Gel phantom preparation for microwave breast cancer imaging
Mikrodalga meme kanseri görüntüleme için gel fantom hazırlanması
- Tez No: 953189
- Danışmanlar: PROF. DR. METİN HAYRİ ACAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 83
Özet
Dünyada kadınlarda en yaygın görülen kanser meme kanseridir. Ayrıca, nedeni kanser olan ölümlerde de ilk sırada yer almaktadır. Günümüzde her yaştaki kadında meme kanserine yakalanma riski vardır. Bu sebeple, meme kanserinde erken teşhis hayati önem taşımaktadır. Erken teşhis ile tedavilerde hem yüksek oranda başarı sağlanmaktadır ayrıca, tedavi daha kısa sürerek kanser nedeniyle oluşan insani, sosyal ve ekonomik yükleri azaltmaktadır. Meme kanserini teşhis etmek için kullanılan bir çok yöntem ve cihaz mevcuttur. Mamografi, ultrason, manyetik rezonans görüntüleme cihazı ya da biopsi örnek verilebilir. Manyetik rezonans cihazı güçlü bir manyetik ışın ile yansıtma yöntemiyle meme dokusu ve tümor görülebilmektedir. Ama en önemli dezavantajı, meme dokuları radyasyona maruz kalır ve normal doku ile kanserli doku üst üste gelmesinden kaynaklanan kanserli dokunun farkedilmesi zor olmaktadır. Kanserli dokuyu görüntüleme cihaz ve yöntemler ile ilgili dünya genelinde çok sayıda bilimsel makale ve teknolojik girişimler yapılmış ve günümüzde de halen devam etmektedir. Bu yeni teknolojilerden bir tanesi olan mikrodalga meme kanseri görüntüleme teknolojisi hakkında son 20 yıldır yoğun araştırmalar yapılmaktadır. Mikrodalga denilen elektromanyetik dalgalar spektrumda 300 MHz – 30 GHz (1 m – 1 cm dalga boyu) frekans aralığındadır. Mikrodalga, insanların en çok etkileşimde bulunduğu ve insan vücudundaki dokuları iyonize edecek kadar güçlü olmayan elektromanteyik dalgadır. Mikrodalga görüntüleme teknolojisinin temel amaç, insan sağlığına zararsız, düşük/güçlü elektromanyetik dalgaları kullanarak görüntülenmek istenen bölgenin dielektrik özelliklerinin haritasını çıkarmaktadır. Bu özellikler, bağıl geçirgenlik (r), elektriksel iletkenlik (σ) ve manyetik geçirgenliktir. Manyetik geçirgenlik insanın tüm dokularında değişmezken bağıl geçirgenlik ve elektriksel iletkenlik değişim gösterir. Bu nedenle, bu iki parametrenin dağılımları elde edilmeye çalışılır. Memedeki her dokunun farklı bağıl geçirgenlik ve elektriksel iletkenliği sahip olması nedeniyle mikrodalga frekanslarında elektromanyetik dalgalar ile uyarılır ve bir saçılan alan olan elektriksel özelliklerinin haritası oluşturulur. Kanserli doku normal dokuya göre çok daha yüksek bağıl geçirgenliğe sahiptir ve suyun bağıl geçirgenlikleri ile birbirlerine yakındır. Normal ve kanserli dokuların bağıl geçirgenlikleri arasındaki fark büyük olması mikrodalga görüntüleme için çok büyük bir avantajdır. Mikrodalga görüntüleme cihazlarının geliştirilmesi için meme dokularının dielektrik özelliklerini taklit edebilen meme fantomları üretilmesi son derece önemlidir. Sıvı, yarı katı (heterojen) veya katı ve çapraz-bağlı polimer formlarında dokuları taklit eden fantomlar geliştirilmiştir. Sıvı esaslı fantomlar; gliserin-su karışımı ve Nötür yüzey aktif maddesi olan Triton-X-100 (polietilen glikol esaslı) gibidir. Yarı-katı heterojen fantomlar ise su, yağ, şeker ve un gibi birçok maddenin karışımlar; yağ-jelatin esaslı karışımlar; yağ, jelatin, deterjan, formaldehit ve su karışımları; meme dokusundaki yağ, deri, bez ve kanser gibi canlı dokuların taklit edilmesi için su, yağ, sodyum klorür, yüzey aktif maddesi ve propilen glikolün belirli miktarlarda karışımları; deionize su, zeytin yağı, gelatin, deterjan, p-toluik asit, n-propanol, sodyum azid ve sodyum klorür karışımları; deionize su, gliserin, benzalkonyum klorür, agar, silisyum karbür, ve aliminyum oksit karışımları; kalsiyum, potasyum, magnezyum, silikon dioksit, selüloz ve grafit katkılı birçok agar esaslı karışımlar; parafin, soya