Yakın kızılötesi ışık spektroskopisi tekniği ile kan glikoz yoğunluğu değişiminin gözlenmesi
Observation of blood glucose concentration variability with near-infrared spectroscopy technique
Yazar: ADEM AVCI
Danışman: PROF. DR. NURETTİN ACIR
Bursa Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Diyabet hastalığı kandaki glikoz konsantrasyon değerinin vücut tarafından dengelenememesinden dolayı ortaya çıkan metabolik bir rahatsızlıktır. Bu sebeple diyabet hastaları hastalığın komplikasyonları ile karşılaşmamak için kan glikoz konsantrasyon değerini düzenli olarak takip etmeleri gerekmektedir. Bu takip işlemi 1970'lere kadar evlerde yapılamazken gelişen teknoloji ile birlikte evlere girmesi mümkün olmuştur.
Kullanılan glikoz konsantrasyon takip sistemleri sırasıyla invazif, minimal invazif  ve non-invazif tekniklerle ölçümler yapılmaya çalışılmıştır. Birinci nesil ve ikinci nesil ölçüm sistemlerinde invazif yöntemler kullanılmıştır. Fakat invazif yöntemle yapılan ölçümler hastalar üzerinde rahatsızlık vermesinin dışında enfeksiyon kapma riski taşımakta ve ölçüm bölgesinin sinirlerinin ölmesine sebep olduğundan yapılan çalışmalar non-invazif yöntem üzerinde yoğunlaşmaktadır.
Şimdiye kadar non-invazif ölçümler için bir çok teknik kullanılmış ve sayısız çalışma yapılmıştır. Bu yöntemlerin bazılarıyla klinik olarak kısmen hassas ölçümler elde etmeyi başarılmıştır. Fakat yapılan çalışmalarda olumlu sonuçlara en çok yaklaşılan ve potansiyeli yüksek olan teknik yakın kızılötesi spektroskopisi tekniğidir. Tez çalışmasında yakın kızıl ötesi spektroskopisi tekniği üzerine yoğunlaşılıp deneysel çalışmalarda bu tekniğine göre yapılmıştır.
Yakın kızıl ötesi spektroskopisi tekniği ışığın geçtiği ortamdaki absorbsiyon oranlarını temel alan bir tekniktir. Ölçüm aralıkları 750 nm ile 2500 nm arasındadır. Bu aralıkta kan hücreleri içindeki birçok bileşen ışıkla etkileşime girer. Bu etkileşim, kandaki bileşenlerin dağılımı hakkında bilgi verir. Tez çalışmasında, kan hücrelerinin ana bileşenlerinden biri olan glikoz ayrıntılı olarak incelenmiştir. Glikoz absorbsiyon aralıkları ve ayrıca yakın kızılötesi ışığa karşı glikoz reaksiyonları izlenmiştir. 
Deneysel çalışmalar üç gönüllü birey üzerinden yürütülmüştür. Deneylerde kullanılmak üzere üç farklı ışık dalga boyunda ışık kaynağı kullanılmıştır. Deneysel çalışmalarda glikoz değişiminin gözlenebilmesi için deneysel kurgu geliştirilmiştir. Bu kurguya göre glikozun kandaki oranının az olduğu açlık durumu, glikoz yükleme durumu 1 ve glikoz yükleme durumu 2 olmak üzere üç farklı ölçüm alınmıştır. Toplamda gönüllüler ile her biri 30 saniye olacak şekilde 27 farklı ölçüm yapılmıştır.
Yapılan deneysel çalışmaların sonucuna göre kandaki glikoz miktarı ile ışığın absorbsiyon miktarı değişim göstermektedir. Bu değişimin nonlineer olduğu gözlemlenmiştir. Ölçümlerde, ölçüm platformunda meydana gelen çevresel etkiler ve herhangi bir hareket göz ardı edilmemesi gereken belirgin bir etkiye neden olur. Ayrıca ölçüm probunun daha kararlı hale getirilmesiyle ölçümlerde daha iyi sonuçlar alınabileceği gözlemlenmiştir. Gelecek çalışmalarda ölçüm probuna sıcaklık ve nem sensörleri eklenerek çevresel faktörlerin etkisi azaltılacaktır. Ölçüm probunun kararlı hale getirilmesi için prob içerisinde kullanılacak tüm elektronik bileşenlerin kararlı halde durmasını sağlayacak tasarımlar yapılacaktır.

Abstract:
Diabetes is a metabolic disorder that occurs due to the fact that apparent glucose concentration is not balanced by the body. Diabetics should regularly monitor their blood glucose concentration value to avoid complications of diabetes. Until 1970s, this monitoring process could not be done in houses but with developing technology, it became possible. 
The glucose concentration monitoring systems in use get measurement by invasive, minimally invasive and non-invasive techniques respectively. In the first generation and the second generation measurement systems, invasive techniques have been used. However, since invasive measurement causes discomfort, and it kills some nerves cells and also it posses the risk of infection, conducted studies focus mainly on non-invasive techniques.
Until now, numerous techniques have been used and innumerable studies have been carried out for non invasive measurements. Some of these studies have achieved to get partially sensitive measurements clinically. However, among the used techniques in conducted non-invasive measurement studies, Near Infrared Spectroscopy is the most successful one which also posses high potential to provide more sensitive results. In this work, we mainly focused on near infrared spectroscopy and we conducted experimental works by using this technique.
The near infrared spectroscopy is a techniques that based on the absorbance ratios in the environment where the light passes. Measurement interval is between 750 nm and 2500nm. In this interval, many components inside the blood cells interact with light. This interaction provides information about the distribution of components in blood. In this work, glucose which is one of the main components of blood cells was examined in detail. Glucose absorption ranges and also glucose's reactions to the near infrared light were monitored.
Experimental work was conducted on three volunteers. In these experiments three different light sources with three different wavelength were used. In experimental work, experimental scenario was developed to observe the glucose changes. According to this scenario, there were totally 3 different measurement time which can be listed as hungry state, glucose loading state 1 and glucose loading state 2. Totally, 27 different measurements were gotten from each volunteers where each measurement takes nearly 30 seconds.
According to the results of conducted experiments, there is a strict relation between the amount of glucose level in the blood cells and the absorbance of the light. It is observed that this relation has nonlinear behavior. In measurements, the environmental effects and any movement occured in measurement platform would cause a notable effect which should not be ignored. Moreover, with having more stable probe design, measurements would be more reliable. As a future work, humidity and temperature sensors can be added to the current probe design so as to reduce the environmental effects. In order to make probes more stable, necessary design that enables all electronic components stay stable would be done.