T.C.
SELÇUK ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ
ROMATĐZMAL EKLEM ĐLTĐHAPLI HASTALARIN TEDAVĐ SÜRECĐNDE RADYAL VE ULNAR ARTER KAN AKIŞI
DEĞĐŞĐMLERĐNĐN ĐNCELENMESĐ Ali Osman ÖZKAN
DOKTORA TEZĐ
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı
Kasım-2010 KONYA Her Hakkı Saklıdır
TEZ BĐLDĐRĐMĐ
Bu tezdeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edildiğini ve tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm.
DECLARATION PAGE
I hereby declare that all information in this document has been obtained and presented in accordance with academic rules and ethical conduct. I also declare that, as required by these rules and conduct, I have fully cited and referenced all material and results that are not original to this work.
Ali Osman ÖZKAN Tarih: 12.11.2010
iv
ÖZET
DOKTORA TEZĐ
ROMATĐZMAL EKLEM ĐLTĐHAPLI HASTALARIN TEDAVĐ SÜRECĐNDE RADYAL VE ULNAR ARTER KAN AKIŞI DEĞĐŞĐMLERĐNĐN ĐNCELENMESĐ
Ali Osman ÖZKAN
Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Elektrik – Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı
Danışman: Doç. Dr. Salih GÜNEŞ 2010, 141 Sayfa
Jüri:
Doç Dr. Salih GÜNEŞ Prof. Dr. Sadık KARA Prof. Dr. Saadetdin HERDEM
Yrd. Doç. Dr. Ali SALLI Yrd. Doç. Dr. Seral ÖZŞEN
Bu çalışmada, 40 sağlıklı gönüllü ve 40 Romatoid artritli (RA) hastanın sağ ve sol el Ulnar ve Radyal arterlerinden Doppler sinyalleri kaydedilmiştir. Çalışmada, RA hastalığına tanı parametreleri geliştirebilmek için Ulnar ve Radyal arter Doppler sinyallerine Welch periodogram yöntemi, AR Burg yöntemi ve çoklu sinyal sınıflama (MUSIC) yöntemleri uygulanmıştır. Böylece Doppler sinyallerinin önemli özellikleri belirlenmiştir. Ayrıca kaydedilen Doppler sinyallerini sınıflandırmak için literatürde yaygın bir şekilde kullanılan iki yapay zekâ tekniği olan yapay sinir ağları (YSA) ve Adaptif ağ tabanlı bulanık çıkarım sistemi (ANFIS) kullanılmıştır. YSA ve ANFIS için eğitme/test işlemi 10-kat ve 5-kat çaprazlama ile değerlendirilmiştir. Sınıflandırıcıların performanslarını değerlendirmek için ROC eğrileri çizdirilmiş ve AUC değerleri hesaplanmıştır. RA hastalığının derecesini gösteren DAS-28 değerleriyle, sınıflama sonucu elde değerlerin birbiriyle ilintili olduğu görülmüştür.
Sağ ve sol el Ulnar ve Radyal arter için kullanılan 3 yöntemin ortalama sınıflama doğrulukları YSA ve ANFIS sınıflandırıcıları ile karşılaştırıldığında; YSA’da sağ Ulnar arter için 10-kat çaprazlamada % 92.33, 5-kat çaprazlamada % 90, sol Ulnar arter için 10-kat çaprazlamada % 89.08, 5-kat çaprazlamada % 86.92, sağ Radyal arter için 10-kat çaprazlamada % 90.17, 5-kat çaprazlamada % 89.83, sol Radyal arter için 10-kat çaprazlamada % 88.83 ve 5-kat çaprazlamada % 88.25 olmuştur. ANFIS’de ise sağ Ulnar arter için 10-kat çaprazlamada % 85.75, 5-kat çaprazlamada % 81.42, sol Ulnar arter için 10-kat çaprazlamada % 86.58, 5-kat çaprazlamada % 83.5, sağ Radyal arter için 10-kat çaprazlamada % 86.67, 5-kat çaprazlamada % 86.17, sol Radyal arter için 10-kat çaprazlamada ve 5-kat çaprazlamada % 84 olmuştur.
RA hastalarının eklemlerindeki bozulmalar (deformasyon) damar yapısında değişikliğe neden olmakta, böylece damardaki kan akış hızını etkilemektedir. Dolayısıyla RA hastası ve sağlıklı kişilerden alınan Doppler sinyallerinin özellikleri farklı oldukları yapılan bu çalışma ile nicel olarak tespit edilmiştir. Gerçekleştirilen çalışma, RA hastalığının erken tanısı için konuyla ilgili çalışan uzmanlara karar vermede yardımcı olabilme potansiyeline sahiptir.
Anahtar Kelimeler: Romatoid artrit hastalığı, DAS-28, Ulnar ve Radyal arter, Welch periodogram yöntemi, Otoregresif Burg yöntemi, Çoklu sinyal sınıflama, Yapay sinir ağları (YSA), Adaptif ağ tabanlı bulanık çıkarım sistemi (ANFIS)
v
ABSTRACT
Ph.D THESIS
INVESTIGATION OF CHANGES IN RADIAL AND ULNAR ARTERY BLOOD FLOW DURING THE TREATMENT PROCESS OF ROMATOID ARTHRITIS
PATIENTS
Ali Osman ÖZKAN
The Graduate School of Natural and Applıed Science of Selçuk University Doctor of Philosophy in Electrical – Electronics Engineering
Advisor: Assoc. Prof. Dr. Salih GÜNEŞ 2010, 141 Pages
Jury:
Assoc. Prof. Dr. Salih GÜNEŞ Prof. Dr. Sadık KARA Prof. Dr. Saadetdin HERDEM
Assist. Prof. Dr. Ali SALLI Assist. Prof. Dr. Seral ÖZŞEN
In this study, Doppler signals of the Ulnar and Radial artery of the right and left hands of 40 healthy volunteers and 40 patients with rheumatoid arthritis (RA) were recorded. In the study, Welch periodogram method, AR Burg method and multiple signal classification (MUSIC) method were applied in order to develop diagnosis parameters for Ulnar and Radial artery Doppler signals for RA disease. Thus the major characteristics of Doppler signals were determined. In addition, two widely used artificial intelligence techniques in the literature, artificial neural networks (ANN) and adaptive network based on fuzzy inference system (ANFIS), were used to classify the recorded Doppler signals. For ANN and ANFIS, training/testing process was cross-evaluated as 10-fold and 5-fold. To evaluate the performance of the classifiers, ROC curves were drawn and AUC values were calculated. There was correlation between the DAS-28 values showing the extent of RA disease and the values obtained as a result of classification.
When the three methods of average classification accuracy used for the right and left hand Ulnar and Radial arteries were compared with the classifiers of ANN and ANFIS, for ANN, it was 92.33 % with 10-fold cross and 90 % with five-fold cross right Ulnar artery, 89.08 % with 10-fold and 86.92 % with five-fold cross for the left Ulnar artery, 90.17 % with 10-fold cross and 89.83 % with five-fold cross for the right Radial artery, 88.83% with10-fold cross and 88.25 % with five-fold cross for the left Radial artery and. For ANFIS, it was 85.75 % with 10-fold cross and 81.42 % with five-fold cross for the the right Ulnar artery, 86.58 % with 10-fold cross and 83.5 % with five-fold cross for the left Ulnar artery, 86.67 % with 10-fold cross and 86.17 % with five-fold cross for the right Radial artery, and 86.08 % with 10-fold cross and 84 % with five-fold cross for the left Radial artery.
The deformation of the joints of RA patients leads to changes in the structure of blood vessels affecting the blood flow rate. Therefore, the study found out quantitatively that the characteristics of the Doppler signals obtained from RA patients and healthy people are different. This study has the potential to help the specialists who work on the issue to decide in the early diagnosis of RA disease.
Keywords: Rheumatoid arthritis disease, DAS-28, Ulnar and Radial artery, Welch periodogram method, Autoregressive Burg method, Multiple signal classification, Artificial neural network (ANN), Adaptive network based fuzzy inference system (ANFIS)
vi
TEŞEKKÜR
Tez çalışması boyunca verdikleri destek ve gösterdikleri anlayıştan dolayı danışmanlarım sayın Doç. Dr. Salih GÜNEŞ’e ve sayın Prof. Dr. Sadık KARA’ya, tez süresince belirttikleri görüşler ve önerilerle tezin yönlenmesine yardımcı olan bölüm başkanımız sayın Prof. Dr. Saadetdin HERDEM’e, bilgi ve becerilerini paylaşan sayın Yrd. Doç. Dr. Seral ÖZŞEN’e, Erciyes Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Biyomedikal Mühendisliği Bölümü öğretim üyesi sayın Yrd. Doç. Dr. Fatma LATĐFOĞLU’na, sayın Arş. Gör. Dr. Kemal POLAT’a, sayın Arş. Gör. Sabri ALTUNKAYA’ya, hastaların bulunmasında yardımcı olan Selçuk Üniversitesi Meram Tıp Fakültesi Fizik Tedavi ve Rehabilitasyon Bölüm Başkanı sayın Prof. Dr. Hatice UĞURLU’ya, sayın Yrd. Doç. Dr. Ali SALLI’ya, sayın Dr. Ayşe Ünal ENGĐNAR’a, Doppler kayıtlarının alınmasında yardımları olan Selçuk Üniversitesi Meram Tıp Fakültesi Radyoloji Bölüm Başkanı sayın Prof. Dr. Mehmet Emin SAKARYA’ya, sayın Uzman Dr. Serter GÜMÜŞ’e, Selçuk Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Elk.-Elt. Müh. Bölümü çalışma arkadaşlarıma ve özellikle manevi desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen aileme desteklerinden dolayı teşekkür ederim.
