Geri Dön

An ablation probe design for in-vivo ovary activation

Over etkinleştirilmesi için in-vivo ortamda doku kaldıran sonda tasarımı

PDF İndir

  1. Tez No: 660751
  2. Yazar: EKİN OPAR
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. ONUR FERHANOĞLU, PROF. DR. FATMA İNCİ ÇİLESİZ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Bioengineering, Biotechnology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2021
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 71

Özet

Doku kaldırması (ablation), darbeli LASER'in ilk kullanımından bu yana birçok çalışmanın yapıldığı bir konu olmuş ve tıp alanında da pek çok uygulaması bulunmuştur. Bu doku kaldırma mekanizması, LASER'in geliştirilmesiyle ilerleme kaydetmiştir. Özellikle ultra hızlı LASER kullanımı sayesinde, yumurtalık gibi dokuların çevresine minimum zarar vererek, daha hassas doku kaldırımının gerçekleşmesi sağlanmış ve medikal alanda kullanımı artmıştır. Öte yandan, doku kaldırması işlemi, ayarlanması zor olan ve doku kaldırmasının doku ya da örnekteki derinliği gibi temel özellikleri belirleyen parametreleri nedeniyle çok karmaşıktır. Bahsedilen parametreler arasında ışınımlanma (fluence), doku kaldırması mekanizması için büyük olasılıkla en temel değişkendir. Doğrudan enerji ile ilgilidir. Aynı zamanda ışık kaynağının dalga boyu ve gelen ışık demetinin boyutları de ışınım ve yeğinlik (intensity) ile bağlantılıdır. Bu nedenle, dalga boyu ve ışık demeti boyutu de etkin rol oynayan değişkenlerdendir. Doku kaldırması sürecini karmaşıklaştıran önemli etmenlerden biri ise, örnek ya da dokunun kimyasal ve optik özellikleridir. Özellikle optik soğurma katsayısı, ışığın malzeme tarafından ne ölçekte soğurulduğunu belirten bir katsayı olarak doku kaldırması için belirleyicidir. Tüm bu değişkenlerle birlikte ışık demetinin örnek ya da doku içinde izlediği yolun ve bu yoldaki ışıl-ısıl (photothermal) özelliklerin doku kaldırması için önemi büyüktür. Söz konusu bu ve benzeri parametreleri göz önünde bulundurduğumuzda, bir doku kaldırması sondası (probe) tasarlanırken, kullanılacak optik ve mekanik gereçlerin (equipment) özenle seçilmesi gerekliliği kaçınılmazdır. Bu tezde, erken yumurtalık yetmezliği olan hastaların sağaltımı (therapy) için kullanılması planlanan doku kaldırması sondasının tasarımına odaklanıldı. Bu sağaltım için Dr Hsueh ve Standford Üniversitesi'ndeki grubunun üzerine çalıştığı ve yaşayan ortam yani beden dışında (in vitro) doku etkinleştirilmesi (IVA) olarak adlandırılan yöntemin, femtosaniye LASER endoskop ile birleştirilmesi planlanmıştır. Geleneksel IVA yönteminde sağaltımı amaçlanan over (dişi yumurtalık) en az iki kez cerrahi işlemden geçerken, doku işlemede kullanılmak üzere tasarladığımız femtosaniye LASER sondası kullanılarak tek bir girişimsel uygulama ile sağaltımın tamamlanması amaçlanmıştır. Uygun tarama ve lens sistemlerinden oluşan femtosaniye LASER sonda ile az gelişmiş (premature) bir overin kesilmesi ve etkin hale getirilmesi hedeflenmiştir. Ultra hızlı LASER'in im (signal) atımlarının kısa olması sayesinde ışıl-ısıl etkileşimin minimum düzeyde görüldüğü ve olabildiğince yüksek hassasiyette çizikler oluşturulması, over üzerinde doku kaldırmada tercih edilme nedeni olmuştur. Endoskop sisteminde kullanılan diğer tamamlayıcı parçalar da çevre dokuya en az hasarla olağanca derin doku kaldırımı sağlanacak şekilde tercih edilmişlerdir. Doku kaldırması sondasının yapılandırılmasından önce, tarama hızı ve endoskop çıkışındaki ışık yeğinliğine ilişkin değerler bir bulk sistem (femtosaniye LASER ve galvo tarayıcı) kullanılarak doğrulandı. Deneyler dişi