yağı, buğday unu ve su ile yapılmış karışımlar; cam kürecikleri (100 m çapında) ile parafin karışımılar gibi birçok fantomlar literatürde mevcuttur. Polimerik malzemelerin kullanıldığı katı fantomlar; grafit, karbon siyahı ve poliüretan karışımları; memedeki farklı dokuları taklit etmesi için polivinilalkol esaslı karışımlar; stiren-akrolonitril polimeri, kanola yağı, gliserin, polietilen glikol esaslı TX151 ve su karışımları; yarı katı poliakrilamid fantomu, radyo frekans ablasyonunda, 0.5-3.0 GHZ mikrodalga hipotermia uygulamasında, ve 1-4 GHZ aralığında ise beyin fantomu olarak mevcuttur. Fantom dizaynlarında birçok eksiklik ve dezavantajlar mevcuttur. Örnek olarak, fiziksel karışım ile oluşturulan fantomlarda yüksek oranda su vardır bu nedenle, suyun buharlaşma noktası düşük olduğu için günden güne dielektrik özellikleri değişmektedir. Dokuların dielektrik özelliklerinin değişmediği için fantomların kararlı ve sabit özellikler göstermesi, raf- ömürlerinin yüksek olması ve cihazın kalibrasyonu için tekrar kullanılması istenmektedir. Ayrıca, meme dokularının mekanik yapılarına ve görünüşlerine uygun fantom çalışmaları literatürde çok az olduğu görülmektedir. Çapraz-bağlı polimer yapılar sentez edilmesidir. Yarı katı polyakrilamid PAAm), yağ, göğüs dokusu ve kanse dokusunu mimik etmek amacı ile, %18.2 w/v akrilamid, %0.001 w/v bis-akrilamid, %0.05 w/v amonyum persulfat ve %0.05 v/v oranında 𝑁,𝑁,𝑁′,𝑁′-tetrametiletilendiamid'in 100 ml deiyonize sulu çözeltisi olarak hazırlanan karışımdan, çapraz bağlı poliakrilamid elde edilmiştir. Bu meme fantomu diğer doğal polimerlerden daha stabil olduğu gözlenmiştir. Uygun ve kullanışlı bir mikrodalga meme fantomunun anatomi, dielektrik özellik ve dayanıklılık gibi bazı kriterleri karşılaması en önemli konudur. Birçok görüntüleme modunda gerçekçi iç doku kontrastı yeteneği olan meme fantomu oluşturmanın, Mikrodalga Teknolojisinin meme görüntüleme çözümünde bilinen teknolojiler ile karşılaştırılmasına ve değerlendirilmesine etkisi olacaktır. Böyle fantomlar, mikrodalga görüntüleme cihazlarının, tezgah üstünden yatak moduna dönüştürülüp kliniğe uygulanması açısından oldukça önem teşkil etmektedir. Bu tezin amacı, kanser dokusu da dahil olmak üzere meme dokularını taklit edebilen jel fantomlar hazırlamaktır. Bu amaçla, ilk olarak farklı özelliklerde poli(akrilik asit) (PAA) jelleri sentezlenmiştir. Jellerin şişme özellikleri çapraz-bağlayıcı miktarlarının artmasıyla azaldığı gözlemlenmiştir. İkinci olarak çapraz bağlayıcı miktarının jellerin mekanik özelliklerine ne gibi etkisi olduğunu incelemek için basma-çekme testleri yapılmıştır. Sonuç olarak, çapraz-bağlayıcı oranı ile jellerin Young modülünün (E) arttığı, yani esnekliğin azaldığı görülmüştür. Bu jellerin kopma uzaması da çapraz-bağlayıcı oranı ile azalmıştır. Yukarıda bahsedildiği gibi, literatürdeki fantomların birçoğunun içeriğinde viskozlaştırıcı, yüksek oranda su (DW) ve yağ olup fiziksel karıştırma yaparak hazırlanmaktadır. Suyun buharlaşması önemli bir faktör olup yüksek kaynama noktasına çözücüler bulunmuştur. Bütün çözücülerin ve çözücü karışımınlarının bağıl geçirgenlikleri ve iletkenlikleri ölçülmüştür. Çözücülerin/çözücü karışımlarının bağıl geçirgenliklerinin meme dokularının (normal ve kanser) ε' ile yakın/uygun olduğu bulunmuştur. Fantom jellerin farklı çözücü/çözücü karışımlarında şişme oranları ve dielektrik özellikleri incelenmiştir. Ayrıca, bu solvent/solvent karışımlarında şişirilen jellerin dielektrik özellikleri meme dokularına (normal ve kanser) çok yakın olduğu gösterilmiştir. Yapılan bütün çalışmalardan sonra, PAA jellerinin meme dokularını (normal ve kanser) taklit etmek için de uygun olduğu gözlemlenmiştir. Son olarak, Mikrodalga Meme Görüntüleme cihazında kanser dokusu fantomu normal doku fantomu içinde net olarak görülmüştür.
