Numerical investigation on the acoustic imaging of the human respiratory system and manufacturing of the synthetic experimental model
İnsan solunum sisteminin akustik görüntülemesinin sayısal incelenmesi ve sentetik deneysel modelin üretimi
- Tez No: 763594
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MEHMET BÜLENT ÖZER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 169
Özet
Solunum sistemindeki fizyolojik değişikliklerin ve hastalıkların insan vücudunda oluşan ve yayılan ses dalgalarını etkilediği iyi bilinmektedir. Bu ses dalgalarının frekans, genlik ve faz gibi özellikleri fizyolojik değişiklikler ve bozukluklar hakkında kritik ve benzersiz bilgiler içerebilir. Bu çalışmada, insan göğüs kafesi içerisindeki akustik dalgaların oluşumunu ve yayılımını anlamak için kullanılabilecek insan solunum sisteminin sayısal bir modelini elde etmeyi ve akciğer ve solunum sistemi hastalıklarının teşhisi için akustik görüntüleme yöntemlerini kullanmayı amaçlıyoruz. Literatürde ilk kez insan solunum sisteminin tam bir geometrisine sahip modelde iki temel akustik görüntüleme yöntemi olan Konvansiyonel Hüzme Oluşturucu ve Eşleştirilmiş Alan İşlemcisi bu çalışmanın kapsamında uygulanmıştır. Açık kaynaklı Bilgisayarlı Tomografi görüntüleri ticari bir görüntü işleme yazılımı olan Materialize Mimics ile işlenerek insan göğüs kafesinin gerçekçi sayısal modeli elde edilmiştir. Akustik görüntüleme yöntemleri öncelikle basit iki boyutlu model kullanılarak araştırılmış ve bulgular basit üç boyutlu model ve gerçekçi sayısal model kullanılarak doğrulanmıştır. Literatüre göre, Konvansiyonel Hüzme Oluşturucunun performansı açısından yönlendirme vektörünün seçimi çok önemlidir. Bu nedenle, iki boyutlu modeli kullanarak dört farklı yönlendirme vektörü formülasyonunu inceledik. Ayrıca, aynı modeli kullanan iki farklı Eşleştirilmiş Alan İşlemcisinin performanslarını değerlendirdik. Farklı yönlendirme vektör formülasyonları ve işlemcileri karşılaştırdıktan sonra, akciğer içindeki anormal bölgenin lokalizasyon sonuçlarını göz önünde bulundurarak en başarılı ve tutarlı olanları basit üç boyutlu ve gerçekçi sayısal modellere uyguladık. Modellerin sayısal analizleri, sonlu eleman yazılımı olan COMSOL Multiphysics kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Ayrıca deneysel doğrulama için kullanılabilecek sentetik bir deneysel solunum sistemi modelinin üretim metodolojisi ve süreci sunulmuştur.
Özet (Çeviri)
It is well known that physiological changes and diseases in the respiratory system affect the sound waves that form and propagate in the human body. The characteristics of these sound waves, such as frequency, amplitude, and phase, can contain critical and unique information about physiological changes and disorders. In this study, we aim to obtain a numerical model of the human respiratory system that can be used to understand the generation and propagation of acoustic waves within the human thorax and to employ acoustic imaging methods for the diagnosis of lung and respiratory system diseases. Two fundamental acoustic imaging methods, Conventional Beamformer and Matched-Field Processor have been used on the model with an exact geometry of the human respiratory system for the first time in the literature. The realistic numerical model of the human thorax has been obtained by processing the open-source Computed Tomography images through Materialise Mimics, which is a commercial image processing software. Acoustic imaging methods have been primarily investigated using the simple two-dimensional model, and findings were verified using the simple three-dimensional model and realistic numerical model. According to the literature, the selection of the steering vector is crucial in terms of the performance of the Conventional Beamformer. Therefore, we have examined four different steering vector formulations using the two-dimensional model. Also, we have evaluated the performances of the two different Matched-Field Processors using the same model. After comparing the different steering vector formulations and processors, we have applied the most robust and successful ones considering the localization results of the abnormal region within the lung to the simple three-dimensional and realistic numerical models. Numerical analyses of the models were performed using a finite element software, COMSOL Multiphysics. In addition to numerical investigation, the manufacturing methodology and process of the synthetic experimental respiratory system model that can be used for experimental validation have been presented.
Benzer Tezler
- Akustik fiberlerde dalga yayılımı
Wave propagation in acoustic fibers
MÜRVET ÜÇER (KIRCI)
Doktora
Türkçe
1997
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDevreler ve Sistemler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERGÜL AKÇAKAYA
- Tavandan soğutulan bir hacimde sıcaklık ve nem dağılımının deneysel ve sayısal analizi
Experimental and numerical investigation of temperature and humidity distribution in an enclosure with chilled ceiling
DENİZ YILMAZ
Doktora
Türkçe
2011
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEYHAN UYGUR ONBAŞIOĞLU
- A numerical analysis of friction-induced noise in stick-slip friction
Tutma-bırakma sürtünmesi kaynaklı gürültünün sayısal olarak incelenmesi
SHAHRAD SAMANKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ATAKAN ALTINKAYNAK
- A numerical investigation on passive flow controls of open cavities at transonic speeds
Açık kavitelerin pasif kontrolünün transonik akışlarda sayısal incelenmesi
OĞUZHAN DEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BAYRAM ÇELİK
DOÇ. DR. KÜRŞAD MELİH GÜLEREN
- Theoretical and experimental investigation on centrigugal fans with a special interest on fan noise
Santrifuj fan gürültüsü ile ilgili teorik ve deneysel çalışmalar
SONGÜL BAYRAKTAR
Doktora
İngilizce
2006
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Bölümü
PROF.DR. MEHMET ÇALIŞKAN
PROF.DR. OSMAN CAHİT ERALP