera üzerinde kapladığı alanla ters orantılı olup bu alan saçıcı arkasına bir yarık konularak küçültülebilir ve bu sayede dinamik aralık arttırılabilir.Sistemde kullanılan saçıcı arkasına 50 um genişliğinde bir yarık konulmuş ve bu sayede oluşan benek deseninin kamera üzerinde kapladığı alanın genişliği de 20 piksele denk gelicek şekilde inceltilmiştir. Bunun sonucunda yatay eksende 1392 piksel bulunan CCD kamera ile 45000 dinamik aralığa ulaşılmıştır.Tasarlanan bu sistem ile yüksek çözünrülüklüö geniş serbest spektral alanlı ve ultra yüksek dinamik aralıklı bir spektrometre gerçeklenmiştir. Spectroscopy is an application which uses the interaction of matter with electromagnetic waves. This interaction is quantified as radiation intensity as a function of wavelength. A series of different methods are used to measure the distribution of wavelengths inside the electromagnetic radiation.One of these methods is the grating based spectrometer, which uses the diffraction of light to separate the different wavelength components inside the incoming electromagnetic waves. Periodic patterns of fringes are created on the imaging plane depending on the wavelength, which can be used to measure the intensity of each component by analysing the fringe intensities. Grating spectrometers have a high resolution but because fringes can overlap, its free spectral range is very limited.Prism, with its dispersive nature is also a common tool used in spectrometer design. As light passes through a prism, different wavelength components propagate in different ways, resulting in separation of different components. The separated wavelength components illuminate different parts of the detector and thus spectroscopy is achieved. Because the propagation direction of different wavelength components do not overlap, the prism has an infinite free spectral range.Speckle spectrometry has arisen as a new and promising alternative to spectral-spatial mapping, where each wavelength is mapped to a different speckle pattern on the detector rather than being mapped on different regions on the detector. Various methods exist to generate speckle patterns on the detector, which is generally a CMOS or CCD camera.One example method for speckle generation is the use of multimode fibers. As the light propagates through the fiber optic cable, the modes inside the fiber interact and interfere with each other. This in turn creates a speckle pattern at the exit of the fiber optic cable. The length and diameter of the fiber optic cable determines the properties of the speckle pattern such as its shape and size.Another example is the usage of scattering media. As a coherent light beam enters the scattering media, the coherence is disrupted by the random interactions of particles and photons. This causes the exiting incoherent light to generate a speckle pattern in the image plane. The thickness and substance of the used scattering medium affect the properties of the speckle pattern.In both cases the properties of the resulting speckle pattern also depends on the wavelength of the propagating light. Generating speckle patterns, in this way, create a 1D-to-2D mapping from the spectrum space to spatial space. Knowing the physical properties of the speckle generation pattern, this dependency can be used to detect the wavelength of the light wave by analyzing the speckle patterns.This thesis investigates the use of a scattering medium generated speckle pattern as an enhancement to a prism and realizes a spectrometer based on joint use of a prism and a scattering medium.The scattering medium is placed between two cylindrical lenses, which first focuses the light onto the scattering medium as a line, and the second one collimates the created speckle pattern onto the prism. The dispersed speckle pattern exiting the prism is then focused onto the detector – a CCD camera – with another cylindrical lens.Integrating a scattering medium and in this way speckle patterns into the system allows the prism to map every speckle pattern created by a different wavelength component to a different position in the detector. The formed speckle pattern secures a significant improvement in the resolution (up to x50 demonstrated) as opposed to the absence of the scattering medium.Since the exact physical properties of the scattering medium cannot be known precisely, a calibration step is necessary in the spectrometer application. A tunable laser is used to sweep through a wavelength interval, recording the generated speckle patterns of each single wavelength (Eigen-functions). These recorded speckle patterns are then used to reconstruct any input, which is a linear combination of the calibration patterns used by determining the weight (Eigen-values) of each speckle pattern component inside the input.With the proposed spectrometer, implemented using a simple CCD camera, a resolution of 17 pm was achieved with 750 nm wavelength range revealing a dynamic range of ~45,000. The dynamic range could be further improved upon using a detector array having larger area (to increase wavelength range) and a more scattering medium (to improve wavelength resolution). With further development, the proposed device could be useful in a variety of spectroscopy applications such as detailed delineation of retinal layers in Optical Coherence Tomography. 81

Vücudumuzda yatay yerleşimli en uzun kemik olan klavikula, direkt darbe ve açık el üzerine düşme gibi nedenlerle sıklıkla kırılan bir kemiktir. Klavikula kırıkları, genellikle kemiğin orta hattında oluşmaktadır. Günümüzde, bu kırıkların tedavisinde intramedüler çivi veya internal vida-plak ile fiksasyon metodu kullanılmaktadır. Klavikula kırıkları yaygın olarak konservatif yöntemlerle tedavi edilir fakat bu uygulama kırığın kaynamaması ya da yanlış kaynaması gibi fonksiyonel bozuklukları tedavi etmede yetersiz kalabilmektedir. İnternal plak-vida fiksasyonu, orta hat klavikula kırıklarının tedavisinde karşılabilecek bu noksanlıkları önlemede geniş olarak kabul edilmiş bir yöntemdir. Anterior ve superior plak fiksatörler, biyomekanik araştırmalarda ve cerrahi tedavide uzun süredir kullanılmaktadır. Bunun yanı sıra son zamanlarda kullanılmaya başlanan yeni anterosuperior plağın klasik tasarımlara göre gelişmiş biyomekanik davranış göstereceği düşünülmektedir. Fakat hekimler arasında, fizyolojik yükleme durumlarının hepsi için optimum biyomekanik performansı sağlayan plak tasarımı konusunda henüz net bir fikir birliğine varılamamıştır. Kırık hattının ve internal fiksatörlerin farklı yükleme durumları altında mekanik davranışlarını incelemek amacıyla biyomekanik testler ve bilgisayar yazılımı kullanılarak analizler yapılmaktadır. Kadavradan elde edilen kemiğin veya klavikulanın anatomik özelliklerini yansıtan yapay kemiğin (Sawbone) numune olarak kullanıldığı biyomekanik testlerin sonucu yüksek doğrulukta olmasına rağmen bu testler zaman alıcı ve maliyetlidir. Biyomekanik testlerin yanı sıra son yıllarda ortopedi alanında kabul görmüş Sonlu Elemanlar Yöntemini esas alan bilgisayar yazılımları da geçerli ve doğrulanmış bir model oluşturulduğu takdirde kemiğin farklı kuvvetler altındaki fiziksel koşullarını düşük bir hata payıyla gösterebilecek kabiliyettedir. Bu tez çalışmasında, üç boyutlu bilgisayar modellerini (CAD modeli) oluşturmak için İstanbul Teknik Üniversitesi Biyomekanik Laboratuarında daha önce deneysel biyomekanik testleri yapılan dördüncü nesil, sol klavikula yapay kemik numunesi ve özel sipariş üzerine üretilen (İlerimed, İstanbul) aynı kesit alanına sahip üç farklı tasarım olan anterior plak fiksatör (APF), anterosuperior plak fiksatör (ASPF) ve superior plak fiksatörün (SPF) orijinal 3B plak çizimleri kullanılmıştır. Üç boyutlu görüntüler CAD programı olan CATIA programında hacimsel katı model haline getirilmiştir. Daha sonra klavikula modeli orta hattında 5 mm'lik osteotomi hattı oluşturacak şekilde iki parçaya bölünmüştür. Klavikulanın anatomik bütünlüğünü sağlamak için cerrahide yerleştirilen pozisyonlarda internal plak fiksatörler yerleştirilip bu plaklar, uygun vida bağlantıları ile klavikulaya bağlanarak montaj işlemi tamamlanmıştır.Sonlu elemanlar analiz modelini hazırlamak için montajı tamamlanan üç boyutlu kemik-plak-vida yapısının HyperMesh programında ağ yapısı (mesh) oluşturulmuştur. Modellerin malzeme, sınır şartları, analiz türü tanımlanmış ve temas bağlantıları yapılmıştır. Orta hat klavikula kırıkları tedavisinde kullanılan bu üç internal plak fiksatör modelinin basma, düz eğilme ve burulma yüklenme durumlarında sonlu elemanlar bilgisayar yazılımını kullanan ABAQUS programında yapısal statik analizi yapılmıştır. Bu yükleme durumları günlük hayatta klavikulanın en fazla maruz kaldığı durumlar olup literatürden elde edilen kuvvet ve moment değerleri bilgisayar simulasyonunda analiz parametresi olarak kullanılmıştır.Sonlu elemanlar analizi yapılan bu implant tasarımlarının günlük hayatta tekrarlanan fizyolojik yükleme durumlarında, malzeme mekanik özellikleri bakımından emniyetli olduğunu değerlendirmek için klavikula, plak ve vidalardaki Von Mises gerilme dağılımları incelenmiştir. Klavikula üzerine yerleştirilen internal plak fiksatörlerin kırık bölgesinin stabilitesi üzerine etkisini değerlendirmek amacıyla klavikulanın distal ucunda meydana gelen yer değiştirmeler ölçülmüştür.Analiz sonucu plakların orta iki vida deliği arasındaki bölgede belirlenen otuz noktadan elde edilen Von Mises gerilme değerlerine göre basma durumunda; gerilme değeri ASPF'ye göre düşük, APF'ye göre oldukça düşük olan plak olan SPF'dir. Plakların orta iki vida deliği arasındaki bölgede belirlenen otuz farklı noktadan alınan gerilme değerlerine bakılarak düz eğilme durumunda; gerilme değeri en küçük plak APF iken en yüksek gerilme gözlemlenen plak ASPF olmuştur. Burulma durumunda plaklardaki maksimum Von Mises gerilme değerlerine bakıldığında en fazla gerilmeye sahip plak SPF iken ASPF diğer iki tasarıma göre oldukça düşük gerilmeye sahiptir.Sonlu elemanlar analizi sonucu, klavikulanın distal ucunun her üç düzlemdeki yer değiştirmeleri değerlendirildiğinde basma yüklemesinde en az yer değiştirme gösteren plak SPF iken APF, ASPF ile kıyaslandığında daha fazla yer değiştirmiştir. Düz eğilme yükleme durumunda klavikuladaki yer değiştirmelerin değerlendirilmesi sonucunda, en az yer değiştirme APF'de ölçülürken SPF'de nispeten daha fazla yer değiştirme ölçülmüş, ASPF'de ise diğer iki plak fiksatöre göre oldukça fazla yer değiştirme görülmüştür. Rotasyonel kuvvetlerin etkisinde, klavikulaya moment uygulanan düğüm noktasının açısal yer değiştirmesi incelendiğinde en az yer değiştirme ASPF'de görülmüştür. APF plağın açısal değiştirmesi, ASPF'ye yakınken her üç plak, açısal yer değiştirme bakımından kıyaslandığında en fazla açısal yer değiştirme APF plakta gözlenmiştir.Dört farklı yükleme durumu sonrasında klavikula üzerindeki Von Mises gerilme değerleri incelendiğinde, her üç plağın kullanıldığı klavikula modellerinde oluşan maksimum gerilme 80 MPa olmuştur. Analizde kullanılan klavikula modeli, tamamen kortikal kemikten oluşmuştur ve kortikal kemiğin akma dayanımı 123 MPa'dır. Buna göre, her üç plak modelinin de kemikte kalıcı deformasyona neden olmadan işlev gördüğü ve biyomekanik olarak kullanılabilir olduğu sonucu çıkarılmıştır.Bu tez çalışması sonucunda plak, vida ve klavikulada meydana gelen Von Mises gerilmesi ve klavikulanın yer değiştirme sonuçlarından yola çıkarak, klavikulanın günlük hareketler sırasında sıklıkla maruz kaldığı rotasyonel kuvvetlerin etkisi altında ASPF tercih edilebilir, biyomekanik açıdan kullanışlı bir tasarımdır. Ağırlıklı olarak ikinci etkili olan eğilme kuvveti etkisi altında ise kırık uçları arasında yük geçişini sağlayan biyomekanik açıdan en uygun plak APF'dir. Diğer yükleme durumlarına göre nadir etkili olan basma zorlanmasına karşı en iyi dayanım gösteren plak ise SPF olarak bulunmuştur. The clavicle bone is the only long bone in the human body that lies horizontally. Compared with other bones, the location of the clavicle is superficial and there are few muscles to provide protection to this bone; thus, clavicle fractures are very common in clinical practice and usually occur in the midshaft of the bone especially due to direct impact. Currently, internal plate fixation and intramedullary (IM) nail methods are used in the surgical treatment of these fractures. Most clavicle fractures had been treated conservatively but this practise may be inadequate to cured some functional impairments such as malunion, nonunion and instability. Open reduction internal fixation method has been generally accepted for treatment of midshaft clavicle fractures to prevent this functional impairments. Anterior and superior clavicle plates have been used in biomechanical and surgical researchs for a long time. In addition to this, it has been thought that the recently used novel anterosuperior clavicle plate will present enhanced biomechanical behaviour over conventional designs. However, there is no clear consensus among surgeons about a plate design that provides optimal biomechanical performance under all physiological loading cases. Experimental biomechanical tests and computer aided software are used to analyze the mechanical behaviors of clavicle plates and clavicle fractured zone under loading. Experimental biomechanical tests utilize specimens such as cadaver bone, artificial bone (Sawbone) that reflecting the anatomical characteristics of human bone. Although these test results has high accuracy, these tests are time consuming and overcosting. Beside biomechanical tests, computer software based on Finite Element Method have been used in the field of orthopedics, in recent years. These softwares are capable of displaying the physical behaviour of the bone under physiological forces with a low margin of error if a validated and verified model is established.The aim of this thesis is to compare the biomechanical strength of the anterior, anterosuperior and superior fixation plates used in the treatment of comminuted midshaft clavicle fractures in terms of stress and strain using Finite Element Method. It will help the researchers and the clinicians alike for the better treatment of patients and future development of new fixation designs.The biomechanical behaviours of three custom-made internal clavicle plate designs that has identical cross-sectional areas and lenghts but different design geometries were compared under multiple mechanical loading cases using Finite Element Method. Firstly, fourth generation left artificial clavicle specimen (Sawbones Europe, Malmö, Sweden) was used for three-dimensional (3D) clavicle model reconstruction. The custom-made plates (Ilerimed, Istanbul, Turkey) that has identical cross-sectional areas and three different design geometries which are anterior (APF), anterosuperior spiral (ASPF) and superior (SPF) plate fixator were also used for 3D model reconstruction. These plate fixator and artificial clavicle specimen were used for experimental biomechanical study in Istanbul Technical University Biomechanics Laboratory. To create the CAD model; original 3D plate drawings and the anatomic features of the artificial clavicles were utilized. This CAD model of clavicle and anterior (APF), anterosuperior spiral (ASPF) and superior (SPF) plate fixator imported to CATIA (Dassault Systémes SA., France) and to represent a midshaft fracture, a fracture gap of 5 mm is formed. Plate hole distance were assigned to the bone in the plate hole direction and there are six holes for each clavicle plate model. Axial directions of the holes were perpendicular to the surface of clavicle plates. The distance between the holes on both sides of the fractured ends is 50 mm and the distances of the other consecutive holes are 15 mm. Six screws with 4.0 mm diameter and 30 mm length were inserted into the screw holes for each model. The screws were sorted from proximal to distal and termed starting with the first screw S1 and ending with the last screw S6.In order to prepare the Finite Element model, three dimensional mesh structure was created in Hypermesh (Altair Engineering Inc., Canada). To facilitate the locking mechanism between bone-screw and screw-plate interfaces, screw threads were removed. The boundary conditions between bone-screw and screw-plate interfaces were assigned as frictional contact and its friction coefficients were defined 0.36 and 0.38, respectively. To avoid bone plate penetration into the clavicle, especially, around the fractured site, a frictionless contact behavior was defined for the contact pair. The material properties for each solid component in the finite element models. Titanium alloy (Ti6Al5V) material was used for plates and screws and the clavicle model was considered entirely cortical bone because of its anatomically stiff structure. By completely constraining the proximal end of the clavicle, four loading cases were respectively applied at the distal end of the clavicle for determining the multiple biomechanical behavior of three clavicle plate models: an 100 N cantilever bending load (downward); an 100 N compressive load (axial direction); an 1 N.m torsion load (counter clockwise) and 1 N.m torsion load (clockwise). The tetrahedral elements (C3D4) were used all plate models and performance of FEM analysis determined according to convergence tests of total strain energy. All pre-processing steps were executed Hypermesh (Altair Engineering Inc., Canada).By considering biomechanical stability and implant safety, the Von Mises stress (equivalent stress) was used to display the stress in the clavicle plate and plate-screw unit by means of the ABAQUS (Dassault Systémes, France). It was also compared by analyzing the displacements of distal end of clavicle in different loading cases. For all simulated model in various loading cases, stress concentrations on the clavicle plates were observed. According to the measurements taken from 30 points on each plate model, the Von Mises stress values are evaluated. For each three clavicle plates, the highest stress on the plates was observed in the transition zone where bone fracture occurred. Because the structural continuity of the clavicle is distorted by the fracture, transfer of the entire load in this zone to that proximal side of clavicle is provided by only clavicle plate. Therefore, in the defect zone where the cross-sectional area of the bone and plate structure is the smallest, the force per unit surface, that is stress, is higher than the other parts of the plate. Under cantilever bending load, the biomechanical strength of the APF design is considerably higher than that of the ASPF. The compressive force acts in the direction of the long axis of the clavicle, especially in midshaft clavicle fractures which are commonly encountered as a result of falling directly on the shoulder. Under compressive load, Von Mises stress values of SPF is significantly lower than that of APF and ASPF. The clavicle has been shown to rotate approximately 40˚-50˚ during active forward elevation of the arm and is exposed torsional forces. Torsional simulation studies was realized two loading cases in forward and backward rotational direction, along clavicle long axis. According to stress analysis in torsion loading case, Von Mises stress values of SPF is higher than that of APF and ASPF. Each of multiple loading situations applied to the clavicle causes the nodes of the FEM model of the clavicle to be displaced. To estimate this, we measured the magnitude and three components of displacement vector. Under cantilever bending loading, anterior clavicle plate is the most stable due to minimum displacement while anterosuperior clavicle plate has the lowest stability because of the maximum displacement, in terms of biomechanical behavior. In case of compression loading, in the implementation in which the superior clavicle plate is used, the relative displacement to the measuring points is considerably less. Under rotational forces, anterosuperior clavicle plate is found biomechanically highly stable because of minimum displacement of distal end of clavicle when it compared the other plate fixator models used.The maximum Von Mises stress in the clavicle models of all three plates was 80 MPa when the stress values on the clavicle were examined after three different loading cases. The yield strength of the clavicle cortical bone is 123 MPa. Accordingly, it is concluded that all three plate models operated without occuring plastic deformation in the clavicle and could be used biomechanically.In conclusion, in the treatment of midshaft clavicle fractures using open reduction internal plate fixation method, the plate provides better biomechanical strength than other plates under compression load. In case of cantilever bending, the anterior plate help to regulate ideally biomechanical function of the clavicle since the plate has the least stress value compared to the other plates. Under rotational forces, biomechanical strength of the anterosuperior plate fixator is significiantly higher than anterior plate fixator and relatively higher than superior plate fixator. Since the amount of physiologic rotational forces on the clavicle is not known, clinical relevance of this difference between the anterosuperior and anterior plate fixators needs to be investigated with further clinical studies and finite element studies about bone biomechanics. However, biomechanical advantage of the anterosuperior plate fixator can be a reason for its preference. 107

