Biyomedikal optik görüntüleme esaslı kan şekeri ölçümü
Biomedical optical imaging based blood glucose measurement
Yazar: İBRAHİM AKKAYA
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET ENGİN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Biyomedikal uygulamalar = Biomedical applications

Özet:
Diyabet hastalığı günümüzün en önemli ve hasta sayısı hızla artmakta olan sağlık sorunlarından bir tanesidir. Kronik bir hastalık olan diyabetin tedavi edilmesi ve/veya kontrol altında tutulması için sıklıkla kan şekeri ölçülmesi gerekmektedir. Günümüzde kan şekeri ölçümü örselemeli olarak yani vücuttan alınan kan örneği ile belirlenebilmektedir. Bu yöntem acı verici hem de enfeksiyon riski taşımaktadır. Örselemesiz ve sürekli olarak hastanın kan şekeri seviyesini takip edebilmesi oldukça önemli bir husustur. Bu amaçla uzun yıllardır bu alanda çalışmalar süregelmektedir. Ancak yetkili kuruluşlar tarafından onaylanmış bir yöntem bulunmamaktadır.
Bu tez çalışmasında, yukarıdaki olumsuzlukları gidermek için kan şekerinin optiksel olarak belirlenmesine yönelik araştırmalar yapılmıştır. İlk kısımda in-vitro ortamlarda çalışılması için gerekli fantomların üretim ve optik karakterizasyonu yapılmıştır. Ardından bu fantomlar kullanılarak kan şekerinin yüksek saçılmalı ortamlardaki davranışı geçişli, yansımalı, kutuplamalı ölçümlerle incelenmiştir. Karşılaşılan zorluklar ve elde edilen sonuçlar verilmiştir. Ayrıca, kan şekeri miktarının belirlenebilmesi için 1338 – 1322 nm veya 2144 – 2166 nm dalgaboyu çiftleri kullanılarak bir gösterge parametresi önerilmiştir.
Son aşamada; in-vivo ortamda kan şekerinin ölçülmesi amacıyla darbe pletismografi esaslı bir optik ölçüm sistemi tasarımlanmıştır. Bu sistem ile alınan optik sinyallerden dinamik soğrulma spektrumu elde edilmiştir. Bu spektral değerler ile çokludeğişken regresyon analizi uygulanarak gerçek kan şekeri değeri ile sistemin kestirdiği kan şekeri değerleri arasında ilişki sunulmaktadır. Elde edilen sonuçlardan, önerilen optik sistemin kabul edilebilir olduğu gözlemlenmiştir.

Abstract:
Diabetes is one of the most prevalent and rapidly increasing diseases nowadays. Blood glucose levels should be measured frequently in order to treat and/or control this chronic disease. At present, blood glucose measurement is done invasively by pricking the finger to obtain a blood sample. This method is both painful and has a risk of infection. Noninvasive and continuous blood glucose level monitoring is essential. Many studies have been done with the intent of improving this process. However, there is no method yet that has been approved by an authorized organization.
In this dissertation, some research based on optical premises was conducted taking these problems into consideration. Firstly, different phantoms were produced and optical characterization studies were done for the in-vitro measurements. Then, blood glucose behavior was analyzed through the use of transmission, reflection, and polarization techniques in very high scattering mediums. The difficulties encountered and the acquired results were presented. In addition, an index parameter was proposed for blood glucose concentration by using dual wavelength pairs which measure 1338 – 1322 nm and 2144 – 2166 nm.
In final step, an optical measurement system was built for measuring blood glucose levels based on pulse phyletismography in-vivo. The dynamic absorption spectrum was calculated using data that was acquired through the system. It was presented that the relation between actual blood glucose level and predicted glucose level by using multivriate regression analysis. It was observed thorough the acquired results that the proposed optical system has acceptable prediction range