Search

In this work, in order to determination of effect of a puzzle video game on HRV (Heart rate variability) signal, Poincare plot analysis is used. The linear and nonlinear dynamics of HRV were evaluated using HRV recordings obtained from each player at the time of play and rest. For this purpose, we have correlated the Poincaré plot descriptors with standard HRV measures derived from time- and frequency-domain methods. In addition, the correlations between the descriptors of the Poincaré plot along with the frequency and time domain measures of HRV have evaluated for the game stage. Statistically significant values were observed in eSport players in gaming and during resting. The obtained results show that play and rest can be separated by using the features obtained from the Poincare plot.

Organ nakli geçmişi 17. yüzyıla dayanmaktadır. İlk defa 1942 yılında organ reddinin, İngiliz zoolog Sir Peter Brian Medawar tarafından bağışıklık sisteminin sebep olduğu belirtilmiştir. Buna takiben 1954 yılında Şikago'da Joseph Murray tarafından ilk böbrek nakli gerçekleştirilmiştir. Her iki bilim insanı da sırasıyla 1960 ve 1990 yılında Tıp Nobel ödülüne layık görülmüştür. Organ nakli sayısı dünya çapında giderek artmaktadır. Günümüzde mikro cerrahi tekniklerinin gelişmesi ve bağışıklığı baskılayıcı ilaçların yan etkilerinin kayda değer şekilde azaltılması kompozit doku nakil operasyonunun yolunu açmıştır. Kompozit dokular, yüz, el, ayak, gırtlak, karın ön duvarı, ince barsak, vb. gibi birden fazla doku içeriği olan yapıları kapsamaktadır. Kompozit doku nakli, vücut bütünlüğünü bozan ve fonksiyon kaybına yol açacak şekilde doku kaybı yaşayan hastalara form ve fonksiyon açısından iyileştirme ve yaşam kalitesini artırmak amacıyla uygulanan ameliyatlardır. Bu çalışmada kompozit doku nakilleri içerisinde yer alan yüz ve kol nakilleri olguları çalışmaya dahil edilmiştir. Aynı zamanda ani travma sonucu kol replantasyon operasyonu geçirmiş olgularda çalışmamıza dahil edilmiştir. Yapılan başarılı tranplantasyon ve replantasyon sonrasında hastaların iyileşme süreçleri ve doğru otomatikleşmiş hareket fonksiyonlarının oluşturulması gerektiği önemini ön plana çıkarmıştır. Bu iyileşme sürecinde karşılaşılan en büyük zorluk hastaların sinir reinervasyonuna bağlı olarak uzayan hareket yetenekleridir. Sinirsel yenilenme oluşsa bile hastanın hareketlerinin normal sağlıklı bir insanın hareketlerine benzer hale dönüşmesi çok uzun bir sürece yayılır. Fizik tedavide kullanılan elektriksel stimülasyonlarla bu sürece katkıda bulunma işlemi genel bir stimülasyon mekanizmasına dayandığı için belirli hareketleri tanımlamak ve hastanın motor yeteneklerindeki gelişimi gözlemlemek çok zordur. Çalışmamızın motivasyonunu oluşturan bu problem kas dinamikleri ve beyin plastisitesi odaklı rehabilitasyon süreci tasarımı ve analizini kapsamaktadır. Tam yüz nakil olguları, çift kol nakil olguları ve scapular kol replant olgularının operasyon sonrası iyileşme sürecini hızlandırılması açısından en efektif rehabitilasyon sistemi oluşturulması hedeflenmiştir. Çalışmada bu olgulardan alınan biyomedikal elektrofizyolojik verilerin bilgisayar ortamında oluşturulan çalışma hedefleri göz önünde bulundurularak çoklu algoritmalar oluşturulmuş ve analizler gerçekleştirilmiştir. Bunların yanı sıra bu olgular başarı nakil operasyonu geçmişi bulunan ve dünya üzerinde sayılı olgular olması bu olguların ve sağlıklı bireylerin beyin dinamikleri, kas ve sinir iletim mekanizmalarını çözülmesi ve yorumlanması açısından oldukça değerli verilerin oluşumu sağlamıştır Elde edilen verilerin analizi sonucunda kas dinamiğine ve beyin plastisitesine odaklanan kişiselleştirilmiş bir rehabilitasyon sistemi oluşturuldu. Kişiselleştirilmiş ve harekete özel FES odaklı rehabilitasyon sistemi, hastaların sıklıkla tekrarlayan, yoğunlaştırılmış hareket tedavisi, taklit öğrenme (görsel imitasyon), zihinsel uygulama, hedef ve görev odaklı eğitim, doğru hareket eğitimi, yardımcı hareket yoluyla ilerlemesini sağlamak için rehabilitasyon uygulamalarının tasarlanmasıyla kullanılmıştır. Hastaların nakil özellikleri doğrultusunda oluşturulan kayıt sistemi tekrarlanan kayıtlarla güncellendi. Rehabilitasyon sonrası elde edilen kayıtlara göre, harekete özgü kaslardaki organizasyonun arttığı tespit edildi. Benzer şekilde rehabilitasyon molası sırasında rehabilitasyon duraklatıldı ve hastalar biraz dinlendi. Bu dinlenme döneminden önce ve sonra yapılan kayıtlar incelendiğinde, hastaların hareketleri gerçekleştirme kabiliyetlerinde zayıfladıkları ve harekete özgü kas kullanımında düzensizlik olduğu tespit edilmiştir. Bu, analizler doğrultusunda tasarladığımız ve güncellediğimiz sistemin, geleneksel yöntemlere kıyasla, kasların hareket öğrenme ve fonksiyonel elektriksel stimülasyonu sayesinde daha başarılı olduğunu göstermektedir.