Düşme yaşlı veya hasta kişilerde sıklıkla gözlenen olaylardan biridir. Düşme kimi zaman içsel kimi zaman da dışsal faktörlere dayanarak gerçekleşebilmekle birlikte özelikle yaşlılar açısından sağlıklarını tehdit eden bir özelliğe sahiptir. Yaşlılar açısından düşme ciddi yaralanmaların, iyileşme sürelerinin uzamasının, bir sonraki düşme ihtimalinin artmasının ve ne yazık ki kimi vakalarda ölümlerin gerçekleşmesinin sebebi olarak değerlendirilmektedir. Düşme tüm insanlar açısından benzer özellik göstermekte, psikolojik travma ve çeşitli psikolojik sorunlara sebep olmaktadır. Düşme olayı geçirmiş bir yaşlının bakımı ve tedavisi için yapılması gerekenler öngörülememekle birlikte düşme olayı genellikle hem yaşlı kişinin iş gücü kaybına, hem bakım veya tedavi işlerini gerçekleştiren kişinin iş gücü sarfına hem de her türlü tedavi malzemesi gereksinimine sebep olmaktadır.Yaşlılar çoğu düşme vakalarını önemsememekte, kimi düşme olayları sonucu bilincini yitirmekte ve herhangi bir acil durum dışında geçirdikleri düşme olayını çoğunlukla yakınları ile paylaşmamaktadırlar. Bu sebeple yaşlıların düşme takiplerinin yapılması, onlara gerekli bakımın veya tedavinin zamanında ulaştırılması açısından oldukça önem arz etmektedir. Konumdan bağımsız olarak GSM şebekesinin olduğu her yerde yaşlı kişinin düşmesi halinde coğrafi konum bilgisinin ve postürünün; yaşlı kişinin yakınına veya ilgili kişisine mesaj olarak gönderilmesinin, düşen yaşlıya kısa sürede tedavinin ulaştırılabilmesinin, tedavi ve bakım gereksinimlerinin programlanması bakımından faydalı olacağı düşünülmüştür. Bu bağlamda ihtiyaçların tespit edilmesi ve sistem gereksinimlerinin belirlenmesi gerekmektedir.Düşme tespiti ve bilgilendirme sistemi tasarımı gereksinimleri için mühendislik kökeni olmayan sağlık alanında uzmanlıkları bulunan kişiler ile görüşülmüş ve tasarımın iyileştirilmesi ve testler konusunda TESODEV ile iş birliği gerçekleştirilmiştir. Giyilebilir cihaz konusunda cihazın kemere takılabilir olmasına veya belde taşımaya uygun olmasına, 100 gramdan hafif olmasına ve mümkün olan en küçük gövde yapısına sahip olmasına karar verilmiştir. Düşme algılamada kullanılacak sensörler için mevcut literatür incelenmiş ve giyilebilir düşme tespit tasarımlarında ivmeölçer, jirometre ve altimetre sensörlerini bir arada kullanan hibrit bir yapıya rastlanılmamıştır. Bunun için bu teze konu olan tasarımda bahsedilen hibrit yapı kullanılmıştır. Elektronik kartın askeri cihaz şok testine dayanıklı ve biyomedikal cihaz EMI/EMC yönetmeliğine uygun olarak tasarlanmasına dikkat edilmiştir.Cihazın elektronik kartının fonksiyonel olarak doğrulanmasının ardından düşme tespit ve bilgilendirme sisteminin temel bileşeni olan düşme algoritmasının test edilmesi için laboratuar ortamında gerekli önlemler alınarak düşme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Yaşları 21 ile 32 arasında değişen 40 kişi ile kişi başına 25 olmak üzere toplam 1000 deney uygulanmıştır. Deney sonuçları karışıklık matrisi yöntemi kullanılarak değerlendirilmiştir. Deney sonucuna göre hibrit yapının düşme tespit duyarlılığının %89.8, kesinliğinin %83.9 ve hata oranının %23.4 olduğu hesaplanmıştır.Sonuç olarak düşme tespiti konusunda cihazın duyarlılığının yüksek oluşu cihazın oldukça ümit vaat edici olduğunu göstermektedir. Cihaz iyileştirilmesi, cihaz ile birlikte çalışacak olan akıllı telefon yazılımın geliştirilmesi, cihaz güç tüketiminin daha da aşağı çekilmesi tüm bunlara ek olarak düşük maliyetli kolay ulaşılabilir ticari ürün olabilmesi için de çalışmalara devam edilmektedir. Falls are one of the most frequently observed events in elderly or unhealthy people. Falling can sometimes take place on the basis of internal and sometimes external factors, that is a threat to their health, especially for the elderly. Falling event for the elderly is considered as the reason for serious injuries, prolongation of recovery time, increased chance of the next fall and unfortunately, deaths in some cases. Falling has similar characteristics for all people, causing psychological trauma and various psychological problems. Moreover, the best action cannot be predicted, for the care and treatment of an elderly who has had a fall event, the fall event usually causes both the work loss of the elderly person, the work force of the person performing the care or treatment work and the need for all kinds of treatment materials.Most of the elderly do not care about falling cases however, some falling events cause lost of consciousness and mostly, they do not share the fall event that they have experienced except for any emergency with nobody. For this reason, it is very important for the elderly to follow the falling tendencies for providing them necessary care or delivery of treatment in time. Independent of the GSM network location but the geographical location, the fall location will be sent as message to person concerned is thought to be beneficial for the timely delivery of treatment to the falling elderly and for the scheduling of treatment and care needs. In this context, it is necessary to determine needs and system requirements.For the requirements of the design of the fall detection and information system, we interviewed a group of people with non-engineering backgrounds who have expertise in the field of health and also in engineering side we have been working with TESODEV on improving the design and testing. For the wearable device it is decided that the device can be worn on the belt or be suitable for carrying the waist, it should be lighter than 100 grams and has the smallest possible body structure. The current literature for sensors to be used in fall detection has been examined and no hybrid structure has been found that uses accelerometer, gyroscope and altimeter sensors together in wearable fall detection designs. For this reason, the hybrid structure mentioned in the design part is used. It has been noted that the electronic card is resistant to the military device shock test and that the biomedical device is designed in accordance with the EMI / EMC directives.Many of sensors investigated and compared each other. There are many accelerometer sensors in the market but our demands are limiting the sensors in the meaning of acceleration range, resolution and physical dimensions. Like the accelerometer sensors, there are many gyro meters in the market. Gyro meter candidates also eliminated to their gyro range, resolution and physical dimensions. Moreover altimeter sensors determination was too hard, because already being sensors resolution was very weak. For the best sensor option basically limits the resolution value down to 10cm. So low number of sensors find in the market and eliminated each of them regarding to physical dimensions, resolution and cycle time.As a result it was very attractive to use multi sensor in the same chip regarding to separate one meaning of small PCB design. This device is also embellished by GNSS sensor. All sensors and Bluetooth communication interface connected to a microcontroller that is collecting data and detecting the fall actions after that send GNSS location and person situation to cell phone via Bluetooth. Device sourced by a Lithium Polymer battery. Device software has developed by using C programming language. After drivers of sensors are established fall detection algorithm constructed and developed.As it is a wearable device its physical dimensions and weight design should be handled carefully. Because it impossible to wear this device if its volume, weight and body structure disturbs person. Also device wearing method is so important. According to decisions device can be worn with a belt. And its dimensions and also volume had to be small. For the conscious patients two more buttons assigned to emergency calls.It is obligated to pass some legislation for this device. Electronics and mechanical design was structured onto EMI/ EMC directives and environmental constrains. For the PCB and schematic design no more voltage higher than 4.0 volt and grounding was satisfied, switching regulator frequencies and resonance frequencies handled carefully for low electromagnetic interference. Many of the electromagnetic compatibility conditions determined tightly. But the environmental design obligations basically lean over the ingredient materials and human body interaction. Moreover for this design it is also worked on the operating and storage temperature grades and mechanical shock resistance.After functional verification of the device's electronic card, card and mechanical case assembling was conducted. Fall tests were carried out by taking necessary precautions and under the supervision of a medical doctor in the laboratory to test the fall algorithm which is the basic component of the fall detection and information system. Medical doctor informed volunteer people about the falling and laboratory precautions. Total of 1000 tests were administered, 40 people ranging in age from 21 to 32 and 25 tests per person. It is important to share there was no accident. The test results were evaluated using the confusion matrix method.Confusion matrix table contains actual and estimated conditions of an experiment. Confusion matrix table mainly divided into true and false rows and columns. After the table filled by the test results than sensitivity, accuracy and error rate values of test to expose systems statistical quality. According to the result of the experiment, it is estimated that 89.8% of the detection sensitivity, 83.9% of the accuracy, and 23.4% of the error rate are the detection sensitivity of hybrid construction. As a result, the high sensitivity of the device for falling detection indicates that the device is very promising. New tests should be established and algorithm should continue to be developed. Also older volunteers are looked for to carry fall detection and notification system. Fall detection and notification system will records motion data to Micro SD flash memory and it will be help understand to older people movement. To sum up the system is worked on for improving, developing the Smartphone software that will work with the device, reducing the power consumption even further, and making it a low cost, easily accessible commercial older health care product. By the meaning of this device people can take care of their older relatives without limiting the freedom and harming privacy of them. 61

Yenidoğanlarda ilk yirmi sekiz gün sınırı kritik bir zaman dilimidir. Bu zaman diliminde bebeklerin doğum birimlerinde ilk klinik teslerini ve ilk muayeneleri yapılır. Ayrıca bu süreç eğer varsa, yenidoğanlarda hastalıklarının ortaya çıkması için en elverişli zamandır. Özellikle ülkemizde ne yazık ki her çocuğun iyi bir hastaneye gitme gibi bir şansı yoktur ve günümüzde hastanelerin doluluk oranı nedeniyle doktorların bebek başına ayırabildiği süre giderek azalmaktadır. Dolayısı ile bu durum bebeklere dair teşhis edilmesi gereken hastalıkların rahatlıkla görülememesine, ayrıca hatalar yapılmasına neden olabilmektedir. Bununla beraber, literatür araştırması sonucunda birçok yenidoğan hastalığının belirtileri rutin testler ve rutin muayenede görülebilir derecede olmadığına dair bulgular mevcuttur.Bu bağlamda, yenidoğan üniteleri büyük önem taşımaktadır ve yazında birçok makalede bebeklerin hastalıklarının teşhişi olmadan hastaneden ayrıldığı kanıtlanmıştır. Bu bilgilerler bağlantılı olarak, dünya çapında OECD ve WHO raporları incelendiğinde bebek ölüm oranlarının göreceli olarak yüksek olduğu görülmektedir. Dünyada 2015'de hesaplanan bebek ölüm oranı 15'tir, bu da her doğan 1000 bebekten 15'inin öldüğüne işarettir. OECD raporuna göre Türkiye bebek ölümlerinde Avrupa'da birinci ve tüm OECD ülkeleri arasında yedinci sırada yer almaktadır. Bu bilgiler ışığında bebek bakım ünitelerinde doktorlara hem teşhiste hem de takipte yardımcı olması için kullanımı kolay bir cihazın varlığına ihtiyaç duyulduğu gözlemlenmiştir.Bu tezde literatür çalışması yapıldıktan sonra ikinci kısımda anlatılan yöntemler kullanılarak, TESODEV'in (mühendislik ekibi) bebek ölümlerini azaltabilmek amacıyla bir cihaz geliştirmesi anlatılacaktır. Literatür araştırması sonucunda, yazında sıklıkla bahsedilen SpO2 cihazının (oksijen satürasyonu ölçüm cihazı) kullanılmasına karar verilmiştir. First 28 days of an infant's life is a critical period, in which the babies take their first examinations and diagnosed if they have any diseases. Unfortunately, not every child has the chance of being examined through an equipped intensive care unit and many hospitals are overcrowded that cases can be mistaken or overlooked. In addition, some defects and diseases have no apparent signs; routine examinations are insufficient in diagnosis. In this manner, neonatal intensive care unit is vital for discovering an infant's diseases however, literature proves that many infants leave undiagnosed. Infant mortality rate in 2015 was 15, which means every 15 out of 1000 infants die worldwide. OECD report shows that, Turkey has the highest mortality rate in Europe and seventh highest among OECD countries. In relation with these facts, worldwide neonatal death rate is relatively high. From our study group of doctors and engineers, an effort to decrease the infant date rate we concluded to design a continuous monitoring device, which gathers data from vital signs like oxygenation and heart rate hence the idea of making a wireless pulse oximeter, was born.Thesis is about TESODEV's (engineering group) effort of designing a device, which aims to improve infant mortality rate, using the metods told in second part. In order to observe the environment and collaborate with doctors TESODEV team made structural observation more than 160 hours in two different research and education hospitals. After the structural observation and literature search about neonatal intensive care units (NICU), it is concluded that medical staff at those units and also the units are insufficient in diagnosis.It is frequently discussed in the literature that use of pulse oximeter at neonatal intensive care unit for routine examinations, decreases the number of deaths due to infants who leave the hospital without being diagnosed. Consequently, pulse oximeter device is chosen to be designed. 81

Beyin bilgisayar ara yüzü (BBA), son yıllarda oldukça gelişme sağlayan bir araştırma konusudur. Oyun ekipmanlarından yapay organlara kadar çok çeşitli alanlarda kullanım alanlarına sahip BBA teknolojisinin temel amacı, BBA kullanıcısının beyni ve elektronik bir cihaz arasında herhangi bir çevresel sinir yollarına bağlı olmayan aracısız bir haberleşme kanalı kurmaktır. Motor hareket hayali (MHH), kullanıcının, motor bir hareketi hayal etmesi sırasında alınan beyin sinyallerinden o hareketin tahmin edilmesi esasına dayanan bir BBA yöntemidir. Bağımsız bir BBA türü olması ve pratik olması gibi nedenlerden dolayı, motor hayali çeşitli BBA türleri arasında en popüler olanıdır. Motor hareket hayali sinyalleri beyinin motor korteks olarak adlandırılan, istemli hareketlerden sorumlu bölgesinden elde edilir. Bu sinyallerin alınması için fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI), pozitron emisyon tomografi (PET), Elektrokortikogram (EKoG) ya da Elektroansefalografi (EEG) gibi işaret alma metotları kullanılabilir. Bu sinyal türleri içerisinde pratik, ucuz, hızlı ve girişimsiz bir yöntem olduğundan, genellikle EEG tercih edilir. Popüler olmasına rağmen, motor hareket hayali işaretlerinin sınıflandırılması oldukça zordur. Bunun temel nedeni ise, düşük uzamsal çözünürlüktür. Düşük uzamsal çözünürlük nedeniyle motor hareket hayali ile ilişkili sinyaller beynin farklı bölgelerinde bulunan başka sinyal kaynakları ile karışır ve bu, elde edilen EEG sinyalinden motor hareket hayali sinyallerinin ortaya çıkarılmasını güçleştirir. Ayrıca motor hareket hayali sinyal karakteristiklerinin kişiden kişiye hatta aynı kişi için zamanla değişebilir olması, sınıf sayısının sınırlı olması, EEG işaretinin durağan olmaması ve deneklerin motor hareketlerin hayal edilmesi konusunda tecrübesiz olması da bu tarz işaretlerin sınıflandırılmasını güçleştiren unsurlardandır.Tezin giriş kısmında BBA hakkında temel bilgiler ve önemli BBA metotlarından bahsedilmiştir. Bu BBA metotları şu şekilde sıralanabilir: i) Durağan görsel uyarılmış potansiyel (Steady state visual evoked potentials) tabanlı BBA, ii) P300 tabanlı BBA, iii) Yavaş kortikal potansiyeller (Slow cortical potentials) tabanlı BBA, iv) Kortex-neron aktivasyon potansiyeli (Cortical-neuronal activation potentials) tabanlı BBA, v) Motor hareket hayali (Motor imagery) tabanlı BBA. Tez çalışması konusu motor hareket hayali olduğu için, MH hakkında detaylı bilgiler verilmiştir. MH sinyallerinin fizyolojik temelleri, sinyal karakteristikleri, MH sinyallerinin işlenmesi sırasında karşılaşılan zorluklar gibi konulara değinilmiştir. Ardından, motor hareket hayali işaretlerinin sınıflandırılmasına yönelik ayrıntılı bir literatür araştırması sunulmuştur.Motor hareket hayali sırasında, motor korteks bölgesinde olay ilişki senkronizasyon (event related synchronisation, ERS) ve olay ilişkili desenkronizasyon (event related desynchronisation, ERD) olarak adlandırılan güç değişimleri meydana gelir. ERD, belirli bir frekans bandında ölçülen işaretteki güç düşümüne, ERS ise belirli bir frekansta ölçülen işaretteki güç artışına karşılık gelir. Motor hareket hayali sırasında en belirleyici işaret, 8-16 Hz arasındaki µ bandındaki güç düşümüdür. Ayrıca 20-30 Hz arasında da ERS işaretleri motor hareket hayali ile birlikte görülmektedir. Çalışmada motor hareket hayali olarak adlandırılan, kişinin kaslarını hareket ettirmesi ya da ettirmeye niyetlenmesi sırasında beynin motor korteks bölgesinde ortaya çıkan güç değişimlerini analiz eden beyin bilgisayar ara yüzü konusunda mevcut sınıflandırma metotları araştırılmış ve tez çalışmasında yeni metotlar geliştirilmiştir. Bu çalışmada, motor hareket hayali işaretlerinin sınıflandırılması için yeni metotlar geliştirilmiştir. Bu amaçla literatürdeki mevcut metotlar ile beraber, tez kapsamında geliştirilen metotlar sunulmuş ve tüm bu metotların sınıflandırma performansları incelenmiştir.Metotlar kısmında, MH sınıflandırmasına yönelik literatürdeki belli başlı yöntemler anlatılmıştır. Öncelikle, MH sınıflandırmasına yönelik genel bir çerçeve çizilmiş, ardından, her bir işlem adımı detaylı bir biçimde, literatürdeki mevcut yayınlardan bahsedilerek anlatılmıştır. MH sınıflandırmada çok önemli bir uzamsal sınıflandırma metodu olan `Ortak uzamsal örüntüler` (Common Spatial Patterns, CSP) metodu anlatılmış ve CSP metoduna yapılan iyileştirmelerden bahsedilmiştir.Metotlar kısımda, Tezin katkılarından ilki olan `Görev ilişkili & uzamsal düzenlemeli ortak uzamsal örüntüler` (Task Related & Spatially Regulaized Common Spatial Patterns, TR&SR-CSP) isimli çalışma anlatılmıştır. Bu çalışmada düzenlenmiş bir CSP metodu önerilmiştir. Metot motor hareket hayali sinyallerinin beyindeki oluşum noktalarını kullanan bir düzenlenmiş (regularized) CSP metodudur. Bu metotta, uzamsal filtrelerin eğitimi sırasında özel olarak hazırlanmış bir ceza matrisi oluşturma algoritması tanıtılmıştır. Bu ceza matrisi, verilen görevlere ilişkin motor korteksteki konumları göz önünde bulundurarak uzamsal filtrelerin korteks üzerinde bu bölgelere odaklanmasını sağlamıştır. Çalışma sonuçları incelendiğinde, fizyolojik verilerle uyumlu sonuçların elde edildiği gözlemlenir. Çalışma 2014 senesinde biyo-informatik ve biyomedikal mühendisliği uluslar arası konferansı` (IWBBIO) konferansında sunulmuştur. Metotlar kısmında ikinci olarak CSP'nin eksikliklerine değinilerek `Uzamsal filtre ağı` (Spatial Filter Network, SFN) metodu sunulmuştur. Bu metot, bir uzamsal filtre ve bir sınıflandırıcının birlikte optimizasyonunu sağlayan çok katmanlı bir yapıdır. Önerilen yöntem, CSP metodunun iki problemini adresler ve bunlara çözüm arar. Bu problemler, i) CSP metodunun yalnızca sınıflar arası saçılımları iyileştirmesi, buna rağmen, sınıf içi saçılımlar ile ilgilenmemesi, ii)CSP metodunun sınıflandırma performansı ile değil, verilen optimizasyon fonksiyonunu iyileştirmeye çalışmasıdır. SFN ise eğitim kümesindeki her elemanı tek tek ağa sunarak, hem uzamsal filtreyi, hem de sınıflandırıcıyı eğitir. SFN ağının eğitimi için yapay sinir ağlarında kullanılan geriye yayılım yöntemi kullanılmıştır. Bunun için ağa sunulan her eğitim kümesi elemanı için ağın oluşturduğu çıkış incelenmiş ve hem uzamsal filtre ağırlıkları, hem de sınıflandırıcı ağrırlıkları güncellenmiştir. Optimizasyon yöntemi olarak yapay sinir ağlarının eğitiminde kullanılan Levenberg-Marquardt (LM) ve back propogation (BP) metotlarından yararlanılmıştır. Tez içersinde SFN metodunun çalıştırılmasına ve eğitimine yönelik matematiksel denklemler sunulmuştur. SFN metoduna ilişkin yayın, PLoS One isimli dergide yayınlanmıştır.Metotlar kısmında son olarak uzamsal – spektral filtreleme metotlarına değinilmiştir. Bu metotlar hem uzamsal hem de spektral düzlemde optimizasyonlar yapmaktadırlar. CSP basitliği ile beraber güçlü bir metot olmasına karşın, bazı eksiklikleri vardır. Motor hareket hayali tabanlı beyin bilgisayar ara yüzlerinde CSP'nin başarısı büyük oranda ERD (olay tabanlı desenkronizasyon) ve ERS (olay tabanlı senkronizasyon) olarak adlandırılan fizyolojik fenomenlere bağlıdır. Halbuki pratikte ERD'nin bulunduğu frekans bandı kişiden kişiye farklılık gösterir. Bu, pratik bir BCI tasarlarken karşılaşılan en büyük problemlerden biridir. Yakın zamana kadar CSP kullanılırken frekans bandı ya geniş bant kullanılarak tanımsız bırakılmaktaydı ya da manüel ayarlanmaktaydı. Genel olarak, CSP'yi EEG işaretini filtrelemeden ya da uygun olmayan bir frekans bandında filtreleyerek uygulamak düşük bir sınıflandırma başarımı verecektir. Bu durumda yapılacak bir iş, zaman harcayıcı bir araştırmalar ve bazı manüel ayarlamalar ile her bir denek için en iyi frekans bandını bulmak olacaktır. Bu şekilde sınıflandırmanın başarımı artırdığı gösterilmiş olsa da, zaman harcayıcı ve zahmetli bir iştir. Bu nedenle son zamanlarda uzamsal filtrelerin frekans filtreleri ile eş zamanlı optimizasyonuna ilişkin yöntemlerin araştırılması oldukça önem kazanmıştır. Bu nedenlerden dolayı, CSP gibi sadece uzamsal düzlemde çalışan metotlar yerine filtrelerin spektral karakteristiklerinin de otomatik olarak iyileştirilmesi amaçlanıştır. Literatürdeki mevcut spatio-spectral metotlar anlatılmış ve tezin son çıktısı olan `Filtre bankası temelli ortak uzamsal örüntüler` (Filter bank common spatio spectral patterns, FBCSSP) isimli, hem spektral hem de uzamsal düzlemde filtre iyileştirilmesi yapan bir metot geliştirilmiştir. Sunulan metot, çeşitli frekanslarda filtreleme yapan bir filtre bankası ve arka arkaya dizilmiş iki adet CSP katmanından oluşur. İlk CSP katmanı, her bir filtre bankası çıkışını uzamsal olarak filtreler böylece, EEG işareti dar bantlarda uzamsal filtrelenmiş olur. İkinci CSP katmanı ise ilk katmandan gelen uzamsal filtrelenmiş işaretleri alarak en önemli işaretleri ortaya çıkartmaya çalışır. Bu nedenle ikinci katman bir nevi frekans seçimi yapmaktadır. İki CSP katmanı ise spatio-spektral bir filtre yapısı oluşturmuş olur. Sonuçlar incelendiğinde, yüksek sınıflandırma başarımlarına ulaşılabildiği görülmektedir. Sunulan çalışma `Biyo-medikal ve biyo informatik alanlarında bilgi teknolojileri` (ITBAM 2016) isimli konferansta sunulmak üzere kabul almıştır. Çalışma `Bilgisayar bilimlerinde konferans notları` (LNCS) isimli dergide yayınlanacaktır.Sonuçlar kısmında, kullanılan veri kaynaklarından bahsedilmiş, veri kümelerinin özelliklerinden bahsedilmiştir. Daha sonra, sonuçların elde edilmesine yönelik bir çerçeve sunulmuş ve yapılacak değerlendirmeler anlatılmıştır. Ayrıca sonuçlar elde edilirken kullanılan metotlara ilişkin bütün parametre ayarlamaları detaylıca sunulmuştur. Sonuçlar kısmında hem sayısal hem de görsel sonuçlar karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Sonuçlar incelendiğinde, önerilen metotların başarılı sonuçlar elde ettiği görülmüştür. Literatürdeki diğer metotlara ilişkin sonuçlar ile değerlendirildiğinde, önerilmiş metotlardan elde edilen sınıflandırma performansları ümit vericidir. Önerilen metotların çalışılan veri kümelerinde performansı yukarı çektiği görülmektedir. Sayısal performans değerlendirmesinin yanında ayrıca, önerilen metotların motor hareket hayali fizyolojisi ile uygunluğu elde edilen uzamsal ve spektral filtrelerin analiz edilmesi ile gözlemlenmiştir. Bütün bu sonuçlar önerilen metotların etkili ve başarılı olduğunu göstermektedir. Brain computer interfacing (BCI) is an emerging topic which is applied to several areas from gaming equipment to health assistive devices. BCI technology aims establishing a direct communication pathway between the user's brain and any electronic device. Motor imagery is a BCI methodology in which the user's imagining of moving a limb is detected without any actual physical movement. Among different BCI techniques, motor imagery is the most popular BCI methodology because of its practicality and being an independent BCI method. Generally, electroencephalogram (EEG) is used for acquiring motor imagery signals since it is a practical, cheap, fast and non-invasive technique for analyzing brain signals. However, classification of motor imagery signals is a challenging topic. Poor spatial resolution of EEG signal makes it difficult to clearly extract motor imagery signals directly. Poor spatial resolution causes motor imagery signals to be mixed up with the signals from the signal sources in the brain which are much stronger. In this study, novel methods for classification of motor imagery signals were developed. For this purpose, existing methods and proposed methods were presented and their classification performances were analyzed.In this thesis, firstly, BCI concept and main BCI methodologies were presented. Motor imagery paradigm and physiological sources and main properties of motor imagery signals were described. Then, an extensive literature review about classification of motor imagery signals was exhibited. Next, the state of art method in the motor imagery classification called common spatial patterns (CSP) method was analyzed and then, regularized CSP methods which addresses some drawbacks of CSP were described. Next, the first contribution of this thesis, task related & spatially regularized CSP method was presented as a regularized CSP algorithm. After that, the second contribution of this thesis, a spatial filtering and classification structure named spatial filter network (SFN) method was presented. After presenting the spatial filtering algorithms, spectral and spatial filtering methodologies were presented. In this manner, a spatio-spectral filtering method called filter bank common spatio-spectral patterns (FBCSSP) method was proposed. Before running the proposed methods, datasets used in the study were introduced. Then, selected configurations of the methods were described.Obtained results of the proposed methods of this study are promising. Their performance evaluations were reported along with important methods from the literature. Developed methods increased the classification performance of the given datasets. Also the physiological suitability of the proposed methods was demonstrated by analyzing obtained spatial and spectral filters. Results showed the effectiveness of the proposed methods. 186