Ali Osman ÖZKAN KONYA-2010
vii ĐÇĐNDEKĐLER ÖZET...iv ABSTRACT ...v TEŞEKKÜR...vi ĐÇĐNDEKĐLER ...vii
SĐMGELER VE KISALTMALAR ...ix
1. GĐRĐŞ VE KAYNAK ARAŞTIRMASI...1
1.1. Tez Konusunun Tanıtılması ...2
1.2. Tez Çalışmasının Amacı ve Önemi...3
1.3. Kaynak Araştırması...4
2. ROMATĐZMAL EKLEM HASTALIĞI (ROMATOĐD ARTRĐT) ...8
2.1. RA Hastalığının Görülme Sıklığı...9
2.2. RA Hastalığının Sebebi ve Gelişimi ...9
2.3. RA Kliniği ...10
2.3.1. Eklem tutulumu...11
2.3.2. Eklem dışı tutulum ...11
2.4. Tanı Kriterleri...12
2.4.1. RA’de fonksiyonel değerlendirme ...13
2.4.2. RA’de hastalığın seyrini etkileyen faktörler ...14
2.4.3. Fonksiyonel değerlendirme ...14
2.5. RA’de Kullanılan Laboratuar Testleri ...15
2.5.1. Akut faz proteinleri ...15
2.5.2. Romatoid faktör ...16
2.6. RA’de Görüntüleme Teknikleri ...16
2.7. Tedavi...17
2.8. Hastalık Aktivite Skoru -28 (Disease Activity Score-28 (DAS-28)) ...18
3. DOPPLER ULTRASON TEKNĐKLERĐ VE DOPPLER SĐNYALLERĐNĐN ELDE EDĐLMESĐ...20
3.1. Ultrason ...20
3.2. Doppler Etkisi ...22
3.3. Ultrasonografide Görüntüleme Yöntemleri ...27
3.3.1. Gerçek zamanlı görüntüleme ...27
3.3.2. Doppler ultrasonografi (DUS)...28
3.4. Hasta ve Sağlıklı Gönüllülerden Elde Edilen Doppler Dalga Formu Đndeksleri .29 3.5. Hasta ve Sağlıklı Gönüllülerden Doppler Sinyallerinin Kaydedilmesi ...31
3.6. Hasta ve Sağlıklı Gönüllü Çalışma Grubu ...33
viii
4. DOPPLER SĐNYALLERĐ ĐÇĐN KULLANILAN ĐŞARET ĐŞLEME
YÖNTEMLERĐ ...34
4.1. Đşaret Đşleme ...34
4.2. Çalışmada Kullanılan Đşaret Đşleme Yöntemleri ...37
4.2.1. Welch periodogram yöntemi...38
4.2.2. AR (Autoregressive) Đşaret Đşleme Yöntemi ...44
4.2.3. Çoklu sinyal sınıflama (MUSIC) yöntemi...47
5. DOPPLER SĐNYALLERĐNĐN YAPAY ZEKÂ ALGORĐTMALARINDA DEĞERLENDĐRĐLMESĐ VE PERFORMANS KRĐTERLERĐ ...49
5.1. Yapay Sinir Ağları ...49
5.1.1. Yapay sinir ağının temel elemanları ...49
5.1.2. YSA yapısı ...50
5.1.3. Yapılarına göre yapay sinir ağları ...51
5.1.4. Sınıflama algoritmaları...52
5.1.5. Geriye yayılım algoritması...52
5.2. Adaptif Ağ Tabanlı Bulanık Çıkarım Sistemi (ANFIS) (Adaptive Network Based Fuzzy Inference System)...53
5.3. Performans Ölçüm Kriterleri...56
5.3.1. k-kat çaprazlama ile veri kümeleri ayırma...56
5.3.2. Sınıflama doğruluğu ve duyarlılık-seçicilik değerleri...57
5.3.3. ROC eğrilerinin oluşturulması ve AUC değerlerinin hesaplanması ...59
5.4. Minimum-Maksimum Normalizasyon Yöntemi...61
6. SONUÇLAR ...63
6.1. Performans Analizleri ve Uygulama Sonuçları...63
6.1.1. Doppler sinyallerinin sınıflandırılması ...65
6.1.2. Hesaplanan Doppler dalga formu indeksleri...74
6.1.3. DAS-28 değerlerinin hesaplanması...103
6.1.4. DAS-28 değerleriyle sınıflama sonuçları arasındaki korelasyon...105
6.1.5. Doppler sinyallerinin ADD yöntemiyle sınıflandırma sonuçları ...110
6.1.6. ROC eğrileri ve hesaplanan AUC değerleri sonuçları ...114
7. TARTIŞMA ...127
KAYNAKLAR...132
ix SĐMGELER VE KISALTMALAR Simgeler : λ Dalga boyu : c Işık hızı : f Frekans : f
A Alınan ultrason dalgasının frekansı :
f
G Gönderilen ultrason dalgasının frekansı :
f
Doppler Doppler kayma frekansını (Doppler frekansı)
: v Kan akış hızı : θ Doppler açısı
:
c
Sesin dokudaki hızı :x
Kısaltmalar
ACR: American College of Rheumatology (Amerikan Romatizma Cemiyeti)
ADD: Ayrık Dalgacık Dönüşümü
AFD : Ayrık Fourier Dönüşümü
AIC : Akaike Information Criteria (Akaike Bilgi Kriteri)
ANFIS : Adaptive Network Based Fuzzy Inference System (Adaptif Ağ Tabanlı
Bulanık Çıkarım Sistemi)
AR : Auto Regressive
ARMA : Auto Regressive - Moving Average
AUC : Area Under of Curve (Eğri altında kalan alan)
CRP : C-Reaktif Protein
D: Minimum Diyastolik Hızı
DAS-28 : Disease Activity Score-28 (Hastalık Aktivite Skoru-28)
DD: Dalgacık Dönüşümü
DN : Doğru Negatif
DP : Doğru Pozitif
DUS : Doppler Ultrasonografi
ESH : Eritrosit Sedimantasyon Hızı
FD : Fourier Dönüşümü
GAS : Görsel Analog Skoru
GSY: Güç Spektral Yoğunluğu
HFD : Hızlı Fourier Dönüşümü KZFD: Kısa-Zaman Fourier Dönüşümü LM : Levenberg- Marquardt M : Ortalama Hız MA : Moving Average MKP: Metakarpofalengeal MR: Manyetik Rezonans MTF: Metatarsofalengeal
MUSIC : Multiple Signal Classification (Çoklu sinyal sınıflama) OA : Osteo Artrit PI : Pulsalite Đndeksi PIF: Proksimalinterfalengeal RA : Romatoid Artrit RF : Romatoid Faktör RI : Rezistivite Đndeksi
ROC : Receiver Operating Characteristics (Alıcı Đşlem Karakteristiği)
S/D : Sistolik/Diyastolik oranı
S: Maksimum Sistolik Hızı
SBI : Spectral Broadening Index (Spektral genişleme indeksi)
SDD : Sürekli Dalgacık Dönüşümü
US : Ultrasonografi
YN : Yanlış Negatif
YP : Yanlış Pozitif
1. GĐRĐŞ VE KAYNAK ARAŞTIRMASI
Romatoid artrit (RA) başlangıçta el, el bilekleri ve ayaklar, daha sonra ise tüm sinovyal eklemleri simetrik olarak tutabilen kronik, poliartiküler bir hastalıktır (Hatemi ve Yazıcı, 2006). RA hastalığının sebebi henüz tam olarak açıklanamamıştır, ancak genetik faktörler ile bünyenin kendi dokularına karşı çalışması (oto immünite) (auto immunity) süreçleriyle ilgili bağlantıları mevcuttur (Anonim 1). RA iltihaplı romatizmal hastalıklar içerisinde en sık görülenidir. Dünya nüfusunun yaklaşık % 0.3 – 1.2’i bu hastalıktan etkilenmektedir. Hastalığın kadınlarda görülmesi erkeklere göre 2.5/1 oranında daha fazladır. RA her yaştaki insanda görülebilmektedir. Bununla birlikte hastalık daha çok 40-70 yaş arasındaki kişilerde daha yaygın olarak görülmektedir (Lee ve Weinblatt, 2001; Özgöçmen ve ark., 2008; Carmona ve ark., 2002). RA hastalığının tanısı halen klinik olarak konulmaktadır. Klinik tanı kriterleri 1987 yılında Amerikan Romatizma Birliği tarafından belirlenmiş ve bu kriterler 1994 yılında revize edilmiş ve günümüzde de halen geçerlidir. RA’da hastalığın şiddeti ile ilinti gösteren iki temel laboratuar testi vardır. Bunlar, eritrosit sedimantasyon hızı (ESH) ve C-reaktif protein (CRP) düzeyidir (Elden ve Nacitarhan, 2005).
Ultrasonik Doppler, kan akış hızını, yönünü ve debisini incelemede kullanılan bir yöntemdir. Doppler sistemlerinde, ultrasonik dönüştürücünün gönderdiği ultrasonik dalganın kandaki kırmızı kan hücrelerinden saçılması ve yansımasından dolayı frekansta değişimler gözlenir. Doppler kayma frekansı, damara gönderilen dalganın frekansı ile geri yansıyan dalganın frekansı arasındaki farktır (Evans ve ark., 1989).
Đşaret işleme yöntemleriyle, zaman eksenindeki işaretler frekans eksenine dönüştürülmektedir. 3 farklı işaret işleme yöntemi vardır. Bunlar parametrik olmayan klasik işaret işleme yöntemleri, parametrik modern işaret işleme yöntemleri ve alt uzay tabanlı işaret işleme yöntemleridir.
Yapay sinir ağları (YSA) özellikle biyomedikal işaret işlemede oldukça yaygın kullanılan bir yöntemdir. YSA’lar, paralel hesaplama tekniğini kullanabilen yapay nöronların birbirlerine bağlanması ile girişler ve çıkışlar arasında ilişki kuran karmaşık ve doğrusal olmayan modeller üreten bir sistemdir (Haykin, 1994). Adaptif ağ tabanlı bulanık çıkarım sistemi (ANFIS) ise, YSA ile bulanık mantığı birleştiren mimari bir yapıdır. YSA’nın adaptiflik özelliğiyle bulanık mantığın niteliksel çıkarımını birleştiren hibrid bir öğrenme algoritmasıdır. (Jang, 1992; Jang, 1993).
