Mesleki stres düzeyinin kortizol hormonu ile belirlenmesini sağlayan sistem tasarımı
Designing a system to determine occupational stress levels using cortisol hormone measurement
Yazar: MUHAMMED ERTUĞRUL ÇAPAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HASAN UĞUR ÖNCEL
İstanbul Gedik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İş Sağlığı ve Güvenliği Ana Bilim Dalı / İş Sağlığı ve Güvenliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Evrişimli sinir ağları = Convolutional neural networks ; Görüntü analizi = Image analysis ; Kortizol =   ; Meslek sağlığı = Occupational health ; Risk değerlendirmesi = Risk assesment ; Stres = Stress

Özet:
Bu çalışma, stres biyobelirteçlerinden biri olan kortizol hormonu
seviyelerinin belirlenmesi için yeni bir yöntem sunmaktadır. Çalışma kapsamında,
kullanıcıların ter örneklerini toplamak için mikroakışkan pedler kullanılmıştır. Bu
pedler, mavi tetrazolyum yöntemi ile kortizol seviyelerinin kolorimetrik olarak
belirlenmesini sağlamıştır. Elde edilen renk değişimi, Evrişimli Sinir Ağları (CNN),
Karar Ağacı ve Vektörel Regresyon yöntemleri ve gelişmiş görüntü işleme teknikleri
ile analitik olarak değerlendirilmiştir. Çalışmanın ana çıktılarından olan görüntü
işleme ve renk analiz algoritması, donanım farklılıklarından ve renk değişimlerindeki
bozukluklardan meydana gelecek problemlerin çözümünde de önemli katkılar
sunabilir. Bu algoritma, çeşitli donanım ve koşullarda bile güvenilir ve tutarlı
sonuçlar elde edilmesini sağlayarak, sistemin uygulanabilirliğini ve
genelleştirilebilirliğini artırmaktadır. Bu özellikler, geliştirilen yöntemin daha geniş
bir kullanım alanına sahip olmasına ve farklı sektörlerde kolayca benimsenmesine
olanak tanımaktadır.
Ter örnekleri ile gerçekleştirilen ELISA çalışmaları ve mavi tetrazolyum
yönteminin doğrulanması için kolorimetre cihazı ile yapılan validasyon sonucunda,
geliştirilen sistemin ana referans değerlerini belirlemede %98, kullanıcıların kortizol
değerlerini belirlemede ise %84,2 başarı oranına ulaştığı tespit edilmiştir. Bu yüksek
doğruluk oranı, sistemin güvenilirliğini ve etkinliğini göstermektedir. Ayrıca,
çalışmada katılımcılardan (n=20) ter örnekleri alımı sırasında Kopenhag Psikososyal
Risk Değerlendirmesi ve Algılanan Stres Ölçeği testleri uygulanmıştır. Bu testler ile
katılımcıların psikososyal olarak stres seviyeleri belirlenmiş ve kortizol seviyeleri ile
stres arasındaki korelasyon incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, kortizol seviyelerinin
stres düzeyleri ile önemli ölçüde ilişkili olduğunu ortaya koymuştur.
Geleneksel stres ölçüm yöntemleri genellikle öznel raporlamaya veya
fizyolojik ölçümlere dayanırken, bu çalışmada sunulan mikroakışkan pedler ve optik
cihazlar kullanan bu yeni yöntem daha objektif ve ölçeklenebilir bir yaklaşım
sunmaktadır. Bu çalışma kortizol seviyelerinin stres düzeylerini belirlemede kritik
bir biyobelirteç olduğunu desteklemektedir.
Geliştirilen sistem, mesleki stresin tanımlanması ve yönetilmesi açısından
önemli bir araç olarak öne çıkmaktadır. İşçilerin refahını ve kurumsal verimliliği
artırmada önemli bir adım olan bu yenilikçi yöntem, stres yönetimi stratejilerinin
geliştirilmesine ve uygulanmasına önemli katkılar sağlayabilir.
Ayrıca, bu çalışma sadece kortizol ölçümü ile sınırlı kalmayıp, kolorimetrik
analizlerin renk analizlerinin stresin genel biyobelirteçlerinin objektif ve hızlı bir
şekilde değerlendirilmesi için de yeni yollar açmaktadır. İş yerinde stresin önlenmesi
ve yönetilmesi için bu tür teknolojilerin kullanılması, işçilerin sağlığını ve genel iş
verimliliğini artırmada büyük bir potansiyele sahiptir. Bu tür yenilikçi yaklaşımlar, iş sağlığı ve güvenliği alanında gelecekte daha yaygın olarak kullanılabilir ve stresle
başa çıkma stratejilerinde yeni yollar açabilir.

Abstract:
This study presents a novel method for determining cortisol hormone levels, a
key biomarker of stress. The study utilized microfluidic pads to collect sweat
samples from users, which were then analyzed colorimetrically using the blue
tetrazolium method to determine cortisol levels. The color change observed was
analytically evaluated using advanced image processing techniques, including
Convolutional Neural Networks (CNN), Decision Tree, and Vector Regression
methods. One of the primary outcomes of this study is the image processing and
color analysis algorithm, which can effectively address problems arising from
hardware differences and color change distortions. This algorithm enhances the
system's applicability and generalizability by ensuring reliable and consistent results
across various hardware and conditions. These features allow the developed method
to be adopted in a wider range of applications and different sectors.
The validation of the ELISA studies performed with sweat samples and the
blue tetrazolium method using a colorimeter device demonstrated that the developed
system achieved a 98% success rate in determining the main reference values and an
84.2% success rate in determining users' cortisol values. This high accuracy rate
indicates the reliability and effectiveness of the system. Additionally, the study
involved collecting sweat samples from 20 participants while administering the
Copenhagen Psychosocial Risk Assessment and Perceived Stress Scale tests to
determine their psychosocial stress levels. The correlation between cortisol levels
and stress was examined, and the results showed a significant relationship between
cortisol levels and stress levels.
Traditional stress measurement methods typically rely on subjective reporting
or physiological measurements, whereas this new method, which uses microfluidic
pads and optical devices, offers a more objective and scalable approach.
Consequently, this study supports the importance of cortisol levels as a critical
biomarker for determining stress levels. The developed system stands out as a
significant tool for identifying and managing occupational stress. This innovative
method represents a crucial step in improving workers' well-being and corporate
productivity, contributing significantly to the development and implementation of
stress management strategies.
Moreover, this study opens new avenues for the objective and rapid
evaluation of general stress biomarkers beyond cortisol measurement. The use of
such technologies for preventing and managing workplace stress has great potential
to improve workers' health and overall job productivity. These innovative approaches
are likely to be more widely adopted in the field of occupational health and safety in
the future and can revolutionize strategies for coping with stress.