EL HAREKETLERİNİN ELEKTROMYOGRAM SİNYALLERİ VE YARDIMCI SENSÖR VERİLERİ İLE SINIFLANDIRILMASIÖZETİnsan eli, günlük hayatta uyguladığımız geniş çeşitlilikteki fonksiyonel hareketleri sahip olduğu karmaşık hiyerarşik kontrol ve sensör yapısıyla gerçekleştirmektedir. Doğal elin kaybedilmesi, kas-sinir rahatsızlıklarına bağlı olarak fonksiyonunun kısmen ya da tamamen yitirilmesi, insan hayat kalitesinde yadsınamaz bir kayıp meydana getirmektedir. Uzun yıllardır bu olumsuz durumu yaşayan kişilerin doğal el fonksiyonlarını iyileştirme veya yeniden kazandırma amacıyla kontrol mühendisliği, biyomedikal mühendisliği, tıp bilimleri vb. gibi farklı disiplinlerden elde edilen bilgilerin ışığında çalışmalar yürütülmektedir. Bu çalışmalar, el fonksiyonunu kısmen kaybeden kişiler için harekete yardımcı dış iskelet destek sistemleri ve uzvunu kaybeden kişiler için hareket komutunu mevcut sağlıklı uzuvdan ya da mevcut sinirlerden sağlayarak hareketi gerçekleştiren protezler üzerine yoğunlaşmıştır. Doğal elin fonksiyonelliğine ulaşmayı amaçlayan bu sistemler genel olarak Myoelektrik Kontrol Sistemleri (MKS) olarak adlandırılmaktadır. Bu sistemler, insan vücudu üzerinden algıladığı sinyalleri hareket niyetinin tanınmasında kullanmakta ve tanımlanan bu hareketleri kontrol komutuna dönüştürerek hareketin gerçekleştirilmesini amaçlamaktadır. MKS; kontrol girişi olarak kas aktivitesi sırasındaki sinir iletimi sonucu meydana gelen Aksiyon Potansiyelleri gerilimlerinin deri üzerinden, deri altından ya da kas dokusu içerisinden algılanmasıyla elde edilen Elektromyogram (EMG) sinyallerini kullanmaktadır. Farklı el hareketleri uygulanırken meydana gelen kas aktivitesi sırasında alınan EMG sinyalleri, hareket tipinin tanımlanmasında en yüksek belirleyiciliğe sahip biyoelektrik sinyaldir. EMG temelli MKS çalışmaları 1940'lı yıllarda başlamıştır ve günümüzde halen devam etmektedir. Kaydedilen önemli gelişmelere rağmen; klinik çalışmalarla üretilen sistemlerin insan doğal elinde bulunan yüksek hareket serbestlik noktası sayısını yakalayamaması, kullanıcıya etkileşime girdiği nesne ile ilgili geri besleme sensör sinyalini sağlayamaması ve bu yönüyle 'doğal' el hissinden uzak kalması, günlük hayatta uygulanan geniş aralıktaki fonksiyonel el hareketlerini gerçekleştirememesi bu sistemlerin kullanıcılar tarafından benimsenmesini oldukça güçleştirmekte ve ticari üretiminin önündeki en büyük engelleri teşkil etmektedir. Günümüz mekatronik ve sensör sistemleri teknolojilerinin entegre edilmesi ile bahsedilen problemlerin önemli bir kısmının giderilebileceği öngörülmektedir. Hareket niyetinin vücuttan alınan doğal sinyaller yardımıyla doğru bir şekilde tanınması ise problem olarak kalmaya devam etmektedir. Danışmanlı öğrenme teknikleri hareket niyetinin tanınmasında sıklıkla başvurulan yöntemlerdir. Bu yöntemler esas alınarak oluşturulan kontrol şemasında; hareket sırasında aktif olan kas grupları üzerinden alınan EMG sinyalleri kullanılarak hareketi tanımlayıcı özellikler çıkarılmakta ve bu özellikler karakterize ettiği hareket sınıfı ile birlikte özellik vektörünü oluşturmaktadır. EMG sinyalleri üzerinden çıkarılan özellikler; zaman sahası (TD) özellikleri, frekans sahası (FD) özellikleri ve zaman-frekans sahası (TFD) özellikleri olmak üzere 3 kısımda ele alınmaktadır. TD özellikleri; işlemsel karmaşıklık içermeyen, uzun hesaplama süresi ve dönüşüm gerektirmeyen, EMG'nin genlik değerleri ile elde edilen özelliklerdir. FD özellikleri; sinyalin spektral güç yoğunluğu kestirimi üzerinden elde edilen özellikleri içermektedir . TFD özellikleri; sinyali sabit pencere uzunluğu ya da frekans içeriğine göre değişken pencere uzunluklarıyla ele alarak fiziksel oluşum hakkında daha kapsamlı bilgi sağlayan ve bu yönüyle rasgele davranışa sahip biyoelektrik sinyallerin doğasına daha uygun özellikleri sağlayan zaman-frekans dönüşümleriyle elde edilmektedir. Hareketi temsil eden doğru özelliklerin seçimi sınıflandırma başarısı üzerindeki en belirleyici aşamadır. Her bir gözleme ait özellikleri ve karakterize ettikleri hareket sınıflarını içeren özellik vektörleri birleştirilerek özellik matrisi oluşturulmaktadır. Özellik matrisi ile farklı öğrenici algoritmaları eğitilmekte ve sınıflandırıcı modelleri üretilmektedir. Hareket sınıfları belirtilmeden sınıflandırıcıya sunulan test verisi üzerinden elde edilen sınıflandırma doğruluğu oranı ile sınıflandırma modellerinin başarısı ölçülmektedir. Sınıflandırma doğruluğunun artırılması amacıyla farklı sınıflandırma algoritmalarının geliştirilmesi ve çoklu sınıflandırıcı sistemlerinin kullanılması, hareketleri temsil eden yeni özelliklerin tanımlanması ve uygun özellik alt setlerinin oluşturulması, işlemsel zamanı ve karmaşıklığı azaltmak amacıyla sinyalin bilgi içeriğini büyük oranda koruyarak boyutunu azaltan algoritmaların üretilmesi ya da mevcut algoritmalardan amaca uygun seçimlerin yapılması, hareket sırasında alınmış yardımcı sensör verilerinden elde edilen özelliklerin kullanılması önerilmektedir. Bu tez çalışmasında; günlük hayatta sıklıkla kullanılan fonksiyonel 50 hareket uygulaması sırasında ampute ve sağlıklı bireyler üzerinden eşzamanlı olarak elde edilen EMG, ivme ölçer, eğim ölçer ve gerinim ölçer sinyallerini bulunduran NinaPro veri tabanı kullanılmaktadır. Literatürde kabul edilebilir sınıflandırma başarısı ile en fazla hareketin sınıflandırıldığı çalışmalar referans olarak kabul edilerek; veri tabanında bulunan yardımcı sensör verilerinin, özellikleri sınıflandırma başarısına yaptıkları katkıya göre ağırlıklandıran Relieff algoritmasının, mevcut çalışmalardan farklı özellik kombinasyonlarını içeren özellik alt setlerinin sınıflandırma doğruluğuna etkileri incelenmektedir. Çalışma sonucunda ReliefF algoritması kullanılarak, sınıflandırmaya yaptığı katkı önceden belirlenen eşik değerin altında kalan özelliklerin özellik matrisinden çıkarılması ile elde edilen yeni özellik matrisinin sınıflandırma doğruluğunda dikkate değer artış sağladığı gözlemlenmiştir. Bununla birlikte; fiziksel oluşumu daha kapsamlı şekilde temsil eden zaman-frekans özelliklerinin sadece zaman ya da sadece frekans sahası temelli özelliklere göre daha yüksek sınıflandırma başarısı sağladığı ifade edilmiştir. Çalışmanın en önemli çıktısı olarak; kademeli olarak eklenen yeni yardımcı sensör verilerinin doğru özellik seçimleriyle sınıflandırma doğruluğunu artırdığı (4 sensör verisi ve QSVM sınıflandırıcı ile 25 hareket için %97.3 sınıflandırma doğruluğu) ispatlanmıştır. CLASSIFICATION OF HAND MOVEMENTS VIA ELECTROMYOGRAM AND AUXILIARY SENSOR DATASUMMARYIn everyday life, human hand performs wide variety of functional movements via complex hierarchical control and sensor systems. Loss of natural hand, partial or complete loss of hand function due to neuromuscular disorders, impairs the quality of human life. For many years, numerous studies in the light of information from different disciplines such as control engineering, biomedical engineering, medical sciences, etc. have been carried out in order to improve or restore natural hand functions of patients who suffer from this negative condition. These studies have mainly focused on the exoskeleton support systems that help patients who have partial loss of hand function and the prostheses that perform movement by providing motion command from the existing healthy limb or existing nerves for the patients who have lost their natural limb. In general, these systems which aim to achieve natural hand function are called Myoelectric Control System (MCS). MCSs aim to use the signals which are acquired from the human body in order to recognize the hand motion intention and to convert recognized movements into the control commands. For the recognition of human motion intention, MCSs mainly benefit from the EMG signals which are the result of Action Potentials (AP) during nerve conduction. EMG signals, which can be obtained on the skin surface via surface electrodes, within the muscle fiber or subcutaneously via needle electrodes, have the highest determination characteristic to recognize hand movements among other bioelectric signals. EMG-based MCSs studies have started in the 1940's and are still in existence today. Natural human hand has a great number of Degree-of-Freedom (DoF), can provide a sensory feedback while interacting and manipulating different types of objects and perform wide diversity of functional movements. Despite the significant developments in EMG-based control systems, systems have not achieved the aforementioned capabilities of natural hand and as a consequence of this have not been produced commercially yet. Especially the absence of sensory feedback results in 'unnatural' hand sense which is the major obstacle in order to be approved by the patients. It is anticipated that integrating modern mechatronics and sensor systems technologies will eliminate a significant portion of the aforementioned problems. The recognition of the movement intention through the help of natural signals from the body retains its existence as a problem. Supervised pattern recognition techniques are commonly used in the recognition of movement intention. In the control scheme based on these methods; discriminative features of movements are extracted from the EMG signals obtained over the active muscle groups during movements and these features along with the movement class that corresponds to the features constitute the feature vector. Features extracted from EMG signals can be divided into 3 categories. Time domain features are extracted by using signal amplitude and does not require any signal domain transform, complex computational operations and long computational time. Frequency domain features requires signal domain transformation provides frequency content information by using power spectrum density of the signal. Time-frequency domain features provides more accurate description of physical phenomenon through time-frequency localization and requires transformation which analyzes signal through changeable-sized time windows depending on the frequency characteristics of the signal. The selection of the appropriate properties that represent the movement is the most decisive stage in the classification accuracy. Different learning algorithms are trained with the feature matrix including feature vectors and class of each observation and classifier models are produced as a result of training. The classification performance of the model is measured by the rate of classification accuracy obtained from the test data presented to the classifier without specifying movement classes. In order to increase the classification accuracy; the development of different classification algorithms and the use of multiple classifier systems, the identification of new features representing the movements with high discrimination and the creation of appropriate feature subsets, the creation of algorithms that reduce the dimension of signal in order to reduce operational time and complexity by preserving the large part of the information content, the use of the features obtained from auxiliary sensor data are recommended.In this study; The NinaPro database, which contains EMG, accelerometer, inclinometer and strain gauge signals of 50 movement frequently performed in daily life that are obtained from amputee and healthy individuals, is used. Studies with the highest number of movements classified with an acceptable classification success have been used as a starting point. The effect of ReliefF algorithm that weigths the features depending on the contributions to the classification accuracy, the effect of axuillary sensor data to the classification process, the effect of feature subsets which are different from the ones within existing studies have been examined. As a result of the study, it has been observed that reducing the dimension of the feature matrix via Relieff algorithm increased the clasification accuracy of kNN (k=1), QSVM, cubic SVM and ensemble claffier. It is also shown that using the time-domain features provides a higher classification accuracy than time-domain features or frequency domain features standalone. The last and most significant contribution of the study is that classification accuracy is increased proportional to the auxillary sensor data when appropriate features are selected. 109