Giriş ve kaynak araştırması bölümü aşağıda verilen alt başlıklarda detaylı biçimde izah edilmiştir. Bu alt başlıklar sırasıyla; tez konusunun tanıtılması, tez çalışmasının amacı ve önemi ve kaynak araştırmasından oluşmaktadır.
Đkinci bölümde, RA hastalığının tanımı, oluşum mekanizması, sebepleri, tanı kriterleri, laboratuar testleri, radyolojisi ve tedavisi hakkında genel bilgiler verilmiştir.
Üçüncü bölümde, ultrasonun tanımı, Doppler etkisi, ultrasonografide kullanılan görüntüleme yöntemleri hakkında ayrıntılı bilgi verilmiştir. Ayrıca tez çalışmasında kullanılan Doppler dalga form indeksleri, Doppler işaretlerinin kayıt edilmesi, hasta ve sağlıklı gönüllü demografik özelliklerinden bahsedilmiştir.
Dördüncü bölümde işaret işleme yöntemleri hakkında bilgi verildikten sonra tez çalışmasında kullanılan yöntemler detaylı bir şekilde anlatılmıştır.
Beşinci bölümde, YSA ve ANFIS sınıflama algoritmalarının özellikleri belirtilmiştir. Ayrıca verilerin sınıflandırılmasında kullanılan değerlendirme kriterlerinden bahsedilmiştir.
Altıncı bölümde, tez çalışmasında elde edilen performans analiz ve uygulama sonuçları, Doppler işaretlerinden elde edilen dalga form indeksleri ve istatistiksel değerleri ve sınıflama sonuçlarının ROC eğrileri çizdirilmiş ve AUC değerleri belirtilmiştir.
Yedinci bölümde, gerçekleştirilen tez çalışmasının sonuçları irdelenmiş, tez çalışmasından sonra gerçekleştirilecek olan ileriye yönelik çalışmalar hakkında önerilerde bulunulmuştur.
Son bölüm olan kaynaklar kısmındaysa, tez çalışması boyunca faydalanılan literatür listesi yer almaktadır.
1.1. Tez Konusunun Tanıtılması
Romatizmal hastalıkların değerlendirilmesinde manyetik rezonans (MR) ve bilgisayarlı tomografi kadar yaygın olarak kullanılan Doppler ultrasonografi (DUS) yöntemi; noninvaziv yani dışarıdan müdahale gerektirmeyen bir yöntem olarak son zamanlarda dikkat çekmektedir (Đnanç ve Đnanç, 2006). DUS yöntemi kullanılarak kanın akış hızı hakkında bilgi edinilmektedir. Kan akış hızı hakkında bilgi elde etme işlemi şu şekilde yapılmaktadır. Önce ultrason dönüştürücüsüyle incelenecek olan damara yüksek frekanslı ultrasonik ses dalgası gönderilmektedir. Gönderilen bu ultrasonik dalga kanda bulunan ve hareket halinde olan kırmızı kan hücrelerine çarparak geri yansımaktadır.
Böylece damara gönderilen ultrasonik dalganın frekansı ile kırmızı kan hücrelerinden yansıyan dalganın frekansı arasında bir frekans farkı oluşmaktadır. Aradaki frekans farkına Doppler kayma frekansı veya Doppler frekansı denir. Dolayısıyla damar içine gönderilen ve yansıyan dalga arasında oluşan bu Doppler frekansıyla, damardaki kan akışı hakkında önemli bilgiler elde edilmektedir (Saini ve ark., 1993) Romatizmal hastalığa bağlı olarak (eklem harabiyeti ve şekil bozukluğu) damarda darlık veya tıkanmaya neden olmakta dolayısıyla damarın elastikiyetini yitirmesiyle kan akış hızı değişmektedir. Damar içerisindeki kırmızı kan hücreleri tek ve aynı hızda olmadığı için yansıyan ultrasonik dalgalar da, farklı frekansların birleşimi şeklinde olan bir spektrum biçiminde olmaktadır. Bu nedenle Doppler işaretlerinin frekans ekseninde incelenmesi için frekans spektrumu elde edilmektedir.
Günümüzde DUS cihazlarıyla elde edilen Doppler işaretlerine sinyal işleme teknikleri uygulanarak, işaretin zaman-frekans ekseninde görüntüsünü veren sonogramlar elde edilmekte ve sonogramlar üzerinde hesaplanan bir takım indekslerle kan akışı değerlendirilmekte ve damardaki tıkanıklık, yetmezlik, sertleşme ve diğer bazı hastalıkların teşhisi gerçekleşmektedir (Evans ve ark., 1989; Sigel, 1998; Evans ve Schlindwein, 1988).
Tez çalışmasının önemli amaçlarından birisi, sağ ve sol elin Ulnar ve Radyal arter bölgelerinden alınan Doppler kayıtlarından elde edilen Doppler işaretlerinden, sinyallerdeki hastalığa ait bilgiyi en iyi şekilde verecek olan işaret işleme tekniğini belirlemek için, literatürde kullanılan farklı işaret işleme tekniklerini karşılaştırmaktır.
Teşhis amacıyla kullanılan DUS, cerrahi bir operasyon gerektirmemesi, uygulanan kişiye zararının bulunmaması, veri kayıtlarının kısa sürede yapılması ve istenildiği zaman tekrarlanabilmesi gibi avantajlara sahiptir.
1.2. Tez Çalışmasının Amacı ve Önemi
RA en yaygın romatizmal hastalıktır ve daha fazla kadınlarda olmak üzere nüfusun yaklaşık % 1’inde görülmektedir. Hastalığın sebebi henüz tam olarak açıklanmış değildir. RA hastalığının eklemlere verdiği harabiyeti klinik muayenede görsel olarak incelemek için renkli DUS kullanılmaktadır.
Yapılan çalışma ile RA hastalarının ve kontrol amaçlı sağlıklı kişilerin sağ ve sol ellerindeki Ulnar ve Radyal arterlerinden DUS cihazı ile Doppler işaretleri kaydedilmiştir. Dolayısıyla RA hastalarının ve kontrol amaçlı sağlıklı kişilerden alınan
Doppler işaretlerine literatürde Doppler işaretlerine sıklıkla uygulanan sinyal işleme teknikleri kullanılarak kan akış hızında meydana gelen değişmeler incelenmiştir. Ayrıca kaydedilen Doppler sinyallerinin güç spektral yoğunluğu (GSY) çıkarılmış, sonogramlar çizdirilmiş, çizdirilen sonogramlardan rezistivite indeksi (RI), pulsalite indeksi (PI), sistolik/diyastolik (S/D) oranı ve spektral genişleme indeks (spectral broadening index, SBI) değerleri hesaplanmıştır. Doppler sinyallerine 3 farklı spektral analiz yöntemlerinden olan Welch, (autoregressive) (AR) Burg ve MUSIC (multiple signal classification) yöntemleriyle özellik çıkarma işlemi gerçekleştirilmiş ve yapay zekâ teknikleri kullanılarak RA hastası ve sağlıklı olarak kişilerin sınıflandırma işlemi yapılmıştır.
Doğrudan gerçek RA hastalarından ve kontrol amacıyla sağlıklı kişilerden alınan klinik işaretler kullanılarak elde edilen sonuçlar literatürde çok değerli olmaktadır. Ayrıca yapılan bu tez çalışmasında, kaydedilen tüm Doppler işaretleri, radyoloji uzmanı bir doktor tarafından klinik prosedürlere uygun ve çalışmaya katılan kişilerin onayı alınarak, son derece özenli bir şekilde toplanmıştır. Ülkemizde son yıllardaki biyomedikal alanda meydana gelen değişime katkı sağlayacak şekilde doktor, mühendis ve diğer disiplinlerden katılımcılar bu tez çalışmasında yapılan çalışmalara katkı sağlamışlardır.
1.3. Kaynak Araştırması
Literatürde, sağlıklı ve RA hastalığı olan kişilerin DUS ve MR gibi cihazlardan elde edilen tıbbi görüntüler üzerinde çalışmaların olduğu görülmektedir. Bu çalışmalar aşağıda verilmiştir.
Takahashi ve ark. (2005) RA’ lı 6 hastanın romatizma hastalığı tedavisinde kullanılan enjeksiyon (infliximab) ile tedavisi sırasında tedaviden önce ve sonraki RI ve PI indeks değerleri hesaplanmaktadır. Hastaların diz bölgesinden Doppler kayıtları alınmaktadır. PI ve RI sonuçları arasındaki farklar Wilcoxon signed-ranks test ile test edilmiştir. Sonuçta DUS’un RA üzerinde faydalı bir değerlendirme yaptığını vurgulamıştır.
Varsamidis ve ark. (2005) yaptıkları çalışma da 32 RA hastasının el bileklerindeki iltihaplaşma gösterge alınarak RI indeks değerleri spektral DUS cihazı kullanılarak 1 yıllık süreyle takip etmişlerdir. Sonuçta RA hastalığının RI indeksiyle
hastalığın aktivitesini belirlemede yardımcı olabileceğini ve DUS cihazının MR cihazına karşı etkili bir alternatif cihaz olabileceğini belirtmişlerdir.
Terslev ve ark. (2003a), renkli ve spektral DUS tekniğiyle 1 yıl boyunca 2 haftada bir takip edilen 11 RA hastasında kullanılan enjeksiyonun (etanercept) tedaviye etkisini incelemişlerdir. Spektral DUS tekniğiyle tüm hastaların RI indeksi değerleri ölçülmüş ve RI indeks değerlerinin takip edilen periyot boyunca arttığını belirtmişlerdir. Terslev ve ark. (2003b), 51 RA hastası üzerinde (glucocorticosteroids) ile tedaviden önce ve sonra renkli DUS cihazı kullanılarak değerlendirilmiştir. 51 RA hastasının 4 haftada bir aynı bölgelerinden incelemeler yapılarak Doppler RI indeksi ölçülmüş ve renk piksellerinin dağılımındaki değişikliğin kan akışının nicel ölçümü olarak kullanılabileceğini belirtmişlerdir.