sıçan yumurtalık örnekleri üzerinde in vivo ortamda gerçekleştirildi. Daha sonra, (i) bu deneylerin, (ii) ZEMAX ve MATLAB üzerindeki teorik çalışmaların, ve (iii) fiber birleştirme verimliliğinin sonuçları incelenerek iki (2) farklı sonda tasarımı karşılaştırılıp çözümlendi. Öncelikle, doku kaldırması için yeterli güçte LASER yeğinliği için her iki tasarımın da fiber birleştirme verimliliği sağlandı. Işığın iletimini en verimli şekilde sağlayacak ve kullanılan LASER dalga boyuna uygun, fotonik kristal tabanlı bir fiber kablo tercih edildi. LASER ışık demetinin bu fiber kablo üzerinde en verimli biçimde taşınması için fiber kablonun 0,2 sayısal açıklığına (NA) uygun objektif lens ve birtakım opto-mekanik gereçler tercih edildi. İkinci adımda, bir ışık tarayıcı olarak piezo-elektrik fiber eyleyici (actuator) kullanıldı. Piezo-elektrik fiber eyleyicinin üzerine yerleştirilmiş, dört farklı yönde (sağ-sol, yukarı-aşağı) hareketi sağlayan elektrotlar yardımıyla fiberin salınımı sağlandı ve doku doku kaldırması için elverişli olan Lissajous tarama modeli elde etmek üzere ayarlandı. Böylece doku kaldırması işlemi için uygun görüş alanı (FOV) elde edildi. Sonrasında (i) iki asferik lens ve (ii) bir asferik lens + bir aksikon içeren iki farklı lens sisteminin 0,2 sayısal NA sahip LASER ışınına göre test edilmesi planlandı. Sonda tasarımları için benzetimler ve hesaplamalar yapıldı. Genel anlamıyla her iki tasarım için de ilk olarak kullanılacak lens, ışık demetinin kolimasyonu için düşünüldü. İkinci lens veya aksikon ise aynı ışık demetinin odaklanması ve sonda çıkışındaki LASER beneğin (beam) ışınımlanmasının arttırılması amaçlanarak kullanıldı. Bu iki farklı tasarımın çıkışında oluşan benek profilleri, ayrı deney düzeneklerinde görüntülendi, yanal ve eksenel sonuçlar ortaya çıkarıldı. Görüntüler ve hesaplamalar ışığında deneylere geçildi. İlk olarak iki asferik mercekten oluşturulmuş tasarımın denemesi yapıldı. Yatay ve dikey piezo eyleyiciyi hareket ettirecek, en uygun frekans değerleri belirlenerek tarama denemeleri tamamlandı. Tarama denemeleri sonucunda, istenilen derinliğin oluşmasına yardımcı olacak boyutlar belirlendi. Doku kullanımından önce, doku kaldırması eşik değeri düşük olan, 1mm kalınlıktaki paslanmaz çelik örnek üzerinde başlatıldı ve yanal kesitinden kamera görüntülemesi yapıldı. İkinci olarak, asiferik lens ve aksikondan oluşan sondanın denemeleri tasarlandı. Odak derinliği (DOP) bakımından diğer tasarıma göre avantajlı olacağını düşündüğümüz bu tasarımda, ek olarak derinliğe göre eksenel ışık beneği profillerinin görüntülemesi yapıldı. Son olarak, ikinci tasarımla benzer paslanmaz çelik örnek üzerinde doku kaldırması denemeleri yapıldı. Teorik ve deneysel sonuçlardan ortaya çıkan iki tasarım için de geliştirici çözümler düşünüldü ve üzerine literatür taraması yapıldı. İlk tasarımdaki malzeme kaldırma olayının yeterince yapılamaması sorununa ilişkin, sıvıyı malzeme ile sonda arasına aktaran ve aktarılan sıvı ve artık maddeleri çekebilen bir sistemin çözüm olarak kullanılması düşünüldü. Diğer sonda sistemindeki gücü verimli bir şekilde kullanamama durumu için ise çıkıştaki ışık beneğinin küçültülmesine yönelik araştırmalar yapıldı. Bu sayede ışığın daha kuvvetli bir şekilde odaklanması hedeflendi. Örnek alınması düşünülen mercek tasarımının bir diğer avantajı olarak da, sondadaki piezo-elektrik eyleyici tarafından oluşturulan taramayı en az kayıpla sağladığı araştırmalar sonucunda görüldü. Bu tür bir kazanım, heterojen bir yapıya sahip olan ve bizim üzerinde denemeler yapmayı düşündüğümüz over dokusuna uyumluluğu arttırmaktadır.