Özet (Çeviri)
Breast cancer is the most common and leading cause of death among women in the world. For this reason, early diagnosis of breast cancer is of great importance. With early diagnosis, a high rate of success is achieved in treatments. There are many methods and devices, which include mammography, ultrasound, magnetic resonance imaging device, or biopsy, used to diagnose breast cancer. The Microwave Imaging Technology has been developed for the last 20 years to detect breast cancer. Microwave is the electromagnetic wave in the the frequency range of 300 MHz – 30 GHz with which humans interact most and which is not strong enough to ionize tissues in the human body. These properties are relative permittivity (′), electrical conductivity (σ) and magnetic permeability. While relative permittivity and electrical conductivity is changing, the magnetic permeability does not change in all human tissues. Each tissue in the breast has different relative permittivity and electrical conductivity. Cancerous tissue has a much higher relative permittivity than normal tissue, and the relative permittivity of it is close to water. It is a huge advantage for microwave imaging because of the significant difference between the two tissues. The aim of this thesis is preparing gel phantoms that able to mimic the breast tissues including cancer tissue. For this aim, firstly poly(acrylic acid) (PAA) gels were synthesized with different properties. When the mechanical properties of the gels were examined, the Young's modulus (E) of the gels increased with the cs-lk ratio, that is, the flexibility decreased. The elongation at break of these gels also decreased with the cs-lk ratio. It was observed that swelling ratios of gels were decreased by increasing cs-lk amounts. The relative permittivities of the solvents/solvent mixtures were found to be close/suitable with ε′ of the breast tissues (normal and cancer tissues). Swellling ratios and dielectric properties of the phantom gels in different solvents/solvent mixtures were investigated. The dielectric properties of gels swollen in these solvent/solvent mixtures were also shown very close to breast tissues (normal and cancer tissues). It was observed that PAA gels are also suitable for mimicking breast tissues (normal and cancer tissues). Beside that, the cancer tissue phantom was clearly seen within the normal tissue phantom in Microwave Breast Imaging device.
Benzer Tezler
- Microwave dielectric property characterization with open-ended coaxial probe and sensing depth analysis of the probes for biological tissues
Açık uçlu koaksiyel prob ile mikrodalga dielektrik özellik tanımlaması ve biyolojik dokular için probların algılama derinlik analizi
CEMANUR AYDINALP
Doktora
İngilizce
2022
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUBA YILMAZ ABDOLSAHEB
- Sesötesi uygulamalar için yapımı kolay ve düşük maliyetli fantom tasarımı
Ultrasound applications for easy and low cost phantom design
AYDIN UĞUR KORU
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKGÜL
- Tıbbi görüntüleme cihazları için jel fantom tasarımı
Gel phantom design for medical imaging devices
TARIK KARABEY
Doktora
Türkçe
2020
Mühendislik BilimleriAtatürk ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ERTUĞRUL
- Gel-phantom study for target volume optimization in HDR and/or LDR brachytherapy using advanced imaging techniques
İleri görüntüleme teknikleri kullanarak HDR ve/veya LDR brakiterapide hedef hacim optimizasyonu için jel fantom çalışması
ZİYAFER GİZEM PORTAKAL
Doktora
İngilizce
2018
Fizik ve Fizik MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA TOPAKSU
DOÇ. DR. NİNA TUNÇEL
- Polimer jel dozimetre ve manyetik rezonans görüntüleme yardımıyla İridyum192 yüksek doz oranlı brakiterapi kaynaklarının 3boyutlu doz dağılımının analizi
The use of polimer gel dosimetry and magnetic resonance imaging for the analysis of 3D dose distrubitions of high dose rate Ir-192 sources
ÖZNUR ŞENKESEN