Özgöçmen ve ark. (2004), Doppler tekniği kullanarak RA’lı hastalarda MKP (metakarpofalengeal) noktalarının akış desenleri değerlendirilmiştir. Akış desenleri ve bölgesel kemik mineral yoğunluğu arasındaki ilişki kullanılarak değerlendirilmiştir. 15 RA hastası ve 3 sağlıklı gönüllü ile çalışma gerçekleşmiştir. Spektral DUS kullanılarak RI ve PI indeksleri hesaplanmıştır.
Carotti ve ark. (2002), DUS tekniği ile RA’lı hastaların diz bölgesinden kayıtlar alınmıştır. Kontrast madde (Levovist) kullanılarak zaman-yoğunluk eğrisinin altında kalan alan diğer klinik bulgularla karşılaştırılmıştır. Hastalığın derecesi DAS ve CASI gibi uluslararası kriterler ile skorlanmıştır. 42 RA hastası ile çalışılmıştır. Eğrilerin altında kalan alanların ortalaması RA hastalığı ile orantılıdır. DUS cihazının iltihaplı ve iltihaplı olamayan romatizmayı ayırmak için kullanılabileceğini göstermişlerdir.
Qvistgaard ve ark. (2001), RA’lı hastalarda parmak bölgesindeki iltihaplanma DUS tekniği ile değerlendirilmektedir. Doppler PI ve RI indeks ölçümleri yapılmıştır. Çalışmaya katılan hastaların ESH ve CRP kan değerleri ölçülmüştür. Đltihaplı bölgenin büyüklüğü de Doppler ile değerlendirilmiştir. 18 hasta üzerinde çalışılmıştır. DUS cihazının RA hastalığında sinoviyal iltihaplanmayı izlemek için faydalı olabileceğini bildirmişlerdir.
Østergaard ve ark. (2008), RA hastalarının yumuşak dokularındaki iltihaplanma ve kemik erozyonunun erken teşhisi geleneksel radyografiyle (x-ışınları) değerlendirmelerinin zor olduğunu belirtmişlerdir. Bunun yerine MR görüntüleme ve ultrasonografi (US) gibi cihazların yukarıda belirtildiği gibi RA hastalarındaki doku iltihaplanmalarını ve kemik erozyonunun erken teşhisinde faydalı oabileceğini belirtmişlerdir.
Çalışır ve ark. (2007), 21 RA’lı hastanın el ve ayak eklemleri MR görüntü ile analiz edilmiştir. 21 hastadan 18’inde el ve ayak eklemlerinde Romatoid değişiklikler gözlemlenmiştir.
Strunk ve ark. (2006), 9 RA hastasının bileklerindeki iltihaplanmış sinoviyal damarlanmayı görmek için 3-boyutlu power DUS cihazıyla MR cihazının görüntülerini karşılaştırmışlardır.
Demir ve ark. (2002), 50 RA hastası üzerinde yaptıkları çalışmayla US ve power DUS cihazlarının RA hastalık aktivasyonunu belirlemeleri karşılaştırılmıştır. Sonuçta duyarlılığı fazla olan US’nin ilk test (tarama testi) olarak kullanılabileceği ve seçiciliği fazla olan power DUS’un ikinci test (tanıyı kesinleştirmek için) olarak kullanılabileceğini belirtmişlerdir.
Elden ve Nacitarhan (2005), 70 RA hastasının tanı kriterleri içinde olan sabah tutukluğunun süresiyle hastalığın şiddetini belirten ESH ve CRP ilişkisine bakmışlardır. Sonuç olarak, sabah tutukluğuyla CRP daha güçlü olmak üzere her iki laboratuar testi arasında korelasyon olduğunu belirtmişlerdir.
Sugimoto ve ark. (1996), 20 RA hastası ve 27 kontrol amaçlı sağlıklı kişilerin her iki el bileklerindeki eklemler MR görüntüleme tekniğiyle incelenmiştir. % 89 doğruluk, % 73 seçicilik ve % 100 duyarlılık elde etmişlerdir. MR görüntüleme tekniğinin RA hastalığının erken teşhis edilmesinde son derece faydalı olduğunu belirtmişlerdir.
Yine Doppler sinyalleri kullanılarak değişik hastalıkların tanısında yapılan çalışmalara rastlamaktayız. Kara ve Dirgenali (2007), yaptıkları çalışmada, karotid atardamarlarında damar tıkanıklığı bulunan 82 hasta ve 95 sağlıklı gönüllüden Doppler ultrason sinyalleri kaydedildi. Kaydedilen Doppler sinyallerine Welch metotu uygulanarak, sinyallerin bileşenlerine ayrıştırılmasıyla grafiklerin GSY’si ve Doppler sinyallerinin ayrık dalgacık dönüşümü (ADD) elde edilmiştir. Daha sonra, sağlıklı kişilerle damar tıkanıklığı bulunan hastaları ayırt etmek için YSA kullanılarak sınıflandırmışlardır.
Latifoğlu (2008), yaptığı tez çalışmasında 23 sağlıklı ve 20 hamile bayanın (myoma uteritis) uterin ve umbilikal arter Doppler sinyallerini kaydederek kan akışını incelemiştir. Kaydedilen Doppler sinyallerine kısa-zaman Fourier dönüşümü (KZFD), AR Burg algoritması, sürekli dalgacık dönüşümü (SDD), ADD ve fraktal analiz gibi metotları uygulayarak, sinyallerin öznitelikleri çıkarılmış ve güç spektral yoğunlukları elde edilerek hamileliğin değerlendirilmesi işlemini gerçekleştirmiştir.
Đçer ve ark. (2005), yaptıkları çalışmada 73 siroz hastası ve 50 sağlıklı kişinin Portal toplardamarlarından alınan Doppler sinyallerini kaydetmişlerdir. Doppler sinyallerinin GSY’si KZFD ve AR Burg algoritmasını kullanmışlardır. Ayrıca giriş olarak kullanılan güç spektral yoğunlukları çok katmanlı YSA’nın Levenberg – Marquard (LM) geri yayılım algoritmasıyla eğitilmiş ve sınıflandırılmıştır
Dirgenali (2003), yaptığı tez çalışmasında damar sertliği bulunan 23 hasta ve 10 sağlıklı gönüllünün Karotid atardamar Doppler sinyallerini kaydetmiştir. Kaydedilen Doppler sinyallerine hızlı Fourier dönüşümü (HFD) ve AR Burg algoritması uygulayarak GSY’sini elde etmiş ve sağlıklı ve hastalıklı kişilerden damar sertliğinin tespitini sağlamıştır
Yaptığımız tez çalışması Ulnar ve Radyal arter Doppler sinyallerine sinyal işleme ve yapay zekâ teknikleri uygulanarak RA hastalığına tanı konması bakımından yeni bir çalışmadır.
2. ROMATĐZMAL EKLEM HASTALIĞI (ROMATOĐD ARTRĐT)
Özellikle hareket sisteminde ağrıya, şişliğe ve hareket kısıtlanmasına sebep olan ve bazen iç organlarda da fonksiyonel bozukluklara neden olan tıbbi hastalıklara “Romatizmal hastalık” denir. Romatizmalar oturdukları dokulara göre 4 gruba ayrılır. Bunlar, eklem romatizmaları, yumuşak doku romatizmaları, iç organların romatizmaları ve bunların hepsinin birlikte olduğu karışık tip romatizmalardır (Anonim 2).
Romatizmal hastalıklar vücuttaki doku ve organların birçoğunu tutar. Bunların en önemlileri şunlardır: Eklemler, yumuşak dokular, kaslar, kirişler, bağlar, kemikler, kalp, damarlar, sinir sistemi, akciğerler, lenf düğmeleri, dalak, karaciğer, solunum sistemi, göz, böbrek, deri ve deri altı dokusudur. Bunların içinde en çok tutulanlar ise eklemler ve yumuşak dokulardır. Yumuşak dokular deri, deri altı dokusu, bursalar (eklemlere yakın küçük kesecikler), kirişler, kiriş kılıfları ve bağlardır (Anonim 3).
Romatizmal eklem hastalıkları, günümüzde oldukça sık görülmekte ve yol açtığı yan etkilerinden dolayı toplum açısından son derece önemli hastalıklardan biri olmuştur. Dolayısıyla bu hastalıklar uygun şekilde tedavi edilmediği zaman, kişide ağrı ve fonksiyon kayıplarına neden olmakta, yaşam kalitesi bozulmakta, hatta kalıcı sakatlıklara ve ölüme bile neden olabilmektedir (Karaaslan ve Oksel 2003).
Artrit terimi, eklemleri ve kemikleri etkileyen bazı ağrılı rahatsızlıkları tanımlamak için kullanılan bir ifadedir. Artrit’in kelime anlamı ise “eklem iltihabı” veya “kireçlenme” olarak ifade edilebilir. Literatüre bakıldığında 200’den fazla bilinen artrit türü vardır. Ancak, artrit’in yaygın olarak görülen iki türü vardır. Bunlar osteoartrit (OA) ve romatoid artrittir (RA). Artrit genelde yaşlılarda görülen bir hastalıkmış gibi algılanmasına rağmen, gençleri de etkileyebilmektedir. OA hastalığında, kıkırdak (kemiklerimiz arasındaki esnek, bağ doku) yıpranarak yok olmaya başlar ve bu süre içinde eklemde kemiklerin birbirine sürtünmesinden dolayı şiddetli ağrılara neden olabilir. OA genellikle el, omurga, diz ve kalçaları etkiler. RA ise iltihaplı artrit olarak bilinir. Bu hastalık OA’ya göre daha şiddetli seyretmektedir. Vücudun bağışıklık sistemi kişinin kendi doku ve eklemlerine saldırarak kemik ve kıkırdakta bozulmalara neden olmakktadır. Bu da kişide ağrı ve şişliklere neden olmakta, hareket etmeyi zorlaştırmaktadır (Karaaslan ve Oksel, 2003).
RA terimi ilk defa 1859 yılında Garrod tarafından kullanılmıştır. 1940’li yıllarda Waaler ve Rose tarafından romatoid faktörün bulunması ve bunu takiben kaydedilen gelişmeler RA’de otoimmun mekanizmaların rolünü ortaya çıkarmıştır.