Özet (Çeviri)

Ablation has been a subject a lot of studies have been done on and also have many applications in medicine since the first use of pulsed LASER. Such sample removal mechanism has made progress with the development of LASER. More accurate and precise ablation with minimal damage to surrounding tissues has been achieved thanks to the use of ultrafast LASER, as in the case of a premature ovary. Therefore, its use has increased in the medical profession. On the other hand, ablation process is fairly complex due to its mechanism and parameters that are hard to adjust and determine crucial properties like depth of ablation trench. So, the entire system must be carefully assembled to construct an ablation probe. The work presented in this thesis focuses on the design of an ablation probe for the treatment of premature ovarian failure disease. Our goal was to make cuts and activate a premature ovary with a femtosecond LASER probe consisting of scanning and lens systems. Proper values related to scanning rate and fluence were verified by using a bulk system (galvo system) and femtosecond LASER prior to the reconstruction of the final ablation probe. Two different designs of probe assembly were analyzed according to the results of (i) these pre-dosimetry experiments, (ii) theoretical studies on ZEMAX and MATLAB, as well as, (iii) evaluation of fiber coupling efficiency. First fiber coupling efficiency of both designs was obtained to deliver LASER light with enough power for the ablation. To obtain Lissajous pattern and thus, resulting proper field of view for the ablation process, piezo-electrical fiber actuator was aligned as a light scanner. Next, two different lens systems, containing (i) two aspherical lenses, and (ii) an aspherical lens + an axicon, respectively, were tested with a LASER beam with 0.2 numerical aperture (NA). Finally, output beam profiles, one of which was expected to be Gaussian while the other is Bessel, were optically tested with CMOS camera images to control the suitability of probe designs before actual ablation experiments.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    874473

    MEMS sensor platform for vital monitoring under mri and intraocular pressure measurement

    Yaşamsal işaretlerin ve göz içi basıncın ölçülmesine yönelik MEMS basınç ölçer platformunun geliştirilmesi

    PARVIZ ZOLFAGHARI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ONUR FERHANOĞLU

  2. Tez No

    557805

    Mikrodalga ablasyon sistem uygulamaları için mikroişlemci tabanlı sıcaklık sensörü ile RF prop tasarımı

    RF probe design with microprocessor based temperature sensor for mi̇crowave ablation system application

    CANER MURAT

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MERİH PALANDÖKEN

  3. Tez No

    506977

    Design and implementation of intravascular hifu catheter ablation system

    İntravasküler hıfu catheter ablasyon sistemi tasarımı ve gerçeklenmesi

    OMID FARHANIEH

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Bilim ve TeknolojiSabancı Üniversitesi

    Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AYHAN BOZKURT

  4. Tez No

    255980

    Imitation of radiofrequency ablation with fiber delivered laser system for magnetic resonance guided treatment of atrial fibrillation

    Manyetik rezonans görüntüleme yardımı ile atriyal fibrilasyon tedavisi için radyofrekans ablasyonunun fiber iletimli lazer sistemi ile taklit edilmesi

    M. CAN KERSE

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2010

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ERGİN ATALAR

    YRD. DOÇ. DR. F. ÖMER İLDAY

  5. Tez No

    402411

    Ultra-wideband microwave ablation applicators

    Başlık çevirisi yok

    MUSTAFA AŞILI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolMississippi State University

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ERDEM TOPSAKAL

Geri Dön