Bu tez çalışmasında yüz transplantasyon hastalarından ve sağlıklı bireylerden alınan yüzey EMG (elektromiyografi) sinyalleri, zaman ve frekans analiz metotları kullanılarak çözümlenmiştir.10 sağlıklı birey ve 2 yüz nakil hastasından 14 adet bipolar yüzey elektrot yardımıyla alınan EMG sinyalleri, 6 farklı duysal ifade (kızgın, korkma, mutlu, nefret, şaşırma, üzgün) ve 5 farklı primer hareket (diş sıkma, dişleri gösterme, göz kapama, ıslık çalma, kaş kaldırma) olmak üzere toplamda 11 fasial hareket, belirli bir süre boyunca belirli tekrarlar ile kaydedilmiştir. Sağlıklı grupta bu tekrarlardan her bir hareket için ortalama bir hareket olgusu çıkarılmış ve bu ortalama olgu iki farklı yüz nakil hastasının fonksiyonel elektriksel uyarımı öncesi ve sonrası yüzey EMG verileri ile karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırmada literatürde de biyolojik sinyal işleme konusunda sıklıkla başvurulan zaman ve frekans analizi yöntemlerinden Kısa Zamanlı Fourier Dönüşümü ve Sürekli Dalgacık Dönüşümü kullanılmıştır. Her iki yöntemden alınan sonuçlar değerlendirilmiş ve transplantasyon hastasının transplantasyon sonrası fasial hareketlerindeki gelişimi tespit edilmiştir. In this thesis, surface EMG (electromyography) signals from face transplant patients and healthy subjects were analyzed using time and frequency analysis methods.EMG signals from 10 healthy individuals and 2 face transplantation patients with 14 bipolar electrode electrodes, 6 different sensory expressions (angry, frightened, happy, hate, confused, sad) and 5 different primer movements closing, whistling, eyebrow removal) were recorded with certain repetitions for a certain period of time. In the healthy group, a mean number of movements for each movement was subtracted from these repetitions and this mean case was compared with surface EMG data before and after functional electrical stimulation of two different face transplant patients. In this comparison, short time Fourier transform and continuous wavelet transform are used in time and frequency analysis methods which are frequently used in biological signal processing. Results from both methods were evaluated and development of transplantation patient's post-transplantation facial movements was determined. 356

Bu çalışmada yüz nakil hastası, kol nakil hastası ve kol replant hastalarında beyin plastisitesinin EEG tabanlı analizinin gerçekleştirilmesi amaçlanmıştır. Ayrıca yüz nakli grubu için beyin plastisitesi ile motor hareket ve duyusal uyarım tepkilerinin ilk defa EEG odaklı tanımının gerçekleştirilmesine çalışılmıştır.EEG sinyalleri, 64 farklı kanaldan 200 Hz örnekleme frekansı ile 10 sağlıklı gönüllü ve nakil hastalarından(3 yüz nakli, 1 kol nakli ve 1 kol replant hastalarından) elde edilmiştir. Kayıtlar el ve yüzün fırça ile uyarılması ve motor hareket sırasında alınmıştır. Veriler dalgacık paket dönüşümü yöntemi kullanılarak delta, teta, alfa, beta ve gama alt frekans bantlarına ayrıştırılarak analiz edilmiştir. Ayrıştırılan sinyalin düğüm enerjileri hesaplanarak kişiye, harekete ve dokunsal uyarımlara özgü EEG tabanlı beyin haritalaması gerçekleştirilmiştir. Yüz nakli, kol nakli ve kol replant hastalarında somatosensoriyel uyarımların kortikal aktiviteleri ile motor kortikal aktiviteler ve kortikal yeniden düzenlenmeler, yüksek yoğunluklu EEG kullanılarak tespit edilmiştir. Gönüllü grup ve nakil grubu arasındaki anlamlı farklılıklar bulunmuştur. In this study, it is aimed to perform EEG based analysis of brain plasticity in face transplant patient, arm transplant patient and arm replant patients. It is also intended to provide the first description of motor movement and sensory stimulation responses with uncalculated brain plasticity for the face transplant group.EEG signals were obtained from 10 healthy volunteers and transplant patients (3 face transplants, 1 arm transplant and 1 arm replant patients) with 200 Hz sampling frequency from 64 different channels. EEG signals were recorded during tactile stimulation of the hand and face area with the brush and during motor movements.EEG data were analyzed with decomposing into delta, teta, alpha, beta and gamma sub-frequency bands using wavelet packet transform method. EEG-based brain mapping specific to person, motion, and tactile stimuli was performed by calculating the node energies of the decomposed signal.Cortical and motor cortical activities and cortical rearrangements of somatosensory stimulation in face transplant, arm transplant and arm replant patients were determined using high-density EEG. Significant differences were found between the voluntary group and the transplantation group. 60

