Geri Dön

Sagittal posture analysis using wearable vivaldi antenna

Giyilebilir vivaldi anten kullanarak sagital postür değerlendirmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 878616
  2. Yazar: İLKE KAYA
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. TUBA YILMAZ ABDOLSAHEB
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Fizyoterapi ve Rehabilitasyon, Electrical and Electronics Engineering, Physiotherapy and Rehabilitation
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  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: 111

Özet

Postür günlük aktiviteleri gerçekleştirirken vücudun duruşu olarak tanımlanabilir. Postü sadece durağan hareketlerde değil aynı zamanda dinamik hareketlerde de önemlidir. Postür kasların belirli bir şekilde kasılıp gevşemesi ile sağlanabilir. Postürün tüm gün boyunca kaslar tarafından sağlanması gerektiğinden, duruş esnasında minimum enerji harcamak önemlidir. Sağlıklı bir postür kaslardaki stresi azaltacağından vücut ağrılarını ve yaralanma riskini azaltır. Öne doğru eğilmiş bir postür göğüs kafesinin hacmini azaltacağından akciğerlerin tam kapasitedede çalışamamasına neden olabilir ve dolayısıyla solunum ve yutma fonksiyonlarını etkileyebilir. Benzer şekilde abdominal organlara yapılan baskı sindirim sistemini etkileyebilir. Kötü bir postür vücudun denge merkesinin kaymasına neden olarak denge kayıplarına neden olabilir ve düşme riskini arttırabilir. Öne doğru eğilmiş bir postür düşük özgüven ile ilişkilendirilebilirken aynı zamanda kötü postür depresyona neden olabilir. Postürün hayatımızdaki önemi, postür değerlendirmesini de önemli bir hale getirmiştir. Ancak günümüzde kullanılan yöntemlerin belirli dezavantajları vardır. Postür değerlendirilmesi geleneksel ve yeni yöntemler olmak üzere iki temel başlıkla sınıflandırılabilir. Geleneksel yöntemler genellikle en düşük maliyetli yöntemlerdir. Ancak değerlendiren sağlık personelinin gözlemi ön plandadır. Bu da postürün subjektif değerlendirilmesi anlamına gelmektedir ve güvenilir değildir. İleri seviye değerlendirme yöntemleri, radyografi, fotoğraflama ve sensörler olarak düşünülebilir. Radyografi ile postür değerlendirmesi günümüzde kullanılan en güvenilir yöntemlerden biri olarak kabul edilmektedir. Elde edilen radyografi görüntülerinden Cobb açısı hesaplanarak kesin bir tanı koyulabilmektedir. Ancak Radyografi yönteminde X-Ray ışınlarının kullanılması hastaya zarar verdiğinden düzenli postür takibi için önerilen bir yöntem değildir. X-Ray ışınına sürekli maruziyet ciddi hastalıkları beraberinde getirmektedir. Fotoğraflama yönteminde anlık postür değerlendirildiğinden kesin sonuçlar vermeyebilir. Ayrıca fotoğraflamanın yapıldığı ışık ve açılar değerlendirme için önemlidir. Sensörler ile dinamik postür değerlendirmesine imkan tanınırken sürekli kalibrasyon ihtiyacı, yüksek maliyet dezavantajlarındandır. Ayrıca insan vücudu üzerine yerleştirilen sensörler kişinin hareketini etkileyebilmektedir. Bu sebeple nicel, düşük maliyetli ve hafif ölçüm araçlarına gereksinim duyulmaktadır. Bu çalışmada geniş bantgenişliğine sahip Vivaldi antenlerin vücut üzerine yerleştirilerek postür farklılıkları ayrıştırılmaya çalışılmıştır. Çalışmalar CST Stuido Suite 2019 simülasyon ortamında ve deneysel olarak gerçekleştirilmiştir. Tüm çalışmalarda Cobb açısı