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Instıtute of Science and Technology, 2015, Diş hekimliğinin bir bölümü olan ortodonti diş çapraşıklıkların düzeltilmesini, çene ve yüzdeki iskeletsel bozukluklarını önlenmesini sağlayan bilim dalıdır. Geleneksel ortodontik tedavide ortodontik braketler asit ile pürüzlenen diş minesine yapıştırılır ve tedavi süresince teller sabitlenerek iyileşmelerine yardımcı olur. Braketler metal, plastik veya seramik malzemeden olabilirler. Ortodontik seramik braketler estetik açıdan beklentileri karşıladığı için metal braketlere göre, çabuk deformasyona uğramadıkları için ise plastik braketlere göre daha avantajlıdır. Ancak seramik braketler yapılarından dolayı diş yüzeyine kolayca tutunamazlar bu yüzden tutuculuk özelliğini arttırmak için mine yüzeyinin daha fazla pürüzlendirilmesi gerekmektedir. Bu işlemlerden dolayı seramik braketlerin sökümü için daha fazla çekme kuvvetine ihtiyaç duyulur. Bu çalışmada yapıştırıcı olarak kimyasal olarak polimerize Bis-GMA adeziv rezin kullanılmıştır. Adeziv rezinin yapıştırılması geleneksel (üç basamaklı) total-etch sistemidir. Bu sistem sırası ile asitle dağlama, primer (sealant) ve adeziv rezin uygulanmasından oluşur. Tedavi bitiminde seramik braketlerin mine yüzeyinden çıkarılması gerekir. Bunun için çeşitli metodlar vardır. Geleneksel yöntemlerde braket mine yüzeyinden pens yardımıyla kanırtılarak çıkarılır. Bu işlem esnasında uygulanan kuvvetten dolayı mine yüzeyi geri dönüşümü olmayacak şekilde zarar görür. Ayrıca kanırtılarak yapılan söküm işlemi uzun sürer. Bu yönteme alternatif olarak birçok yöntem geliştirilmiştir. Bunlardan biri laserlerdir. Laser ile söküm metodu için birçok farklı dalga boyu ve parametreler denenmiştir. Laser enerjisinin ısıl etkisinden dolayı braketi mine yüzeyine bağlayan adeziv rezinin bağlayıcı kuvvetini azaltarak işlemi kolaylaştırmaktadır. Braketlerin koparılma esnasında daha az kuvvet uygulanacağından diş minesinde oluşacak tahribat azalacaktır. Çalışmada kullanım kolaylıklarından ve taşınabilir boyutlarından dolayı 980 nm Diyot Laser, 1470 nm Diyot Laser ve 1940 nm Thulium Fiber Laser kullanılmıştır. Bu üç farklı dalga boylarındaki laserler ile farklı parametrelerde braketlerin sökme işlemleri gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın amacı mine hasarının minimum seviyede kalmasını sağlamaktır. Birçok avantajının yanı sıra laserlerin en büyük dezavantajı, ışıma sonucu dişte oluşan ısının canlı pulpa dokusuna zarar verecek sıcaklık artımı yaratmasıdır. Bu yüzden yapılan çalışmada pulpada oluşan sıcaklık değerleri K-Tipi ısıl çiftler ile gözlemlenmiştir. Çalışmanın sonucunda 980 nm ve 1470 nm dalga boylarındaki ışımaların ortodontik seramik braketlerin sökülmesinde etkili olmadığı görülmüştür. Buna karşın 1940 nm dalga boyundaki 3 W gücünde 2,6 sn’lik ışıma uygulandığı takdirde seramik braketin kopması için gereken kuvvet anlamlı olarak azalmış; ayrıca pulpa odasındaki sıcaklık artımı 5,5 C’lik güvenli eşik değerini aşmamıştır. Buna ek olarak çalışmada braketin yüzeyden kopartılması için geçen süre hesaplanmış ve bu grubun kontrol grubundan anlamlı olarak düşük çıktığı gözlemlenmiştir. Yüzey incelemeleri ardından çoğu grupta arta kalan adeziv materyali kontrol grubuna yakın değerlerde çıkmıştır., Facial esthetics is an important personal and social concern. Orthodontics is a specialized branch of dentistry concerned with the development and management of irregularities and abnormalities of the teeth, jaws and face. Its aim is to produce a healthy, functional bite, creating greater resistance to disease and improving personal appearance. Correct placement of the teeth can create a good looking and healthier mouth. Orthodontic brackets are small attachements used in for orthodontics to fasten an arch wire. Three types of brackets are presently available for orthodontic bracket bonding, such as, plastic, metal and ceramic brackets. Ceramic brackets have been the preffered choice for esthetically conscious clinicians and patiens since their introduction in the 1980s. Most ceramic brackets are made of polycristalline and monocrystalline alumina. Because of their structure, they are not able to bond chemically with acrylic and diacyrlate bonding adhesive materials. Also ceramic brackets are very rigid and brittle. After treatment ceramic brackets need to be debonded from enamel surface. A major clinical concern when using ceramic brackets is the risk of enamel damage at debonding, since ceramic brackets have a high bracket bond strength. Various methods were developed for debonding orthodontic brackets: special pliers for mechanical debonding, ultrasonic debonding, special kinds of burses,electro thermal debonding and laser debonding. All these techniques have their own advatages and disadvantages. Laser application in dentistry has been investigated since generation of the first ruby laser. In dentistry, lasers are used for surgery of the soft tissues in the oral cavity, etching of the enamel surface, bleaching, tooth drilling, removing of hard dental tissues and debonding of ceramic brackets. Laser irradiation minimizes bleeding and bacterial infections. Also, there is no need for sutures and anasthesia. Lasers have been used experimantally to debond orthodontic ceramic brackets since the early 1990s. Various lasers were used in ceramic bracket debonding such as, CO2 (10600 nm), Nd:YAG (1060 nm), KrF(248 nm), XeCl (308 nm), Tm:YAP (1980 nm), GaAlAs (808 nm) and Er:YAG (2940 nm). In literature researches found that not all laser wavelengths can be usefull and effective for bracket debonding. Therefore, new possibilities for debonding are being investigated. If the incident light is reflected from or transmitted through tissue without absorption, it will not cause a thermal effect. On the other hand, if the incident light is absorbed by tissue, it will be converted into heat. In biological tissues, water molecules or macromelecules, such as, proteins and pigments are the absorbing agents. The optical properties of tissues are influenced by the optical properties of its components and concentration and distribution of those subsctances within the tissue. The composition of tooth structure is not homogenous. In the absoption spectrum of Hydroxiapatite (Ca10(PO4)6(OH)2) and enamel, absorption coefficient of every part of the tooth is different. Minimal absorption coefficient of hydroxiapatite was observed in visible and near infra-red region. Laser energy can degrade the adhesive resin as a result of the effects of thermal softening, thermal ablation, and photoablation. Generally accepted mechanism is the thermal softening of the adhesive resin. Laser energy is absorbed and converted into heat in a very thin surface layer of the bracket. The energy absorbed softens the composite resin at the opposite side of the bracket. This type of the interaction depends on the wavelength and power density of the laser source. Despite its advantages, thermal effect can cause undesirable results on dental tissues during laser irradiation. Some studies showed that an increase in intrapulpal temperature was accepted up to 5.5 C as a safety threshold value in order to prevent undesirable results after ortodontic treatment. No histological changes were observed with an intrapulpal temperature increase of 1.8 C. In this study we used a bovine mandibular incisor. Previous studies found that the adhesion to enamel and the superfacial layer of dentin showed no statistically significant differences between human and bovine teeth. Three laser systems were used for the bracket debonding procedure: Diode Laser (980 nm), Diode Laser (1470 nm) and Thulium Fiber Laser (1940 nm). Laser irrardiation was applied Continius Wave (CW) mode. The residual load needed to debond the bracket, debonding time of the orthodontic ceramic bracket and the intrapulpal thermal changes were monitored and evaluated while debonding. Intrapulpal changes were collected by a K-type thermocouple. Shear bond strength (SBS) or tension tests were done by evrensel test cihaz. We recorded maximum value for load at the debonding moment of ceramic bracket from enamel surface and called it “Load at breaking point”. A student t-test was performed on results.A statistical significance level was accepted p, Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Instıtute of Science and Technology, 2015, Bu tez kapsamında, Bilgisayarlı Tomografi (BT) görüntüleri üzerinden kalp odacıklarının bölütlenmesine yönelik alternatif bir yaklaşım üzerine çalışılmıştır. Kalp odacıklarının bölütlenmesi, 3 boyutlu kalp modelinin oluşturulmasının temelinde yer almakla beraber, kalbin medikal görüntülenmesinde de büyük önem taşımaktadır. Çalışmada bölütleme işleminin Hounsfield Ünit (HÜ)’ten bağımsız olarak yapılması amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda BT görüntüleri üzerinde kümeleme yöntemi ile bölütleme yapılmış ve HÜ’e göre 3 boyutlu bölge genişletme yöntemi ile bölütlenmiş aynı verilerle karşılaştırma yapılmıştır. Üzerinde çalışılan kümeleme yönteminin pencere genişliği (window width ) 600, pencere seviyesi (window level) 80 olan BT görüntülerinde çalışıyor olması sayesinde, pencere genişliği 600, pencere seviyesi 80 olarak kaydedilmiş 8 bitlik BT verileri üzerinde de uygulanabilirliği veri yükü açısından da avantaj sağlamaktadır. Tez çalışması kapsamında iki farklı veri grubu üzerinde çalışılmıştır. Birinci çalışma grubu kalbin hem sağ hem sol odacıklarında kontrast tutucu madde bulunduran, yaş ortalaması 49 olan 4’ü erkek 2’si kadın 6 vakadan oluşmaktadır. İkinci çalışma grubu kalbin sadece sol odacığında kontrast madde bulunduran, yaş ortalaması 62 olan 9’u erkek 11’i kadın 20 vakadan oluşmaktadır. Birinci çalışma grubunun BT görüntüleri üzerinden kalbin hem sağ hem sol odacıkları bölütlenmiştir. İkinci çalışma grubunda ise kalbin sadece sol odacıkları bölütlenmiştir. Hem kümeleme yöntemi hem de 3 boyutlu bölge genişletme yöntemi ile de sağ odacıkların bölütlenmesi gerçekleştirilmiştir. Birinci çalışma grubunda, 3 boyutlu bölge genişletme yöntemiyle bölütlenmiş sağ odacıkların verilerin doğruluk oranı, çok az bir farkla kümeleme yöntemiyle bölütlenmiş sağ odacıkların doğruluk oranına göre daha yüksek çıkarken aynı çalışma grubunda sol odacıkların bölütlenmesinde ise tam tersi kümeleme yöntemi ile bölütlenmiş sol odacıkların doğruluk oranları, 3 boyutlu bölge genişletme yöntemi ile bölütlenmiş sol odacıkların doğruluk oranına göre daha yüksek çıkmıştır. 20 vakadan oluşan ikinci çalışma grubunda ise yine çok az bir farkla kümeleme yöntemine göre bölütlenmiş sol odacıkların doğruluk oranı, 3 boyutlu bölge genişletme yöntemine göre daha yüksek çıkmıştır. Bütün vakalarda genel olarak yöntemlerin doğruluk oranları karşılaştırıldığında ise kümeleme yönteminin doğruluk oranı,3 boyutlu bölge genişletme yöntemine göre daha yüksektir., In cardiovascular medicine, high-resolution, 3 dimensional monitoring of the patient’s cardiac anatomy is an emerging tool for diagnosis and surgical planning. State-of-the-art cardiac computed tomography scan technology produces a corpus of still 3 dimensional volumetric renditions from the traditional dynamic 2 dimensional images, allowing physicians to envisage the 3 dimensional anatomy of the heart. Cardiac Computed Tomography (CT) is an important diagnosis imaging modality for cardiovascular disease and a method where, detailed anatomic information about the cardiac chambers, large vessels, or coronary arteries can be obtained. Segmentation of cardiac chambers is essential for quantitative analysis, and miscellaneous methods were proposed in the literature. In this study, a new patient-specific segmentation method of the left-right ventricle and atrium was proposed. The proposed algorithm is fast and based on clustering which was developed. In addition to this, developed segmentation algorithm works without using Hounsfield Units (HU). This new approach segmentation method works at 600 window widths and 80 window levels. The new approach segmentation method first finds the minimum and maximum intensity values of data. The distance between minimum and maximum intensity value is divided by the number of the class. The number of class value was determined as 5 classes after the all analysis. The new approach clustering segmentation method was developed for 2 cases and it was applied on standard cardiac computed tomography scans with a contrast agent for a total of 26 cases. Since the left ventricle- atrium and right ventricle- atrium were covered with the contrast agent in 6 cases, the left ventricle- atrium and right ventricle- atrium were segmented. However in the other 20 cases, only the left atrium and ventricle were covered with the contrast agent. Therefore, only the left atrium and left ventricle were segmented. The new approach segmentation method’s results were compared with 3 dimension region growing method’s results. 3 dimensional region growing method is a simple region based segmentation method. In 3 dimensional region growing methods, the user manually chooses seed point from aortic chamber firs and the threshold value is determined as +250 according to Hounsfield Units. The process is iterated on neighbor pixels. If the intensity value of neighbor pixel is above the threshold value, it is including to region. Otherwise the process stops. The image segmentation is a problem that is still one of the main discussion subjects in the field of digital image processing and computer vision. In general, segmentation is a classification of tissues and used for many different tasks such as texture analysis, decision making, data mining and image segmentation. The success of the original segmentation is based to simplify the image and create homogeneous segments. Different classification and segmentation methods were developed in recent years. The threshold, clustering and classification, edge-based segmentation, semantic classification, spectral-segmentation-based classification, region growing, split-and-merge, and mathematical morphology methods are referred to as pixel-based segmentation. In our study, 26 cases were investigated. CT images were taken by an Aquilion 64 Slice at Toshiba Medical Systems, Tokyo, Japan, using standard procedures. 16 bit, 512x512 DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) retrospective data were used to obtain segmentation results. For the segmentation of the left-right chambers, 6 CT image sets were used where the left-right chambers were interacted with a contrast agent. Segmentation of the left atrium and ventricle for 20 cases were processed, since in these cases contrast agent interaction was only present in the left chambers. .NET platform was used to code the segmentation method and 3 dimensional region growing algorithm. 130 slices were selected randomly from 26 cases and they were used for calculation of true positive (TP), true negative (TN), false positive (FP), false negative (FN), sensitivity (SEN), specificity (SPE), precision (PRE), negative predictive value (NPV) and accuracy (ACC) for two methods, which that are the new approach segmentation method and 3 dimensional region growing. Heart chambers were marked manually in 130 slices by expert radiologist as a blind reader for evaluation as well as analysis of obtained results. The average results for sensitivity, specificity, precision, negative predictive value and accuracy were calculated for both methods. In the presented study we obtained accurate results for heart chambers with the new approach segmentation method. The approach uses standard Computed Tomography Protocols. The segmentation of heart chambers is essential for diagnosis, clinical research and gives to physician necessary information for quantitative functional analysis of the whole heart. The presented study showed that the new approach segmentation method to segment heart chambers was very efficient, and created patient-specific heart segments in CT images. When segmentation results were compared with the findings of physicians, the new approach segmentation method’s average accuracy was 99.26 % for left atrium-ventricle, 98.82 % for right atrium-ventricle segmentation for the first group (6 cases) segmentation and 99.49 % for left atrium-ventricle for the second group (20 cases) segmentation, respectively. 3 dimensional region growing method’s average accuracy was 99.19 % for left atrium-ventricle, 98.87 % for right atrium-ventricle segmentation for the first group (6 cases) segmentation and 99.42 % for left atrium-ventricle for the second group (20 cases) segmentation. General accuracy have been calculated 99.20 % for the new approach segmentation method and 99.16 % for 3 dimensional region growing segmentation method. When you look overall accuracy analysis, though there was not a meaningful difference between these two methods, the accuracy rates of the new approach segmentation method obtained independent from Hounsfield Units were higher than 3 dimension region growing method. The new approach segmentation method works without Hounsfield Units, unlike conventional segmentation methods. In addition, the new approach segmentation method works on 600 window widths and 80 window levels of DICOM image window settings. Hence, this new approach segmeantation method can be used on 8-bits data which saved as .jpg, .png., .bmp, etc. from DICOM image 600 window widths and 80 window levels. This new approach segmentation method creates an alternative way to saving high capacity medical data. When segmentation results were compared with the findings of physicians, the new approach segmentation method’s average accuracy was 99.21 % for left atrium-ventricle, 98.05 % for right atrium-ventricle segmentation for the first group (8 bits, 3 cases) segmentation and 99.19 % for left atrium-ventricle for the second group (8 bits, 3 cases) segmentation, respectively., Yüksek Lisans, M.Sc.

Teknolojinin gelişmesi ile birçok alanda olduğu gibi iletişim ve haberleşme de çok daha kolay ve basit yöntemlerle gerçekleşmektedir. Günümüzde dünya genelinde kablosuz ağ iletişimini sağlayan Wi-Fi (Wireless Fidelity) bu sistemlerden bir tanesidir. Wi-Fi tıpkı cep telefonlarında ve telsiz cihazlarında olduğu gibi çevresine yüksek frekanslı radyo dalgaları ve elektriksel enerji yollar. Bu yüksek frekanslı radyo dalgaları ve elektriksel enerji uzaklıkla beraber azalır ve enerji küresel bir düzlemde yayıldığından daha geniş bir alan boyunca dağılım gösterir. Wi-Fi, yüksek frekanslı EM ışıma yaydığından dolayı ( genellikle 2,4 GHz veya 5 GHz - 0,3 Watt (25 dBm)) Wi-Fi kullanımına bağlı olarak bazı endişeler ortaya çıkmıştır. Wi-Fi tarafından kullanılan enerji elektromagnetik spektrumda radyo tayfı içinde bulunan mikrodalga bölgesinde yer almaktadır. Radyo frekanslarının; mesafe, güç, ve maruziyet süresi gibi faktörlere bağlı olarak vücutta ısıl etkiye sebep olabileceği gibi ısıl olmayan bazı biyolojik etkilere de sebep olabileceği öne sürülmektedir. Mikrodalga ışınları 0,00001 ile 0,001 eV aralığında olan kuantum enerjisine sahiptir ve bu enerji aralığı moleküler rotasyon ve torsiyon kuantum seviyelerini ayıran enerji aralığına denk gelmektedir. Mikrodalgaların madde ile olan etkileşimi moleküllerin rotasyonunda artışa sebebiyet verir ve rotasyondaki bu artış sonucunda meydana gelen moleküler hareket ile ısı artışı meydana gelir. Aminoasitler, peptidler ve proteinler dipolar özelliğe sahip olan yüklü moleküller olduğundan sulu veya dielektrik bir ortam içinde mikrodalga ışımasına maruz kalmaları moleküler dipollerin rotasyonunda artışa sebep olur. Molekül içindeki dipolar parçalar ile atomları birleştiren bağlar üzerinde rotasyonel kuvettin bu artışı bağları zayıflatır. Bir proteinin 3D yapısı, proteinlere özgü içsel floresansın varlığı ile floresans spektroskopisi kullanılarak izlenebilir. Aminoasitler maksimum UV emilimi ve ışıldama (floresans) özelliğini farklı dalga boylarında gösterdiklerinden dolayı proteinlerdeki yapısal değişimler, bu aminoasitler üzerinden gözlenen emilim ve ışıldama değişimleri izlenerek belirlenir. Bu proje, WiFi'dan yayılan EM ışımalara insanların maruz kalması sonucunda ne gibi biyolojik etkilerin ortaya çıkabileceğini görebilmek/tahmin edebilmek için yapılmıştır. Deneysel çalışma, proteinlerin bütünlüğü ve dolayısıyla fonksiyonlarında meydana gelebilecek biyolojik etkileri gözlemlemek için gerçekleştirilmiştir. Yumurta akı karbohidrat, yağ, su, mineral, vitamin ve yüksek miktarda protein içeren biyolojik kompleks bir yapı olup başta bu biyolojik karakteristikleri açısından insan dokusuna olan benzerliği baz alınarak kullanılmıştır. Ayrıca yumurta akının deneyde benzetim ortamı olarak kullanılmasının diğer nedenleri; termal özelliklerinin insan biyolojik ortamına benzerlik göstermesi ve koagülasyon (haraplama) başlangıcının hemen görülebilmesine olanak tanıyan şeffaf (berrak) bir yapıya sahip olmasıdır. Deneyler, yumurta akı örneklerinin farklı sürelerde 2,45 GHz' de RF ışımasına maruz bırakılmasıyla gerçekleştirilmiştir. Kontrol ölçümleri hiçbir RF ışımasına maruz bırakılmayan yumurta aklarının floresans spektrofotometresinde ölçümlerinin alınmasıyla oluşturulmuştur. Kontrol ölçümlerinden ve RF ışımasına farklı sürelerde maruz bırakılan tüm yumurta akı örneklerinden elde edilen sonuçlar analiz edilip biribirleri ile karşılaştırılmıştır. Çalışmada, RF ışıması için bir mikrodalga anten düzeneği kullanılmıştır. Yumurta akları ilk düzenekte 2, 4 ve 6 saat olmak üzere üç farklı sürede ışımaya tabi tutulmuştur. Işıma 2,45 GHz frekansında (Wi-Fi), CW (continuous wave), +25 dBm (316,2 mW), VRMS; 3,9764 V çıkış gücündedir. İlk düzenekte plastik küvetlere konmuş olan yumurta akları deney düzeneğinde balunlu dipolden 40 cm uzaklığa yerleştirilmiştir. Küvetler yollanan ışımanın yansımasını önlemek için elektromagnetik soğurucuların arasına yerleştirilmiştir. Dipolün arkasına yönlendirme için metal plaka yerleştirilmiştir. Yumurta aklarının bulunduğu küvetler her ışıma süresi tamamlandığında düzenekten alınıp spektrofotometrede floresans (ışıldama) ölçümleri yapılmıştır. Ölçüm sonuçları incelendiğinde ışımaya maruz bırakılan örneklerin ışıldama spektrumlarındaki tepeler hep aynı frekansta çıktığı ve bu tepelerde (pikler) herhangi bir kayma veya genişleme/daralma olmadığı gözlemlenmiştir. Spektrumda gözlemlenen tek değişiklik ışıldama şiddetinde tutarlı olmayan ve belirgin olmayan artış veya azalış şeklinde görülmüştür. Ancak yumurta akı heterojen bir yapı olup içinde parçacık ihtiva ettiğinden bu tutarsız değişimlere bağlı olarak yorum yapmak yanlıştır çünkü bu durumlar floresans şiddetini etkileyen durumlardır. Spektrumlarda EM alan etkisi olarak görülmesi beklenen asıl büyük değişiklik spektral tepelerin çıktığı frekanslarda kayma ve bu tepelerde genişleme/daralma şeklindedir. Böyle bir değişiklik görülmemesi üzerine ikinci bir düzenek kurulup ışıma uzaklığı 20 cm'ye çekilmiş +25 dBm (320 mW) olan çıkış gücü +27 dBm'e (500 mW), (VRMS ; 5,009 V) çıkartılmıştır. Işıma süresi 3, 6 ve 24 saat olarak değiştirilmiştir. Ancak yapılan ölçümler incelendiğinde sonuçların yine aynı çıkmış ve anlamlı bir değişim gözlemlenmemiştir. Sonuç olarak bu çalışmadan elde edilen sonuçlar doğrultusunda, düşük güçte WiFi ışımasına görece sınırlı sürede (maksimum 24 saat) maruziyetin herhangi bir etkisinin olmadığı sonucuna varılmıştır. As in many fields, communication became much simpler and easier with the development of technology. Nowadays Wi-Fi systems providing wireless networking across the globe (worldwide) is the one of the most popular of these systems. Wi-Fi is an acronym for `wireless fidelity`. As the mobile phones and two way radios does Wi-Fi use RF radiation for communication. Using a wireless hub unit Wi-Fi system sends out high frequency radio waves and electricomagnetic energy. Both high frequency radio waves and electricomagnetic energy density decrease with distance and as the energy spreads out in a spherical pattern, it is diffused across a larger area. Since Wi-Fi emits high frequency EM radiation generally at either 2.45 GHz or 5 GHz some concerns were raised regarding the safety of using Wi-Fi. Wi-Fi systems generally emit very low power from both the computer antenna and the router antenna and is typically about 0.3 W (25 dBm). The power falls off very rapidly beyond a few inches away from the antennas. In comparison to cell phones, they emit radiation between 0.6 Watts and 3 Watts (typically at about 1 Watt), generally at 1.9 GHz. Altough Wi-Fi systems emit low power and there are no identified health effects yet there is controversy about potential health hazards caused by Wi-Fi since it emits high frequency EM radiation. The electromagnetic spectrum is grouped into categories based on wavelength and or energy. The EM energy used by Wi-Fi is in microwave region of EM spectrum. There are two types of interactions of EM fields with matter which are called ionizing and non-ionizing. This classification is based on the energy of photons and field strength of waves and it is made according to frequency and energy efficiency, ie., degree of influence on living beings. In this classification radio frequencies are in the non-ionizing part. This part of EM spectrum is starting about 1Hz up to 1000 GHz may cause thermal effects in the body depending on the factors such as distance, power, and length of exposure time. Also it was claimed that there is some probability that this frequency region would give rise to some non-thermal biological effects. The different parts of EM spectrum have different effects upon interaction with matter. First, absorption of a photon by material occurs only when the quantum energies of the incident photons match available energy level gaps of electrons in the material, if not, then the material will be transparent to the incident photons. The quantum energy of microwave photons is in the range 0.00001 to 0.001 eV which is in the range of energies that separates the quantum states of molecular rotation and torsion. The interaction of microwaves with matter will be to rotate molecules and produce heat as result of that molecular motion. Since amino-acids, peptides and proteins are charged molecules with dipolar properties in aqueous or dielectric media, microwaves may induce polarization as well as promote the rotation of molecular dipoles. A protein is composed of a number of dipolar moieties that contribute to the net dipole moment of total protein. This increase in the rotational force on bonds which is caused by microwave radiation connecting dipolar moieties to adjacent atoms in the molecule, reduce the energy required to break bonds. Therefore the bonds get weaker and the probability of hydrolysis increases. Proteins are essential components of living organisms and they are involved in each process occuring within the cells. Any changes in the protein's structure has great importance for human body and may alter or completely finish the activity of that protein, therby giving rise to health problems. Protein folding is the reaction by which a protein adopts its native 3D structure which is the functional state of the protein. Folding happens in several steps, in a simplistic manner, first is formation of the secondary structure (2D) followed by acquisition of the tertiary structure arrangement (3D), and sometime a further quaternary structure (4D) organization in the case of oligomeric complex proteins. The 2D of a protein can be monitored by Circular Dichroism whereas the 3D structure can be tracked down using fluorescence spectroscopy, in particular intrinsic protein fluorescence. Amino-acids which are the constituent of proteins, make their maximum UV absorption and fluorescence emission at different wavelengths thereby giving opportunity to determine the structural changes that take place within the protein by monitoring changes in the observed absorption and fluorescence. This project was conducted to observe / estimate effects if Wi-Fi is exposed to people since Wi-Fi devices are often placed near public areas in cocentrated fashion to increase coverage area. This experimental study was carried out to determine biological effects of Wi-Fi on proteins, protein integrity and thus, protein function after exposure. Hen egg white which is a complex biologic structure was used as phantom media because its characteristics are similar to with those of other biological media such as carbohydrates, lipids, water, minerals and proteins. Furthermore, hen egg white was chosen as a phantom medium also because of the similarity of its thermal properties with those of other biological media and because of its transparency in uncoagulated phase. This study was conducted by exposing the samples to RF radiation at 2.45 GHz for different periods of time. Control measurements were carried out by making fluorescence measurements on unexposed hen egg whites. All results were compared and analyzed in terms of biological effects on protein structure. The samples were exposed to RF radiation by a microwave antenna setup. In our first antenna setup, samples were irradiated at three different time periods that are 2, 4 and 6 hours, RF irradiation was at 2.45 GHz and continious wave (CW). The output of the irradiation was adjusted to +25 dBm (316.2 mW), VRMS; 3.9764 V. Egg white samples were placed in plastic cuvettes which were placed at a distance of 40 cm from balanced to unbalanced dipole. A metal plate was placed on the back of the dipole for orientation. To prevent reflection of incident radiation, cuvettes were placed between electromagnetic absorbers. After each irradiation period, cuvettes were taken from the antenna setup and measurement of their fluorescence spectra was carried out. In fluorescence measurements, first the absorption spectra of the samples was measured. In the absorption spectra of the samples there were two peaks detected coming from lysozme (HEWL) and NADH at 311nm and 386 nm respectively. Subsequently, fluorescence spectra of these two molecules was recorded with excitation at 311nm for lysozyme, and excitation at 386 nm for NADH. From the results and comparison of absorption and fluorescence emission spectra of the samples, no significant changes were observed. The only change was in the fluorescence intensity which was almost imperceptible and inconsitent. Since egg white is a heterogeneous media and it contains particles, it would be misleading interpret about the change in fluorescence intensity. This is because fluorescence intensity can be affected by the concentration of the sample and if the samples contain smaller particles, some of the incident radiation can be scattered rather than absorbed (Tyndall scattering) and thus incorrectly detected as fluorescence. The main changes in the spectra that we expected was a shift in the peaks and/or broadening-narrowing, since the bonds connecting dipolar moieties to adjacent atoms in the molecule get weaker by an increase in the rotational force on them. A second microwave antenna set-up was then established upon failure of observing any using this first setup. The output of the radiation was +25 dBm (320 mW) and was increased to +27 dBm (500 mW), (VRMS ; 5.009 V). Irradiation time was changed to 3, 6 and 24 hours and the distance to antenna was shortened to 20 cm. Suprisingly, there were no significant changes observed in the camparison of the fluorescence spectra of samples after this second set of measurements. There was no difference between the results of measurements from two setups. Consequently, exposure to the low power Wi-Fi irradiation for a limited time (24 h) has no significant biological effects on HEWL and NADH. 163