2.1. RA Hastalığının Görülme Sıklığı
RA, dünyanın her bölgesinde ve her ırkta değişen sıklıklarda görülebilen bir hastalıktır. RA ile ilgili yapılan insidans (incidence) çalışmalarının sayısı oldukça az ve genellikle hastane kayıtlarına dayanmaktadır. Đnsidans, belli bir popülâsyonda belli bir zaman aralığı (genellikle 1 yıl) içerisinde görülen yeni hasta sayısını ifade etmektedir. Yapılan RA insidans çalışmalarının kendine özgü bazı problemleri vardır. Birincisi, erken dönemde hastalığa tanı koymak oldukça zordur. Đkincisi, RA gibi düşük sıklıktaki bir hastalığın insidansını araştırmak için çok fazla sayıda hastanın belli bir süreyle izlenmesi gerekir. Yukarıda belirtilen bu nedenlerden dolayı RA insidansını araştırmak için yapılan çalışmalar, daha çok belli bir dönemdeki hastane kayıtlarına dayanan çalışmalardır. Ancak, bu çalışmaların da yöntemden kaynaklanan çeşitli kısıtlılıkları vardır (Akar ve Akkoç, 2006).
Dünyada yapılan RA insidans çalışmalarına bakıldığında, hastalığın kadınlarda ve yaşlılarda daha sık görüldüğünü işaret etmektedir. RA insidansı özellikle Kuzey Amerika’da yüksek bulunmuştur. Avrupa ülkelerinde ise kuzeyden güneye doğru insidansda bir azalma görülmektedir (Akar ve Akkoç, 2006). Prevalans (prevalence), bir toplumda belirli bir zaman kesitinde toplumda bulunan toplam hastaların sayısını ifade eder.
2.2. RA Hastalığının Sebebi ve Gelişimi
RA hastalığının özel bir sebebi (etyolojisi) (etiology) henüz belli değildir. Ancak 1970 yılından beri tekrarlayan “genetik risk taşıyan hastalar için, bilinmeyen bir hastalığı yapan madde mikroorganizmalar (patojen) (pathogen) veya antijen sonucu tetiklendiği varsayılan kalıcı immün yanıt ” hipotezi halen geçerliliğini korumaktadır (Fresko, 2006). Genetik faktörlerin yanında, seks hormonlarının ve bazı bağışıklık sistemini tetikleyici etkenlerinde (çevresel faktörler ve özel olmayan enfeksiyonlar) hastalığın gelişiminde (patogenez ) (pathogenesis) önemli rol oynadığı düşünülmektedir (Silman ve Pearson, 2002). RA’lı hastaların yakın akrabalarının incelendiği bir çalışmada, hastalık görülme oranı diğer kişilere göre kıyaslandığında daha yüksek bulunmuştur. RA görülme oranı tek yumurta ikizlerinde yaklaşık % 30 iken, çift yumurta ikizlerinde bu oran yaklaşık olarak % 5’e kadar düşmektedir. Bu verilere
bakıldığında, genetik faktörlerin hastalığın % 60 civarında rol oynadığını göstermektedir (Oliver ve ark., 2006).
RA’nın kadınlarda erkeklere göre daha sık görülmesi, seks hormonlarının hastalığın sebepleri arasında olduğunu göstermektedir. Ayrıca hamileliğin RA’nın şiddetini azaltması ve RA’lı hastaların hiç doğum yapmayan kadınlarda daha sık görülmesi, hormonların RA’nın sebeplerindeki olası rolünü destekleyen verilerdir (Fresko, 2006). Şekil 2.1’de RA hastalığının eklemlere yaptığı hasarı daha iyi anlayabilmek için, normal bir eklemle RA’lı eklem gösterilmiştir.
Şekil 2.1. RA’nın eklemde meydana getirdiği değişiklik (a) Normal eklem (b) RA’lı eklem*
*
( http://www.medicinenet.com/rheumatoid_arthritis/article.htm sayfasından uyarlanmıştır )
2.3. RA Kliniği
RA’in asıl tutulum yeri sinovyum olmakla beraber hastaların hemen hemen tamamında sistemik belirtiler görülmektedir. RA hastaların çoğunda sinsi başlangıçlıdır. Halsizlik, yorgunluk, hafif ateş gibi sistemik bulgular eklem tutulumundan önce başlayabilir. Hastalığın ilk yıllarında klinik tabloya ağrı, şişlik, ısı artışı ve hareket kaybı gibi iltihaplaşma hâkimken, ileriki dönemlerde hastalığın kontrol altına alınamadığı kişilerde eklemlerde şekil bozukluğu ve fonksiyon kaybına yol açmaktadır (Hatemi ve Yazıcı, 2006; Akil ve Amos, 1995).
Kemik erozyonu
Şişmiş ve iltihaplanmış sinovyal zar (b) Kas Bursa Kemik Sinovyal zar Tendon Kıkırdak Eklem kapsülü Sinovyal sıvı (a)
2.3.1. Eklem tutulumu
RA hastalarının temel sorunu eklem ağrısıdır. Eklem ağrıları hastalığın seyrini belirlemede ve tedavinin etkinliğini değerlendirmede önemli bir parametredir. Eklem ağrıları sabah tutukluğu ile birlikte olur. RA’de sabah tutukluğunun belirgin bir şekilde olması ve uzun sürmesi RA’nın sınıflandırma kriterlerinden biridir (Hatemi ve Yazıcı, 2006). RA’da eklem tutulumunu gösteren fiziki muayene belirtileri arasında şişlik, hassasiyet ve fonksiyon kaybı sayılabilir. Bu belirtiler RA tanısının konulmasına yardımcı olmakla beraber şiş ve hassas eklem sayıları da hastalığın aktivitesini değerlendirmede önemli rol oynamaktadır. Eklem şişliği, eklem içindeki sinovyal sıvının çoğalmasından kaynaklanmaktadır. Sinovyal sıvı çoğalması daha hamurumsu kıvamdadır ve el ve ayak bileklerinde, dirseklerde ve dizlerde belirgin şekilde bulunabilir (Hatemi ve Yazıcı, 2006).
RA tüm sinovyal eklemleri etkilemektedir. Çoğunlukla MKP, (proksimal interfalengeal) (PIF) ve (metatarsofalengeal) (MTF) eklemlerde başlayarak el bilekleri, dizler, dirsekler, ayak bilekleri ve kalçalar tutulur (Hatemi ve Yazıcı, 2006).
Şekil 2.2’de RA hastalığının el eklemlerinde meydana getirdiği bozulma (deformasyon) gösterilmiştir.
Şekil 2.2. RA hastalarının el eklemlerinde meydana gelen bozulmalar*
*
(http://www.hopkins-arthritis.org/rheumatoid/rheum_clin_pres.html sayfasından alınmıştır)
2.3.2. Eklem dışı tutulum
RA hastalarının yaklaşık % 40’ında hayatlarının belirli bir döneminde eklem dışı tutulum görülmektedir. RA hastalarının bir kısmında ise eklem dışı tutulum hastalığın ilk belirtileri arasında olmaktadır. Eklem dışı tutulumu olmayan RA hastalarında yaşam süresi genel popülâsyona benzerlik gösterirken, eklem dışı tutulum olanlarda ölüm
oranının 5 kat arttığı görülmüştür (Turesson ve ark., 2000; Hatemi ve Yazıcı, 2006). Eklem dışı tutulum özelikle Romatoid nodüller şeklinde, akciğer, kalp, göz, böbrek ve karaciğer tutulumuna neden olmaktadır. Şekil 2.3’de RA hastasının dirsekte meydana gelen romatoid nodül gösterilmiştir.
Şekil 2.3. Dirsekte romatoid nodül*
*
(http://www.hopkins-arthritis.org/rheumatoid/rheum_clin_pres.html sayfasından alınmıştır)
2.4. Tanı Kriterleri
RA ile ilgili yapılmış hastalığın toplumdaki görülme sıklığı ve yayılımı (epidemiyoloji) (epidemiology) çalışmaları karşılaştırılırken, bu çalışmalarda olgu tanımlamaları önemli olan bir konudur. Amerikan Romatizma Cemiyeti (American College of Rheumatology, ACR) 1958 yılında çalışmalarda kullanılmak üzere ilk RA sınıflama kriterlerini tanımlamıştır (Ropes, 1958). Ancak bu kriterlere daha sonra bir grup laboratuar araştırmalarının ve özelliklede dokubilimi (histoloji) (histology) incelemelerinin dâhil edilmesi araştırmalarda kullanımlarını zorlaştırmıştır. Đleriki yıllarda, 1958 ACR kriterleri gözden geçirilmiş ve “Roma kriterleri” olarak bilinen, “aktif” ve “aktif değil” hastalarıda kapsayan iki farklı kriter geliştirilmiştir (Kellgren, 1962). Daha sonra 1967 yılında tanımlanmış olan “New York kriterleri” ise pratik kullanıma girememiştir (Bennett ve Burch, 1967). 1987 yılında RA’nın sınıflanması için yapılan çalışmalarla günümüzde de hala geçerli olan yeni ACR kriterlerini ortaya koymuştur (Arnett ve ark., 1987). Fakat, hastalığın erken tanısında seçiciliği ve duyarlılığı düşüktür. Bu kriterler 1994 yılında “eski veya aktif değil ” hastaları da tespit edebilecek şekilde yeniden düzenlenmiştir (MacGregor ve ark., 1994; Akar ve Akkoç, 2006).
Çizelge 2.1’de epidemiyolojik çalışmalarda kullanılmak üzere yeniden düzenlenen 1987 ACR kriterleri gösterilmiştir.
Çizelge 2.1. 1987 ACR tanı kriterleri
Sıra No Kriter Tanımlama
1 Sabah sertliği Şimdi veya geçmişte, en az 6 hafta süren eklem veya çevresinde, en az 1 saat süren
2 3 veya daha fazla eklem bölgesinde artrit
Şimdi veya geçmişte (kayıta alınmış) en az 3 eklem bölgesinde, en az 6 hafta süren şişlik veya deformite
3 El eklemlerinde artrit Şimdi veya geçmişte (kayıta alınmış) şişlikle beraber
4 Simetrik artrit Şimdi veya geçmişte (kayıta alınmış) en az 3 eklem bölgesinde, en az 6 hafta süren şişlik veya deformite 5 Romatoid nodül Şimdi veya geçmişte (kayıta alınmış) 6 Serum Romatoid Faktör
(RF) pozitifliği Şimdi veya geçmişte (kayıta alınmış) 7 Radyografik değişiklikler Ön – arka el ve el bileği grafilerinde tipik erozyon
varlığı
Tanı için yukarıda belirtilen en az dört koşulun bir arada bulunması gereklidir.
