Difüz optik görüntüleme esaslı, doku oksijen doyumu ölçümü
Diffuse optical imaging based, tissue saturation measurement
Yazar: ŞEYDA ÖZKAYA
Danışman: PROF. DR. MEHMET ENGİN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Teknolojiler Ana Bilim Dalı / Biyomedikal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyofizik = Biophysics

Özet:
Dokuların oksijen doyumu (sO2), canlı organizmalar için hayati önem taşımaktadır; dünya çapında sıklıkla görülen bazı önemli hastalıklarda (Anemi, kanser, KOAH, vb) ayırt edici faktör oldukları bilinmektedir. sO2 ölçüm yöntemlerinden en bilineni nabız oksimetrisidir; ancak her zaman doğru sonuçlar vermediği için, kan gazı ölçümlerine ihtiyaç duyulabilmektedir ki bu yöntem de invaziv olduğu için çeşitli riskler taşır. Bu durum, difüz optik görüntüleme (DOG) gibi yöntemlere yönelimi artırmaktadır. Ancak, DOG tabanlı ex-vivo kan çalışmalarda genellikle karanlık ortamda kontrol edilebilir ışık kaynakları ve erişimi zor cihazların kullanıldığı görülmektedir. Bu çalışmada, erişimi kolay ve ucuz mobil kamera tabanlı DOG yöntemleriyle aydınlık ortamda kan dokularının sO2 değerlerinin ölçülmesi hedeflenmiştir. İlk adımda, sO2 ile ilişkili olabilecek alanlarda medikal pazar analizi yapılmıştır. İkinci adımda, literatür analiz ve sentezi sonucu, çalışmada kullanılabilecek gereçler belirlenmiştir. Üçüncü adım, in-vitro ortamda DOG tabanlı fantom deneylerini kapsamaktadır; Oksi- ve deoksi-hemoglobin fantomlarının hazırlanması, fantomların aydınlık ortamda CCD ve mobil kamera tabanlı DOG sistemleriyle görüntülerinin alınması, bu görüntüler üzerine çeşitli görüntü işleme algoritmaları ve matematiksel yaklaşımların uygulanmasıyla ölçülen bağıl sO2'larının gerçek sO2 değerleriyle korelasyon ve regresyon analiziyle karşılaştırılmasına dayanır. Dördüncü adım, ex-vivo ortamda, sığır kanı örnekleri üzerinde gerçekleştirilen elektrokimyasal analiz ve aynı mobil kamera tabanlı DOG ile elde edilen sO2 değerlerinin korelasyon ve regresyon analiziyle karşılaştırılmasına dayanır. Bulgular, geliştirilen DOG düzeneği ve ölçüm yöntemleriyle, aydınlık ortamda kan dokularının oksijen doyumları ölçümlerinin yüksek anlamlılıkla yapılabileceğini göstermiştir. Bu sebeple, sO2 ölçümlerinde ve bu parametreye bağlı hastalıkların teşhisinde bu yöntemin -ucuz, kolay ulaşılabilir, kolay uygulanabilir ve hiçbir zararı olmayışıyla- talep edilebilir bir tamamlayıcı araç olduğu söylenebilir.

Abstract:
The tissue oxygen saturation (sO2) is vital for living organisms, which  are known to be the diagnostic factor in various diseases often seen worldwide (Anemia, cancer, COPD, etc.). The pulse oximetry is the most well-known sO2 measurement method, but blood gas measurements may be required -yet they also carry various risk factors due to the invasive application- due to the reason when it doesn't work accurate. This leads the interest towards alternative methods such as diffuse optical imaging (DOI). However, in DOG-based ex-vivo blood studies, controllable light sources and difficult-to-access devices are mostly preffered in use among dark environment. In this study, the aim is measuring the sO2 values of blood tissues in a bright environment with easy-to-access and cheap-tech mobile camera-based DOI methods. First, medical market analysis was performed in fields that may be related to sO2. Second, the tools that could be used in the study were determined as a result of literature analysis and synthesis. Third, DOI-based phantom experiments performed under in vitro conditions such that preparing various oxy- and deoxy-hemoglobin phantoms, taking images of them in bright environment with CCD and mobile cam-based DOI systems, applying various image processing algorithms and mathematical approaches, comparing the relative sO2 results with the real sO2 values by correlation and regression analysis. The fourth step is based on the electrochemical analysis performed on bovine blood samples in an ex-vivo environment and the comparison of sO2 values obtained with the same mobile camera-based DOI by correlation and regression analysis. The findings showed that with the developed DOI mechanism and measurement methods, oxygen saturation measurements of blood tissues can be made with high significance in a bright environment. For this reason, it can be said that this method is a desirable complementary tool in sO2 measurements and diagnosis of diseases related to this parameter- as it is cheap, easily accessible, easily applicable and has no harm.