ile postür değerlendirme yöntemi temel alınmıştır. Radyografi görüntülerinde T4 ve T12 omurları arasından çekilen çizgiler arasında kalan açı, Cobb açısı olarak tanımlanır. Cobb açısı yöntemi radyografide postür değerlendirmek için kullanılır ve en güvenilir postür değerlendirme yöntemlerinden birisi olarak bilinir. Öncelikle simülasyon ortamında iki özdeş Vivaldi anten aralarında belirli bir mesafe olacak ve direktiviteleri birbirine bakacak şekilde konumlandırılmıştır. Bir anten sabit tutulurken diğeri iki anten aradaki mesafenin orta noktasından döndürülmüştür. 1-8 GHz aralığında 801 noktadan veri toplanarak S parametreleri elde edilmiştir. Simülasyonlar CST Studio Suite ortamında frekans domaininde gerçekleştirilmiştir. Simülasyonda gerçekleştirilen ölçümler laboratuvar ortamında tekrarlanmıştır. İki ayaklı standa antenler yerleştirilmiştir. Antenlerin ışıma yönleri birbirine bakacak şekilde konumlandırılmıştır. Antenler arasındaki mesafe 20 cm olarak ayarlanmıştır. Bu mesafe gönüllünün T4 ve T12 omurları arasındaki mesafe ölçülerek ayarlanmıştır. Bir anten sabit tutulurken diğeri aradaki mesafenin orta noktası belirlenerek gonyometre yardımıyla belirli açılarda döndürülerek S parametreleri elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar karşılaştırıldığında simülasyonla deneysel ölçümlerin bire bir uyuşmadığı görülmüştür. S21 parametrelerine bakıldığında ise hem simülasyon ortamında hem deneysel sonuçlarda da antenler arasındaki açı arttıkça S21 paraemetresinde azalma görülmüştür. Bu azalma ile birlikte 5 farklı açının ayrıştırılabildiği görülmüştür. Vivaldi antenle gerçekleştirilen ölçümler laboratuvar ortamında antipodal Vivaldi antenle gerçekleştirilmiştir. Alınan S21 parametrelerine bakıldığında antenler arasındaki açının artışıyla S21 parametresinde azalma görülmüş ve sonucunda 5 farklı açıda ayrışma görülmüştür. Bir kadın gönüllü üzerine antenler yerleştirilerek açı değişimlerine bağlı olarak S parametrelerinin değişimleri gözlemlenmiştir. Bu çalışmada kadın gönüllünün T4 ve T12 omurları el yordamıyla bulunmuş ve işaretlemeler yapılmıştır. Bir anten T4 diğeri T12 seviyesine yapıştırılmıştır. Antenler ışıma yönleri birbirine bakacak şekilde konumlandırılmıştır. Omurganın sagital düzlemdeki eğriliğini ölçmek için telefondaki bir inclinometre uygulaması kullanılmıştır. İnclinometre alt ve üst antenlere gelecek şekilde konumlandırılmıştır ve omurganın 5 farklı açısında S parametreleri elde edilmiştir. S parametreleri elde edilirken gönüllünün belirli bir süre nefesini tutması istenmiş ve 5 farklı açıda 5 tekrarlı ölçümler alınmıştır. Ölçümlerin ortalaması alınarak S parametreleri incelenmiştir. Ölçümler sonucunda farklı omurga açılarında S11 ve S22 parametrelerinin tutarlı olmadığı görülmüştür. Omurganın farklı açılarında anten ile vücut arasında istenilmeyen boşlukların oluşması ile antenlerin performansını etkilediği görülmüştür. İki numaralı anten T4, bir numaralı anten T12 seviyesine yerleştirilmiştir. Üst gövdedeki pozisyon değişikliği alt gövdeye oranla daha fazla olduğundan S22 parametrelerinin S11 parametrelerine göre daha tutarsız olduğu görülmüştür. Ayrıca antenin vücuda yakınlığı sinyalin gürültü oranını oldukça arttırmıştır. Elde edilmiş S21 parametrelerine Gaussian filtresi uygulandığında 5 farklı açının 4'ünün