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2014, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2014, Sesötesi cihazlar ülkemizde teşhis amaçlı olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Sesötesi teşhis cihazlarının pozisyon doğrulama (kalibrasyon), mevcut sistemlerin sinyal ve gürültü oranlarının iyileştirilmesinde, kullanıcıların cihaz kullanımları öncesi pratik çalışmalarında ve uygulama esnasında alınan görüntülerin bilinirliği ve yorumlama kolaylığı sağlanması amacıyla fantomlara ihtiyaç duyulmaktadır. Sesötesi uygulamalarında insan dokularının özel karakteristiğini tasvir edebilecek test materyallerine fantom veya doku simülatörü denir. Literatürde çeşitli dokuların tasvir edilmesi amacıyla değişik materyaller kullanılarak fantomlar oluşturulmuştur. Özellikle yumuşak dokuların tasvir edilmesi amacıyla agar, jelatin, magnezyumsilikat, yağ jel, poliüretan, epoksi reçine, polivinil alkol (PVA), polisakkarit jelleri gibi materyaller ile oda sıcaklığında sertleşebilen silikonlar (RTV) kullanılanlardandır. Su temelli materyaller özellikle agar ve jelatin gibi hidrojel olarak adlandırılabilecek malzemeler iyi performans, herhangi bir zararlı kimyasal içermemeleri, kolay kullanım, uygulamada sağladıkları esneklik ve akustik özellikleriyle öne çıkabilmektedirler. Fantomların üretilmesinde en önemli kriterler simule edilmek istenilen dokuların akustik özelliklerine sahip olunmasının sağlanabilmesidir. Bunların başında dokudaki ses hızı, akustik empedansı, zayıflatma ve gerisaçılım katsayıları ile dokunun basınç altındaki değişime tepkisidir. Ticari olarak üretilen fantomlar birçok pazar ve belli başlı uygulamalar için üretilmiş olup kişiselleştirilememektedir. Birçok dokuyu ve organı temsili olarak oluşturan bu fantomların fiyatları yüksek değerlere ulaşabilmektedir. Bu sebeple uygulama yapılacak dokulara en yakın özellikte, kullanımı kolay ve maliyeti düşük fantomların üretilmesi önem taşımaktadır. Jelatin gibi materyaller ile oluşturulmuş fantom veya doku modellerinde yaşanan en temel sorunlar; mikrobiyolojik unsurların (bakteri ve mantarların) zaman içinde gelişmesi ve hassas yapıları nedeniyle fantomların fiziksel ve akustik özelliklerini kaybedebilmeleridir. Çalışmada yapımı kolay, herhangi bir zararlı kimyasal içermeyen hayvansal bir ürün olan jelatin kullanarak, maliyeti düşük sesötesi fantomlar oluşturarak ölçümler alındı. Ölçümlerin alınmasında darbe-yankı metodu ve A tipi tarama kullanılarak, fantomların içerisine yerleştirdiğimiz kitle ve kist tasvirlerinin konum, boyut gibi özelliklerinin tespit edilmesine çalışıldı. Fantomdaki ses hızının ölçümü ve bu hızın insan yumuşak dokularındaki hız değerine (≈1540 m/s) ulaştırılması için çalışma yapıldı. Ayrıca; doku içerisinde bulunması muhtemel saçıcı ve dağıtıcı tasvirlerini de katmak suretiyle ölçümlerimizin gerçekliği arttırılmaya çalışıldı., Medical imaging is one of the fastest developing areas in medicine. One of the major factors of this development is examining the tissues without physical intervention. The most frequently used technique in medical imaging is the use of ultrasonic systems due to its damage-free nature to tissues, easy to use, getting real time images, and non-radiation technique, which is relatively low cost comparing with other imaging methods. Ultrasound systems use sound waves to examine tissues. When sound waves meet different impedance inside the human body, they are scattered or backscattered where the same transducer collects the backscattered waves. When one transducer makes this process, is called A type scan. In practice instead of a single transducer an array of transducers are used whose outputs can be combined to produce two-dimensional images, which are called B scan. The B scan works as A type scan mode but plots the strength of the scattered or backscattered signals as changes in brightness. Strong reflections are brighter than the weaker reflections. While transducer is moving on human body, a two-dimensional image is built by these reflections. Today, mostly ultrasonic system imaging uses B type scan. Ultrasound phantom or tissue simulators are testing objects that illustrate or simulate the special characteristics of human tissues in ultrasonic applications. Hospitals, clinics and research centers use phantoms to calibrate and initial testing of their systems, additionally training of ultrasound technicians prior to the practical work. Optimizing signal to noise ratios of the existing systems and getting familiar before real applications are also necessary. In literature, various materials and many techniques have been proposed to produce phantoms. Specifically, for mimicking soft tissues agars, gelatin, magnesium silicate, oil gel, polyvinyl alcohol (PVA), polyester and epoxy resins, and room-temperature vulcanizing (RTV) silicone are frequently used. Water based substitutes, agars and gelatin based soft tissue substitutes (also called hydrogels) are the most widely used materials that have advantages of being easy to prepare, and easy to use. Moreover, well performance, containing no harmful chemicals, flexibility and acoustic properties come into prominence at usage. The ideal ultrasound phantom should have same acoustical properties as those simulated tissues. The most important characteristics are sound speed in tissue, acoustical impedance, attenuation, backscatter coefficient and nonlinearity parameter. The speed of sound in tissue typically determined by the time of flight measurements through a material of given thickness. Acoustic impedance can be calculated by speed of sound in tissue and measured density of material. The attenuation coefficient can be measured using through-transmission method, especially for low attenuation materials. Acoustic properties of soft tissue phantoms are highly dependent on preparation technique and handling. Mostly measurements of acoustic properties of tissues are taken in room temperature, however these will be highly dependent on tissue substitutes and temperature varies. The most important problem encountered in the use of such materials in phantoms is microbiological factors (i.e., bacteria and fungus) which may evolve over time due to the sensitivity nature of losing physical specifications and acoustical characteristics that change with time. Many commercially produced phantoms, which are used by a wide range of markets, are not customized but manufactured for particular applications. Customize designed phantoms are either expensive or cannot simply developed by the user. To overcome the above-mentioned disadvantages and to have the closest features to the tissues one may need to produce his/her own easily produced and low cost phantom. In this thesis; gelatin, which is an animal product that contains no harmful chemicals, has been used as low-cost, homemade ultrasonic phantoms. The pulse-echo measurements of A type scanning is preferred. Note that the pulse-echo method is the most frequently used and simply method. This method relies on sending sound waves from a transducer and getting echoes from the same one. Among various available 1 MHz surface type transducers in our laboratory, a transducer with the best frequency response has been chosen for experiments whose center frequency was at 870 kHz with a bandwidth of 485 kHz. Vegetable oil and vaseline are used as couplant. As these couplant materials cause defect during the tests, simply water is used also. For those, the selection criteria should be the same as the impedance value with applied tissues additional non-reacting chemical selection. In this study, the cartridge of silicon has been considered as the tissue mimicking phantom material, which can be easily found in the market. 200 bloom of beef gelatin is used in this study, which is low cost, contains no harmful chemical and can easily be found in vendors. To simulate a mass and a cyst in a tissue, an olive and a grape have been chosen respectively. Both of are considered in literature also. Moreover, water filled balloons may be used for depiction of cyst and fruit or vegetable pieces may be used for depiction of soft tissue mass also. The probable scatters within tissue are simulated (to strengthen the reliability of the measurements) by local dehumidifier silicagels. Existing laboratory tools such as an ultrasound pulse sender/receiver, a surface type transducer, an oscilloscope and by labview program controlled computer have been used as the experimental setup. Ultrasonic velocity measurements and position determination of foreign objects (such as money) are studied for our homemade produced phantom. Then, in another homemade produced phantom cyst depiction is formed and its location is determined. Similarly, mass simulated measurements have been performed. In order to achieve the same range of ultrasonic velocity (approx. 1540 m/s) in human soft tissues ethanol (70%) is added to the phantom. Ethanol addition to measurements shows an effect of rate increase. Another ethanol added gelatin mixture has been prepared for re-measurements to simulate scatters in the tissues by using silicagels, which are distributed as possible as homogenously whose radial dimensions are 2-4 mm. In fact, it is rather difficult to create a desired distribution of silicagels in the gelatin and ethanol liquid mixture homogenously. The silicagels that are added to create the noise in the phantom but did not. Silicagel’s radial dimensions are much bigger than sound wavelength, since backscattered waves amplitude are decreased; instead of silicagels, more highly reflective materials should be used is concluded. In this thesis, measurement of depth has achieved correctly for depicted materials in soft tissue phantoms, which are made by gelatin. Additionally, adding ethanol to gelatin mixture has increased the sound speed in the phantom to as approximate as real soft tissue values. Further study may be necessary to investigate the effect of increasing the concentration of ethanol mixture to phantoms to see the effect of sound speed., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2013, Büyük bir hızla süren bilimsel ve teknolojik ilerlemeler tıp sektörüne de yansımış ve bunun sonucu olarak ileri teknoloji ürünü tıbbi cihazlar üretilmeye başlamıştır. Bu cihazlar, hastalıkların teşhisinde ve tedavi sürecinin yönetilmesi konusunda doktorlar tarafından yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Tıbbi görüntüleme sistemleri arasında yer alan ve vücuttan geçen X-ışınının ölçülmesi esasına dayanan bilgisayarlı tomografi cihazı; vücudun herhangi bir bölgesinin kesit görüntüsünü oluşturma kabiliyetine sahiptir. Yüksek konumsal çözünürlüğe ve doku kontrastına sahip olması sebebiyle doktorlar tarafından sıklıkla tercih edilen bir yöntem olmuştur. Bilgisayarlı tomografi cihazı, yapısı ve çalışma prensibi itibariyle kemikli dokuların incelenmesinde, yumuşak dokulara oranla daha başarılıdır. Dünya sağlık örgütünün yaptığı tanımlamaya göre kemik erimesi (aşırı kemik gözenekliliği), kemik mineral yoğunluğu azalmış ve mikromimarisi bozulmuş bir kemik hastalığıdır. Son yıllarda osteoporotik çatlama ve kırıklar toplum sağlığını tehdit eden en önemli problemlerden biri haline gelmiştir. 50 yaş ve üzerindeki kadınların menopoz sonrası dönemde bu sorunla karşılaşma oranları %30 seviyesinin üzerine çıkmaktadır. Kemik erimesi hastalığı için erken teşhis çok önemlidir. Eğer zamanında müdahale edilip tedavi aşamasına geçilmezse, hasta dokularda çatlaklara ve hatta kırıklara yol açmaktadır. Bu tez çalışmasında, bahsedilen sorunlardan esinlenerek, bilgisayarlı tomografi görüntüleri üzerinden örüntü tanıma yöntemi ile kemik erimesi olan hasta dokuların sağlıklı dokulardan ayırt edilmesi amaçlanmıştır. Çalışmanın ana yapısında dalgacık dönüşümünden faydalanılarak öznitelikler elde edilmiştir. Temel bileşen analizi yardımıyla öznitelik sayısı azaltılmış, örüntü tanımlayarak hasta olabilecek kemik dokusu ile sağlıklı kemik dokusunu sınıflandırabilmek için yapay sinir ağları ve destek vektör makineleri yöntemlerinden faydalanılmıştır. Sonuç olarak biyomedikal alanda yapılan çeşitli çalışmalarda sıkça kullanılan bu iki yöntemin başarısı karşılaştırılmış ve yapay sinir ağları ile yapılan sınıflandırmada %86 başarıyla erken dönem görüntülerine osteoporoz teşhisi konulabilmiştir. Destek vektör makineleri ile gerçekleştirilen sınıflandırmada ise doğruluk yüzdesi artırılarak %92.5 doğrulukta teşhis konulabilmektedir. Bu çalışmanın sonucunda alınmış olan başarılı sonuçlar kemik erimesi teşhisi için önemli bir katkı sağlamaktadır. 1. bölümde, çalışmanın amacı anlatılmış ve bu alanda yapılmış olan benzer çalışmalar incelenmiştir. 2. bölümde, tıpta kullanılan görüntüleme sistemlerinden kısaca bahsedilmiştir. Ayrıca bilgisayarlı tomografi sisteminin çalışma prensipleri detaylı olarak açıklanmış, kullanım alanları ve biyolojik etkilerine yer verilmiştir. 3. bölümde, kemik erimesi hastalığı üzerinde durulmuş, teşhiste kullanılan yöntemler ve konuyla ilgili bazı mühendislik problemleri detaylı olarak incelenmiştir. 4. bölüm tez çalışması kapsamında kullanılan yöntemlerin incelenmesinden oluşmuştur. Kullanılan veri setinden ve bazı ön işleme yöntemlerinden bahsedilmiş, dalgacık dönüşümü, temel bileşen analizi, yapay sinir ağları ve destek vektör makineleri detaylı olarak anlatılmıştır. 5. bölümde her iki yöntem kullanılarak elde edilmiş olan sonuçlar gösterilmiş ve son bölümde ise tüm sonuçlar yorumlanarak ilerde yapılması planlanan çalışmalardan bahsedilmiştir., Technology and science develop rapidly and reflect themselves also in medical sector. Advanced technological medical devices are being produced following this. These devices are used widely by doctors in the diagnostic phase and during the management of treatment period. Computerized tomography device ranked among the medical imaging systems and based on the assessment of X-rays passing through body, has the capability of generating cross-sectional image of a part of the body. Due to its high spatial resolution and tissue contrast, it has become a frequently-preferred method among doctors. Computerized tomography device due to the nature of its structure and functioning principles is more successful in examination of bone tissues than soft tissues. According to World Health Organization, osteoporosis has been defined as a disease characterized by low bone mass and microarchitectural alterations of bone tissue, leading to enhanced bone fragility and consequent increase in fracture risk. In recent years, osteoporotic fractures or breaks have become one of the leading problems that threaten the health of society. Postmenopausal osteoporosis rate exceed 30 percent among females at the age of 50 and above. Early diagnosis is very important in osteoporosis. For beginning osteoporosis, bone loss can be slowed or prevented. A diet rich in calcium and vitamin D, or dietary supplements thereof, reduce risk of osteopenia and osteoporosis and strength-building exercise stimulates bone formation. If it is not treated or put under treatment in time, it causes cracks and even fractures in tissues with the disease. The primary goal of the diagnostic procedures is to assess the degree of bone loss for a decision on possible treatment. Whereas calcium and vitamin D supplementation are widely recommended, the type and vigorousness of a possible exercise regimen strongly depends on the degree of bone deterioration. The use of drugs also depends on the diagnosis. In advanced stages of bone deterioration it is, therefore, crucial to establish the individual fracture risk. The most common method of assessing bone strength is to monitor loss of bone mass by bone mineral densitometry. However, bone mineral densitometry is not the only factor involved in bone fragility and, therefore, in the individual risk of fracture. Indeed, considerable overlap occurs between bone mineral density values in patients with and without fractures. Other factors that influence bone strength include the bone turnover rate, bone microarchitecture, bone mass distribution, microlesion accumulation, bone crystal quality, collagen fiber quality, the degree of mineralization, and trabecular microarchitecture. The focus of recent research has been three-pronged. On the treatment side, scientists are striving to understand the cellular mechanisms that determine the balance between bone-resorbing cells (osteoclasts) and bone-forming cells (osteoblasts), with the long-term goal to influence this balance in favor of bone formation. On the diagnostic side, researchers are striving to obtain information about the bone microarchitecture, because the combined measurement of bone density and microstructural parameters promise to improve the prediction of the fracture load and therefore the individual fracture risk. Finally, basic research efforts are aimed at understanding the complex biomechanical behavior of bone. In all three cases, imaging methods play a central role. There is wide agreement that the averaging nature of the density measurement does not take into account the microarchitectural deterioration, and imaging methods that provide a prediction of the load-bearing quality of the trabecular network are actively investigated. Studies have shown that X-ray projection images, computed tomography (CT) images, and magnetic resonance images (MRI) contain texture information that relates to the trabecular density and connectivity. In this study, it is aimed to distinguish between healthy tissues and diseased tissues with osteoporosis through pattern recognition method using computerized tomography images taken from Orleans Hospital. 39 women as controls aged 67.9±9.87 standard deviation and 41 osteoporotic fractures cases aged 74±10.81 standard deviation wewre enrolled in the study. All the patiens filled out an osteoporosis risk questionnaire that included: age, personal and familial history of fracture, tobacco (yes or no), alcohol (yes or no), menopausal status, use of hormonal replacement therapy. Images were obtained on calcaneus with a direct digital computerized tomography devie. The devices for the study were cross-calibrated. Focal distance was settled at 1.15 meters. X-ray parameters were 55kV and 20mAs for all patients. Scanning the heel permitted the selection of a similar measurement site (ROI) for each subject by using anatomical landmarks. These anatomical landmarks were localized by a physician, allowing a positioning of the region of interest 1.6x1.6 cm2. The technique consist in four stages procedure. First, a high pass special frequency filter is applied to keep the essential information of the texture. The second step is the quantization of the gray level texture from 256 to 16 gray levels. In the main structure of study, image features were obtained through employment of wavelet transform. Mean and variance values of horizontal, vertical and diagonal directions are defined as features. The number of features is decreased from 6 to 2 by employing principle component analysis for each image. In the last step different models of classification are applied and compared with each other. Artificial Neural Networks and Support Vector Machines methods are used to classify healthy bone tissues and possible diseased bone tissues by pattern recognition. For artificial neural network classification, multilayer perceptron as structure and feed forward backpropagation algorithm as training method is used. As a result, the success level of these two methods which are frequently employed in various studies in biomedical field, was compared. Diagnosis of osteoporosis under the classification done with artificial neural networks was realized with the success rate of % 86 in early period images. Support vector machines also proved % 92.5 success rate in correct diagnosis of the disease. The successful results obtained in this study, provide important contributions to the diagnosis of osteoporosis. In the first chapter, the purpose of the study is explained and the similar studies conducted in this field are presented. In the second chapter, imaging systems employed in medicine are briefly described and operation principles of computerized tomography system are explained in detail and also areas of its use and biological effects are included. In the third part, osteoporosis is given special attention. Some engineering problems concerning this issue and some other methods used in diagnosis are examined in detail. In the fourth chapter of the thesis, methods used in this dissertation are examined. Dataset and some pre-process methods together with Wavelet Transform, Principal Component Analysis, Artificial Neural Networks and Support Vector Machines are explained in detail. In the fifth section, all the results obtained through use of both methods are presented. And in the last part includes interpretation of all findings and explanation of planned future studies., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2013, Bu çalışmada, manyetik rezonans görüntüleme tekniği ile elde edilmiş beyin görüntülerinden Multipl Skleroz hastalığı sebebiyle oluşan lezyonların kümeleme algoritmaları kullanılarak ayrıştırılması amaçlanmıştır. Bu amaçla, bulanık c-ortalamalar algoritması ile bu algoritmaya farklı bir yaklaşımın uyarlanmasıyla geliştirilmiş olan tip-2 bulanık c-ortalamalar yöntemi BrainWeb veritabanından alınmış yapay MR görüntüleri üzerinde test edilmiştir. Ayrıca, bulanık c-ortalamalar algoritmasının başlangıç değerlerine bağlılığını azaltmak için parçacık sürü optimizasyonu algoritmasından faydalanılmıştır. Bölütleme aşamasında öznitelik olarak T1 ve T2 ağırlıklı yapay MR görüntülerinin gri seviye değerleri kullanılmıştır. Kullanılan algoritmalar için önemli parametrelerin değerleri yapılan denemeler sonucunda belirlenmiştir. Algoritmalara ait kodlar MATLAB kullanılarak yazılmıştır. Bölütleme sonuçları, söz konusu veri tabanından alınan hedef görüntülere göre değerlendirilmiş ve tip-2 bulanık c-ortalamalar yaklaşımının üstünlüğü gösterilmiştir., In this study, segmentation of Multiple Sclerosis (MS) lesions in brain magnetic resonance images using clustering algorithms is intended. For this purpose, fuzzy c-means algorithm and type-II fuzzy c-means algorithm which is developed applying a new approach on fuzzy c-means algorithm, are tested using synthetic MRI images. The images are taken from BrainWeb database. In addition, particle swarm optimization algorithm is used to reduce sensitivity of fuzzy c-means algorithm to initial values. In segmentation process, grey level intensities of T1-weighted and T2-weighted MR images are used as features. The values of parameters which are effective on the performance of algorithms are determined using experimental results. Codes of algorithms are implemented using MATLAB. The clustering results are compared with the target image which is presented by BrainWeb database and superiority of type-II fuzzy c-means algorithm for this problem is proven., Yüksek Lisans, M.Sc.

