Multiscale digital twin frameworks: From imaging to predictive flow insights in cardiac and airway dynamics
Kardiyak ve havayolu dinamiklerinde öngörücü akış analizi için çok ölçekli dijital ikiz yaklaşımları
- Tez No: 966077
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. KEVSER BANU KÖSE
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Makine Mühendisliği, Kardiyoloji, Biotechnology, Mechanical Engineering, Cardiology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Medipol Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Dijital ikiz, bir nesnenin, sistemin veya sürecin doğal özelliklerini doğru bir şekilde yansıtan sanal bir temsildir. Tıp araştırmalarında dijital ikiz, genellikle anatomik yapının rekonstrüksiyonu ile elde edilen sanal bir kopyadır. Pediyatrik dijital ikiz geliştirme uygulamaları, doğumsal kalp hastalıklarının yönetimi için standart yöntemlerin eksikliği ve artefaktlı görüntüler nedeniyle kısıtlıdır. Bu kısıtlar, rekonstrüksiyon süreçlerini sekteye uğratarak orijinalinden uzaklaşan modellerle sonuçlanabilmektedir. Bu nedenle; teşhisi, yönetimi ve tedavisi zor olan doğumsal kalp hastalıklarında dijital ikizlerle yapılacak olan uygulamaları zorlaştırmaktadır. Bu tezde; pediyatrik görüntüleme için standartlaştırılmış, uçtan uca Çok Ölçekli Dijital İkiz çerçevesinin geliştirilmesi ve doğrulanması sunulmuştur. Bu çerçeve, otomatik görüntü kalitesi değerlendirmesi ve süper çözünürlüğü entegre edilerek etkin ve güvenilir dijital ikiz elde edilmesini mümkün kılmaktadır. Çalışmada sunulan 'Bileşik 'DICOM Kalite Endeksi' ile, bilgiayarlı tomografi görüntüleri, potansiyel müdahale için işaretlenmiş ve değerlendirilen kohortun yalnızca %15'inin“Mükemmel”doğruluk koşullarında olduğu görülmüştür. Süper çözünürlük bileşeni, entropi kaybını azaltmak için U-Net ile iyileştirilmiş üç doğrusal enterpolasyon modeli sunmuş, yüksek ölçekleme faktörlerinde ayrıntıların geri kazanılmasını sağlayarak PSNR ve SSIM'de iyileştirmeler sağlamıştır. Sunulan çerçevenin son bileşeni, öngörücü akış analizi yöntemi olarak hesaplamalı akışkanlar dinamiğinin kullanılmasını içermektedir. Duktal bağımlı kardiyovasküler akış için hastaya özel şant ve stent konfigürasyonları modellenmiştir. Nazal solunum ve trake hava akışı, istirahat ve aktivite koşullarında analiz edilmiş ve fizyolojik koşullarla tutarlılığı değerlendirilmiştir. Çerçevenin bileşenleri arasındaki bağlantı, 'DICOM Kalite İndeksi'nin ve süper çözünürlüğün dijital ikiz elde edilmesi süreci ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizine entegre edilmesiyle sağlanmıştır. Bu yaklaşım, değişken kalitedeki ham tıbbi taramaların, hastaya özel doğru klinik tahminlere dönüştürülmesini destekleyen uygun bir uçtan uca çok ölçekli çerçeve ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
A digital twin represents a virtual model that precisely mirrors the inherent characteristics of an object, system, or process. Within medical research, a digital twin is generally understood as a virtual duplicate created via the reconstruction of anatomical structures. The progression of pediatric digital twin development encounters limitations stemming from the absence of standardized methodologies for addressing congenital heart diseases, as well as issues related to imaging artifacts. Such limitations hinder the reconstruction processes, frequently leading to models that diverge from the original anatomical structures. As a result, the application of digital twins in the diagnosis, management, and treatment of congenital heart diseases, intrinsically complex conditions, becomes even more challenging. This thesis demonstrates the design and validation of a standardized, all-inclusive 'Multiscale Digital Twin Framework' tailored specifically to pediatric imaging. The framework allows for the creation of efficient and reliable digital twins through the addition of automated image-quality assessment and super-resolution. The adoption of the 'Composite DICOM Quality Index' allowed the detection of computed tomography scans in need of prospective intervention and showed that only 15% of the reviewed cohort achieved“Excellent”fidelity status. The super-resolution method used a trilinear interpolation framework enhanced by U-Net to reduce the loss of entropy and hence support the recovery of fine details at higher scaling factors and achieve improvements in PSNR and SSIM. The last segment of the framework presented utilizes the application of computational fluid dynamics in the form of predictive analysis of flows. Patient-specific stent and shunt models were simulated in the context of ductal-dependent cardiovascular flows. Nasal breathing and tracheal airflow were investigated in their resting and active models and evaluated in terms of how closely each complies with physiological ranges. Interconnection of the framework elements was made possible by the integration of the 'Composite DICOM Quality Index' and super-resolution methods, digital twin acquisition, and computational fluid dynamics evaluation. This approach generates an all-inclusive multiscale framework allowing for the translation of raw medical images of variable quality into reliable, individualized clinical predictions.
Benzer Tezler
- Türkiye kökenli pirina yağından sıvı-sıvı ekstraksiyonu ile serbest yağ asitlerinin giderilmesi üzerinde bir inceleme
An Investigation on the deacidification of Turkish sulphur olive oil by liquid-liquid extraction
SELMA TÜRKAY
- Allocation of inspection effort in multistage nonserial production systems
Başlık çevirisi yok
ÖZGÜR KARACA
Yüksek Lisans
İngilizce
1988
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiYRD. DOÇ. DR. SİRAN KAYALIGİL
- Egzersiz testine bağlı“R dalgası”voltaj değişiklikleri ve koroner anjiyografi ile korelasyonu
Başlık çevirisi yok
KADRİ YAMAÇ
- Mathematical analysis of applejuice filtration and applejuice concentrate production by freeze concentration
Başlık çevirisi yok
A.LEVENT BAYINDIRLI
- Multistage repeated inspection allocation with initially unknown defective probabilities
Başlık çevirisi yok
İNCİ PEKGÜLEÇ