rahatlıkla ayrıştırılabildiği görülmüştür. Anten ile vücut arasına belirli bir kalınlıkta sünger eklenip ölçümler tekrarlandığında S11 ve S22 parametrelerinin daha tutarlı olduğu görülmüştür. Sonuç olarak S21 parametrelerine Gaussian filtresi uygulanarak incelendiğinde 5 açının da net bir şekilde ayrıştırılabildiği görülmüştür. Anten ile vücut arasına köpük eklenmesi vücut ile anten arasında istenmeyen düzensiz boşlukların oluşmasını engellemiş ve daha tutarlı bir sonuç elde edilmiştir. Antenlerin sert yapıda olması nedeniyle antenler vücudun hareketine adaptasyon sağlayamamıştır. Ölçümler antipodal Vivaldi antenle tekrarlanmıştır. Antenler direkt olarak vücuda yerleştirildiğinde Vivaldi antenlere benzer şekilde S11 ve S22 parametrelerinde tutarsızlıklar görülmüştür. Ayrıca S21 parametrelerine filtre uygulandığında dahi açılar arasında ayrışma yapılamamıştır. Köpük eklenerek alınan S21 parametrelerine filtre uygulandığında açılar arasında farklılıklar görülmüştür ancak Vivaldi antenle karşılaştırıldığında farklılıkların daha küçük olduğu görülmektedir. Açılar arasındaki farklılıkların fazla olması ilerleyen çalışmalarda daha dar açı aralıklarında postür değerlendirmesine imkan sağlaması açısından önemlidir. İnsan üzerinde gerçekleştirilen çalışmalar karşılaştırıldığında Vivaldi anten ile vücut arasına köpük yerleştirilerek elde elde edilen S21 parametreleri, açıların en iyi ayrıştırılabildiği senaryo olduğu görülmüştür. Bu senaryo temel alınarak bir phantom model tasarlanmıştır. Phantom model dielektrik katsayısı en yüksek olan kas malzemesi eklenerek tasarlanmıştır. Antenler arasında diğer çalışmalardaki gibi 20 cm mesafe bırakılarak yerleştirilmiştir. Vücut ile antenler arasında köpüğü temsil edecek kalınlıkta boşluk bırakılmıştır. Simülasyonlar Vivaldi antenin S11 parametresinin peak noktasını kapsayacak şekilde 100 MHz bant genişliğinde gerçekleştirilmiştir ve 5 noktadan veri elde edilmiştir. Vivaldi antenle vücut arasına köpük eklenerek alınan ölçümler en iyi sonuçları verdiğinden bu senaryodaki frekansa bağlı olarak S21 parametrelerinin değişimleri incelenmiştir. Her bir frekanstaki açılar arasındaki değişimler yüzde olarak hesaplanmıştır. Her bir frekans için 30 ve 40 derece arasındaki S21 değişimlerinin en az olduğu görülmüştür. Tüm değerler incelendiğinde 6 GHz frekansın optimum frekans olarak seçilebileceği görülmüştür. Phantom model ile gerçekleştirilen simülasyon sonuçlarına göre S11 ve S22 parametrelerinde açı değişimi gözlemlenemezken S21 parametrelerine bakıldığında 5 farklı açının rahat bir şekilde ayrıştırılabildiği görülmüştür. Genel olarak antenler arasındaki açı arttıkça S21 tepkilerinin azaldığı yani iki anten arasındaki kaybın arttığı gözlemlenmiştir. Antenler arasındaki kayıptaki bu artış, farklı duruşların ayrışmasını sağlar. Gelecek çalışmalarda iki omuz arasındaki yükseklik farkına bağlı olarak konu sadece sagittal olarak değil anterior olarak da çalışmaya açıktır. Bu çalışmalarda antenlerin yerleşimi ve sayısı önemli olabilir. Aynı zamanda sert olmayan ve vücuda kolaylıkla uyum sağlayabilecek malzemelere sahip daha hafif antenlerle çalışılabilir ve insan kaynaklı sinyallerin azaltılmasına yönelik çalışmalara devam edilebilir. Bu çalışma sonucunda bulunan optimum frekansın gelecek çalışmalara faydalı olacağı umulmaktadır.

