Yapay us yöntemleri kullanılarak insan baş dokularının sar kestirim sonuçlarının karşılaştırılması
Comparison of sar estimation results of human head tissues by using artificial intelligence methods
Yazar: YÜCEL YAŞAR BÜYÜKLÜ
Danışman: PROF. DR. GÜVEN ÖNBİLGİN
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektromanyetik alanlar = Electromagnetic fields ; Radyometri = Radiometry ; SAR = Specific absorption rate

Özet:
Radyo sıklıklı (Radio Frequency-RF) dozimetri, RF alanların etkisinde kalan biyolojik nesnelerin içindeki, soğurulan elektromanyetik enerjinin dağılımının ve şiddetinin ölçülmesidir. RF elektromanyetik alan etkisinde kalma miktarı, Özgül Soğurma Oranı (Specific Absorption Rate-SAR) olarak adlandırılır ve birim kütlede, birim zamanda soğurulan enerji olarak tanımlanır. SAR yalnızca elektromanyetik dalgalar tarafından değil, ayrıca alan etkisinde kalan canlının ve yakınındaki nesnelerin, geometrik şekilleri ve elektriksel özellikleri tarafından da belirlenir. Bu değer iç elektrik alan miktarına bağlı olduğu kadar, dokunun elektriksel öziletkenliğine ve dokunun yoğunluğuna da bağlıdır. Bu nedenle SAR, sıcaklığa bağlı olan mekanizmaların belirlenmesinde uygun bir dozimetrik parametredir. 
RF elektromanyetik ışımanın biyolojik etkilerinin çalışılması sırasında yapılacak deneylerde, etik olarak insanlar kullanılmazlar. Bunun yerine deney hayvanları, yapay olarak hazırlanmış ve vücut doku eşdeğer modelleri oluşturulmuş yapay denekler veya hücre kültürleri kullanılır.
Bu tez çalışmasında, Hacettepe Üniversitesi Beytepe Yerleşkesi'nde bulunan teknoparktaki, Bilgi Teknolojileri ve İletişim Kurumu (BTK)'na ait Piyasa Gözetim Laboratuvarı'ndaki SAR deney odası kullanılmış ve 900 MHz'lik beyin doku eşdeğer sıvısı doldurulmuş yapay deneğin alt kısmına, 15 mm mesafede dipol anten yerleştirilerek deneyler yapılmıştır. Yapılan deneylerin yarısında, elektrik alan değerleri (20.0-30.0) dBm aralığında değiştirilerek 101 adet ölçüm alınmış, diğer yarısında elektriksel iletkelik değerleri (0.774-1.360) S/m aralığında değiştirilerek 101 adet ölçüm alınmıştır. Deneyler sonucunda toplanan 202 adet verideki giriş-çıkış ilişkisine bakılarak, bir tane doğrusal polinom uydurma yöntemi ve dört tane doğrusal olmayan yapay us yöntemi (ANFIS, RBF, DANRBF, MLP) kullanan modeller oluşturulmuş, oluşturulan bu modeller birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Yapılan karşılaştırmalar sonucunda modelleme için kullanılan yöntemlerden ANFIS ve DANRBF yapılarının, model başarımı ve hesapsal maliyet açısından en uygun yöntemler olduğu görülmüştür. ANFIS ve DANRBF yapay us yöntemlerini kullanan modellerin, deney donanımına en yakın güvenilir modeller olacağı söylenebilir. Modellemenin amacı; elektromanyetik ışıma etkisinde kalmayarak ve pahalı deney donanımına ihtiyaç duymayarak, oluşturulan güvenilir model çıktıları kullanılıp, SAR değerlerine yakınsamaktır. Bunun yanında, yapılan deneylerde toplanan verilerle daha öncesinde oluşturulmamış olan bir veri seti, literatüre kazandırılmıştır.

Abstract:
Radio Frequency (RF) dosimetry is the measurement of absorbed energy distribution and intensity within biological objects under the effect of RF fields. The amount of being under the effect of RF electromagnetic field is called Specific Absorption Rate (SAR) and it is defined as the energy absorbed in unit mass, unit of time. SAR is determined not only by electromagnetic waves, but also by the geometric shapes and electrical features of the living beings under the effect of the field and the objects nearby. This value depends on both the amount of inner electric field and also the tissue's electrical self-conductivity and the intensity of the tissue. Thus, SAR is a suitable dosimetric parameter in finding out temperature-dependent parameters. 
In experiments to be conducted while studying the biological effects of RF electromagnetic radiation, human beings cannot be used ethically. Instead, experimental animals, artificial experimental subjects which are prepared artificially and body tissue equivalent models of which are formed or cell cultures are used. 
In this study, SAR experiment room in Market Surveillance Laboratory of Information Technologies and Communication Organization (BTK), which is in the Techno Park in Hacettepe University Beytepe Campus, was used and experiments were conducted by placing dipole antenna at 15 mm distance to the lower part of the artificial subject who was filled with 900 MHz brain tissue equivalent fluid. In half of the experiments conducted, electric field values were changed at ranges of (20.0-30.0) dBm and 101 measurements were taken, while in the other half electrical conductivity values were changed at ranges of (0.774-1.360) S/m and 101 measurements were taken. As a result of the experiments, the input-output associations in 202 data were analyzed and models which used one linear polynomial matching method and four nonlinear artificial intelligence methods (ANFIS, RBF, DANRBF, MLP) were formed and these models were compared with each other. As a result of the comparisons, it was found that ANFIS and DANRBF were the most appropriate methods in terms of model success and unreal cost. It can be said that the models which use ANFIS and DANRBF artificial intelligence methods will be the models closest to testing equipment. The objective of modelling is to use the reliable model outputs formed by not being under the influence of electromagnetic radiation and not needing expensive experimental equipment and to converge to SAR values. In addition, a data set, which has not been previously formed, was brought to literature with the data collected in the experiments conducted.