Transkraniyal Manyetik Stimülasyon (TMS) motor korteksin ve motor yolakların noninvazif manyetik uyarımıdır. TMS yoluyla hedef kaslardan elde edilen yanıtlar elektrofizyolojik olarak değerlendirilebilir. Beynin çevresel modifikasyonlara tepki olarak sergilediği yapısal ve fonksiyonel, geçici ve kalıcı sinaptik değişimler beyin plastisitesi olarak tanımlanabilir. Yüz dokusu ve uzuvların ani veya uzun süreli kayıpları sonucunda nöronların yeniden adaptasyon sürecinde komşu nöronlarla sinaptik etkileşimiyle duysal temsilin ve motor temsilin yeniden organizasyonu mümkündür.Yüz transplantasyonu, total denervasyon sonucunda yüz kaybına uğramış bir hastaya donörden alınan yüz dokusunun transferi olarak tanımlanır. Kol nakli, travma sonucu iki kolunu da kaybeden hastaya, uygun donörden alınan çift kolun mikro cerrahi yöntemler kullanılarak dikilmesine denir. Scapular replantasyon, travma sonrası ampütasyon ile tüm arter, ven, sinir, kemik ve kasların mikrocerrahi işlemle koaptasyonunu içerir. Nakledilen yüz dokusu veya uzvun motor ve duysal innervasyonu, iyileşme sürecinde motor hareketlerin kaybını önlemek ve aynı zamanda süreci hızlandırmak için rehabilitasyona tabi tutulur. Bu nedenle nakilden sonraki süreç hastanın yaşam kalitesi açısından önemlidir. Ekibimiz tarafından geliştirilen bilişsel rehabilitasyon prosedürüne ek olarak bu çalışmanın ana hedefi, beyin dinamiklerinin uyumunu içeren adaptif rehabilitasyon prosedürünün oluşturulmasıdır.Veri tabanı oluşturulurken, üç tam yüz nakli, iki çift kol nakli, iki scapular replantasyon olgusu üzerinde, beyin dinamiklerini tanımlayabilmek, yapısal ve fonksiyonel, geçici ve kalıcı plastik değişimleri keşfetmek ve nörofizyolojik yaklaşımları geliştirmek için TMS tabanlı kortikal haritalamalar yapılmıştır. Nakil olgularının korteks haritasının yorumlanabilmesi için kontrol grubu oluşturulmuştur. Manyetik uyarı sonucu ortaya çıkan motor uyarılmış potansiyele ilişkin ham verilerin filtrelenmesinin ardından konumu, amplitüdü ve latans değerleri, geliştirilen yazılım ile tespit edilmiş; öznitelik çıkarım analizleri yapılarak görüntüler işlenmiştir. Analiz sonuçları, oluşturulan üç boyutlu insan modeli üzerine uygulanmıştır. Nakil olgularının sonuçları klinisyenlerle birlikte tek tek incelenmiş olup her nakil olgusu kontrol grubuyla kıyaslandığında nörofizyolojik açıdan farklar bulunmuştur. Elde edilen bulguların adaptif rehabilitasyon prosedürünün oluşturulmasına ve hızlandırıcı bir etki ile hastanın bireysel iyileşme sürecine katkı sağlayacağı kanısındayım. Transcranial Magnetic Stimulation is a noninvasive magnetic stimulation of the motor cortex and motor pathways. Responses obtained from the target muscles through TMS can be evaluated electrophysiologically. Brain plasticity can be described as structural and functional, temporary and permanent synaptic changes of the brain as a response to environmental modifications. Motor representation and sensory representation can be reorganized as a result of the interaction of neurons with neighboring neurons during the readaptation process in case of sudden or long-term loss of facial tissue or limbs.Facial transplantation refers to the transfer of facial tissue from a donor to a patient who lost his/her face due to total denervation. Arm transplant refers to micro-surgical suturing of two arms taken from an eligible donor on a patient who lost both arms as a result of a trauma. Scapular replantation involves micro-surgical coaptation of all arteries, veins, nerves, bones, and muscles with post-traumatic