2.4.1. RA’de fonksiyonel değerlendirme
RA’da tedavi yaklaşımlarının temel amacı mümkün olan en kısa sürede remisyon sağlanarak eklem hasarını önlemektir. RA hastalarının çok az bir kısmı ise yapılan ilk muayenelerinde ACR kriterlerini karşılamaktadır. Bu kriterler sağlandığında ise genellikle kemik erozyonları ve kıkırdak hasarı gelişmiş olmakta ve hastalığın seyrini engellemek zor olmaktadır. Yani, ACR kriterleri karşılandığında erken ve atak tedavi şansı kaybedilmiş olduğundan ACR tanı kriterleri RA’da hastalığın seyrinin belirlenmesi için uygun olmamaktadır (Şimşek ve Dinç, 2006). RA, son derece heterojen bir hastalık olduğundan hastalığın seyrinin önceden belirlenmesi oldukça zor olmaktadır. RA hastalarının yaklaşık % 30’unda uzun süre devam eden hastalığa rağmen erozyon gelişmemekte ve hastaların büyük çoğunluğunda kemik erozyonları erken sayılabilecek bir zaman aralığında gelişmektedir. Yapılan araştırmalarda ise, RA hastalarının 3 yıllık takibinde ise bu oran % 70’lere kadar çıktığı belirtilmektedir (Van der Heijde ve ark., 1995; Şimşek ve Dinç, 2006).
Radyolojik ilerleme özellikle hastalığın ilk 2 yılı içinde oldukça hızlıdır ve genellikle ilk 5 yıl içinde, hastalık yapacağı hasarın büyük bir kısmını yapmış
olmaktadır. RA’nın önemli bir yan etkiside (komplikasyon) (complication) özürlülük ve buna bağlı olan iş gücü kaybıdır. RA hastalarının yaklaşık % 50’si hastalığın onuncu yılında çalışamaz duruma gelmektedir ve hastaların % 10’unda ilk 2 yıl içerisinde ciddi fonksiyonel kayıp gelişmektedir (Wolfe ve Zwillich, 1998; Sokka ve ark., 1999).
2.4.2. RA’de hastalığın seyrini etkileyen faktörler
Genetik faktörler: Genetik faktörler hastalığın başlangıcından itibaren tespit
edilebilmeleri ve tedavi ile değişmemelerinden dolayı ideal hastalık seyrini belirleyen önemli faktörlerdendir. RA ile ilişkili olduğu düşünülen çok fazla sayıda gen olmasına rağmen, bunlardan sadece HLA-DRB1 genlerinin RA ile ilgili olduğu yapılan çalışmalarda gösterilmiştir (Şimşek ve Dinç, 2006).
Çevresel faktörler: Sosyoekonomik statü, eğitim seviyesi, hastalığın başlangıcında
hastanın yaşı, cinsiyet ve alışkanlıklar gibi çevresel faktörlerin erken RA tanısında hastalığın seyrini belirleyen önemli faktörlerdir. Hastanın yaşam tarzı ile ilgili faktörlerin artmış erozyon sıklığına (özellikle sigara içmek) neden olduğu gösterilmiştir (Symmons, 2003; Şimşek ve Dinç, 2006).
Đmmünolojik faktörler: Đmmünolojik belirteçler arasında en fazla ilgi çekeni RF’dür.
Erken RA tanısında RF’nin kötü hastalık seyrinde ve şiddetli radyolojik hasarla ilişkisini gösteren çalışmalar mevcuttur (Şimşek ve Dinç, 2006).
Radyolojik faktörler: Başlangıçtaki radyolojik hasar ve radyolojik ilerleme çok çeşitli
çalışmalarda analiz edilmiş ve erken RA tanısında hastalığın seyrini önceden belirlemede güvenilir bir faktör olduğunu göstermiştir. Geleneksel radyolojik yöntemlere ilaveten eklem hasarını değerlendiren diğer görüntüleme teknikleri ve kemik, kıkırdak harabiyetinden doğrudan sorumlu olan bazı önemli belirtiler de hastalığın seyrini değerlendirmede son zamanlarda önem kazanmaya başlamıştır (McQueen ve ark., 2003; Şimşek ve Dinç, 2006).
2.4.3. Fonksiyonel değerlendirme
RA’nın fonksiyonel değerlendirmesi, tek başına veya birlikte kullanılan 4 farklı yöntem içermektedir. Bu yöntemler hasta anketleri, ağrı ölçümleri, hasta ve hekim tarafından yapılan genel durum değerlendirmesi ve fiziksel ölçümlerdir.
Hasta anketleri: Hasta tarafından yanıtlanmak üzere yapılan sağlık değerlendirme
anketi (özürlülük indeksi, health assessment questionnaire (HAQ)), fonksiyonel özürlülüğü değerlendirme amacı ile geliştirilmiş 8 kategoriye ayrılmış 20 adet günlük yaşam aktivitesinin sorgulandığı ve hastaya 4 farklı ( “0”, zorluk yok; “1”, biraz zor; “2”, çok zor veya yardımla; “3”, mümkün değil ) tercih hakkı sunan bir anketdir (Pincus ve ark., 1983; Şimşek ve Dinç, 2006).
Ağrı ölçümü: Hastada mevcut olan ağrıyı değerlendirmek için romatolojide kullanılan
görsel analog skoru (GAS) kullanımı 1970’lerin sonuna doğru Huskisson tarafından geliştirilmiştir. 10 santimetrelik standart GAS’ta “0” hiç ağrı olmamasına, “10” ise en şiddetli ağrıya karşılık gelmektedir (Şimşek ve Dinç, 2006).
Hasta ve doktorun genel durum değerlendirmesi: Genel durum değerlendirmesi,
standart GAS, ACR fonksiyonel sınıflamasını esas alan Likert skalası, veya 10 cm’lik GAS üzerinde bulunan 5 noktalı skala yardımı ile yapılabilir (Şimşek ve Dinç, 2006).
Fiziksel ölçümler: RA hastalarında yapılan klinik çalışmalarda en sık kullanılan iki
fiziksel ölçüm, sıkma gücü ve yürüme süresidir. Sıkma gücü, tansiyon aletinin balonu 30 mmHg’a kadar şişirilerek, hastanın sağ ve sol eli ile mümkün olan en güçlü şekilde kafı 3 defa sıkması istenir. Her iki elde başarı ile tamamlanan sıkma sayısının ortalaması alınarak sıkma gücü hesaplanır. Yürüme süresi ise, hastadan 7.6 veya 15.2 metreyi normal hızda yürümesi istenerek ölçülen süredir. (Pincus ve ark., 1994; Şimşek ve Dinç, 2006).
2.5. RA’de Kullanılan Laboratuar Testleri
RA tanısında kullanılan laboratuar testleri, hastanın ayrıntılı bir öyküsü ve fiziki muayenenin yerini almaz. Ancak klinik değerlendirmeyi tamamlayan en önemli unsurlardan biridir. Laboratuar testleri, RA aktivitesinin izlenmesinde ve tedaviye yanıtın değerlendirilmesinde önemli rol oynamaktadır (Keser, 2006).
2.5.1. Akut faz proteinleri
Vücudumuzda sistemik bir iltihaplaşma meydana geldiğinde, karaciğerden dolayı akut faz proteinleri sentezlenerek dolaşıma salınır. Sadece RA gibi otoimmün romatolojik hastalıklarda değil, enfeksiyonlarda da akut faz proteinlerinin serum düzeyleri yükselir. RA tanısında en sık bakılan pozitif akut faz proteini CRP; negatif
akut faz proteini ise albumin’dir. ESH, başta kanın pıhtılaşmasında görev alan protein (fibrinojen) (fibrinogen) ve molekül ağırlığı yüksek bir proteinler (globulinler) (globulin) olmak üzere, bazı akut faz proteinlerindeki artışı yansıtan bir testtir (Keser, 2006; Schur ve Shmerling, 2003). Dolayısıyla burada RA tanısı için önemli olan CRP ve ESH üzerinde durulacaktır.
C-Reaktif Protein (CRP) : Akut faz proteinlerinin ilk örneğidir (prototipidir). Tüm
insanların plazmasında eser miktarda bulunur. CRP normal insan serumunda 0.5 ng/dL gibi çok düşük değerlerdedir. Đltihaplaşmanın ortaya çıkmasından 6 saat kadar sonra, serum düzeyi yükselmeye başlar. Yarı ömrü kısa olduğu için, iltihaplaşma sonlanınca, hızla normale döner. Dondurularak saklanmış serumda bakılabilmesi, hastanın yaş ve cinsiyetinden, eritrosit sayısından ve serum protein düzeylerinden etkilenmemesi CRP’nin üstünlüklerinden sayılabilir (Keser, 2006; Schur ve Shmerling, 2003).
Eritrosit Sedimantasyon Hızı (ESH): Akut faz proteinlerindeki artışı ve sonuçta
iltihaplaşmanın şiddetini dolaylı bir şekilde gösteren bir laboratuar testidir. Bu testin yapılmasının amacı, 0.4 cc sitrat ile 1.6 cc kanın karıştırılması ve elde edilen karışımdaki eritrositlerin 1 saat içinde, Westergreen tüpündeki çökme miktarının belirlenmesidir. Kaba bir formülle, erkeklerde yaşın yarısına kadar olan ESH değerleri normaldir. Kadınlarda ise, hastanın yaşına 10 eklenerek bulunan rakamın yarısına kadar olan değerler yani [ (Yaş +10) / 2] normal olarak kabul edilir (Keser, 2006; Schur ve Shmerling, 2003).