Bu çalışmada, Tip 1 diyabet hastaları için insülin dozları öneren ve kan şekeri düzeylerindeki değişikliklere uyum sağlayabilen kapalı döngü bir kontrol sistemi önerilmektedir. Diğer çalışmalardan farklı olarak, önerilen bu sistem, hastaya ait, ard arda alınmış üç kan şekeri ölçüm değerini karşılaştırarak, hastaya kan şekeri düzeyini normal sınırlarda tutmaya yardımcı olacak insülin dozlarını hesaplar.Önerilen bu sistem gönüllü gerçek bir Tip 1 diyabet hastası üzerinde de test edilmiştir. Böylelikle hastanın normal tedavisinde kullandığı insülin miktarları ile sistem tarafından önerilen insülin miktarları karşılaştırılmıştır.Buna ek olarak, sistem farklı kan şekeri profilleri üzerinde denenerek, değişime uyum sağladığı ve tutarlı sonuçlar ürettiği gözlemlenmiştir. Böyle bir kontrol sisteminin tasarımı için en yaygın yapay zekâ tekniklerinden olan Bulanık Mantık tekniği kullanılmıştır. Bu amaçla, tasarlanan kontrol sistemi FIS editörü kullanılarak, MATLAB programlama dili ortamında gerçekleştirilmiştir. This study presents an adaptive closed loop system that proposes insulin dosage to regulate the blood glucose level of Type 1 diabetes patients. Developed prototype system contains of two Mamdani type fuzzy logic controllers, database files with patient information, response of the system is stored, and insulin on board module prevents the user from overlapping injections. One fuzzy controller adjusts the amount of insulin by producing a coefficient factor according to the age and body mass index of the patient, another one purposes insulin doses comparing the patient's glucose readings. In this prototype, Centroid method, which is the most common method used in fuzzy logic systems, was used for defuzzyfication process.Unlike prior studies, our proposed system compares three arbitrary blood glucose readings and proposes an insulin dosage to regulate blood glucose level of the patient. The system was tested using blood glucose readings of a real type 1 diabetes patient. Additionally, a second type-1 diabetes mellitus patient was used to test the system stability and adaptive abilities. Moreover, generated insulin dosages were compared with the multiple daily injection treatment dosage to prove system's reliability. Finally, MATLAB programming environment and fuzzy logic toolbox were used to design the system. 95

En ilkel canlılardan en gelismis primat kabul edilen insana kadar doğru zamanda doğru kararlar verebilme yeteneğini üstlenen beyin bölgesi temelde aynı yapılardan oluşmaktadır. İnsan beynini üstün kılan neokorteksin bu devreyi referans alarak evrimleştiği iddia edilmektedir. En temel hayati kararlardan duyguların da devreye girdiği karmaşık kararlarda bilim insanlarının işaret ettiği beyin alt yapısı basal ganglia çekirdekleridir. Yapılan çalışmalar göstermektedir ki birden fazla döngü ile iç içe geçmiş bu bölge beynin birçok bölgesine aksonlarla bağlanmışken birçok bölgeden de uyarılar almaktadır. Basal ganglia devresine ilişkin herbir döngüyü bağlantı aldığı bölgelere bakarak fonksiyonel olarak sınıflandırabilmek mümkün olduğu gibi bu döngülerin birbirleriyle de sıkı bir ilişki içinde olduğunu söylemek mümkündür. Karar verme üst başlığı altında ilgilenilen yaklaşım eylem seçimidir. Eylem seçimi birden fazla seçeneğin olduğu durumlarda ortam şartlarına da bakarak en doğru eyleme yönelmemiz olarak tanımlanabilir. Bilişsel süreçlere ilişkin geliştirilmiş hesaplamalı (matematiksel) modellerin amacı canlıların davranışlarında rol alan bu mekanizmaları açıklamaya çalışmaktır. Bu modeller özellikle son yıllarda insansı robot çalışmalarında da kullanılmaktadır. Bu çalışmada vurgulanmak istenen ise karar verme ve pekiştirmeli öğrenmeye ilişkin bilişsel süreçlerin hesaplamalı modellerinin robotik uygulamalarını gerçekleştirmektir. Bu çalışmada özellikle motor hareketlerden sorumlu olduğu düşünülen dorsal korteks-basal ganglia-talamus devresi ile ilgilenilmiş ve bu bölgenin fonksiyonel yapısı sistem seviyesinde geliştirilen bir matematiksel model ile açıklanmak istenmiştir. Geliştirilen model lineer olmayan dinamik sistemler disiplininde ele alınıp ele alınan devreye sistem seviyesinde yaklaşan bir modeldir.Hesaplamalı sinirbilim son yıllarda birçok disiplinden bilim insanının ilgilenmeye başladığı bir disiplin haline gelmiştir. İnsan beyninden esinlenerek geliştirilen makine öğrenmesi algoritmalarından daha hızlı ve daha verimli yazılım teknikleri için `beyin gibi programlama` tekniklerine kadar özellikle mühendislerin ilgilendiği birçok konunun temelini oluşturmaya, bilim insanlarının meraklarının bu yöne çekilmesine sebep olmuştur. Günümüzün çözülememiş en büyük sorularından birinin beynin nasıl işlediği oluşu, bu soruna mühendislik bakış açısıyla da bakılmasını zorunlu hale getirmiştir. Beynin işleyişine ilişkin matematiksel modeller ve bu modellerin test edilmesi güçlü yazılım tekniklerine ve de matematiksel bakış açısına sahip olunmasını gerektirmektedir.Ele alınan bu tezde, beynin işleyişine ilişkin en popüler sorulardan biri olan eylem seçimini nasıl veririz, bu bilişsel süreci kontrol eden beyne ilişkin devreyi modelleyebilir miyiz ve modelimizi nasıl test ederiz sorularıyla başlandı. Amaca yönelik davranışlar ve pekiştirmeli öğrenmeye dair bilişsel süreçlerin hesaplamalı modelleri merkezi sinir sisteminin fonksiyonel birimleri ile sinir taşıyıcılarına dair bulgulara dayanmaktadır. Yapılan çalışmalar göstermiştir ki, bulunulan ortamdan alınan çeşitli uyaranlara bağlı olarak farklı seçenekler içerisinden yapılan seçimlerde basal ganglia çekirdeklerinin önemli bir rolü vardır.Nörofizyolojik bulgular basal ganglia çekirdeklerinin eylem seçiminde görev almasının yanında özellikle ödüle dayalı öğrenme ile de sıkı bir ilişkisinin olduğunu işaret etmektedir. Bu bulgulara dayanarak, geliştirilen matematiksel model ile zamansal fark öğrenme algoritması birlikte ele alınmış ve dinamik sistemler yaklaşımında geliştirilmiş olan modelin dallanma analizleri yapılarak basal ganglia çekirdeklerinde öğrenmenin nasıl gerçekleştiğine ilişkin bir metot geliştirilmiştir. Model ve geliştirilen öğrenme metotu tıpkı nörofizyolojik bulgularında işaret ettiği gibi basal ganglia çekirdeklerinin en önemlisi olan striatumun ve striatuma etki eden dopamin hormonunun öğrenmedeki etkisini modelleyebilmektedir. Ödül ve doğru karar arasında kurulan ilişki dopamine karşı düşen parametre ile kontrol edilebilmektedir.Modelin geliştirilmesi ve dallanma analizlerinin yapılmasından sonra hesaplamalı sinirbilim literatüründe özellikle son yıllarda önem kazanan robotik bir uygulama ile test edilmesi amaçlanmıştır. Geliştirilen matematiksel modelin robotu kural tabanlı bir kodlama ile değil de tamamen modelin kararlarına bakılarak yönlendirmesi amaçlanmıştır. Test ortamında en temel üç hayati eylem ele alınmıştır. Bilinmedik bir ortamda bir farenin hayatta kalabilmesi için gerekli olan bu üç eylem, ortam içerisinde yem bulmak için hareket edebilme, önüne çıkan engellerden kaçınma ya da yem olduğunu düşündüğü cisimleri alma, ve eğer yem bulduysa güvenilir bulduğu yuvasına bu yemi taşıma olarak sınıflandırılabilir. Robot testimizde robot için de bu üç eylem yeniden organize edilmiş ve tekerleklere ilişkin motorları çalıştırıp ortam içerisinde rastgele hareket etme, engel, yem ve taşıyamayacağı kadar ağır olan yem arasındaki farkları ayırdedebilme ve potansiyel yemini kaldırma ve yine en son olarak ışıkla işaretlenmiş yuvasına dönme olarak dizayn edilmiştir. Robot üzerinde kullanılan uzaklık ve ışık sensörleri farenin dış dünyayı tanıyabilmesi, duyumsayabilmesi için kullandığı koku alma ve görme duyularını sembolize etmeye, anlamlandırmaya çalışmaktadır.Yapılan 30 simülasyon göstermiştir ki, bu çalışmada kullanılan hesaplamalı model ve pekiştirmeli öğrenme algoritması robota yem olarak tanıtmaya çalıştığımız silindirleri, engellerin olduğu bir ortamda,yaklaşık 6. ya da 7. denemesinde tanımış sürecin devamında yani yemi öğrendikten sonra yuvasını ise 3. ya da 4. denemesinde öğrenebilmiştir. Beklenildiği üzere robot bu 30 testin tamamını öğrenmeyle neticelendirmemiş, değişen ortam şartlarına bağlı olarak öğrenememe ile de karşılaşmıştır.Geliştirilmiş olan bu robotik test ortamı matematiksel model, bu modele ilişkin dallanma analizleri ve pekiştirmeli öğrenme aynı anda ele alınarak çözülmüştür. Test ortamı kurulurken görevlerin çok daha zorlu olmasındansa modelin ve öğrenme metotunun işlerliğinin görselleştirilmesi amaçlandığı için robota ilişkin görev basit tutulmuştur. Modelin ve öğrenme metodunun bu test ortamından başarı ile test edilmiş olması çok daha karmaşık testlerin de çözülebileceğine ilişkin bir ilk adım olarak düşünülmektedir.Geliştirilen matematiksel model beyne ilişkin alt yapılara ve alt yapıların birbirleriyle olan ilişkisi gözönüne alınarak modellenmiştir. Matematiksel modellerin bilişsel bilimdeki en önemli özelliklerinden biri de modellere bakarak tam tersine ele alınan beyne ilişkin alt yapılar hakkında yorumlar yapabilmenin mümkün olabilmesidir. Ele alınmış olan bu matematiksel model daha önce de vurgulandığı gibi birçok özel fonksiyonları karşılayabilme yeteneğine sahiptir, tıpkı dopamin ile öğrenme arasında bir ilişkiye işaret edebilmesi gibi. Matematiksel modelin bir diğer özelliği de ele alınan beyne ilişkin basal ganglia çekirdeklerinin fonksiyonel olarak bozulmasında görülen davranışsal bozukluklara da işaret edebilmesidir. Dopamin azlığının günümüzün en önemli rahatsızlıklarından biri olan Parkinson ile ilişkilendirilmesi ve Parkinson hastalarında belirgin olarak görülen eylem seçimine ilişkin görülen kararsızlık matematiksel model tarafından da karşılanabilmektedir. Benzer şekilde dopamin fazlalığının sebep olduğunun bilindiği genetik bir rahatsızlık olan Huntington hastalığının da modeldeki dopamin kontrol edilerek işaret edilebildiği gösterilmiştir. Eylem seçimine ilişkin elde edilen sonuçlar tıpkı Huntington hastalığında olduğu gibi aynı anda birden fazla eylemin çok kolay bir şekilde seçilebilmesini gösterebilmektedir.Bu çalışma ile, nöral yapılara dayanarak geliştirilen hesaplamalı modellerin robotik uygulamalarının, bilişselsüreçlerin anlaşılmasının yanı sıra makine öğrenmesi için de gerçekleştirilecek çalışmalara yeni bakışaçısı kazandırabileceğine dair bir örnek teşkil etmesi amaçlanmıştır. The computational models of cognitive processes affirm our understanding of the ongoing mechanisms and robot models are a further step in computational neuroscience. The main point of this thesis is to show the potentialuse of robot models for tasks requiring high order processes like action selection and reinforcement learning.Neurophysiological experimental results suggest that basal ganglia take part in selecting an action amongst different choices based on the saliencies of each possibility. There are computational models based on these experimental results for action selection. This work focuses on modification ofaction selection by dopamine release and a computational model capable of adapting it behaviour with parameter change is proposed. In this work, the aim is to investigate the effectiveness of the cortico-striato-thalamic model in a scenario based on rat?s behavior, so behavior of a rat is simulatedon the mobile robot Khepera II. The proposed model has the ability of selecting the appropriate actions under changing environmental conditions, thus it is suitable to implement learning to become familiarwith a new environment.The differences between the sensory systems of the mobile robots and the rat is resolved in order tomimic the behavior of a rat. The mobile robot is trained to learn to recognize the food and the placeof the nest and it is capable of completing the task even though the conditions in the environmentchanges. In all of 30 trials, mobile robot recognizes the food approximately in 6 or 7 steps and alsoapproximately at its $4^{th}$ trial the robot learns theplace of the nest and deposits the food there.The ultimate goal of this thesis is to investigate the high-order process, goal-directed behaviour, and to utilize the reinforcementlearning to determine the choices and using a simpler model of cortico-striato-thalamic circuit foraction selection. The contribution of this thesis is to focus on bifurcation analysis of the dynamical system proposed for goal-directed behaviour. Based on this bifurcation analysis, we investigated the updating of action selections during reinforcement learning, and explain how this updating effects thedynamic systems behaviour. So an explanation of Basal Ganglia circuit for action selection is given, and these results are implemented on a mobile robot to solve a foraging task. 97

Bu çalışmada, amaç göğüs dokularının heterojen yapısını ve dielektrik özelliklerin göğüs içerisindeki değişken dağılımını gözlemleyebilmek için göğüs dokularının elektriksel özelliklerinin incelenmesidir. Bu amaç doğrultusunda, mikrodalga frekanslarda yürütülen göğüs kanseri çalışmalarında kullanılmak üzere MRI tabanlı göğüs modelleri oluşturulmuştur. Hassas sonuçlar elde edebilmek için, öncelikle Euromed Radyoloji Merkezi ve Maltepe Üniversitesi'nden alınan MRI görüntülerine pürüzsüzleştirme ve kenar belirleme filtreleri gibi çeşitli görüntü işleme teknikleri uygulanmış ve sonra MRI intensite değerleri MRI intensite histogramlarından yararlanılarak üniform bir dielektrik değer dağılımına dönüştürülmüştür. Bu kapsamda, histogramlar ilgili göğüs görüntüsünün doku dağılımı hakkında bilgi edinilmesinde ve Gauss eğrileri de iki temel doku türü olan yağ ve fibroglandular doku arasındaki ayrımın belirlenmesinde kullanılmıştır. Gauss karışım modeli ve temel istatiksel tanımlar aracılığıyla intensite aralıkları belirlenmiştir. Bundan sonra, hesaplanan intensite aralıkları doku-bağımlı dielektrik aralıklarla eşleştirilmiş ve ardından parçalı lineer interpolasyon ve kübik spline interpolasyonu kullanılarak intensite değerleri dielektrik değerlere, diğer bir deyişle, dielektrik sabit ve iletkenlik değerlerine, dönüştürülmüştür. Burada, her iki interpolasyon sonucunda elde edilen sonuçlar karşılaştırılmakta ve elde edilen grafik ve şekiller gösterilmektedir. Sonuçta, parçalı lineer interpolasyon daha dağınık bir dielektrik değer dağılımı verirken kübik spline interpolasyonunun dokular arasında daha yüksek bir kontrast gösterdiği fark edilmiştir. Böylece, uygulanan her iki yöntemin de etkin sonuçlar verdiği görülmüş ve bu yöntemler aracılığıyla MRI görüntülerinden yararlanılarak gerçeğe yakın elektriksel göğüs modelleri elde edilebileceği kanısına varılmıştır. In this study, the objective is the investigation of the electrical properties? variations in the breast tissues in order to exhibit the heterogeneity of the breast tissues and the dispersive nature of the dielectric properties across the breast. In line with this purpose, MRI based breast models, which will presumably assist the breast cancer research carried out at microwave frequencies, were constructed. For precise results, several imaging processes such as the application of various smoothing and edge detection filters to the MRI images, which were obtained from Euromed Radiology Centre and Maltepe University, took place and MRI intensity values were transformed into uniform grids of dielectric values by using the MRI intensity histograms. Histograms were utilized in interpreting the tissue distribution of the relevant breast image and Gaussian curves were plotted to perceive the diversity between the two baseline breast tissue types, namely fibroglandular and fatty tissues. Then, the Gaussian mixture model and the basic statistical definitions were used in order to determine the intensity intervals. Afterwards, the intensity intervals computed were matched with the tissue?dependent dielectric intervals, subsequently, the intensity values were mapped to dielectric values, namely, dielectric constants and conductivity values, via piecewise linear interpolation and cubic spline interpolation. The dielectric distributions obtained from both of the approaches are compared and the resulting figures and graphs are illustrated here. Consequently, it is noticed that the piecewise linear interpolation results in a more scattered dielectric value distribution whereas cubic spline interpolation depicts a high contrast between the tissue regions. It is deduced that both of the methods give efficient results and realistic electrical breast models can be obtained from MRI images via these methods. 69

Meme kanseri dünya çapında önemli bir sağlık sorunudur. Kadınlarda ölüm nedenleri arasında ilk sırada yer alır. Mamografinin film teknolojisinden sayısal hale geçişi meme kanseri teşhisine bir çok avantaj sağlamıştır. Özellikle yeni sayısal panel algılayıcıların ortaya çıkması ile görüntü kalitesini artıracak gibi yeni algoritmaların uygulanabilmesi mümkün hale gelmiştir. Bu çalışmanın amacı görüntü elde etmede yeni bir ışın izleme algoritması oluşturmak ve sonuçlarını Siddon'un bilinen ışın izleme modeli ile karşılaştırmaktır. Deneyler iki boyutlu görüntüler için uygulanmıştır ve oluşturulan algoritmalar üç boyutlu görüntülere de kolaylıkla uyarlanabilecek şekilde tasarlanmıştır. Tüm bu proje ilk olarak meme tomosentezinde temel problemlerden biri olan sınırlı açı projeksiyonundan ilham almıştır. Bu nedenle deneyler sınırlı açı projeksiyon koşulunun sonuçlarını da kapsar. Tüm algoritmalar ve deneyler Matlab ile programlanmış ve gerçeklenmiştir. Etkili sonuçlar elde edilmesine rağmen yeni geliştirilen algoritmanın yüksek frekanslarda görüntünün kontrastını azalttığı gözlemlenmiştir. Aynı zamanda, ışın izleme algoritmaları hızlı işlem yapacak şekilde tasarlanmış olmasına rağmen kullanılan cebirsel görüntü elde etme algoritmasının tekrarlı yapısının işlemin toplam süresini büyük boyutlu görüntüler ile kolay çalışamayacak şekilde uzattığı gözlemlenmiştir. Breast cancer is a major health problem worlwide which comes in the first rank as a cause of death in women. In breast cancer diagnosis, the transition of mammography from screen-film to digital form has made many advantages available. Especially with the introduction of new digital flat panel detectors, new algorithms which improves image quality became available. The objective of this study is to form a new ray tracing algorithm for image reconstruction and compare the reconstructed image quality with the results of known ray tracing model of Siddon. Tomographic reconstruction is modelled with simultaneous algebraic reconstruction technique which is a way of reconstruction in tomosynthesis. The experiments are applied to two dimensional images and also the algorithm is designed in the form that it can be easily modified to three dimensional detection. The whole project is firstly inspired by limited view of angle which is one of the main problems in breast tomosynthesis. Thus the experiments also consider the results of limited angle of view projection case. All of the algorithms and experiments are programmed and simulated with Matlab. Although efficacious results are obtained with both of the algorithms, a drawback with the newly developed model is the lack of contrast in low frequencies. In addition it is realized that even the ray tracing algorithms are fast, the iterative property of algebraic reconstruction technique makes the process ever time consuming which does not let to work with images in larger size. 65

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2010, Bu çalışmada günümüzde pek çok alanda kullanılan biyogeribesleme yapısı incelenmiş galvanik deri yanıtının ne demek olduğu belirtilmiş, deri ve ter bezlerinin çalışma yapısı hakkında bilgiler verilmiştir. Bu konuda geçmişte yapılan çalışmalar kısaca incelenmiştir. Biyogeribesleme çalışmalarında galvanik deri yanıtının kullanımı hakkında bilgiler verilmiştir. Ayrıca, gerçeklenen cihaz ile kişilerin galvanik deri dirençleri ölçülerek stres seviyeleri belirlenmiştir. Ölçülen bu değerler bir bilgisayar yardımıyla görüntülenmiştir. Böylece bir biyogeribesleme sistemi oluşturulmuştur. Kişinin kendi kendine duygu ve düşüncelerini değiştirmeyi öğrenmesi sağlanarak, stres seviyesi düşürülmüştür. Kullanılan cihazın basit, düşük maliyetli fakat kullanışlı olmasına dikkat edilmiştir. Çalışmada cihaz ile bilgisayarın veri alışverişini sağlamak için bilgisayarın paralel portu kullanılmıştır. Farklı yaş ve cinsiyetteki kişilerden farklı zamanlarda, farklı durumlarda ölçümler alınmış ve bu ölçümlerde alınan yanıtlar değerlendirilmiştir. Ölçüm yapılan kişilere önce rock müzik, sonra sevdiği bir şarkı ve en son Mozart’a ait bir eser dinletilerek elde edilen farklı sonuçlar değerlendirilmiştir, In this study, structure of the biofeedback that is being widely used in many fields has been examined, galvanic skin response has been identified, and information on operating mechanism of skin and sweat glands has been given. An overview of previous studies is also given. Use of galvanic skin response in biofeedback has been discussed. With the help of the developed device, galvanic skin resistances of the participants have been measured and their stress levels have been determined. The measured results have been monitored by a personal computer. By doing this, a biofeedback system has been created. The individuals has been taught to control their thinking and emotions to lower their stress levels. The developed device has been designed to be simple, low cost but useful. A parallel port has been used for communication between the device and the personal computer. Individuals differing in gender and age have been tested in different times and conditions and responses to these measurements have been evaluated. Having them listen a rock song, a favorite song and a Mozart piece, the participants were tested and the obtained different results have been evaluated., Yüksek Lisans, M.Sc.

