Tıbbi görüntüleme cihazları için jel fantom tasarımı
Gel phantom design for medical imaging devices
Yazar: TARIK KARABEY
Danışman: PROF. DR. MEHMET ERTUĞRUL
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Amaç: Gelişen teknoloji ile üretilen medikal cihazların hem görüntü kalitesini arttırmak hem de kalibrasyon ayarları için önemli bir yeri olan fantomların büyük eksikleri bulunmaktadır. Bu eksikliklerden en önemlileri fantomu oluşturan yapıların konsantrasyonunun zamanla değişmesi ve dış etkenlere bağlı olarak yapının bozulmasıdır. Bu olumsuz etkilere karşı daha uzun süre dayanıklı olan ve canlı doku özelliğine yakın elektriksel özellikler gösteren jel fantomlar tasarlamak ve geliştirmek önemlidir. Mikrodalga Tomografi prensibi, kötü huylu ve normal dokuların dielektrik özellikleri arasındaki farka dayanır. Bu çalışmanın amacı, radyo frekansı iletimini kullanan biyomedikal uygulamaların geliştirilmesine yardımcı olmak için yeni bir insan meme dokusu eşdeğeri fantom geliştirmektir. Gelecekte yeni teknolojiler fantom kullanılarak değerlendirilecektir.
Yöntem: Yapılan çalışmada 5 g Polivinil Alkol (PVA), içerisinde 45 ml saf su bulunan bir beherde karıştırma işlemi ile beraber 80 oC sıcaklıkta 5 dakika ısıtıldı ve % 10'luk tampon PVA çözeltileri hazırlandı. Bu tampon çözeltilere farklı miktarlarda Triton X-100 maddeleri eklenerek 15 dakika karıştırıldı. 24 saat beklendikten sonra oda sıcaklığında jel fantomların dielektrik sabitlerine bakıldı. Dielektrik sabitinin ölçümü için Agilent 85070E Network Analiz Cihazı ve Performans Prob Kiti kullanıldı. 
Bulgular: 0 ile 20 GHz frekans aralığında alınan ölçümlere göre insan meme dokusunun dielektrik özelliklerini gösteren jel fantomlar elde edildi. Bu jel fantomlardan 10 ml % 10'luk PVA + 5 ml Triton X-100 jel fantomuna 0,1 g Silisyum Karbür (SiC) nanotozu karıştırılarak dielektrik sabitindeki değişim incelendi ve meme dokusunu taklit eden başka bir jel fantom elde edildi. Daha sonra elde edilen bu jel fantomun WETSEM (Islak Taramalı Elektron Mikroskobu) ile görüntüleri incelendi.
Sonuç: Sonuç olarak insan meme dokusunu en iyi taklit eden fantomlar 10 ml % 10'luk tampon PVA çözeltilerine 2, 3, 5, 6, 7 ve 8 ml Triton X-100 maddesinin karıştırılmasıyla elde edilmiştir.

Abstract:
Purpose: Medical devices produced with developing technology have great shortcomings of phantoms that have an important place both for increasing image quality and calibration settings. The most important of these deficiencies are the changes in the concentration of the structures that form the phantom over time and the structure deteriorates due to external factors. It is important to design and develop gel phantoms that are more resistant to these negative effects and show electrical properties close to the living tissue feature. The Microwave Tomography principle is based on the difference between the dielectric properties of malignant and normal tissues. The aim of this study is to develop a new human breast tissue equivalent phantom to help develop biomedical applications using radio frequency transmission. In the future, new technologies will be evaluated using phantom.
Method: In the study, 5 g of Polyvinyl Alcohol (PVA) was heated in a beaker containing 45 ml of pure water for 5 minutes at 80 oC with mixing and a 10 % buffer PVA solutions were prepared. Different amounts of Triton X-100 substances were added to these buffer solutions and mixed for 15 minutes. After waiting for 24 hours, dielectric constants of gel phantoms were checked at room temperature. Agilent 85070E Network Analyzer and Performance Probe Kit were used to measure the dielectric constant.
Findings: Gel phantoms showing the dielectric properties of human breast tissue were obtained according to the measurements taken in the frequency range of 0 to 20 GHz. The change in dielectric constant was investigated by mixing 0,1 g Silicon Carbide (SiC) nanopowder into 10 ml 10 % PVA + 5 ml Triton X-100 gel phantom from these gel phantoms and another mimicking breast tissue gel phantom was obtained. Then, the images of this gel phantom obtained with WETSEM (Wet Scanning Electron Microscope) were examined.
Results: As a result, phantoms that best imitate human breast tissue were obtained by mixing 2, 3, 5, 6, 7 and 8 ml Triton X-100 substance in 10 ml 10 % buffer PVA solutions.