2.5.2. Romatoid faktör
RA için kullanılan en önemli otoantikor Romatoid faktör (RF) otoantikorudur. RA tanısı koymak için mutlaka RF pozitifliğinin bulunması gerekmez. Ancak, RA tanısı konulan bir hastada RF faktörünün pozitif olması, hastalığın daha şiddetli seyredeceğini, eklem dışı tutulum ve hastalığın seyrinin daha kötü olabileceğini doktora gösteren uyarıcı özelliktedir (Keser, 2006; Schur ve Shmerling, 2003).
2.6. RA’de Görüntüleme Teknikleri
Radyoloji: RA’da radyolojinin periferik eklemleri değerlendirmedeki rolü bilinmektedir. RA hastalarında kullanılan radyolojik hasar değerlendirme yöntemlerinin
heterojen bir hastalık grubu olan erken artrit hastalarına uygulanmasının uygun olmadığı bildirilmiştir (Đnanç ve Đnanç, 2006).
Manyetik rezonans görüntüleme: RA tanı kriterlerinden biri olan radyolojik
erozyonun belirlenmesi RA tanısında önemli bir rol oynamaktadır. RA hastalarının yaklaşık % 8 – 40’ında erozyon bulunmaktadır. Dolayısıyla MR ve US erken RA hastalarının değerlendirmesinde kullanılmaktadır. MR çok yönlü görüntüleme sağlaması ve sinovyum, kemik ve kıkırdak gibi değişik dokuları inceleyebilmesi bakımından önemli bir yöntemdir. MR’ın uygulanan kişiye (iyonize radyasyon içermediğinden) herhangi tesiri olmadığından tekrarlanmasında bir sakınca yoktur. Farklı yönlerden kesit alabilmesi önemli avantajlarından biridir. MR’ın küçük eklemlerdeki erozyonların belirlenmesinde ve belirli bir eklem bölgesinde ilerleyen erozif değişikliklerin izlenmesinde radyografiden daha duyarlı olduğu söylenebilir. (Đnanç ve Đnanç, 2006).
Ultrasonografi: Romatoloji kliniklerinde daha sık kullanılan bir görüntüleme
yöntemidir. US dinamik, birçok eklemin birçok planda gerçek zamanlı değerlendirilmesine imkân veren, iyonize radyasyon içermeyen ucuz bir yöntemdir. Ayrıca, US hızlı uygulanan ve klinik bulgularla korelâsyonu yapılabilen, tanı ve tedaviye yardımcı bilgilerin kısa sürede elde edilmesini sağlayan görüntüleme tekniğidir. Bazı eklemlerin kısıtlı görüntülenebilmesi ve cihazı kullanan operatöre bağımlı olması US’nin dezavantajlarındandır. US’nin RA tanısında radyografiye göre en büyük avantajı US’nin büyük erozyonlar yanında küçük erozyonları da tespit edebilmesidir (Keen ve ark., 2005).
2.7. Tedavi
RA hastalığının erken tanısı ve tedavisi önemlidir ve disiplinlerarası bir yaklaşım gerektirir. Hastalığın tam kontrol altına alınamaması, fiziksel kısıtlılık yanında psikolojik ve sosyal sorunlara yol açabilir. RA tedavisinin en önemli hedefleri arasında; eklem hasarının korunması ve önlenmesi, yaşam kalitesinin ve fonksiyonların korunması, ağrı ve iltihaplaşmanın en aza indirilmesi sayılabilir. Hastalara tıbbi tedavi yanında yaşam tarzı değişikliği ve uygun egzersiz gibi sosyal konularda da destek sağlanmalıdır. (Karadağ ve Kiraz, 2006).
2.8. Hastalık Aktivite Skoru -28 (Disease Activity Score-28 (DAS-28))
Yapılan bu tez çalışmasında, ACR tanı kriterlerine göre RA tanısı konulmuş 40 hasta (8 erkek, 32 kadın) değerlendirmeye alındı. Hastaların demografik özellikleri (yaş, cinsiyet, boy, kilo) ve hastalık süreleri yanı sıra sabah tutukluğunun süresi, şiş ve hassas eklem sayıları, ESH ve CRP düzeyleri değerlendirildi. RA hastalığı özellikle sinovyal eklemleri çok etkilemektedir. Vücudumuzda sinovyal eklem sayısı toplam 28 adet olup bunların 24 tanesi ellerimizde (sağda 12 ve solda 12 olmak üzere) bulunmaktadır. Şekil 2.4’de vücudumuzda bulunan sinovyal eklemlerin (şiş ve hassas eklem sayılarını belirlemek için) bulunduğu yerler gösterilmiştir.
Şekil 2.4. Vücudumuzda bulunan sinovyal eklemlerin yerleri*
*
( http://www.kineret-eu.com/en/pro/pro/das_cal_info.html sayfasından alınmıştır )
Hastalık aktivitesini değerlendirmek amacıyla DAS-28 (Disease Activity Score-28) kullanıldı (Fransen ve Van Riel, 2005) DAS-28 formülü aşağıda Eşitlik 2.1’deki gibidir.
28 0.56 28 0.28 28 0.7 ln( ) 0.014 ( ) (2.1)
DAS− = × HES + × ŞES + × ESH + × GAS
Eşitlik 2.1’de HES28, hassas eklem sayısını; ŞES28, şiş eklem sayısını; ESH, eritrosit sedimantasyon hızını (1 saat sonra mm cinsinden) ve GAS, mm cinsinden görsel analog skorudur.
hastasına ait değerler şu şekilde olsun: Hassas eklem sayısı = 9, şiş eklem sayısı = 4, ESH = 30 ve GAS = 50 mm olsun. Bu değerlere göre DAS-28 değeri şu şekilde hesaplanmaktadır.
28 0.56 28 0.28 28 0.7 ln( ) 0.014 ( )
DAS = × HES + × ŞES + × ESH + × GAS
28 0.56 9 0.28 4 0.7 ln(30) 0.014 (50)
DAS = × + × + × + ×
28 0.56 3 0.28 2 0.7 3.4 0.014 50 1.68 0.56 2.38 0.7 5.32
DAS = × + × + × + × = + + + =
DAS-28 skoru 2.6’nın altında ise remisyon, 2.6 ile 3.2 arasında düşük hastalık aktivitesini, 3.2 ile 5.1 arasında orta hastalık aktivitesini, 5.1’in üzerinde ise yüksek hastalık aktivitesini göstermektedir. Yukarıdaki örnekte verilen RA hastasının DAS-28 değeri 5.32 çıktığı için yüksek hastalık aktivitesini göstermektedir.
3. DOPPLER ULTRASON TEKNĐKLERĐ VE DOPPLER SĐNYALLERĐNĐN ELDE EDĐLMESĐ
Ultrason, modern tıbbın vazgeçemediği görüntüleme yöntemlerinden birisidir. Ultrason insan vücudundaki hareketli yapıları incelemede ve özellikle Doppler tekniğiyle kan akış hızının ölçülmesinde kullanılmaktadır. Diğer görüntüleme yöntemlerinden en önemli farkı, bu amaca ulaşmak için x ışınlarını kullanmaması (radyasyon içermemesi) bunun yerine insan kulağının duyamayacağı frekansta ses dalgalarını kullanmasıdır. Ayrıca elde edilen görüntünün gerçek zamanlı olması, yani işlemin yapıldığı anda görüntünün ekranda izlenebilmesi, insan vücuduna herhangi bir zarar vermeden uygulanması ve gerektiğinde tekrarlanabilmesi gibi önemli avantajlara sahiptir.
3.1. Ultrason
Ses dalgası sıkışma ve gevşemelerden meydana gelen bir dalgadır. Dalganın hareket ettiği yön doğrultusunda ya sıkışırlar ya da gevşerler. Ses dalgaları frekansına göre 3 gruba ayrılır. Çizelge 3.1’de ses frekansının sınıflandırılması gösterilmiştir.
Çizelge 3.1. Ses dalgalarının frekansa göre sınıflandırılması Ses frekansının sınıflandırılması
Ses frekans aralığı Tanımı
0 – 20 Hz Đnfrases (işitilemeyen ses)
20 Hz – 20 kHz Đşitilen ses ( insan kulağının duyabildiği ses) 20 kHz- 30 MHz Ultrases veya ultrason
Çizelge 3.1’de görüleceği gibi insan kulağı 20 Hz ile 20 kHz arasındaki sesleri duyabilir. Đnsan kulağının işitebileceği ses frekansının üzerindeki akustik dalgalara ultrasonik dalgalar denir. Ultrasonun frekans aralığı 20 kHz – 30 MHz arasında olmasına rağmen, tıpta tanı amacıyla kullanılan ultrason dalgaları 2 ile 15 MHz arasındadır (Dirgenali, 2003). Vücut üzerinde gezdirilen bir dönüştürücü probla vücuda gönderilen ultrason dalgası organlardan geri yansır. Yansıyan dalgalar (ekolar) aynı dönüştürücü probu tarafından tekrar alınarak iç organların görüntüleri ekranda izlenebilen hale getirilmektedir.
Radyo frekans dalgaları ile ultrason dalgaları arasında temel bazı farklar vardır. Radyo frekans dalgaları elektromanyetik, ultrason dalgaları ise akustik dalgalardır. Ultrason dalgası mekanik ses dalgası olduğundan iletilmesi için katı, sıvı veya gaz gibi bir ortama ihtiyaç duyar. Ortama ihtiyaç duymalarından dolayı elektromanyetik dalgalardan ayrılmaktadır. Đnsan vücudunda ultrason dalgaları dokunun yoğunluğu, esneme yeteneği ve ısısına bağlı olarak farklı hızlarda yayılır. Örneğin yumuşak dokularda hız 1480 ile 1580 m/s arasında değişmekte iken kemiklerde bu hız yaklaşık 4080 m/s’dir (Dirgenali, 2003).
Frekans ile dalga boyu arasında ters orantı vardır. Yani frekans artarken dalga boyu azalmakta, frekans azalırken dalga boyu artmaktadır. Frekans ile dalga boyu arasındaki ifade Eşitlik 3.1’de gösterilmiştir.