amputation. Motor and sensory innervation of the transplanted facial tissue or limb go through a rehabilitation process to prevent loss of motor movements during recovery and also to accelerate the process. Therefore, the post-transplant process is important for the patient's quality of life. In addition to the cognitive rehabilitation procedure developed by our team, the main goal of this work is to develop an adaptive rehabilitation procedure involving the adaptation of brain dynamics.TMS based cortical mapping was done on three full-face transplant, two double-arm transplant and two scapular replantation cases to describe brain dynamics, to identify and discover structural, functional, temporary and permanent plastic changes and to develop neurophysiologic approaches as the database was created. A control group was formed in order to interpret the cortical map of the transplantation cases. In addition, motor evoked potential (MEP) maps of hand and face representation were individually prepared, and short-interval cortical inhibition (SICI) and intracortical facilitation (ICF) values were analyzed for each case. After filtering the raw data for motor evoked potential created as a result of magnetic stimulation, its location, amplitude and latency were identified by the software developed. Feature extraction analyses were performed and the images were processed. Analysis results were applied on the 3D human model created.The results of transplant cases were individually analysed with clinicians. Neurophysiological differences were found when each transplant case is compared to the control group. I believe that the findings will contribute to the development of the adaptive rehabilitation procedure and individual recovery process of the patient with an accelerating effect. 110

MMG kas kasılması ile ortaya çıkan sessel veya ivmesel aktivitenin kaydedilmesi işlemidir. Literatürde kas yorgunluğu ve kasın elektriksel aktivitesi ile ilgili çalışmaların geneli EMG odaklı olup, MMG kaynaklı çok fazla çalışma bulunmaktadır. Frekans tanım alanında EMG-MMG korelasyonu ve MMG 'nin analizi ile ilgili bazı çalışmalar bulunmakta ancak zaman tanım alanında MMG'nin analizi ve değerlendirilmesi ile ilgili çalışmalar oldukça sınırlı kalmaktadır. Özellikle kas yorgunluğu, hareket analizi ve modellemesi ve hareket sınıflandırması konularında her yeni öznitelik verisinin elde edilmek istenen sonuçların ve model performanslarının başarısını arttıracağı göz önüne alındığında MMG verisinin zaman tanım alanındaki analizleri oldukça büyük önem arz etmektedir. Bu tezde, kasın harekete bağlı ivmelenmesi sonucunda oluşan elektriksel işaretlerden MMG verilerini PCA ICA yöntemlerini kullanarak detaylı olarak incelemek ve buradan elde edilecek değerlere bağlı olarak MMG nin kas yorgunluğu ile olan ilişkisini tanımlamak amaçlanmıştır. MMG is the process of recording vocalic or accelerating activity which occurs by muscle contraction. Studies in the literature on muscle fatigue and muscle electrical activity are general EMG-focused, and there aren't many studies of MMG. There are some studies on EMG-MMG correlation and MMG analysis in the frequency domain, but studies on the analysis and evaluation of MMG in the time domain have been limited. The time domain analysis of MMG data is of great significance, especially considering that muscle fatigue, motion analysis and modeling, and movement classification will increase the success of each new attribute data to be achieved and model performance.In this thesis, it is aimed to investigate the MMG data from the electrical signals generated by the muscle-induced acceleration, using PCA ICA methods, and to define the relation between MMG and muscle fatigue according to the values obtained from this. 82