Yakın kızılaltı spektroskopisi (YKAS) ile beyine ait oksi-hemoglobin(?HbO2b) ve deoksihemoglobin (?HHbb)miktarlarındaki değişim belirlenirken, beyin dışı biyolojik dokulardaki ışık doku etkileşimleri, dedektörlerde ölçülen sinyali etkilemektedir. Bu çalışmada, bir sinyal işleme metodu olan filtreleme ve bir çok değişkenli kalibrasyon metodu olan kısmi en küçük kareler yöntemi (KKK) kullanılarak beyin dışı biyolojik dokulardan kaynaklanan ölçme hataları en aza indirilmeye çalışılmıştır. Çok katmanlı biyolojik dokular için Monte Carlo benzetim programı (MCML) kullanılarak, ışığın zayıflama miktarının benzetimi yapılmıştır. Daha sonra filtreleme ve KKK yöntemi kullanılarak, oksi-hemoglobin (?HbO2b) ve deoksihemoglobin (?HHbb) miktarlarındaki değişimin belirlenmesinde hatayı en aza indirebilmek için kullanılması gereken, dedektör sayısı ve bu dedektörlerin optimal konumları belirlenmeye çalışılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre uygulanan filtreleme ve KKK yöntemi, YKAS'la elde edilen optik verilerin kalibrasyonunu yapmaya oldukça elverişlidir. Sonuçlar; filtreleme işlemi uygulandıktan sonra, yapılan kalibrasyonun hata payında önemli ölçüde azalma olduğunu göstermektedir. Aynı zamanda, kullanılan dedektör sayısı arttıkça ölçüm hataları azalmaktadır ve her farklı fizyolojik durum için optimal dedektör konumlarının farklı olduğu gözlemlenmiştir. The non-invasive measurement of cerebral oxy-(?HbO2b) and deoxy-haemoglobin (?HHbb) changes using near-infrared spectroscopy instruments is often affected by the absorption in the extracerebral layer. The aim of this study is to minimize the errors arise from extracerebral layer by using filtering, a method of signal processing, and partial least squares (PLS), a method of multivariate calibration. The changes in attenuation on the surface of a 3-D adult head model were simulated using MCML, Monte Carlo simulation for multi-layered medium. Then filtering and PLS were performed to identify the optimal number of detectors and their positions to minimize the error in estimation of (?HbO2b) and (?HHbb). According to the results obtained, filtering and PLS together are suitable for calibration of optical measurement. The results show that errors in the calibrations decrease significantly if filtering is applied before the calibration. At the same time it is observed that as the number of detectors increases measurement errors decrease and it?s also observed that for different physiological conditions the positions of detectors are also different. 83

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2009, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2009, Bu tez çalışmasında örüntü tanımanın uygulama alanlarından biri olan cinsiyet sınıflandırma konusu ele alınmıştır. Cinsiyet sınıflandırmada insanlara ait yüz resimleri kullanılmıştır. Bu çalışmada görünüş tabanlı yöntem kullanılarak sınıflandırma yapılmıştır. Sınıflandırma yapılmadan önce PCA (Principal Component Analysis) algoritması ile boyut azaltılmıştır. Boyut azaltma işlemi yapılırken en büyük özdeğerler ve onlara ilişkin özvektörler dikkate alınmıştır. Sonrasında sınıflandırma yapmak amacıyla FLD (Fisher Linear Discriminant) ve KNN (K-Nearest Neighbour) algoritmaları kullanılmıştır. Veri kümesi olarak 200’ü bayan resmi ve 200’ü erkek resmi olmak üzere toplam 400 resim kullanılmıştır. Yapılan testlerin hata oranını belirlemek amacıyla K Katlı Çapraz Geçerlilik yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntemle veri kümesi K parçaya bölünmüş, K-1 parça eğitim kümesi olarak kullanılırken, 1 parça test kümesi olarak kullanılmıştır. Yapılan testler sonucunda bu iki sınıflandırıcının başarımları karşılaştırılmıştır. Cinsiyet sınıflandırmada yüzdeki en etkin bölgenin neresi olduğu belirlenmiştir. Literatürde ırkın cinsiyet sınıflandırması üzerine etkisini araştıran bir çalışmaya rastlanmamıştır. Bu nedenle ırkın cinsiyet belirleme üzerindeki etkisi de incelenmiştir. Sonuçlar literatürdeki sonuçlarla karşılaştırıldığında bir kısmına göre daha iyi sonuçlar elde edilmiştir., In this thesis, gender classification which is one of the application areas of pattern recognition was studied. To classify the gender, pictures of human faces were used. In this study, gender was classified using appearance-based method. Before the classification, dimensions were reduced with PCA (Principal Component Analysis) algorithm. While reducing dimensions, the biggest eigenvalues and eigenvectors related to these eigenvalues were taken account. After this, to classify gender, FLD (Fisher Linear Discriminant ) and KNN (K Nearest Neighbour) algorithms were used. As the face database, total 400 pictures including in 200 male and 200 female photos were used. K-Fold Cross Validation method was used to determine error rate of the tests. With this method, the database was divided into K parts, while K-1 parts were used as training set, 1 part was used as test set. According to tests, performance of these two classifiers was compared. In addition, which part of the face is effective on gender classification was determined. In literature, any study wasn’t seen about effect of race on gender classification. Because of this, effect of race on gender classification was studied. The comparison of the all results with the several examples given in the literature was in a good agreement ., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2009, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2009, Dünya nüfusunun yaklaşık %1’inde görülebilen epilepsi hastalığı kişilerin günlük hayatlarının birçok evresini olumsuz olarak etkilemektedir. Bu yüzden epilepsinin tespiti büyük önem arz etmektedir. Epilepsi nöbetlerinin önüne geçilmesi amacıyla hastaya ilaç tedavisi uygulanabilmektedir. Bunun yanı sıra beynin sorunlu bölgesini elektriksel olarak uyararak yapılan çalışmalar da vardır. Beynin elektriksel aktivitesi hakkında bilgi içeren bir kayıt olan EEG epilepsi nöbetinin tespiti için önemli bir araçtır. Bu tez çalışmasında da EEG işaretleri epilepsi tespiti için kullanılmıştır. Sınıflandırıcı olarak ise tek-sınıf destek vektör makineleri kullanılmıştır. Tek-sınıf destek vektör makinelerinin diğer sınıflandırıcılardan farkı, eğitim işlemi için sadece tek bir sınıf örneklerini kullanmasıdır. Dolayısı ile sınıflandırıcının eğitimi için epilepsi nöbeti esnasında alınmış EEG kayıtlarına ihtiyaç duyulmamıştır. Bu amaçla daha önceden yapılmış olan çalışmalarda kullanılmış olan 28 adet öznitelik çıkarılmıştır. Öznitelik sayısını azaltmak amacıyla da temel bileşenler analizi ve mRMR öznitelik seçimi işlemleri ayrı ayrı uygulanmış ve sınıflandırıcının performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Tüm 28 öznitelik kullanılarak, temel bileşenler analizi ile özuzaydaki enerjinin %95’i kapsanacak şekilde boyut azaltılması ile elde edilen öznitelikler kullanılarak ve mRMR öznitelik seçimi ile önemli olduğu görülen özniteliklerden farklı miktarlarda kullanılarak farklı sınıflandırıcılar eğitilmiş ve test edilmiştir. Sonuç olarak, mRMR öznitelik seçiminin uygun öznitelik sayısı ile tüm öznitelikler ve TBA’ya göre daha iyi sonuç verdiği görülmüştür., Approximately 1% of world population have epilepsy which affects most parts of patients’ daily lives in an unfavorable way. Therefore, detection of epilepsy is an important issue. There are efforts to control the seizures with medication. In addition, there are studies in which problematic part of the brain is electrically stimulated. EEG is an important tool for detection of epileptic seizures because it contains information about electrical activity of the brain. In this thesis, EEG signals are used for epilepsy detection. One-class support vector machines is used as classifier. Unlike other classifiers, one-class support vector machines require only one class of data for training. So EEG recordings of epileptic seizures are not needed for training of the classifier. For this purpose, 28 features which were previously used in literature are extracted. Principal component analysis and mRMR feature selection algorithms are applied separately to reduce the number of features and their effects on the classifier performance is observed. Different classifiers are trained and tested for three cases of features: all 28 features, features principal component analysis to contain 95% of variance, different number of features which are indicated to be most important by mRMR. As a result, mRMR feature selection is found to be superior to all features and PCA with proper number of features in terms of classification performance., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2009, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2009, Bu çalışmada, eş zamanlı EEG ve fMRG kaydı esnasında EEG üzerinde MR cihazının oluşturduğu nabız artefaktı ve gradyan artefaktları çeşitli yöntemler kullanılarak giderilmiş ve kullanılan yöntemlerin performansları karşılaştırılmıştır. Nabız artefaktı giderilirken nabız artefaktı giderme ve bağımsız bileşen analizi, gradyan artefaktı giderilirken ise gradyan artefaktı çıkarma ve frekans alanında filtreleme yöntemleri kullanılmıştır. MR kaynaklı artefaktların giderilmesi sonucunda, nabız artefaktı çıkarma yönteminin nabız artefaktının giderilmesinde bağımsız bileşen analizi yöntemine kıyasla daha başarılı bir performans sergilediği görülmüştür. Bağımsız bileşen analizi yöntemi artefaktı giderirken ilgilenilen EEG sinyalinde de kayba neden olmuştur. Gradyan artefaktının giderilmesinde kullanılan iki yöntem artefakt bileşenlerini başarı ile giderirken ilgilenilen sinyalde bir kayba neden olmadılar. Bununla birlikte, gradyan artefaktı çıkarma yönteminin yüksek frekenslı artefakt bileşenlerini gidermekte frekans alanında filtreleme yöntemine göre daha az başarılı olduğu gözlemlendi., In this study, MR related EEG artifacts (pulse artifact and gradient artifact) which occurred during simultaneous EEG-fMRI recording were removed using different algorithms and the relative performances of these algorithms were established. In order to eliminate the pulse artifact pulse artifact subtraction and independent component analysis (ICA) methods were performed. For the gradient artifact removal, gradient artifact subtraction and frequency domain filtering methods were used. As a result of the elimination of MR related EEG artifacts, pulse artifact subtraction method performed better than independent component analysis while removing pulse artifact. Although, ICA performed well while removing pulse artifact it also removed some of EEG signal of interest. For the gradient artifact removal, both methods performed well on removing gradient artifacts while preserving the signal of interest. However, gradient artifact subtraction method was less successful than frequency domain filtering on removing high frequency components of gradient artifact., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2009, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2009, Bu çalışmada, kaskad bağlanmış bir dalgacık katmanı ve bir istatistiksel yapay sinir katmanından (“Probabilistik neural network”, PNN) oluşan Adaptive istatistik dalgacık ağının (AİDA,“Adaptive probabilistic wavelet network”) Elektrokardiyagram vurularını sınıflamadaki başarımı, çok bilinen bir sınıflayıcı olan Çok katmanlı almaç (ÇKA, MLP, “ Multi-Layer perceptron”) ile kıyaslanarak ortaya konmaya çalışılmıştır. Ayrıca sistemin başarımını arttırmak maksadıyla giriş parametreleri üzerinde araştırmalar yapılmış ve hem boyut olarak hem de etkinlik olarak giriş parametreleri eniyileştirilmeye çalışılmıştır. Elde edilen giriş parametreleri her iki ağa uygulanarak, kullanılan algoritmadan bağımsız etkileri üzerinde durulmuştur. Bunların yanı sıra kullanılan önişlemlerin de sonuca olan katkıları grafiklerle ortaya konmuştur. Çalışma için kullanılan EKG işaretleri MIT-BIH veri tabanındaki farklı hastalardan alınmıştır. Veri kümesi Normal (N) erken karıncık kasılması (V), erken kulakçık atımı (A), sol dal blok vurusu (L) ve sağ dal blok vurusu (R) aritmilerinden oluşturulmuştur. Eğitim kümesinde her aritmiden 21 vuru, test kümesinde her sınıftan 120 vuru alınmıştır. Yapılan testler sonucunda Dalgacık ağının ortalama duyarlılığı 0.9666, ÇKA’nın ortalama duyarlılığı 0.9550 olarak bulunmuştur. Girişte EKG işaretinin QRS bileşiğine ilave olarak RR aralığının ilave edilmesiyle sınıflama başarımında %18’lik bir iyileştirme yapılmıştır. Bu iyileştirme yapılan çalışmanın en önemli katkısıdır., In this thesis, a cascaded network of wavelets and PNN (Probabilistic Neural Network) is applied as ECG heart beat classifier and is compared to one of the well-known ANN classifiers Multi-layer Perceptron. Moreover, in order to determine the effect of the input vector over the classification performance of both networks, different input vectors in different dimensions have been applied. The ECG data is taken from different subjects at the well-known MIT-BIH heart beat database. There are used Normal (N), premature ventricular contraction (V), atrial premature (A), left bundle branch block (L) and right bundle branch block beats (R) at the training and test set. The training set contains 21 beats per class while the test set contains 120 beats per class. The Wavelet network’s mean sensitivity is 0.9666 while the MLP’s is 0.9550. The result of the performed tests demonstrates that the Wavelet network has a better classification performance over Multi-layer perceptron. The %18 improvement in classificitaion performance is achieved by applying the RR interval together with the QRS complex. This improvement is the main contribution of this work., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2008, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2008, Çalışmada X-ışını el görüntülerinden kemik dokusunun bölütlenmesine ilişkin bir yöntem geliştirilmiştir. X-ışını görüntüleri en sık kullanılan medikal görüntüleme yöntemidir. X-ışını el görüntülerinin analiziyle kemik yaşı ve kemik yoğunluğu bilgisine ulaşılabilir, kırık kemikler analiz edilebilir. Sayılan kullanım alanlarında objektif ve hızlı sonuç elde edebilmek için otomatik bir bölütleme yöntemine ihtiyaç vardır. X-ışını kaynağından çıkan fotonların görüntünün her noktasına eşit şiddette gelemediğinden X-ışını görüntülerinde türdeş olmayan aydınlık dağılımı gözlemlenmektedir. Bölütleme işlemlerinden önce, türdeş olmayan aydınlık dağılımı önerilen bir metot ile geriye dönük olarak düzeltilmiş ve bu işlemden sonra görüntünün bölütlenme başarımında artış gözlemlenmiştir. Görüntüleri bölütlemek için değişik öznitelik çıkartma yöntemleri denenmiş, tezde önerilen varyans temelli bir öznitelik çıkartma yöntemi ile kemik dokusunun bölütlenmesinde yüksek başarımlar elde edilebildiği görülmüştür. Yapılan çalışma ile literatüre iki katkı sağlanmıştır: i) X-ışını el görüntülerinde türdeş olmayan ışık dağılımının düzeltilmesi ii) X-ışını el görüntülerinde kemik dokusunun bölütlenmesi. Geliştirilen yöntemle görüntülerin otomatik olarak bölütlenmesi sayesinde yöntemin deneyimsiz kullanıcılara kolaylık sunduğu ve görüntüleme cihazlarının yeteneğini arttırması beklenir., In this study, a method for segmentation of bone tissue in X-ray hand images was developed. X-ray imaging is the most applied medical imaging technique. By analysis of X-ray hand images, bone age and bone density information can be measured and bone fractures can be analyzed. There is a need for an automatic segmentation method among these application areas to obtain objective and fast results. It is observed that photons that leave X-ray source don t arrive with same intensity to all points of image. For this reason, inhomogeneous illumination distribution is viewed in X-ray images. Before the segmentation processes, inhomogeneous illumination distribution is corrected retrospectively and after this correction, an increase is obtained in the performance of segmentation of the image. Different feature extraction methods are tried for image segmentation, it is possible to obtain high performances in segmentation of bone tissues with a feature extraction method based on variance which is proposed in this study. With this study, two contributions are provided to literature: i) the correction of inhomogeneous illumination distribution ii) the segmentation of bone tissue in X-ray hand radiographs. With this developed method, with the help of the segmenting images automatically, simplicity for inexperienced users and an improvement in the ability of imaging devices are expected., Yüksek Lisans, M.Sc.

Bu çalışmada, Elektrokardiyogram (EKG) işaretlerinde ortaya çıkan aritmilerin Karınca Koloni Optimizasyon (KKO) temelli bölütleme teknikleri ile sınıflanması gerçekleştirilmiştir. Kullanılan EKG işaretleri MIT-BIH aritmi veritabanından alınmıştır. Yapılan uygulamada zaman uzayı öznitelikleri ve frekans uzayında Ayrık dalgacık dönüşüm (ADD) öznitelikleri analiz edilmiştir. ADD öznitelik sayısı zaman uzayındaki öznitelikle sayısıyla karşılaştırıldığında çok daha fazla olduğundan Temel Bileşen Analizi (TBA) vasıtasıyla farklı bir uzaya dönüştürülerek boyutları azaltılmış ve en yüksek enerjiye sahip öznitelikler seçilmiştir. Frekans uzayında seçilen bu öznitelikler zaman uzayındaki öznitelikler ile birleştirilerek sınıflayıcıya verilecek toplam giriş vektörü elde edilmiştir. Zaman uzayındaki öznitelikler, frekans uzayındaki öznitelikler ve her iki uzaydaki öznitelikler birlikte olacak şekilde farklı öğrenme ve test kümeleri oluşturularak sonuçlar mukayese edilmiştir. KKO temelli sınıflayıcının başarımını test etmek ve doğrulamak için yapılan çalışmaya paralel olarak öz örgütleme haritası özelliğine sahip Kohonen ağı ve geri yayılımlı yapay sinir ağ sistemleri geliştirilmiştir. Geliştirilen algoritmaların testi için MIT-BIH veritabanında 360 Hz ile LMII kanalından örneklenen 6 farklı ve önemli aritmi sınıfı kullanılmıştır. Normal sinus aritmi, erken karıncık atımları (?premature ventricular contraction?, PVC), erken kulakçık atımları (?atrial premature contraction?, APC), sağ dal blok (?right bundle branch block?, RBBB), karıncık füzyonu (?ventricular fusion?, F) ve füzyon (?fusion?, f). Sonuçlar incelendiğinde önerilen yöntemin zaman uzayındaki ve frekans uzayındaki özniteliklerin birlikte kullanılması durumunda sınıflama başarımı artırdığı görülmüştür. In this paper, Ant Colony Optimization (ACO) based clustering analysis of ECG arrhythmias taken from the MIT-BIH Arrhythmia Database is proposed. Both time domain and discrete wavelet transform based frequency domain features are used in the analysis. Since the number of wavelet coefficients are huge amount as compared to the time domain parameters, Principle Component Analysis based compression is applied on them in order to decrease their number to the number of time domain features and to obtain coefficients which has highest energy. Then, the reduced number of freqency parameters is combined with the time domain features, in order to get the total feature sets. Different types of feature sets are tried and the classification results are compared. These are; rare time domain feature set, rare frequency domain feature set and the mixture of them. Kohonen self organizing map and back propagation based neural network systems are developed in parallel to verify and measure the ACO classifier?s success. The method is tested with MIT-BIH database to classify 6 different critical and having vital importance arrhythmia types. These are normal sinus rhythm, premature ventricular contraction (PVC), atrial premature contraction (APC), right bundle branch block (RBBB), ventricular fusion (F) and fusion (f). Comparison results indicate that the proposed method with the mixture feature set gave a better success for the classification. 115

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2008, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2008, Bu çalışmada, 16 farklı tip kalp sesi kayıtları içerisindeki S1-S2 seslerinin bölütlenmesi için, çok-bant dalgacık enerjisi (DDE) kullanılarak geliştirilen yöntem önerilmiştir. Önerilen yöntemde, normalize edilen kalp sesi işaretleri, dalgacık dönüşümü kullanılarak filtrelenmiş, daha sonra çok-bant dalgacık enerjisi metodu kullanılarak S1-S2 sesleri bölütlenmiştir. Önerilen yöntemin dışında, karşılaştırma amacıyla, iki farklı yöntem daha incelenmiştir. Bu yöntemler, çok-bant dalgacık Shannon enerjisi (DSE) kullanılarak yapılan bölütleme yöntemi ve homomorfik filtreleme (HMF) ile yapılan bölütleme yöntemidir. Bu üç yöntem içerisinde en iyi başarım yüzdesini, S1-S2 sesleri için sırasıyla %91 ve %89’luk yüzdelerle DDE yöntemi vermiştir. Ayrıca bu üç yöntemin, kalp seslerinin gürültüye maruz kalması durumunda, gürültüden etkilenip etkilenmeyeceği de incelenmiş olup, HMF yöntemine göre DDE ve DSE yöntemlerinin gürültüden çok daha az etkilendiği gözlenmiştir., In this study, multi-band wavelet energy (WTE) method was proposed for the segmentation of S1-S2 sounds in 16 different HS types. After normalizing the heart sound, the signal is filtered by using wavelet transform, after than S1-S2 sounds are segmented by using multi-band wavelet energy method. For comparison, besides the method which is proposed, two different methods are investigated. One of them is segmentation of S1-S2 sounds using multi-band wavelet Shannon energy (WSE) method and the other is segmentation of S1-S2 sounds using homomorphic filtering (HMF) method. The highest performances are achieved by the proposed WTE method; 91% and 89% segmentation accuracies are obtained for S1 and S2 sounds, respectively. The methods’ robustness to noise was also analysed and it was observed that WTE and WSE methods were less affected from the noise in compare with HMF method., Yüksek Lisans, M.Sc.

