Fizyolojik ölçümlerden elde edilen özellikler kullanılarak enerji tüketimi  kestirimi için özgün bir yaklaşım geliştirilmesi
Developing a novel approach to estimate energy expenditure using features from physiological measurements
Yazar: HÜSEYİN YANIK
Danışman: DOÇ. DR. EVREN DEĞİRMENCİ
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Enerji tüketimi = Energy consumption ; Giyilebilir teknoloji = Wearable technology ; Makine öğrenmesi = Machine learning ; Yürüme analizi = Gait analysis ; İşaret işleme = Signal processing

Özet:
Günümüzde dünya nüfusunun büyük çoğunluğu fazla kiloludur ve tavsiye edilen minimum fiziksel aktiviteyi gerçekleştirmekte başarısız olmaktadır. Hareketsiz yaşam kaynaklı fazla kilolu olma  durumu, birlikte pek çok rahatsızlığı getirmektedir. Bu durum fiziksel aktivite eksikliğini dünyadaki en  önemli sağlık problemlerinden biri haline getirmektedir. Fiziksel aktivite, iskelet kasları tarafından gerçekleştirilen herhangi bir vücut hareketi olarak tanımlanmaktadır ve enerji tüketimi ile sonuçlanmaktadır. Bu nedenle, enerji tüketimi dolaşım ve solunum sistemlerinin oksijen sağlama yeteneği ile birlikte, sağlığın en önemli belirleyicileri arasında yer alır. Son yıllarda yapılan çalışmalar sayesinde, fiziksel aktivite ve sağlık arasındaki ilişkiye dair ufuk açıcı bilgiler ortaya çıkmıştır.Bu sayede bireylerde davranış değişikliğine yönelimler gözlemlenmektedir. Giyilebilir sensörler  yardımıyla, bireyler hedefledikleri enerji tüketim değerlerine erişmede yardımcı bir araç sahibi olmaya başladılar. Ancak enerji tüketim kestiriminde yalnızca giyilebilir sensörlerden gelen veriler yeterli olmamaktadır. Bu noktada, fizyolojik veriler devreye girmektedir. Kalp ritmi gibi fizyolojik veriler bireye özgü enerji tüketim kestiriminde önem arz etmektedir. Çünkü fizyoloji kişiye özgü bir kavramdır. Yapılan çalışmalarda, kalp ritmi ile enerji tüketiminin güçlü  bir korelasyona sahip olduğu görülmüştür. Benzer şekilde, kalpten elde edilen fizyolojik  elektrokardiyogram ölçümleri ile karakteristik çıkarımı yapılarak enerji tüketim ilişkisi  derinleştirilebilir. Örneğin, kalp ritim değişkenliği, metabolizma üzerine yapılan çalışmalarda belirteç  verisi olarak kullanılmaktadır. Metabolizmayı etkileyen en önemli unsurlardan biri de, bireyin besin alım davranışıdır. Besin  alım davranışı özellikle bireylerin doldurduğu anket verileri ile takip edilebilmektedir. Ancak bu noktada bireylerden gelen yanlış veriler, yanlış yönlendirmelere sebep olabilmektedir. Bu sebeple giyilebilir sensörler yardımıyla takip etmek daha gerçekçi sonuçlar vermektedir. Bu tezin amacı, enerji tüketimi ve fizikselaktivite arasındaki ilişkiyi derinleştirmek amacıyla enerji tüketimini etkileyebilecek fizyolojik ölçümleri de içeren geniş ve kapsamlı bir araştırma ile enerji tüketim kestirimi yapmak ve farklı özellikteki bireyler arasında, geliştirilen prosedürü test edip, farkları literatüre kazandırmaktır. Bu amaçla 32 bireyden (15 Erkek (8 Kilolu, 7 Normal), 17 Kadın (8 Kilolu, 9 Normal)) fiziksel aktivite ve besin alım verileri toplanmış ve bu veriler kullanılarak oluşturulan öznitelik setleri üzerinden kestirim çalışmaları yapılmıştır. Geliştirilen kestirim modelleri, literatürdeki benzer modellerle kıyaslanmıştır. Ayrıca elde edilen karakteristikler kullanılarak cinsiyetler arası farklılıklar, vücut tipine göre farklılıklar ve cinsiyet içi vücut tipine göre farklılıklar ortaya konulmuştur. 
Enerji tüketim kestirimini yaparken, gerçek enerji tüketim verisi olarak metabolik ölçümlerde altın 
standart olan indirekt kalorimetre kullanılmıştır.

Abstract:
The vast majority of the world's population today is overweight and fails to perform the  minimum recommended physical activity. This situation makes the lack of physical activity one of the 
most important health problems in the world. Physical activity is defined as any body movement 
performed by skeletal muscles and results in energy expenditure. Therefore, energy consumption, along  with the ability of the circulatory and respiratory systems to provide oxygen, is among the most  important determinants of health. Thanks to the studies carried out in recent years, seminal information  on the relationship between physical activity and health has been obtained, and individuals have been  directed to behavior change. With the help of wearable sensors, individuals began to have a helpful tool  in reaching their targeted energy consumption values. However, data from wearable sensors alone is  not sufficient for energy consumption estimation. At this point, physiological data come into play. Physiological data such as heart rhythm are important in estimating individual energy consumption. Studies have shown that there is a strong correlation between heart rhythm and energy consumption. Similarly, the energy consumption relationship can be deepened by extracting the  characteristic with the physiological electrocardiogram measurements obtained from the heart. For  example, heart rhythm variability is used as marker data in studies on metabolism. One of the most important factors affecting metabolism is the individual's food intake behavior.  Food intake behavior can be tracked, especially with survey data filled by individuals. However, at this  point, wrong data from individuals can lead to misdirections. For this reason, tracking with the help of wearable sensors gives results that are more realistic.
In order to deepen the relationship between energy consumption and physical activity, the aim 
of this thesis is to make an estimation of energy consumption with a wide and comprehensive research, including physiological measurements that may affect energy consumption, and to test the developed procedure among individuals with different characteristics and to bring the differences to the literature. For this purpose, data were collected from 32 individuals (15 Male (8 Overweight, 7 Normal), 17 Female (8 Overweight, 9 Normal)) and estimation studies were carried out on these data. The developed estimation model was compared with similar models in the literature. In addition, the energy consumption of individuals with different characteristics was compared by dividing them into groups in energy consumption. Gender differences, weight differences and intra-gender weight differences were investigated and results were obtained. While estimating energy consumption, indirect calorimeter, which is the gold standard in caloric measurement, was used as real energy consumption data.