LED tabanlı fotodinamik terapi test otomasyon sistemi tasarımı
Design of an LED-based photodynamic therapy test automation system
Yazar: MUHAMMED GÜLER
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA ZAHİD YILDIZ
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Onkoloji = Oncology
Dizin: LED ışığı = LED lights ; Otomatik test sistemi = Automatic test system

Özet:
Fotodinamik terapi (PDT), foto duyarlı maddelerin oksijen zengin bir ortamda belirli bir dalga boyundaki ışıkla aktifleştirilmesi sonucunda tekil oksijen üretilmesi ve bu sayede tümör hücrelerinin çevresindeki dokulara zarar vermeden seçici olarak imha edilmesini sağlayan bir kanser tedavi yöntemidir. PDT'nin bilinen en yaygın yan etkisi, tedavi sonrası birkaç gün sürebilen ışığa karşı hassasiyettir. 
Bu tez çalışmasında, kanser kütlesi, ilaç dozajı ve ışık enerjisi arasındaki ilişkinin daha iyi anlaşılabilmesi için insan hatasını minimize eden tam otomatik bir test otomasyon sistemi tasarlanmıştır. LED tabanlı fotodinamik terapi test otomasyon sistemi; çıkış gücü ayarlanabilir LED ışık kaynağı, LED sıcaklık kontrol sistemi, üç eksenli kartezyen robot ve insan-makine arayüzü (HMI) ekranı gibi modüllerin entegrasyonundan oluşmaktadır.
Sistemde, Aminolevulinik asit 5 (ALA-5) foto duyarlı maddesine duyarlı ve dokuda derine nüfuz edebilen 635 nm dalga boyu seçilmiş, LED sıcaklık kontrol sistemi yardımıyla bu dalga boyunun sabit kalması sağlanmıştır. Termal hasar oluşturmadan daha derinlerdeki kanser hücrelerinde biriken foto duyarlı maddeleri aktifleştirmek için, sürekli modun dışında ışığın farklı zamanlarda açılıp kapatılmasıyla elde edilen atım ve patlamalı atım modları da tasarıma eklenmiştir. Hangi mikro plaka kuyusuna ışığın uygulanacağının seçimi için üç eksenli kartezyen robot kullanılmış ve sistemle entegre edilmiştir. Kullanıcının, hangi mikro plaka kuyusuna ne kadar ışık gücü uygulayacağını ve hangi modda uygulama yapacağını seçebildiği grafik arayüz, Nextion firmasının HMI ekranı yardımıyla tasarlanmış ve sisteme entegre edilmiştir.
Gerçeklenen LED tabanlı fotodinamik terapi test otomasyon sistemi, optik çıkış gücünü kararlı bir şekilde ayarlanan değerde sabit tutmaktadır. Işık kaynağının dalga boyu, sıcaklık kontrol sistemlerinin görece uzun oturma süreleri nedeniyle ortam sıcaklığına bağlı olarak bir miktar gecikme ile 635 nm'ye oturmaktadır. LED sıcaklığının 44 ℃'ye ulaşmasının ardından kullanıcı arayüzünden deneylerin başlatılmasına izin verilerek bu sorun çözülmüştür. Bu bulgular, geliştirilen sistemin laboratuvar ortamında yapılan deneylerde yüksek hassasiyet ve güvenilirlik sağladığını göstermektedir.
Sonuç olarak, geliştirilen LED tabanlı fotodinamik terapi test otomasyon sistemi, manuel sistemlere kıyasla daha yüksek doğruluk ve tekrarlanabilirlik sunmakta, fotodinamik terapinin etkinliğini artırmaktadır. Bu tez, fotodinamik terapinin kanser tedavisinde önemli bir potansiyele sahip olduğunu ve otomatik sistemlerin kullanımının bu tedavi yönteminin başarısını artırabileceğini ortaya koymaktadır.

Abstract:
Photodynamic therapy (PDT) is a cancer treatment method that involves the activation of photosensitive substances in an oxygen-rich environment using light of a specific wavelength, resulting in the production of singlet oxygen. This selectively destroys tumor cells without damaging the surrounding tissues. The most common side effect of PDT is sensitivity to light, which can last for a few days after treatment.
In this thesis, a fully automated test automation system has been designed to minimize human error and better understand the relationship between tumor mass, drug dosage, and light energy. The LED-based photodynamic therapy test automation system consists of several integrated modules, including an adjustable output power LED light source, an LED temperature control system, a three-axis Cartesian robot, and a human-machine interface (HMI) screen.
The system uses a 635 nm wavelength, which is sensitive to aminolevulinic acid 5 (ALA-5) and can penetrate deep into the tissue. The LED temperature control system ensures this wavelength remains stable. To activate photosensitive substances in deeper cancer cells without causing thermal damage, pulse and burst pulse modes were added to the continuous mode of the adjustable output power LED light source. A three-axis Cartesian robot was integrated to select the microplate well to which light would be applied. The graphical interface, designed with the help of Nextion's HMI screen, allows the user to select the light power and mode for each microplate well.
The implemented LED-based photodynamic therapy test automation system maintains the optical output power at a stable set value. The wavelength of the light source stabilizes at 635 nm with a slight delay due to the relatively long settling times of the temperature control systems, influenced by ambient temperature. This issue was resolved by allowing experiments to start only after the LED temperature reached 44 ℃ through the user interface. These findings demonstrate that the developed system provides high precision and reliability in laboratory experiments.
In conclusion, the developed LED-based photodynamic therapy test automation system offers higher accuracy and reproducibility compared to manual systems, enhancing the effectiveness of photodynamic therapy. This thesis indicates that photodynamic therapy has significant potential in cancer treatment and that the use of automated systems can improve the success of this treatment method