Karmaşıklık ölçütüyle yüz ve kol nakil ve replantasyon hastalarının fonksiyonel gelişimi incelenmiştir. Yüz ve kol nakil ve kol replantasyon hastalarıyla sağlıklı bireylerden elektromiyografi (EMG) verisi fonksiyonel elektriksel uyarım stratejileri ve rehabilitasyon mekanizmalarının anlaşılması için toplanmıştır. Nakil ve replantasyon hastalarının fonksiyonel hareketlerinin ve fasial duygusal ifadelerinin geliştirilmesi için bilişsel nörorehabilitasyon yöntemleri kullanılmıştır. Rehabilitasyon süreci yüzey EMG işaretinin bulanık entropisiyle incelenmiş ve sağlıklı bireylerin sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Bilişsel rehabilitasyon sonrasında hastalardaki fonksiyonel ve motor gelişim tatmin edicidir. We assessed functional recovery of face and arm transplantation and arm replantation patients with measures of complexity. We collected surface electromyography (EMG) data from full face and arm transplantation, arm replantation patients and healthy individuals for determining strategy of functional electrical stimulation (FES) and for understanding mechanisms of rehabilitation. Cognitive neurorehabilitation methods used to improve functional movements and facial expressions of the transplantation and replantation patients. Rehabilitation processes was investigated with Fuzzy entropy (FuzzyEn) of surface EMG signals and compared with results of healthy individuals. In the patients, the functional and motor recovery after cognitive rehabilitation are satisfactory. 51

Bu tez çalışmasında nötr pozisyon ile kızgın, korkma, mutlu, nefret, şaşkın veüzgünden oluşan 6 duysal yüz ifadesinin tanınması amacıyla görünüm tabanlıyaklaşımdan Gabor Dalgacık Dönüşüm metodu ve Yerel İkili Örüntü metodubenimsenmiştir. Çalışmaya sağlıklı grup ve iki yüz transplantasyon hastası katılmıştır.Özellik çıkarımı her iki metot ve bu metotların seri bir şekilde birleşimi kullanılarakyapılmıştır. Benimsenen yaklaşımlar öncelikle kendi oluşturduğumuz yüksekçözünürlüklü veri tabanı üzerinde gerçekleştirilmiştir. İfade gerçekleştirilirken enbelirgin bölge olan göz ve ağız lokasyonlarına odaklanılmıştır. Göz ve ağız bölgeözellikleri ayrı ayrı değerlendirmeye tabi tutulmuştur. Daha sonra ise, veri tabanındakiimgeler üzerinde boyut indirgeme yapılmıştır. Aynı metotlar bu imgeler üzerine deuygulanmıştır. Ayrıca burada farklı olarak göz ve ağız bölgesi özelliklerininbirleşiminden de özellik vektörleri oluşturulmuş ve K-En Yakın Komşu sınıflandırıcıgirişine verilmiştir.Sınıflandırma yapılırken ilk etapta eğitim ve test girişi için sağlıklı grubun yüzifade imgeleri, ikinci etapta ise eğitilen sistemin test girişinde yüz transplantasyonhastalarının imgeleri ayrı ayrı kullanılmıştır. Yani sağlıklı grup baz alınarak yüztransplantasyon hastalarının bölgesel yüz mimikleri incelenmiştir. Son olarak da normalgrup ve transplantasyon hastaları için elde edilen sonuçlar değerlendirilmiştir. Tümbunların dışında önerilen yöntemlerle elde edilen sonuç tabloları kendi içlerindekarşılaştırılarak sınıflandırmaya tabi tutulmuş ve sonuçlar değerlendirilmiştir. In this thesis, appearance based Gabor Wavelet Transform and Local BinaryPattern methods were adopted for recognition neutral and 6 emotional facial expressionsconsisting of angry, scared, happy, hate, confused and sad. The healthy group and twoface transplant patients were joined. Using both methods and serially combination ofthis methods feature extracted. Adopted approaches were performed firstly on highdefinitiondatabase which we form. We focused eyes and mouth location which are themost prominent regions while performing expressions. Eyes and mouth region featureswere subjected to evaluation individually. Afterwards, the dimension of images in thedatabase was reduced. The same methods were applied in these images. Also featurevectors were composed from the combination of eyes and mouth features and weregiven to K-Nearest Neighbour input.At first step the healthy group images were used for training and testing, atsecond step images of face transplant patients were used for the test input of trainedsystem while classifying. Namely regional facial mimics of face transplant patient wereexamined by comparison the healthy group. Finally the results obtained for the normalgroup and transplant patients were evaluated. Apart from all, results obtained by theproposed method were classified by comparing among themselves and results wereevaluated. 78