(3.1) c
f
λ
=Eşitlik 3.1’de
λ
dalga boyu (m), cışık hızını (m/s) ve f ise frekansı (Hz) göstermektedir.Şekil 3.1’de v hızında hareket eden bir ses kaynağının yaydığı sesin meydana getirdiği sıkışma ve gevşeme dalgaları gösterilmiştir. Şekil 3.1’de ileri yöne doğru hareket eden sesin dalga boyu (
kısa
λ
) sıkıştırılmış, geri yöndeki sesin dalga boyu (λ
uzun) gevşemiştir. Frekansla dalga boyu arasında ters orantı olduğundan sıkıştırma algılanan frekansı arttırmakta ve gevşeme ise algılanan frekansı azaltmaktadır.Yüksek frekanslar, alçak frekanslara göre daha çabuk soğurulurlar. Alçak frekansların penetrasyonu (içine nüfus etmesi) daha fazladır. Yukarıda belirtildiği gibi yüksek frekanslı ultrason dalgalarının daha kısa dalga boyu vardır. Kısa dalga boyları ise birbirlerine daha yakın yansıtıcıların ayırt edilebilmelerini sağlar. Dolayısıyla yüksek frekanslı ultrason dalgalarının çözünürlükleri iyi olurken penetrasyonları düşük olur.
Şekil 3.1. Sesin meydana getirdiği sıkışma ve gevşeme dalgaları
3.2. Doppler Etkisi
Avusturyalı matematikçi ve fizikçi olan Johann Christian Andreas Doppler (1803-1853), 1842 yılında Doppler etkisi olarak bilinen, radyo dalgası yayan herhangi bir kaynağın gözlemciye yaklaşıp uzaklaştıkça frekansının değişiyormuş gibi gözlemlenmesi hipotezini ortaya atarak ün kazanmıştır. Tıp alanındaysa ultrasonda kullanılan Doppler etkisi kan akış hızını ölçmek için kullanılmaktadır. Bu durumda ultrason dönüştürücüsünden gönderilen dalgayı damar içinde yansıtan kırmızı kan hücreleri yani eritrositler olmaktadır. Kırmızı kan hücrelerinden yansıyan ultrason dalgalarında, kan akış hızına bağlı frekansta değişmeler olur. Eğer kan akışının yönü Doppler ultrason dönüştürücüsüne doğruysa, bu durumda kırmızı kan hücrelerinden yansıyan dalgaların frekansı gönderilen ultrasonik dalganın frekansından daha yüksek olacak, tersi durumdaysa yani kan akışının yönü Doppler ultrason dönüştürücüsünden uzaklaşıyorsa, bu durumda kırmızı kan hücrelerinden yansıyan dalgaların frekansı gönderilen frekanstan daha düşük olacaktır. Gönderilen ve yansıyan dalgalar arasındaki frekans farkına “Doppler kayma frekansı” veya kısaca “Doppler frekansı” denir ve frekanstaki bu kayma kan akış hızıyla orantılıdır (Williams )
C uzun f f λ = − ∆ C kısa f f λ = + ∆ v ( Hız )
Frekans farkının nasıl meydana geldiğinin daha iyi anlaşılabilmesi için Şekil 3.2 irdelenebilir.
Şekil 3.2. Doppler ultrasonun temeli olan frekans farkı*
(*http://www.robarts.ca/CIHR_VTP/VASCPROG/Vascular_Imaging/Module5/doppler.pdf sayfasından uyarlanmıştır)
Şekil 3.2’de Doppler ultrasonun temeli olan frekans farkı gösterilmiştir. Doppler ultrason dönüştürücüsünden gönderilen ve kırmızı kan hücrelerinden geriye yansıyan ultrason dalga sinyali genlik, faz ve frekans bilgisi içerir. Doppler ultrasonun temeli frekans farkıdır. Şekil 3.2’de görüleceği gibi A, B ve C gibi 3 farklı sinyalden; B ve C sinyallerinin genlikleri farklı olmasına rağmen her iki sinyalde aynı frekanslıdır. A ve B sinyallerinin de frekansları farklı olmasına rağmen her iki sinyalde aynı genliğe sahiptirler.
Frekans farkının oluşması için kaynak ile hedefin birbirine göre hareketi olması gerekmektedir. Şekil 3.3’de kaynak ile hedefin birbirine göre 3 farklı hareket durumu gösterilmiştir.
Eğer hedef hareket etmiyorsa o zaman gönderilen ve alınan ultrason dalgası aynı frekansa sahiptir (fA = fG), yani gönderilen frekans ( fG ) ve alınan frekans ( fA) arasında
hiçbir fark yoktur (Şekil 3.3-a). Hedef hareket halindeyse, hedeften alınan ultrason dalgasının frekansında bir değişiklik olacaktır. Eğer hedef dönüştürücüye doğru hareket ediyorsa o zaman gönderilen ultrason dalgasının frekansı alınan ultrason dalgasının frekansından daha düşük (fA > fG) olacaktır (Şekil 3.3-b). Eğer hedef dönüştürücüden
G en li k Zaman Frekans farkı Genlik farkı B A C
uzaklaşıyorsa o zaman gönderilen ultrason dalgasının frekansı alınan ultrason dalgasının frekansından daha büyük (fA < fG) olacaktır (Şekil 3.3-c).
Şekil 3.3. Kaynak ile hedefin birbirine göre 3 farklı hareketi*
(*http://www.robarts.ca/CIHR_VTP/VASCPROG/Vascular_Imaging/Module5/doppler.pdf sayfasından uyarlanmıştır)
Ultrason dalgası genellikle hareketli hedefe (damara) belirli bir açıyla yaklaşır ve bu açıya Doppler açısı denir. Şekil 3.4’de dönüştürücüden gönderilen ultrason dalgasıyla damardaki kan akış yönü arasındaki açı gösterilmiştir.
Doppler frekansı damara gönderilen ultrason dalgasının frekansıyla damardan yansıyarak alınan ultrason dalgasının frekansı arasındaki farktır. Doppler frekans farkı, kan akış hızına, ultrason dalgasının dönüştürücü probundan çıktığı frekansa, ultrason dalgasının insan dokusu içindeki hızına ve Doppler açısına bağlıdır. Tüm bunlar tek bir eşitlikte belirtilebilir. fG fA V = 0 Dönüştürücü Kırmızı kan hücresi (Eritrosit) Hedef duruyorsa fA - fG = 0 fG fA V Dönüştürücü Kırmızı kan hücresi (Eritrosit) Hedef dönüştürücüye doğruysa (fA - fG) > 0 fG fA V Dönüştürücü Kırmızı kan hücresi (Eritrosit) Hedef dönüştürücüden uzaklaşıyorsa (fA - fG) < 0 (a) (b) (c)
2 . . . cos (3.2) f v G f f f G A Doppler c
θ
= − = Eşitlik 3.2’de; fDoppler Doppler kayma frekansını (Doppler frekansı), fG
gönderilen ultrason dalgasının frekansını, f
A alınan ultrason dalgasının frekansını, v kan akış hızını, θ kan akış yönüyle ultrason dalgası arasındaki açıyı (Doppler açısı) ve
c
sesin dokudaki hızını göstermektedir.Şekil 3.4. Dönüştürücüden gönderilen ultrason dalgası ile kan akış yönü arasındaki açı
Eşitlik 3.2’de verilen Doppler eşitliği, kan akış hızının Doppler kayma frekansıyla ilişkili olduğunu gösterir. Frekans farkı alınan frekanstan ( f
A) gönderilen frekansın ( f
G) farkına eşittir. Frekans farkı daha yüksekse, o zaman pozitif Doppler kayma frekansı vardır ve kan akış yönü dönüştürücüye doğrudur, frekans farkı daha düşükse, o zaman negatif Doppler kayma frekansı vardır ve kan akış yönü dönüştürücüden uzaklaşıyor demektir. Ultrason dalgalarının insan dokusu içindeki hızı yaklaşık 1540 m/s olduğu varsayılmaktadır. Eşitlik 3.2’de gösterilen Doppler eşitliğindeki diğer parametreler önceden bilindiğinden frekans farkı öncelikle Doppler
Dönüştürücü probu Kan akış hızı = v
θ
Işın Damaraçısına bağlıdır. Doppler açısının kosinüsüyle orantılı olan Doppler kayma frekansı değişir. Doppler açısı 90o olursa, Cos90o = 0 olacağından hiçbir Doppler kayma frekansı olmayacak ve damarda hiçbir kan akışı yokmuş gibi gözükecektir. Doppler açısı 0o olursa, Cos0o = 1 olacağından yüksek Doppler kayma frekansı oluşur. Ancak pratikte bu mümkün değildir. Ayrıca küçük Doppler açılarında ultrason dalgalarının tümünün damar duvarından geri yansıması nedeniyle Doppler sinyalinin elde edilmesi zorlaşır. Doppler açısının 60o’yi geçtiği durumlarda açıdaki küçük bir değişiklik, açının kosinüs değerinde büyük bir değişikliğe neden olacağından hatalı ölçüme neden olacaktır. Belirtilen bu nedenlerden dolayı ultrason dalgasıyla kan akış yönü arasında genellikle 30o- 60o’lik açı olacak şekilde inceleme yapılması gerekir (Seçil, 2008).
Doppler sadece kan hareketinin dönüştürücüye yaklaşan veya uzaklaşan kısmını ölçtüğünden hesaplanan Doppler kayma frekansı gerçek hıza göre düşük olur. Açı düzeltmesi ile Doppler cihazı tarafından tespit edilen hız ve Doppler açısı (cihazı kullanan kişi tarafından belirlenir) kullanılarak gerçek hız hesaplanabilir. Tamamen matematiksel bir düzeltme işlemi olduğundan; ölçülen hiçbir şeyi değiştirmez, sadece görüntüyü değiştirir (Dogra ve Rubens, 2008).
Şekil 3.5’de sonogram görüntüsünün elde edilmesinde Doppler açısının etkisi gösterilmiştir.
Şekil 3.5. Sonogram görüntüsünün elde edilmesinde Doppler açısının etkisi*
*
( http://www.centrus.com.br/DiplomaFMF/SeriesFMF/doppler/index-doppler.htm sayfasından uyarlanmıştır)