Sesötesi görüntülemede, incelenen dokuların akustik özelliklerine bağlı olarak olusangürültüler ve yapay olgular, frekans ve odak gibi değiskenlerin yanlıs seçilmeleri vesistemlerin ölçümlemelerin yapılmamıs olması gibi etmenler görüntülerin yanlıs tanıyaneden olacak kadar çok bozulmasına yol açmaktadır. Sıra dısı durumların doğrutanılanması ise yukarıdaki etmenler yüzünden imkansızlasmaktadır. Tanı eğitimindekullanılan yapay dokuların ticari kısıtları, bilgisayarla yapılan benzetimleri zorunluhale getirmektedir. Bu tez çalısmasının amacı, sesötesi görüntüleme benzetimlerinin tanıeğitimleri sırasında kullanılabilirliğinin gösterilmesidir. Çalısma kapsamında sesötesigörüntülemenin benzetimi yapılmıs ve parametre seçimlerinin benzetim sonuçlarınınasıl etkileyeceği incelenmistir. Benzetimler, çalısma kapsamında üretilen yapay dokukesitleri üzerinde ve J.A. Jensen tarafından gelistirilmis FIELD II program setikullanılarak yapılmıstır. Tez çalısması kapsamında yapay doku kesitlerininolusturulması, kullanıcıya ekrandan bazı değerleri girebilme olanağı veren benzetimprogramı, olusturulan görüntülerin analizi islevleri için üç farklı programgelistirilmistir. Olusturulan görüntülerin kalitesinin incelenmesi için bir kist fantomuseçilmis, bu fantomun farklı parametrelerdeki benzetim görüntüleri hesaplanmıs vebenzetim görüntülerin birbirleriyle karsılastırılabilmesi için kistlerin algılanabilirliği,gelistirilmis bir program aracılığıyla hesaplanmıstır. Kistlerin algılanabilirliği; görüntüüzerinde olası kist alanlarının arka-plan değerlerinden ayırt edilmesi, bölütlenmesi vesonra da elips yerlestirme algoritmaları uygulanarak elips büyüklüklerininkarsılastırılması seklinde yapılmıstır. Yapılan çalısmanın sonucunda, benzetim frekansıile zayıflama ve gürültü katsayıları arttıkça, zayıflama etkilerinin ve bozulmaların dahabelirgin hale geldiği, kistlerin ayırt edilebilirliklerinin büyük ölçüde azaldığı ve kistolmayan bölgelerin de kist olarak gruplanabildiği görülmüstür.Anahtar Kelimeler: Sesötesi Görüntüleme, Benzetim, Fantom, Görüntü İsleme Factors like, (i) noise and (ii) artifacts, that occur depending on acoustical properties oftissues, (iii) wrong selection of system variables, like (a) operation frequency, (b) wrongor no calibration, and (c) location of focal points, may cause high amount of imagedegradation during ultrasound imaging. This in return may lead to misdiagnoses andcorrect diagnosis of uncommon cases becomes impossible. Misdiagnoses may beprevented by enhanced training of physicians. Limitations of commercially availablephantoms make the simulation of ultrasound imaging a sure necessity in training. Theaim of this study was to show the feasibility of ultrasound simulation in diagnosticultrasound training. Under the scope of this work, the ultrasound imaging wassimulated and effects of different parameters were observed. Simulations were done onartificial tissue cross-sections using FIELD II program set developed by J.A. Jensen.Three types of programs were developed. Those were specialized for (i) generation ofartificial tissue cross-sections, (ii) ultrasound image simulation allowing the user tomodify some parameters on-screen, and (ii) analysis of simulated ultrasound images. Inorder to evaluate the quality of generated images, a cyst phantom was selected andultrasound images were generated. Identification of cysts was accomplished bycomparing dimensions of detected cysts through a series of operations, like the adaptivecontrast equalization, segmentation, and ellipse-fitting. Any increase in simulationfrequency, noise and attenuation coefficient decreases the possibility of identification.Likewise, an increase in attenuation and degradation results in differentialmisclassification of a cyst from healthy regions.Keywords: Ultrasound imaging, Simulation, Phantom, Image Processing. 71

Bu çalısmamda temel olarak, insan beyninden alınan EEG isaretlerinin dogasını anlamaküzerine çalıstım. Yürüttügüm çalısmanın ana eksenini Alzheimer hastası oldugundankuskulanılan bir grup hastanın ve ayrıca Sara hastası oldugundan kuskulanılan baskagrup bireylerin 19 kanaldan 76000 örnek olarak kaydedilmis EEG isaretlerinin ZamanSerileri Analizi yapmak teskil etmektedir. Normal insana ait Beyin EEG isareti hem çokbüyük örneklerde (uzun süreçte) hem de bu örneklere ait alt örnek aralıklarında (altsüreçlerde) duragan olarak tespit edilmistir. Alzheimer oldugundan kuskulanılanhastalarda da Zaman Serisi Analizi açısından, normal bireyinkinden farklı hiçbir durumarastlanılmamıstır.Fakat, Sara oldugundan kuskulanılan hastalarda durum tamamenfarklıdır. Çok büyük gözlem aralıgında, isaret duragan karakter sergiliyor olsa da, küçükgözlem aralıklarında isaret duragan olmayan süreç takip etmektedir. Buna paralel olarakduragan olmayan isaret üreten bölgeler arasında ortak hareket mevcuttur. Yani, bir bölgebir anda duragan olmayan data üretmeye baslamakta ve bu durum çok küçük zamanaralıgında diger bölgeleri tetiklemekte ve söz konusu zaman aralıgından baslayarakduragan olmayan süreç'in tüm beyne yayılmasına neden olmaktadır. Bu bulgu bile tekbasına, Sara literatüründe ancak son günlerde ortaya atılan yeni bir iddiaya isaret etmesiaçısından degerlidir. Sara krizleri kesinlikle tek kaynaktan baslamakta ve yayılmaktadır.Anahtar Kelimeler: Duragan Olmayan Süreçler, Epilepsi, Ortak Hareket, In this study, Time Series Analysis methods are applied to multichannel scalp EEG records (19regions) from 24 epileptic patients for the determination of the nature of epileptic signals:whether there exists non-stationary characteristics in the epileptic signals or not. Secondly, weuse ?causality? methods for the determination of the exact primary generator region of theepileptic seizures. Here we find: first, epileptic signals have exactly ?unit root? (epileptic signalsare non-stationary in their nature) within the sub-segments of the recordings; second, anepileptic seizure is originated from only one region and is propagated immediately to theanother regions, or in other words, there exists exactly one ?co-integration? relation betweendifferent non-stationary signals generated by at least two regions in the brain; third, derivingfrom the tested and constructed mathematical model of observed epileptic EEG data, wepropose two main representations in order to analyze the reasons of the epileptic seizures andthus we distinguish the related ?possible ? observable? symptoms of epilepsy. Moreover, weidentify both the ?short-term? and ?long-term? effects (causality) of the non-stationary epilepticsignals on the other brain regions for the triggering of the non-stationary data generation andfinally we determine the rate of propogation of an epileptic seizure by Vector Error CorrectionMechanism (VECM).Keywords: Non-Stationary Process, Epilepsy, Co-Integration 149

Davranışsal çaresizlik testi, bilinen adıyla Porsolt testi, psikoloji alanında ve ilaç sanayinde yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Yapay sinir ağları ise günümüzde çeşitli disiplinlerde değişik problemleri çözmek için kullanılan gözde ve güçlü bir yaklaşım. Bu tez çalışmasında yapay sinir ağları kullanılırak davranışsal çaresizlikle ilgili toplam dört farklı modelleme çalışması gerçekleştirildi. İlk modelleme çalışmasında, 17 sıçanın hareketsizlik ve kafa sallama davranışları göz önüne alındı. Bu iki davranış yapay sinir ağlarına uygulanarak öğrenilmiş çaresizliğin önceden öngörüldü. Bu modelleme çalışmasında hareketsizlik ve kafa salla davranışının öğrenilmiş çaresizlik üzerinde etkili olduğu görüldü. İkinci ve üçüncü modelleme çalışmasında ise farklı mevsimler ait 37 sıçanın verisi de kullanıldı. Bu iki modelleme çalışmasında sadece hareketsizlik davranışı gözönüne alındı. Bu iki modellin amacı değişik dakikalardaki hareketsizlik sürelerinin ve mevsimsel faktörlerin davranışsal çaresizlik davranışına etkisini belirlemekti. Her iki çalışmada çeşitli mevsim grupları arasında gözle görülür bir farklılık görülemedi. Porsolt testi arka arkaya iki günde gerçekleşen bir test çalışmasıdır. Son modelleme çalışmasında, birinci günün hareketsizlik sürelerinden yola çıkılarak, hayvanın ikinci günkü hareketsizlik süresi tahmin edilmeye çalışıldı.Anahtar Kelimeler: davranışsal çaresizlik, yapay sinir ağları, Porsolt test. Behavioral despair test, which is often known as Porsolt test, is used many areas of psychology and medicine sector. Neural Network is also a popular and powerful approach/tool, which is used to solve various problems in different disciplines. In this thesis study, we totally achieved four different behavioral despair modeling studies with artificial neural networks. In first modeling study, duration of immobility and wet-dog-shake behaviors of 17 rats are considered. Prediction of behavioral despair is tried to make real using these two behaviors. In second and third modeling study, 37 rats that belonged to different seasons were used. For two models, only immobility behavior was considered. Main aim of these two models was searching seasonal effects and impact of immobility in different minutes on behavioral despair. There wasn?t seen any meaningful differences among seasonal groups. Porsolt test has been done in two consecutive days. At the last modeling study, it was tried to predict immobility at second day by considering the data of immobility in first day.Keywords: Behavioral despair, neural network, Porsolt test. 106

Bu tez çalışmasında yüksek dereceli istatistikler kullanan ikiz-izge ve ikiz-tutarlılık yöntemleri epileptik atak içeren subdural elektroensefalogram (SEEG) verilerine uygulanarak, atak zamanları tespit edilmiştir. 1. veri paketi için 0.0991 toplam hata oranında % 94.5 duyarlılık ve % 90.19 özgüllük elde edilmiştir. 2. veri paketi için 0.1853 toplam hata oranında % 53.49 duyarlılık ve % 90.25 özgüllük elde edilmiştir. Diğer bir doğrusal olmayan yöntem olan Lempel ve Ziv karmaşıklık ölçüsü, aynı işaretlere uygulanmıştır. İkiz-tutarlılık analizi sonuçları, Lempel ve Ziv karmaşıklık ölçüsü ve güç izge analizi sonuçları ile epileptik atak tespit etmedeki performansları açısından karşılaştırılmıştır. İkiz-tutarlılık matrislerinden elde edilen değişkenler, Lempel ve Ziv karmaşıklık ölçüsü analizi ve güç izge analizlerinden elde edilen değişkenlerin kullanıldığı duruma göre daha yüksek duyarlılık ve özgüllükle ile SEEG işaretlerinden epileptik atakları tespit etmiştir.İkinci adımda ise atağın tespit edildiği zaman adımlarında daha detaylı analiz yapılabilmesi için bir zaman-frekans dağılımı olan Evrimsel izge ve yüksek dereceli istatistikler birleştirilerek, zamanla değişen bir yüksek dereceli izge gösterimi tanımlanmıştır. Evrimsel ikiz izge adı verilen bu gösterimin kestirim yöntemi sunulmuştur. Sunulan bu yöntem ile epilepsi hastalarına ait veriler analiz edilmiştir. Evrimsel ikiz-izge kullanılması durumunda Evrimsel İzge ile elde edilen duyarlılık değerlerinde %6 iyileşme tespit edilmiştir. Evrimsel ikiz-izgenin duyarlılık değerleri diğer bir doğrusal olmayan ve durağan olmayan yöntem olan 3. derece Wigner Dağılımı ile karşılaştırılmıştır. Bu durumda Evrimsel İkiz-izge epileptik atak tespit etmede %2 daha iyi duyarlılık göstermiştir.Anahtar Kelimeler: Evrimsel izge, İkiz-izge, İkiz-tutarlılık, Lempel ve Ziv karmaşıklık ölçüsü, Subdural elektroensefalogram (SEEG), Yüksek dereceli istatistikler, Zaman-frekans dağılımı In this work, epileptic seizure times are detected by applying the bispectrum and bicoherence methods which are using higher order statistics. For the first data package sensitivity of %94.5 and specificity of %90.19 is achieved at the total error rate of 0.0991. For the second data package, the sensitivity of %53.49 and specificity of %90.25 is achieved at the total error rate of 0.1853. Another nonlinear method, Lempel and Ziv complexity measure is applied to the same data packages. Bicoherence analyses results, Lempel and Ziv complexity measure, and power spectrum analyses results are compared for their epileptic seizure detection performances. The parameters calculated from bicoherence matrix detected the epileptic seizures from the SEEG signals with higher sensitivity and selectivity than the parameters calculated from Lempel and Ziv complexity measure and power spectrum analyses. At the second step of the algorithm, Evolutionary spectrum that is a time-frequency method and higher order statistics are combined to define a time varying higher order spectrum representation for detailed analyses of time steps of detected epileptic seizures. The estimation method of this representation that is called Evolutionary bispectrum is proposed. Data of epileptic patients is analyzed by using that proposed method. With this presented method the epileptic patients? data are analyzed. It is found that the sensitivity calculated from Evolutionary spectrum is improved by %6 when evolutionary bispectrum method is used. The sensitivity calculated by evolutionary bispectrum is also compared with third order Wigner distribution which is another nonlinear and nonstationary method. In this case the sensitivity calculated from evolutionary bispectrum is found to be %2 better.Keywords: Evolutionary spectrum, Bispectrum, Bicoherence, Lempel and Ziv complexity measure, Subdural electroencephalogram (SEEG), Higher order statistics, Time-frequency distribution 164

Tezin ana amacı, Teletıp'ın Dünyada ve Türkiye'de hangi standartlar ileyapılabilecegini ortaya koyarak mobil örnek bir uygulamanın çalıstırılıp sonuç eldeedilmesidir. Proje, bir fizibilite niteliginde teknoloji tavsiyeleri üzerindeodaklanmaktadır. Projede belirli ürün veya üreticiler tavsiye edilmemektedir.Piyasadaki ürünler ele alınarak teknolojik çözüm tartısılmaktadır. Çalısma, hastadanölçülen bilgilerin kablosuz iletimi üzerinde durmaktadır. Biyomedikal parametrelerinfiziksel ölçümünün genis bir sekilde tanımlanması ve detaylı analizi bu çalısmanınkapsamının dısındadır. Hastaların tedavisi, bakımının tıbbi açıdan genis bir sekildedegerlendirilmesi söz konusu degildir. Teknolojik cihazların tıbbi personel ve hastalartarafından kullanılması ana konudur. Çalısma hastaların bakımı açısından kablosuzizleme sistemlerinin kapsamını ele almaktadır ve uzaktan saglık hizmetlerinin öneminikavramıs sirketler ve kurumlar için degerli bir kaynak niteligindedir.Anahtar Kelimeler: Mobil Teletıp, Biyomedikal Sensörler, Kablosuz, Saglık Bakımı In this study, a mobile sample application is implemented by defining the related globalstandards formed for Telemedicine. The work is focused on recommendations oftechnology associated with a feasibility study. The project does not strictly recommendspecific equipment vendors and products. Technological solution is discussed byexamining the products in the marketplace and evaluation of specific products can bemade based on the investigated solutions and defined standards accordingly. The projectfocuses on the wireless transmission of measured data from the patient to the receivinginformation system. Expanded definitions of physical measurement of biomedicalparameters, the analysis and presentation of collected information are beyond the scopeof this work. The medical aspect of patient handling and monitoring is not covered. Theutilization of technological tools by medical staff and patients is the main concept. Theproject provides an overview of technological aspect of wireless remote monitoring andwearable health monitoring technologies for health care patients. The work leads to newapproaches in early diagnosis, disease prevention and patient safety and is valuable fortechnology companies that acknowledge the health care as an outstanding market andesteem information about remote monitoring technology. Health care service and ehealthentities that realize wireless patient monitoring as an important component inorder to have many benefits including cost savings and improved patient service canrefer to this work.Keywords: Mobile Telemedicine, Biomedical Sensors, Wireless, Healthcare, e-Health 106

Buradaki tez çalısmasındaki amaç, endojen maddelerden biri olan insan kan sekerininnon-invazif bir metodla ölçülmesine olanak saglayan, ters-iyontoforez teknigiyle çalısanbir ölçüm cihazı gelistirmektir. Bu amaç dogrultusunda, tezin ilk bölümündeiyontoforez ve ters iyontoforez hakkında temel teknik bilgiler verilmis ve bu tekniklereiliskin detaylar ele alınmıstır ve ters iyontoforeze giris yapılmıstır. Ayrıca aynı bölümde,ters iyontoforezde en büyük etkenlerden birisi olan derinin empedansı ele alınmıs vederi empedans modelleri ortaya konulmustur. kinci bölümde, söz konusu tersiyontoforez sisteminde kullanılacak düsük maliyetli düsük güç tüketen ve minyatür birdogru akım kaynagı gelistirilmistir. Bu akım kaynagının yapısı ve devre analiziincelenmis ve amaçları anlatılmıstır. Üçüncü bölümde ters iyontoforez sistemi için birlaboratuvar modeli gelistirilmis, ters iyontoforezi etkileyen sartlar ve parametreleriincelenmis ve deney sonuçlarıyla birlikte parametrelerin etkileri detaylı olarakanlatılmıstır. Bunların arkasından, kan sekerinin sistem içerisinde ölçülmesine olanaksaglayan enzimatik bir biyosensör teorik olarak incelenmistir. Son olarak dördüncübölümde teze iliskin sonuçlar verilmis ve cihazın gelistirilmesine yönelik bazı önerilerdebulunulmustur.Anahtar Kelimeler: Kan Sekeri Ölçümü, Non-invazif ölçüm, iyontoforez, tersiyontoforez The goal in this study is , to develop a glucose measurement device which monitors theglucose levels in the blood non invasively. In the scope of this goal, in the first chapter ofthe thesis, it was given basic technical information about iontophoresis and reverseiontophoresis and decribed details related to these techniques, and was maken abeginning to iontophoresis. In additon this, skin impedance model which is on of themost effective factor in reverse iontopohoresis was reviewed and skin impedance modelsare described. In the second chapter, a miniature, low cost, low power direct currentsource was implemented that will be used in the future for reverse iontophoresis system.The structure and circuit analysis of this current source was investigated and goals areexplained. In the third , an in vitro model has been developed for reverse iontophoresissystem and the conditions and parametres that affect reverse iontophoresis has beenexplained with laboratory results. In addition to this, to measure the glucose that wasextracted during iontophoresis a biosensor development has been advised theorically..Consequently, in the fourth chapter the conclusion of this thesis is given and somesuggestions are proposed.Keywords: Blood Glucose Measurement, Non-invasive Measurement, Iontophoresis,Reverse -Iontophoresis 57

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2006, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2006, Bu çalışmada dilsizlerin sesli konuşmasına yardımcı olmak amacıyla geliştirilmiş bir sistem tanıtılmıştır. Sistem dilsizlerin işaret diline benzer bir şekilde, önceden tanımlanmış parmak hareketlerini yaparak kodladıkları kelimeleri sese çevirmektedir. Kullanıcı, söylemek istediği kelimeyi kodlamak için parmak hareketlerini yaparken kolunda oluşan EMG (Electro Miyogram) işaretleri ön kola bağlanan dört çift elektrot aracılığıyla sistemimize alınmaktadır. Bu çalışmada öncelikle EMG yi koldan alıp süzme ve kuvvetlendirme yaptıktan sonra sayısal olarak bilgisayar ortamına aktaran kuvvetlendirici tasarlanmıştır. Alınan EMG işaretini tanımak amacıyla YSA (Yapay Sinir Ağı) ve HMM (Hidden Markov Modeli) kullanan bir çeşit HHMM (Hybrid HMM) modeli kullanılmıştır. Sistemde her kelime iki el işaretinden ve her cümlede üç kelimeden oluşmaktadır. Şu an için tanınan hareket sayısı 14 ve tanınan kelime sayısı 214 kadardır. Başarım oranı %80 civarındadır. Literatürde işaret dilini tanımak amacıyla geliştirilmiş pek çok çalışma mevcuttur. Bu sistemlerin çoğu işaret dilini algılamak için ya veri eldiveni ya da video kamera kullanmaktadır. Bu yöntemler, özellikle video kameraya bağımlı olan sistemler, günlük hayatta çok kullanışlı olmayacaktır. Geliştirilen sistemin kullanım kolaylığı getireceği düşünülmektedir. Bu sistem işaret dilini algılamad EMG yi kullanması bakımından özgün bir çalışmadır., The system described in this study is developed as a mean of voicy speaking tool for verballay impaired persons. The user of the system will try to tell what he want to say by making some hand signs (like in sign language) and these signs will be converted to the sound. While user making these hand signs, the resulting EMG signals will be captured by the device by means of four pairs of electrodes, bounded to the user’s fore arm. To develop the system, first we design the EMG amplifier which will be used to get the EMG signals from fore arm and to transfer it to the PC like system. For recognizing these EMG signals we used Neural Network and Hidden Markow Model together to make a combined Hybrid system (HHMM ). Each words are consist of two hand sign and each sentences consist of three words. Now the number of recognisable hand signs is 14 and recognisible word number are about 214. The recognition rate is 80%. In literature there are many work about sign language recognition systems. Most of them use a data glove or video imaging system for sensing the hand signs. These methods especially, the video camera dependent systems are not usefull in daily life. This study will be a unique system because of usage of EMG signal for sensing of hand signs., Yüksek Lisans, M.Sc.