Özet (Çeviri)

A healthy posture is one that allows the body to spend minimum energy. Poor posture can cause back pain, balance disorders, and breathing difficulties. In addition, unhealthy posture brings mental disorders. For this reason, correct evaluation of posture becomes important. There are many methods to evaluate posture. However, traditional methods produce qualitative results because they depend on observation. Although radiography is considered one of the most efficient posture assessment methods, it has negative health effects. This study aimed to evaluate sagittal posture using two identical Vivaldi antennas. The studies were carried out in a simulation environment and an experimental environment and compared. In simulation studies, one of the antennas was kept fixed in free-space while the other was positioned at certain angles. S parameters taken from different angles were compared. Additionally, muscle phantom has been added at certain frequencies. The muscle phantom was bent at certain angles along with the antennas and the S parameters were compared. In experimental studies, two antennas were positioned opposite each other, similar to simulation studies. While one antenna was kept fixed, the other was rotated at certain angles with the help of a goniometer to obtain S parameters. The studies were repeated with a female volunteer. The volunteer's T4 and T12 vertebreas were found manually and marked. Antenna directives are attached to the marked points, facing each other. With the help of an inclinometer application on the phone, the volunteer's posture angles were adjusted and S parameters were obtained. The measurements were repeated by adding foam between the antenna and the body. All experimental studies carried out in the laboratory were repeated with the antipodal Vivaldi antenna and the results were compared. Looking at the simulation results, there are differences between the S21 parameters taken from different degrees of the antennas. However, when the antennas are directly attached to the body, it is seen that the S21 responses decrease and the noise increases. In addition, due to the rigid structure of Vivaldi antennas, roundings are seen on the body in different postures, creating unwanted gaps between the antenna and the body. These gaps affect the individual performance of the antennas. When looking at the S21 parameters of the Vivaldi antenna after the Gaussian filter applied to the S parameters, it can be seen that 4 out of 5 angles can be separated. This does not apply to the antipodal Vivaldi antenna. It was observed that when foam was added between the body and the antenna, there was still noise, but the individual antenna performances were more stable, and the gaps between the body and the antenna could be kept more stable. In the study conducted with Vivaldi antennas, it was seen that all 5 angles could be easily separated when the Gaussian filter was applied. Although it is seen that 5 angles can be separated with antipodal Vivaldi antennas, the differences in the Vivaldi antenna are more obvious.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    733281

    Sensörlerle postür analizinin incelenmesi ve sınıflandırılması

    Examination and classification of posture analysis with sensors

    MUSTAFA GEÇİN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSüleyman Demirel Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SELÇUK ÇÖMLEKÇİ

  2. Tez No

    645491

    Serebral palsili çocuklarda oturma esnasındaki fotoğrafik postür analizinin güvenilirliği ve postürün gövde kontrolü ve kaba motor fonksiyonlar arasındaki ilişkisi

    The reliability of the photographic posture analysis during sitting in children with cerebral palsy and the relationship between the trunk control and the motor functions

    BETÜL ÜNSAL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Fizyoterapi ve RehabilitasyonBaşkent Üniversitesi

    Fizyoterapi ve Rehabilitasyon Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. NİLAY ÇÖMÜK BALCI

  3. Tez No

    864908

    The use of ultra-wideband antennas for the sagittal posture evaluation of the vertebral column

    Omurga sagittal postür değerlendirmesi için ultra geniş bant antenlerinin kullanımı

    MELİS KAYAÖZÜ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. TUBA YILMAZ ABDOLSAHEB

  4. Tez No

    727832

    Farklı ortodontik kraniofasial anomaliye sahip adölesan bireylerde postür ve kassal aktivasyonun değerlendirilmesi

    Evaluation of posture and muscular activation in adolescents with different orthodontic craniofacial anomaly

    REFİK HİLMİ BARIŞ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Fizyoterapi ve RehabilitasyonGazi Üniversitesi

    Fizyoterapi ve Rehabilitasyon Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NEVİN AYSEL GÜZEL

  5. Tez No

    732553

    Çok doğum yapmış kadınlar ile hiç doğum yapmamış kadınların omurga eğriliklerinin karşılaştırılması

    Comparison of spinal curvatures of women had given multiple times and never given birth

    GÜLÜM SARĞIN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    AnatomiVan Yüzüncü Yıl Üniversitesi

    Anatomi (Veterinerlik) Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜSEYİN KARADAĞ

    DR. ÖĞR. ÜYESİ DENİZ DİRİK

Geri Dön